วิธีสร้างอุปกรณ์ ECG ราคาประหยัด: 26 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:02

สวัสดีทุกคน!

ฉันชื่อมาริอาโน และฉันเป็นวิศวกรชีวการแพทย์ ฉันใช้เวลาช่วงสุดสัปดาห์ในการออกแบบและสร้างต้นแบบของอุปกรณ์ ECG ราคาประหยัดโดยใช้บอร์ด Arduino ที่เชื่อมต่อผ่าน Bluetooth กับอุปกรณ์ Android (สมาร์ทโฟนหรือแท็บเล็ต) ฉันต้องการแชร์โครงการ "ECG SmartApp" กับคุณ และคุณจะพบคำแนะนำและซอฟต์แวร์ทั้งหมดในการสร้างอุปกรณ์ ECG อุปกรณ์นี้มีจุดประสงค์เพื่อเป็นโครงการวิจัยการออกแบบเท่านั้น และไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ ดังนั้นโปรดอ่านคำเตือนก่อนดำเนินการต่อ อุปกรณ์ประกอบด้วยบอร์ดฮาร์ดแวร์เพื่อรับสัญญาณ ECG จากร่างกายและแอป Android เพื่อบันทึก ประมวลผล และจัดเก็บสัญญาณ

การออกแบบและเลย์เอาต์วงจรที่เรียบง่ายเป็นการประนีประนอมที่ดีสำหรับการมีทั้งต้นทุนต่ำ (ส่วนประกอบไม่กี่ชิ้น) และประสิทธิภาพที่ดี ไม่รวมสมาร์ทโฟนและชิ้นส่วนที่ใช้แล้วทิ้ง (อิเล็กโทรดและแบตเตอรี่) ค่าใช้จ่ายทั้งหมดของอุปกรณ์จะอยู่ที่ประมาณ 40 ยูโร (43 ดอลลาร์สหรัฐ).

โครงการอุปกรณ์ ECG นี้จัดทำขึ้นเพื่อเป็นโครงการวิจัยด้านการออกแบบเท่านั้น และไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ ดังนั้นโปรดอ่านคำเตือนและปัญหาด้านความปลอดภัยในขั้นตอนต่อไปก่อนดำเนินการต่อ

ขั้นตอนที่ 1: คำเตือน

โครงการอุปกรณ์ ECG นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นโครงการวิจัยการออกแบบเท่านั้น และไม่ใช่อุปกรณ์ทางการแพทย์ ใช้แบตเตอรี่เท่านั้น (การจ่ายแรงดันไฟสูงสุด: 9V) ห้ามใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ หม้อแปลงไฟฟ้า หรือแหล่งจ่ายไฟฟ้าอื่นๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการบาดเจ็บสาหัสและไฟฟ้าช็อตต่อตัวคุณเองหรือผู้อื่น ห้ามเชื่อมต่ออุปกรณ์หรืออุปกรณ์ไฟฟ้ากระแสสลับใดๆ กับอุปกรณ์ ECG ที่เสนอในที่นี้ อุปกรณ์ ECG เชื่อมต่อด้วยไฟฟ้ากับบุคคล และต้องใช้เฉพาะแบตเตอรี่แรงดันต่ำ (สูงสุด 9V) เพื่อความปลอดภัยและเพื่อป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ การจัดวางอิเล็กโทรดบนตัวเครื่องเป็นเส้นทางที่ดีเยี่ยมสำหรับการไหลของกระแสไฟ เมื่อร่างกายเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใด ๆ คุณต้องระวังให้มากเพราะอาจทำให้เกิดไฟฟ้าช็อตร้ายแรงและถึงขั้นเสียชีวิตได้ ผู้เขียนไม่สามารถรับผิดชอบต่ออันตรายใด ๆ ที่เกิดจากการใช้วงจรหรือขั้นตอนใด ๆ ที่อธิบายไว้ในคู่มือนี้ ผู้เขียนไม่ได้อ้างว่าวงจรหรือขั้นตอนใดปลอดภัย ใช้ความเสี่ยงของคุณเอง จำเป็นที่ใครก็ตามที่ต้องการสร้างอุปกรณ์นี้มีความเข้าใจในการใช้ไฟฟ้าเป็นอย่างดีและปลอดภัย

ขั้นตอนที่ 2: ไฟล์ซอฟต์แวร์ที่จำเป็น (แอพ Android และ Arduino Sketch)

สามารถสร้างอุปกรณ์ ECG ได้อย่างง่ายดายและจำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้นจึงจะสามารถใช้วงจรฮาร์ดแวร์ได้ ไม่จำเป็นต้องมีความรู้ด้านการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์ เนื่องจากคุณต้องติดตั้งแอปโดยเปิดไฟล์ apk จากสมาร์ทโฟน Andriod และอัปโหลดภาพร่าง Arduino ที่ให้มาบนบอร์ด Arduino (สามารถทำได้ง่ายๆ โดยใช้ Arduino Software IDE และหนึ่งในนั้น บทเรียนมากมายที่มีอยู่บนเว็บ)

นอกจากนี้ยังมีเวอร์ชัน 2.0 ของ App รวมถึงคุณลักษณะคาลิปเปอร์ใหม่สำหรับการวัด ECG และตัวกรองความถี่ต่ำแบบดิจิทัลเพิ่มเติมที่ 100 Hz และ 150 Hz) เวอร์ชัน 1.0 ได้รับการทดสอบบน Android 4 และ 6 ในขณะที่เวอร์ชัน 2.0 ได้รับการทดสอบบน Android 6 และ 10.

