Детектор аритмии на основе частоты с использованием Arduino: 7 шагов

2025 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2025-06-01 06:10

Сердечными аритмиями ежегодно страдают около четырех миллионов американцев (Техасский институт сердца, п. 2). В то время как каждое сердце испытывает перестановки в ритме и частоте, хронические сердечные аритмии могут быть фатальными для их жертв. Многие сердечные аритмии также являются преходящими, а это означает, что диагностика может быть затруднена. Кроме того, процесс обнаружения может быть дорогостоящим и неудобным. Пациенту может потребоваться носить холтер или монитор событий в течение периода от нескольких дней до одного месяца, пройти катетеризацию сердца или имплантировать под кожу петлевой регистратор. Многие пациенты отказываются от диагностических тестов из-за неудобства и стоимости (NHLBI, пп. 18-26).

Недавно было сообщено о нескольких случаях, когда умные часы, такие как Apple Watch, воспринимали ритмические аномалии на своих датчиках пульса, что побуждало пользователей обращаться за медицинской помощью (Griffin, пп. 10-14). Однако умные часы дороги, поэтому большинство населения ими не пользуется. Финансовые ресурсы рассматривались как критерий и ограничение для детектора аритмии на основе частоты (RAD), поскольку дорогие компоненты не могли быть доступны, а устройство должно было быть относительно доступным и удобным, но при этом точно распознавать аритмии.

Шаг 1: материалы

Печатная плата Arduino UNO

двадцать шесть перемычек

Потенциометр A10K Ом

ЖК-дисплей 6x2

Датчик пульса

Щелочная батарея 9 В

Периферийный кабель USB 2.0 A - B типа папа / папа

Щелочная батарея / вход постоянного тока 9 В

Однорядный макет, инструменты для пайки и распайки

16 столбцов отрывных штифтов

Скачанная IDE Arduino для кодирования и подключения контактов

Шаг 2: Дизайн и методология

Детектор аритмии, основанный на частоте сердечных сокращений, изначально был разработан в виде браслета. Однако позже было признано, что его оборудование было недостаточно компактным, чтобы поместиться в этой форме. RAD в настоящее время прикреплен к 16,75x9,5 см. пенополистирол, что делает его портативным, легким и удобным по сравнению с другими формами обнаружения аритмии. Также были изучены альтернативы. RAD было предложено для распознавания аномалий в электрическом комплексе PQRST, но ограничения по стоимости и размеру не позволяли устройству обладать возможностями электрокардиограммы (ЭКГ).

RAD ориентирован на пользователя. Он просто требует, чтобы пользователь положил палец на датчик пульса и подождал примерно десять секунд для стабилизации. Если пульс пациента попадает в диапазон, связанный с неустойчивым поведением сердца, таким как брадикардия или тахикардия, ЖК-дисплей уведомит пациента. RAD может распознать семь основных нарушений сердечного ритма. RAD не тестировался на пациентах с ранее диагностированной аритмией, но устройство действительно обнаруживало «аритмию», смоделированную путем физического напряжения инженеров перед тестированием устройства и имитации импульса для обнаружения инфракрасным датчиком. Хотя RAD имеет примитивное оборудование ввода по сравнению с другими устройствами для диагностики аритмии, оно служит экономичным, ориентированным на пользователя устройством мониторинга, которое может быть особенно полезным для пациентов с генетической предрасположенностью или образом жизни к развитию аритмии.

Шаг 3: датчик сердца

Датчик сердца, используемый в этом проекте, использует инфракрасные волны, которые проходят через кожу и отражаются от указанного сосуда.

Затем волны отражаются от судна и считываются датчиком.

Затем данные передаются в Arduino для отображения на ЖК-дисплее.

Шаг 4: Подключения

1. Первый вывод ЖК-дисплея (VSS) был подключен к земле (GND).

2. Второй вывод ЖК-дисплея (VCC) был подключен к входу питания 5 В Arduino.

3. Третий вывод ЖК-дисплея (V0) был подключен ко второму входу потенциометра 10К.

4. Любой из контактов потенциометра был подключен к земле (GND) и входу питания 5 В.

5. Четвертый контакт ЖК-дисплея (RS) был подключен к двенадцатому контакту Arduino.

6. Пятый контакт ЖК-дисплея (RW) был подключен к земле (GND).

7. Шестой контакт ЖК-дисплея (E) был подключен к одиннадцатому контакту Arduino.

8. Одиннадцатый контакт ЖК-дисплея (D4) был подключен к пятому контакту Arduino.

9. Двенадцатый контакт Arduino (D5) был подключен к четвертому контакту Arduino.

10. Тринадцатый контакт ЖК-дисплея (D6) был подключен к третьему контакту Arduino.

11. Четырнадцатый контакт ЖК-дисплея (D7) был подключен ко второму контакту Arduino.

12. Пятнадцатый контакт ЖК-дисплея (A) был подключен к входу питания 5V.

13. Наконец, шестнадцатый контакт ЖК-дисплея (K) был подключен к земле (GND).

14. Провод S датчика пульса был подключен к контакту A0 Arduino, 15. Второй провод был подключен к входу питания 5 В, а третий контакт был подключен к земле (GND).

Схема размещена для лучшего понимания соединений.

Шаг 5: IDE и коды

Коды были реализованы в среде Arduino IDE. Для написания кода IDE использовались языки программирования C и Java. Изначально библиотека LiquidCrystal вызывалась методом #include, затем были вставлены поля и параметры двенадцати, одиннадцати, пяти, четырех, трех, двух, соответствующих используемым выводам Arduino, подключенным к ЖК-дисплею. Были выполнены инициализации переменных, и условия для измерений BPM и комментариев были установлены на желаемые выходы, которые будут отображаться на ЖК-дисплее. Затем код был завершен, проверен и загружен на плату Arduino. ЖК-дисплей был откалиброван с помощью потенциометра для просмотра комментариев, готовых к испытаниям.

Шаг 6: Заключение

RAD действительно служит менее дорогой, более удобной и портативной формой обнаружения сердечной аритмии. Однако для того, чтобы RAD можно было считать надежным устройством для диагностики аритмии, необходимо провести гораздо больше исследований. В будущем испытания будут проводиться на пациентах с ранее диагностированной аритмией. Будет собрано больше данных, чтобы определить, соответствуют ли какие-либо аритмии колебаниям временного интервала между ударами сердца. Будем надеяться, что RAD можно улучшить, чтобы обнаруживать эти нарушения и связывать их с соответствующими аритмиями. Несмотря на то, что многое еще предстоит сделать с точки зрения разработки и тестирования, детектор аритмии на основе частоты отвечает своей цели, успешно распознавая несколько аритмий и оценивая здоровье сердца с учетом его экономических и габаритных ограничений.

Холтеровский монитор: $ 371,00

Монитор событий: $ 498,00

Катетеризация сердца: $ 9027,00

Рентген грудной клетки (CXR): 254,00 $

Электрокардиограмма (ЭКГ / ЭКГ): $ 193,00

Тест на наклонный стол: $ 1598.00

Чреспищеводная эхокардиография: 1751,00 $

Радионуклидная вентрикулография или радионуклидная ангиография (сканирование MUGA): 1166 долларов США

Детектор аритмии на основе частоты (RAD): 134,00 $

Шаг 7: Последний

После подключения ЖК-дисплей на датчике сердца должен включиться, Просто поместите палец на светодиод примерно на 10 секунд.

Прочтите биение сердца на ЖК-дисплее 16X2… Оставайтесь здоровыми!