基于MAX30003的單導(dǎo)聯(lián)心電圖監(jiān)護(hù)儀

方案介紹

在這個項(xiàng)目中我們展示了，如何使用 MAX30003 和 Arduino Uno 制作用于心率變異性的單導(dǎo)聯(lián)心電圖監(jiān)護(hù)儀。

介紹
當(dāng)你的心臟“跳動”或“顫動”的時候，你有沒有感覺到？如果你想知道這是什么原因，我們通常稱它為為“心律失?！?。不過不用擔(dān)心，一般心率變異性 (HRV) 是正常的，并且取決于情緒喚醒，盡管某些類型的心律失常可能表明心臟異常。

我們想在本文中介紹的是一種獨(dú)特且簡單的方法來測量 ECG 以及 RR 間期，而且準(zhǔn)確度非常高。

什么是心率變異性 (HRV)
ECG/EKG（心電圖）是從連接到身體的電極獲取的電信號及其電信號。與光學(xué)心率測量方式相比，心電圖仍能提供最準(zhǔn)確的心律。

單個 ECG 波形由 P、Q、R、S、T 點(diǎn)組成，如下圖所示。這些中的每一個在詳細(xì)的心臟研究中都具有重要意義，因此無法在這里解釋所有內(nèi)容。我們對這個項(xiàng)目特別感興趣的是所謂的“QRS”復(fù)合體。該 QRS 波群的一部分是“R”頂點(diǎn)，對應(yīng)于心臟左右心室的去極化。

我們現(xiàn)在感興趣的是連續(xù)顯示或記錄的心電圖測量中兩個 R 峰值之間的距離。心臟產(chǎn)生兩個連續(xù) R 峰所需的時間稱為 RR 間期，這對于 HRV 研究具有重要意義。

RR間期一般用于檢測幾種不同類型的心律失常（數(shù)量不少），此處不一一討論。

除了心率變異性的臨床意義外，還有生理意義。HRV 降低也是副交感神經(jīng)和交感神經(jīng)系統(tǒng)活動的指標(biāo)，其中包括情緒喚醒和自主神經(jīng)系統(tǒng)的其他功能。這意味著 RR 間隔可以作為藻類活動的間接“標(biāo)志”。

該板與任何其他心電圖芯片有何不同？
有多種 ECG AFE 芯片可用，包括來自 TI 和 Analog Devices 的芯片。ProtoCentral 還帶有流行的基于 ADS1292R 芯片的分線板。但 MAX30003 的新特性讓我們都興奮不已：

使用簡單，只有兩個電極，由于板載模擬和數(shù)字高通和低通濾波器，它提供了令人驚訝的良好心電圖?；€漂移消除也是內(nèi)置的并且非常有效。

非常寬的動態(tài)范圍。一些 ECG 電路的一個常見問題是對象的運(yùn)動會導(dǎo)致“偽影”，有時會使放大器飽和，導(dǎo)致沒有 ECG 信號。這個似乎并沒有受到運(yùn)動的很大影響。

內(nèi)置RR檢測。內(nèi)置電路使用非常流行和廣泛使用的 Pan-Tompkins 算法進(jìn)行自動 RR 間隔檢測。這意味著微控制器不必進(jìn)行任何濾波、閾值計(jì)算或峰值檢測。讓 MCU 有空閑時間來處理特定于您的應(yīng)用程序的其他事情。

我們做了什么
我們使用基于Maxim Integrated 的 MAX30003 單通道 AFE 芯片的ProtoCentral 單導(dǎo)聯(lián)心電圖監(jiān)測分線板，通過連接到胸部的兩個電極獲取心電圖。該板使用標(biāo)準(zhǔn) SPI 接口連接到 Arduino Uno。

與需要一個驅(qū)動右腿 (DRL) 電極來實(shí)現(xiàn)共模抑制的傳統(tǒng) 3 電極系統(tǒng)不同，MAX30003 的獨(dú)特之處在于它僅使用 2 個電極，使其更易于使用。

圖形用戶界面
我們還制作了一個帶有處理功能的 GUI，該處理從串行端口獲取此數(shù)據(jù)并實(shí)時繪制數(shù)據(jù)以及 R-to-R 間隔時間（以毫秒為單位）和瞬時心率*基于當(dāng)前 RR 值。

此處顯示的 R-to-R 間隔是上一次檢測到的 R 峰值和先前檢測到的 R 峰值之間的時間，以獲得 RR 間隔和心率的瞬時值。瞬時心率與常規(guī)心率（如果您使用醫(yī)療監(jiān)護(hù)儀）不同，因?yàn)橥ǔＰ穆适歉鶕?jù)存儲的 ECG 數(shù)據(jù)的 5-10 秒窗口計(jì)算得出的，而不是立即獲取時間。

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