ขั้นตอนที่ 3: คำอธิบาย

อุปกรณ์นี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และประกอบด้วยวงจร front-end เพื่อรับสัญญาณ ECG (ขาหนีบเท่านั้น) ผ่านอิเล็กโทรดทั่วไปและบอร์ด Arduino เพื่อแปลงสัญญาณแอนะล็อกให้เป็นดิจิทัลและส่งไปยังสมาร์ทโฟน Android ผ่านโปรโตคอล Bluetooth แอพที่เกี่ยวข้องจะแสดงภาพสัญญาณ ECG แบบเรียลไทม์และให้ความสามารถในการกรองและจัดเก็บสัญญาณในไฟล์

ขั้นตอนที่ 4: คู่มือการประกอบ & คู่มือผู้ใช้

คำแนะนำโดยละเอียดทั้งหมดในการสร้างอุปกรณ์ ECG สามารถพบได้ในไฟล์คู่มือการประกอบ ในขณะที่ข้อมูลทั้งหมดที่จะใช้มีอธิบายไว้ในไฟล์คู่มือผู้ใช้

ขั้นตอนที่ 5: คำอธิบายฮาร์ดแวร์

การออกแบบและเลย์เอาต์วงจรอย่างง่ายเป็นการประนีประนอมที่ดีสำหรับการมีทั้งต้นทุนต่ำ (ส่วนประกอบไม่กี่ชิ้น) และประสิทธิภาพที่ดี

แบตเตอรี่จ่าย (+Vb) ให้กับบอร์ด Arduino และไฟ LED L1 เมื่อเปิดอุปกรณ์ (R12 = 10 kOhm ควบคุมกระแส L1); ส่วนที่เหลือของอุปกรณ์นั้นมาจากเอาต์พุตแรงดันไฟ Arduino 5 V (+Vcc) โดยทั่วไปอุปกรณ์ทำงานระหว่าง 0 V (-Vcc) และ 5 V (+Vcc) อย่างไรก็ตามแหล่งจ่ายเดียวจะถูกแปลงเป็นแหล่งจ่ายไฟคู่โดยตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่มีตัวต้านทานเท่ากัน (R10 และ R11 = 1 MOhm) ตามด้วยบัฟเฟอร์เพิ่มเป็นอันหนึ่งอัน (1/2 TL062). เอาต์พุตมี 2.5 V (แรงดันไฟฟ้ากลางของแหล่งจ่ายไฟ TL062: 0-5 V); รางพลังงานบวกและลบจะให้แหล่งจ่ายคู่ (± 2.5 V) เทียบกับขั้วทั่วไป (ค่าอ้างอิง) ตัวเก็บประจุ C3 (100 nF), C4 (100 nF), C5 (1 uF, อิเล็กโทรไลต์) และ C6 (1 uF, อิเล็กโทรไลต์) ทำให้การจ่ายแรงดันไฟฟ้ามีเสถียรภาพมากขึ้น สำหรับปัญหาด้านความปลอดภัย อิเล็กโทรดแต่ละตัวจะเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ผ่านตัวต้านทานป้องกัน 560 kOhm (R3, R4, R13) เพื่อจำกัดกระแสที่ไหลเข้าสู่ตัวผู้ป่วยในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดภายในอุปกรณ์ ตัวต้านทานสูงเหล่านี้ (R3, R4, R13) ควรใช้กับสถานการณ์ที่หายากเมื่อไฟฟ้าแรงต่ำ (6 หรือ 9 V ตามแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่ใช้) มาตรงสู่ผู้ป่วยโดยตรงนำไปสู่ผู้ป่วยหรือเนื่องจากส่วนประกอบ INA ล้มเหลว นอกจากนี้ ตัวกรองความถี่สูง CR สองตัว (C1-R1 และ C2-R2) ซึ่งวางอยู่ที่สองอินพุต บล็อกกระแสไฟตรง และลดกระแสตรงที่ไม่ต้องการและสัญญาณรบกวนความถี่ต่ำที่เกิดจากศักย์ไฟฟ้าสัมผัสของอิเล็กโทรด สัญญาณ ECG ผ่านตัวกรองความถี่สูงก่อนขั้นตอนการขยายสัญญาณด้วยความถี่ตัดรอบ 0.1 Hz (ที่ -3 dB) การมีอยู่ของ R1 (ในฐานะ R2) จะช่วยลดอิมเพนเดนซ์อินพุตของสเตจก่อนการขยายสัญญาณ เพื่อให้สัญญาณลดลงตามปัจจัยขึ้นอยู่กับค่าของ R1 และ R3 (ในชื่อ R2 และ R4) ปัจจัยดังกล่าวสามารถประมาณได้ดังนี้:

R1 / (R1 + R3) = 0.797 ถ้า R1 = 2.2 MOhm และ R2 = 560 kOhm

ขอแนะนำให้เลือกคู่ C1 - C2 (1 uF, ตัวเก็บประจุแบบฟิล์ม) ที่มีค่าความจุใกล้เคียงกันมาก คู่ R1- R2 (2.2 MOhm) ที่มีค่าความต้านทานอยู่ใกล้กันมากและเหมือนกันสำหรับคู่ R3 - ร4. ด้วยวิธีนี้ ออฟเซ็ตที่ไม่ต้องการจะลดลงและไม่ได้รับการขยายโดยแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด (INA128) ความไม่ตรงกันระหว่างพารามิเตอร์วงจรของส่วนประกอบในวงจรอินพุตคู่มีส่วนทำให้ CMRR เสื่อมลง ส่วนประกอบดังกล่าวควรได้รับการจับคู่เป็นอย่างดี (แม้กระทั่งรูปแบบทางกายภาพ) ดังนั้นจึงควรเลือกพิกัดความเผื่อของพวกมันให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (หรือผู้ปฏิบัติงานสามารถวัดค่าด้วยตนเองด้วยมัลติมิเตอร์เพื่อเลือกส่วนประกอบคู่ที่มีค่าใกล้เคียงที่สุด). R5 (2.2 kOhm) กำหนดอัตราขยาย INA128 ตามสูตร:

G_INA = 1 + (50 kΩ / R5)

สัญญาณ ECG ถูกขยายโดย INA และกรองความถี่สูงอย่างต่อเนื่องโดย C7 และ R7 (ด้วยความถี่ตัด -3 dB ประมาณ 0.1 Hz ถ้า C7 = 1 uF และ R7 = 2.2 MOhm) เพื่อกำจัดแรงดัน DC offset ก่อนครั้งสุดท้ายและ กำลังขยายที่สูงขึ้นโดยเครื่องขยายเสียงการทำงาน (1/2 TL062) ในการกำหนดค่าที่ไม่กลับด้านพร้อมอัตราขยาย:

G_TL062 = 1 + (R8 / (Rp+R6))

เพื่อให้ผู้ใช้เปลี่ยนเกนที่รันไทม์ ผู้ปฏิบัติงานสามารถเลือกที่จะใช้ตัวต้านทานแบบปรับได้ (ทริมเมอร์ / โพเทนชิออมิเตอร์) แทน Rp หรือปลั๊กตัวเมียสำหรับตัวต้านทานที่สามารถเปลี่ยนได้ (เพราะไม่ได้บัดกรี) อย่างไรก็ตาม ในกรณีแรก เป็นไปไม่ได้ที่จะทราบแน่ชัดว่าได้รับสัญญาณ ECG ที่แท้จริง (ค่าใน mV ของข้อมูลจะไม่ถูกต้อง) ในขณะที่ในกรณีที่สอง เป็นไปได้ที่จะมีค่าที่ถูกต้องใน mV โดยระบุ มูลค่า Rp ในสูตร "กำไร" ในส่วน "การตั้งค่า" ของแอป (ดูคู่มือผู้ใช้) ตัวเก็บประจุ C8 สร้างตัวกรองความถี่ต่ำที่มีความถี่ตัด -3 dB ประมาณ 40 Hz เนื่องจากตัวกรอง RC ประกอบด้วย R9 และ C9 ค่าความถี่คัทออฟถูกกำหนดโดยสูตร:

f= 1 / (2*π*C*R).

สำหรับตัวกรองความถี่ต่ำที่ 40 Hz [1] ค่าส่วนประกอบ RC คือ:

R8 = 120 kOhm, C8 = 33 nF, R9 = 39 kOhm, C9 = 100 nF

สัญญาณ ECG ถูกกรองในแถบความถี่ระหว่าง 0.1 ถึง 40 Hz และขยายด้วยอัตราขยายเท่ากับ:

กำไร = 0.797 * G_INA * G_TL062

เนื่องจาก R5 = 2, 2 kOhm, R8=120 kOhm, R6=100 Ohm, Rp=2, 2 KOhm, กำไร = 0.797 * (1+50000 / 2200) * (1+120000 / (2200 + 100)) = 1005

เพื่อให้มีค่าที่ถูกต้องสำหรับความถี่ตัดของตัวกรอง ส่วนประกอบของตัวกรอง RC ควรมีพิกัดความเผื่อต่ำที่สุด (หรือผู้ปฏิบัติงานสามารถวัดค่าด้วยตนเองด้วยมัลติมิเตอร์เพื่อเลือกค่าที่ใกล้เคียงที่สุดกับค่าที่ต้องการ)

สัญญาณแอนะล็อกจะถูกแปลงเป็นดิจิทัลโดยบอร์ด Arduino (ช่องสัญญาณอินพุต A0) จากนั้นจึงส่งไปยังโมดูล HC-06 โดยพินการสื่อสารแบบอนุกรม ในที่สุดข้อมูลจะถูกส่งไปยังสมาร์ทโฟนด้วย Bluetooth

อิเล็กโทรดอ้างอิง (สีดำ) เป็นอุปกรณ์เสริมและสามารถแยกออกได้โดยการถอดจัมเปอร์ J1 (หรือผู้ปฏิบัติงานสามารถใช้สวิตช์แทนจัมเปอร์ได้) โครงแบบวงจรได้รับการออกแบบให้ใช้งานได้กับอิเล็กโทรดสองขั้ว อย่างไรก็ตาม ควรใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงเพื่อให้คุณภาพสัญญาณดีขึ้น (สัญญาณรบกวนต่ำ)

ขั้นตอนที่ 6: ส่วนประกอบ

โดยไม่รวมสมาร์ทโฟนและชิ้นส่วนที่ใช้แล้วทิ้ง (อิเล็กโทรดและแบตเตอรี่) ค่าใช้จ่ายของอุปกรณ์ทั้งหมดจะอยู่ที่ประมาณ 43 ดอลลาร์สหรัฐ (ในที่นี้ถือเป็นผลิตภัณฑ์ชิ้นเดียว ในกรณีที่ปริมาณมากขึ้น ราคาจะลดลง)

สำหรับรายการโดยละเอียดของส่วนประกอบทั้งหมด (คำอธิบายและค่าใช้จ่ายโดยประมาณ) โปรดดูไฟล์คู่มือการประกอบ

ขั้นตอนที่ 7: ต้องการเครื่องมือ

- ต้องการเครื่องมือ: เครื่องทดสอบ ปัตตาเลี่ยน หัวแร้ง ลวดบัดกรี ไขควง และคีม

ขั้นตอนที่ 8: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 1

- เตรียมแผ่นต้นแบบเจาะรู 23x21 รู (ประมาณ 62 มม. x 55 มม.)

- ตามรูปแบบด้านบนของ PCB ที่แสดงในรูป ตัวประสาน: ตัวต้านทาน, สายเชื่อมต่อ, ซ็อกเก็ตแถบตัวเมีย (สำหรับ Rp) ซ็อกเก็ต, ตัวเชื่อมต่อส่วนหัวของตัวผู้และตัวเมีย (ตำแหน่งตัวเชื่อมต่อส่วนหัวตัวเมียที่รายงานในตัวเลขนี้เหมาะสำหรับ Arduino Nano หรือ Arduino ไมโคร), ตัวเก็บประจุ, Led

ขั้นตอนที่ 9: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 2

- เชื่อมต่อส่วนประกอบทั้งหมดตามรูปแบบด้านล่างของ PCB ที่แสดงไว้ที่นี่

ขั้นตอนที่ 10: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 3

- กำหนดขั้วต่อสายไฟสำหรับแบตเตอรี่โดยใช้สายรัด/ที่ยึดแบตเตอรี่ ขั้วต่อส่วนหัวของตัวเมีย และท่อหดด้วยความร้อน เชื่อมต่อกับ PCB “con1” (ขั้วต่อ 1)

ขั้นตอนที่ 11: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 4

- นำสายเคเบิลอิเล็กโทรดสามเส้น (โดยใช้สายโคแอกเซียล, ขั้วต่อตัวเมีย, ท่อหดด้วยความร้อน, คลิปจระเข้) และเชื่อมต่อเข้ากับ PCB ขันให้แน่นกับบอร์ดด้วยสายเคเบิลแข็ง

ขั้นตอนที่ 12: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 5

- เปิดสวิตช์ (โดยใช้สวิตช์เลื่อน, ขั้วต่อตัวเมีย, ท่อหดด้วยความร้อน) และเชื่อมต่อกับ PCB

- วางตัวต้านทาน INA128, TL062 และ Rp ลงในซ็อกเก็ตที่เกี่ยวข้อง

- โปรแกรม (ดูส่วนคำอธิบายซอฟต์แวร์) และเชื่อมต่อบอร์ด Arduino Nano (ควรปรับบอร์ดต้นแบบที่มีรูพรุนและขั้วต่อหัวต่อตัวเมียบน PCB หากใช้บอร์ด Arduino อื่น (เช่น UNO หรือ Nano))

- เชื่อมต่อโมดูล HC-06 กับ PCB “con2” (ขั้วต่อ 2)

ขั้นตอนที่ 13: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 6

- ต่อจัมเปอร์ J1 เพื่อใช้อิเล็กโทรดอ้างอิง

- ต่อแบตเตอรี่

ขั้นตอนที่ 14: วิธีสร้าง - ขั้นตอนที่ 7

- วางวงจรในกล่องที่เหมาะสมกับรูสำหรับ Led สายเคเบิล และสวิตช์

คำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมจะแสดงในไฟล์คู่มือการประกอบ

ขั้นตอนที่ 15: ตัวเลือกอื่นๆ

- สัญญาณ ECG สำหรับการตรวจสอบแอปพลิเคชันถูกกรองระหว่าง 0.1 ถึง 40 Hz; สามารถเพิ่มขีดจำกัดวงบนของตัวกรองความถี่ต่ำได้โดยการเปลี่ยน R8 หรือ C8 และ R9 หรือ C9

- แทนที่จะใช้ตัวต้านทาน Rp คุณสามารถใช้ทริมเมอร์หรือโพเทนชิออมิเตอร์เพื่อเปลี่ยนเกน (และขยายสัญญาณ ECG) ในขณะใช้งานจริง

- อุปกรณ์ ECG สามารถทำงานร่วมกับบอร์ด Arduino ต่างๆ ได้ Arduino Nano และ Arduino UNO ได้รับการทดสอบ สามารถใช้บอร์ดอื่นๆ ได้ (เช่น Arduino Micro, Arduino Mega เป็นต้น) อย่างไรก็ตาม ไฟล์ร่าง Arduino ที่ให้มานั้นจำเป็นต้องแก้ไขตามคุณสมบัติของบอร์ด

- อุปกรณ์ ECG สามารถทำงานร่วมกับโมดูล HC-05 แทน HC-06 ได้

ขั้นตอนที่ 16: คำอธิบายซอฟต์แวร์

ไม่จำเป็นต้องมีความรู้ด้านการเขียนโปรแกรมซอฟต์แวร์

การเขียนโปรแกรม Arduino: สามารถอัปโหลดไฟล์ร่าง Arduino บนบอร์ด Arduino ได้อย่างง่ายดายโดยติดตั้งซอฟต์แวร์ Arduino IDE (ดาวน์โหลดฟรีจากเว็บไซต์ทางการของ Arduino) และทำตามบทช่วยสอนที่มีอยู่บนเว็บไซต์ทางการของ Arduino มีไฟล์สเก็ตช์ไฟล์เดียว (“ECG_SmartApp_skecht_arduino.ino”) สำหรับทั้ง Arduino Nano และ Arduino UNO (ภาพสเก็ตช์ได้รับการทดสอบกับทั้งสองบอร์ด) แบบร่างเดียวกันควรใช้งานได้กับ Arduino Micro (บอร์ดนี้ไม่ได้ทดสอบ) สำหรับบอร์ด Arduino อื่นๆ ไฟล์สเก็ตช์อาจต้องมีการเปลี่ยนแปลง การติดตั้ง ECG SmartApp: ในการติดตั้งแอป ให้คัดลอกไฟล์ apk ที่ให้มา “ECG_SmartApp_ver1.apk” (หรือ “ECG_SmartApp_ver1_upTo150Hz.apk” ในกรณีที่เป็นเวอร์ชันสำหรับแบนด์วิดท์ที่ 150 Hz) ในหน่วยความจำของสมาร์ทโฟน เปิดและทำตามคำแนะนำโดย ยอมรับการอนุญาต นอกจากนี้ยังมีเวอร์ชัน 2.0 ซึ่งรวมถึงคุณลักษณะคาลิปเปอร์ใหม่สำหรับการวัด ECG และตัวกรองความถี่ต่ำแบบดิจิทัลเพิ่มเติมที่ 100 Hz และ 150 Hz)

เวอร์ชัน 1.0 ได้รับการทดสอบบน Android 4 และ 6 ขณะที่เวอร์ชัน 2.0 ได้รับการทดสอบบน Android 6 และ 10

ก่อนการติดตั้ง อาจจำเป็นต้องเปลี่ยนการตั้งค่าสมาร์ทโฟนโดยอนุญาตให้ติดตั้งแอปจากแหล่งที่ไม่รู้จัก (ทำเครื่องหมายที่ช่องตัวเลือก "แหล่งที่ไม่รู้จัก" ของเมนู "ความปลอดภัย") ในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ ECG กับโมดูล Bluetooth HC-06 (หรือ HC-05) ระบบอาจถามรหัสการจับคู่หรือรหัสผ่านในกรณีที่มีการเชื่อมต่อ Bluetooth ครั้งแรกกับโมดูล: ป้อน “1234” หากแอปไม่พบโมดูล Bluetooth ให้ลองจับคู่สมาร์ทโฟนกับโมดูล Bluetooth HC-06 (หรือ HC-05) โดยใช้การตั้งค่า Bluetooth ของสมาร์ทโฟน (รหัสการจับคู่ "1234") การดำเนินการนี้จำเป็นเพียงครั้งเดียว (การเชื่อมต่อครั้งแรก)

ขั้นตอนที่ 17: ไฟล์ต้นทาง

หากต้องการแก้ไขหรือปรับแต่งแอปให้เป็นส่วนตัว ไฟล์ซอร์สเสริมมีอยู่ที่นี่:

ทักษะการเขียนโปรแกรม Android เป็นสิ่งจำเป็น ไฟล์.zip ประกอบด้วยไฟล์ต้นฉบับ เช่น กิจกรรม java, drawable, รายการ android, เลย์เอาต์, เมนู - ไฟล์ raw (การบันทึกตัวอย่าง ECG บางรายการ) คุณสามารถสร้างโครงการของคุณเองได้โดยการรวมและปรับแต่งไฟล์ดังกล่าวให้เป็นส่วนตัว

ขั้นตอนที่ 18: เริ่มต้นด้วย ECG SMARTAPP - ขั้นตอนที่ 1

- ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ชาร์จแบตเตอรี่ (แรงดันไฟสูงสุด: 9V) ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์แล้ว

- ทำความสะอาดผิวก่อนวางอิเล็กโทรด ชั้นผิวหนังที่ตายแล้วซึ่งแห้งซึ่งมักปรากฏบนพื้นผิวร่างกายของเรา และช่องว่างอากาศที่เป็นไปได้ระหว่างผิวหนังกับอิเล็กโทรดไม่ได้อำนวยความสะดวกในการส่งสัญญาณ ECG ไปยังอิเล็กโทรด ดังนั้นจำเป็นต้องมีสภาพชื้นระหว่างอิเล็กโทรดกับผิวหนัง ต้องทำความสะอาดผิว (ทิชชู่เปียกแอลกอฮอล์หรือน้ำอย่างน้อย) ก่อนวางอิเล็กโทรดเจลแพด (ทิ้ง)

- วางอิเล็กโทรดตามตารางด้านล่าง ในกรณีของอิเล็กโทรดชนิดใช้แล้วทิ้ง ควรใช้เจลนำไฟฟ้า (มีจำหน่ายในท้องตลาด) ระหว่างผิวหนังกับอิเล็กโทรดโลหะ หรืออย่างน้อยก็แผ่นผ้าที่แช่ในน้ำประปาหรือในน้ำเกลือ

อุปกรณ์นี้อนุญาตให้บันทึก ECG (LI, LII หรือ LIII) โดยใช้อิเล็กโทรดเพียง 2 อันเท่านั้น อิเล็กโทรดอ้างอิง (สีดำ) เป็นอุปกรณ์เสริมและสามารถแยกออกได้โดยใช้สวิตช์หรือถอดจัมเปอร์ J1 (ดูคู่มือการประกอบ) อย่างไรก็ตาม ควรใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงเพื่อให้มีคุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น (สัญญาณรบกวนต่ำ)

ขั้นตอนที่ 19: เริ่มต้นด้วย ECG SMARTAPP - ขั้นตอนที่ 2

- เปิดอุปกรณ์ ECG โดยใช้สวิตช์ (ไฟ LED สีแดงติดสว่าง)

- เปิดแอพบนสมาร์ทโฟน

- กดปุ่ม "ON" เพื่อเชื่อมต่อสมาร์ทโฟนกับอุปกรณ์ ECG (แอปจะขออนุญาตเปิดบลูทูธ: กด "ใช่") และรอการค้นพบบลูทูธ HC-06 (หรือ HC-05) โมดูลของอุปกรณ์ ECG อาจมีการถามรหัสการจับคู่หรือรหัสผ่านในกรณีที่มีการเชื่อมต่อ Bluetooth ครั้งแรกกับโมดูล: ป้อน "1234" หากแอปไม่พบโมดูล Bluetooth ให้ลองจับคู่สมาร์ทโฟนกับโมดูล Bluetooth HC-06 (หรือ HC-05) โดยใช้การตั้งค่า Bluetooth ของสมาร์ทโฟน (รหัสการจับคู่ "1234") การดำเนินการนี้จำเป็นเพียงครั้งเดียว (การเชื่อมต่อครั้งแรก)

- เมื่อสร้างการเชื่อมต่อ สัญญาณ ECG จะปรากฏขึ้นบนหน้าจอ ในกรณีของ LI (ลีดเริ่มต้นคือ LI หากต้องการเปลี่ยนลีด โปรดไปที่ย่อหน้า "การตั้งค่า") อัตราการเต้นของหัวใจ (HR) จะถูกประเมินตามเวลาจริง สัญญาณจะอัพเดททุก 3 วินาที

- หากต้องการใช้ตัวกรองดิจิทัล ให้กดปุ่ม "ตัวกรอง" และเลือกตัวกรองจากรายการ ตามค่าเริ่มต้น ตัวกรองความถี่ต่ำที่ 40 Hz และตัวกรองรอยบาก (ตามการตั้งค่าที่บันทึกไว้ในการตั้งค่า) จะถูกนำไปใช้

ขั้นตอนที่ 20: การตั้งค่า

- กดปุ่ม “ตั้งค่า” เพื่อเปิดหน้าการตั้งค่า/การตั้งค่า

- กด “คู่มือผู้ใช้ (help.pdf)” เพื่อเปิดไฟล์คู่มือผู้ใช้

- เลือกตะกั่ว ECG (LI เป็นค่าเริ่มต้น)

- เลือกความถี่ตัวกรองรอย (ตามความถี่รบกวน: 50 หรือ 60 Hz)

- เลือกตัวเลือกการบันทึกไฟล์เพื่อบันทึกสัญญาณ ECG ที่กรองหรือไม่กรองบนไฟล์

- กดปุ่ม “บันทึกการตั้งค่า” เพื่อบันทึกการตั้งค่า

ค่าเกนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในกรณีที่มีการปรับเปลี่ยนฮาร์ดแวร์หรือปรับแต่งอุปกรณ์ ECG

ขั้นตอนที่ 21: การบันทึกสัญญาณคลื่นไฟฟ้าหัวใจ

- ใส่ชื่อไฟล์ (หากผู้ใช้บันทึกสัญญาณ ECG มากขึ้นในเซสชั่นเดียวกันโดยไม่เปลี่ยนชื่อไฟล์ ดัชนีโปรเกรสซีฟจะเพิ่มที่ส่วนท้ายของชื่อไฟล์เพื่อหลีกเลี่ยงการเขียนทับการบันทึกก่อนหน้า)

- กด “บันทึก” ปุ่มเพื่อเริ่มบันทึกสัญญาณ ECG

- กดปุ่ม "หยุด" เพื่อหยุดการบันทึก

- แต่ละสัญญาณ ECG จะถูกเก็บไว้ในไฟล์ txt ภายในโฟลเดอร์ “ECG_Files” ที่อยู่ในรูทหลักของหน่วยความจำสมาร์ทโฟน สัญญาณ ECG สามารถจัดเก็บแบบกรองหรือไม่กรองตามการตั้งค่าที่บันทึกไว้ในการตั้งค่า

- กดปุ่ม "รีสตาร์ท" เพื่อดูสัญญาณ ECG ที่ได้รับในเวลาทำงานอีกครั้ง

- หากต้องการบันทึกสัญญาณ ECG ใหม่ ให้ทำซ้ำจุดก่อนหน้า

ไฟล์ ECG มีชุดของตัวอย่าง (ความถี่สุ่มตัวอย่าง: 600 Hz) ของแอมพลิจูดสัญญาณ ECG ในหน่วย mV

ขั้นตอนที่ 22: การเปิดและวิเคราะห์ไฟล์ ECG

- กดปุ่ม "เปิด": รายการไฟล์ที่จัดเก็บไว้ในโฟลเดอร์ "ECG_Files" จะปรากฏขึ้น

- เลือกไฟล์ ECG ที่จะแสดงภาพ

ส่วนแรกของไฟล์ ECG จะปรากฏขึ้น (10 วินาที) โดยไม่มีกริด

ผู้ใช้สามารถเลื่อนหน้าจอด้วยตนเองเพื่อดูช่วงเวลาใดก็ได้ของสัญญาณ ECG

ในการซูมเข้าหรือซูมออก ผู้ใช้สามารถกดที่ไอคอนแว่นขยาย (มุมขวาที่ด้านล่างของกราฟ) หรือใช้การซูมแบบบีบโดยตรงบนหน้าจอสมาร์ทโฟน

แกนเวลา แกนแรงดันไฟฟ้า และตาราง ECG มาตรฐานจะปรากฏขึ้นโดยอัตโนมัติเมื่อมองเห็นช่วงเวลาที่ต่ำกว่า 5 วินาที (โดยการซูมเข้า) ค่าแกนแรงดัน (แกน y) อยู่ในหน่วย mV ในขณะที่ค่าแกนเวลา (แกน x) อยู่ในหน่วยวินาที

หากต้องการใช้ตัวกรองดิจิทัล ให้กดปุ่ม "ตัวกรอง" และเลือกตัวกรองจากรายการ โดยค่าเริ่มต้น ตัวกรองความถี่ต่ำที่ @ 40 Hz จะใช้ตัวกรองเพื่อลบเส้นที่หลงทางและตัวกรองรอยบาก (ตามการตั้งค่าที่บันทึกไว้ในการตั้งค่า) ชื่อกราฟจะแสดง:

- ชื่อไฟล์

- คลื่นความถี่ ECG ตามตัวกรองที่ใช้

- ป้ายกำกับ "ลบเส้นฐานที่พเนจร" หากใช้ตัวกรองเส้นฐานที่เดินอยู่

- ป้ายกำกับ “~ 50” หรือ “~ 60” ตามฟิลเตอร์บากที่ใช้

ผู้ใช้สามารถทำการวัด (ช่วงเวลาหรือแอมพลิจูด) ระหว่างจุดสองจุดของกราฟโดยใช้ปุ่ม "รับ Pt1" และ "รับ Pt2" ในการเลือกจุดแรก (Pt1) ผู้ใช้สามารถกด “Get Pt1” และเลือกจุดของสัญญาณ ECG ด้วยตนเองโดยคลิกที่กราฟโดยตรง: จุดสีแดงจะปรากฏบนสัญญาณ ECG สีน้ำเงิน หากผู้ใช้พลาดเส้นโค้ง ECG จะไม่มีการเลือกจุดใดและสตริง "ไม่ได้เลือกจุด" จะปรากฏขึ้น: ผู้ใช้ต้องเลือกซ้ำ ต้องใช้ขั้นตอนเดียวกันในการเลือกจุดที่สอง (Pt2) ด้วยวิธีนี้ ความแตกต่าง (Pt2 – Pt1) ของค่าเวลาในหน่วย ms (dX) และค่าแอมพลิจูดใน mV (dY) จะปรากฏขึ้น ปุ่ม "ล้าง" จะล้างจุดที่เลือก

ผู้ใช้สามารถปรับเกนสัญญาณ ECG ได้โดยใช้ปุ่ม "+" (เพื่อขยาย) และปุ่ม "-" (เพื่อลด) กำไรสูงสุด: 5.0 และกำไรขั้นต่ำ: 0.5

ขั้นตอนที่ 23: เมนูตัวกรอง

- ไม่มีตัวกรองดิจิทัล: ลบตัวกรองดิจิทัลที่ใช้ทั้งหมด

- ลบเส้นพื้นฐานที่หลงทาง: ใช้การประมวลผลเฉพาะเพื่อลบการร่อนของเส้นฐาน ในกรณีที่สัญญาณรบกวนมาก การประมวลผลอาจล้มเหลว

- High pass 'x' Hz: ใช้ตัวกรองความถี่สูง IIR ตามความถี่ตัดที่ระบุ 'x'

- Low pass 'x' Hz: ใช้ตัวกรองสัญญาณความถี่ต่ำ IIR ตามความถี่ตัดที่ระบุ 'x'

- เปิดการลบ 50 Hz (บาก+LowPass 25 Hz): ใช้ตัวกรอง FIR ที่เสถียรมากโดยเฉพาะซึ่งเป็นทั้งรอยบากที่ 50 Hz และ Low Pass ที่ประมาณ 25 Hz

- เปิดการลบ 60 Hz (บาก+LowPass 25 Hz): ใช้ตัวกรอง FIR ที่เสถียรมากโดยเฉพาะซึ่งเป็นทั้งรอยบากที่ 60 Hz และ Low Pass ที่ประมาณ 25 Hz

- เปิดการลบ 50 Hz: ใช้ตัวกรองรอยแบบเรียกซ้ำที่ 50 Hz

- เปิดการลบ 60 Hz: ใช้ตัวกรองรอยแบบเรียกซ้ำที่ 60 Hz

- ปิดการลบ 50/60 Hz: ถอดตัวกรองรอยบากที่ใช้ออก

ขั้นตอนที่ 24: ข้อมูลจำเพาะฮาร์ดแวร์

- แอมพลิจูดสัญญาณอินพุตสูงสุด (พีค-ทู-พีค): 3.6 mV (แอมพลิจูดสัญญาณอินพุตสูงสุดขึ้นอยู่กับอัตราขยายของฮาร์ดแวร์)

- การจ่ายแรงดันไฟ: ใช้เฉพาะแบตเตอรี่ (ทั้งแบบชาร์จซ้ำได้และไม่สามารถชาร์จใหม่ได้)

- การจ่ายแรงดันไฟขั้นต่ำ: 6V (เช่น แบตเตอรี่ 4 x 1.5V)

- การจ่ายแรงดันไฟสูงสุด: 9V (เช่น แบตเตอรี่ 6 x 1.5V หรือ 1 x 9V)

- ความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง: 600 Hz

- แบนด์วิดท์ความถี่ @ - 3dB (ฮาร์ดแวร์): 0.1 Hz - 40 Hz (ขีดจำกัดวงบนของตัวกรองความถี่ต่ำสามารถเพิ่มได้ 0.1 Hz - 150 Hz โดยการเปลี่ยนส่วนประกอบตัวกรอง RC (ดูคู่มือการประกอบ)

- CMRR: ขั้นต่ำ 1209 dB

- กำลังขยาย (Hardware_Gain): 1005 (สามารถเปลี่ยนได้โดยการเปลี่ยนตัวต้านทานเกน (ดูคู่มือการประกอบ) - ความละเอียด: 5V / (1024 x Hardware_Gain)

- กระแสอคติสูงสุด 10 nA - จำนวนช่อง ECG: 1

- ECG Leads: ลีดขา LI, LII และ LIII

- การเชื่อมต่อสมาร์ทโฟน: ผ่าน Bluetooth

- กระแสไฟตามทฤษฎี: < 50 mA (ตามข้อมูลแผ่นข้อมูลของส่วนประกอบต่างๆ)

- การจ่ายกระแสไฟที่วัดได้: < 60 mA (ด้วยการจ่ายแรงดันไฟ 9V และ Arduino Nano)

- จำนวนอิเล็กโทรด: 2 หรือ 3

อุปกรณ์นี้อนุญาตให้บันทึก ECG (LI, LII หรือ LIII) โดยใช้อิเล็กโทรดเพียง 2 อันเท่านั้น อิเล็กโทรดอ้างอิง (สีดำ) เป็นอุปกรณ์เสริมและสามารถแยกออกได้โดยการถอดจัมเปอร์ J1 (หรือสวิตช์ S2 โปรดดูไฟล์คู่มือการประกอบ) อย่างไรก็ตาม ควรใช้อิเล็กโทรดอ้างอิงเพื่อให้มีคุณภาพสัญญาณที่ดีขึ้น (สัญญาณรบกวนต่ำ)

ขั้นตอนที่ 25: ข้อมูลจำเพาะของซอฟต์แวร์

- การแสดงภาพ ECG ระหว่างการบันทึก (กรอบเวลา: 3 วินาที)

- การประมาณอัตราการเต้นของหัวใจ (สำหรับ LI เท่านั้น)

- ความถี่ในการสุ่มตัวอย่าง: 600 Hz

- การบันทึกและบันทึกสัญญาณ ECG เป็นไฟล์ txt (สามารถบันทึกสัญญาณที่กรองหรือไม่กรองในไฟล์ txt ตามการตั้งค่า) บนหน่วยความจำภายในของสมาร์ทโฟน (โฟลเดอร์: “ECG_Files” อยู่ในรูทหลัก)

- ข้อมูล (ตัวอย่าง) จะถูกบันทึกเป็นค่า mV ที่ 600 Hz (ค่า 16 หลัก)

- การแสดงภาพไฟล์ที่บันทึกไว้พร้อมตัวเลือกการซูม ตาราง การปรับขยาย (จาก "x 0.5" ถึง "x 5") และการเลือกจุดสองจุด (เพื่อวัดระยะทางของเวลาและความแตกต่างของแอมพลิจูด)

- การแสดงผลบนสมาร์ทโฟน: เลย์เอาต์ของแอพจะปรับตามขนาดการแสดงผลที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เห็นภาพได้ชัดเจนยิ่งขึ้น ขอแนะนำให้ใช้จอแสดงผลขนาด 3.7 นิ้ว ที่มีความละเอียด 480 x 800 พิกเซลเป็นอย่างน้อย

การกรองแบบดิจิตอล:

- การกรองความถี่สูงที่ 0.1, 0.15, 0.25, 0.5, 1 Hz

- การกรองความถี่ต่ำที่ 25, 35, 40 Hz (@ 100 และ 150 Hz มีอยู่ในเวอร์ชัน ECG SmartApp สำหรับแบนด์วิดท์ที่ 150 Hz)

- การกรองแบบบากเพื่อขจัดสัญญาณรบกวนของสายไฟ @ 50 หรือ 60 Hz

- การลบบรรทัดฐานที่พเนจร

ขั้นตอนที่ 26: ได้รับการติดต่อ

www.ecgsmartapp.altervista.org/index.html