Registratore ECG: un monitor cardiaco indossabile per l'acquisizione e l'analisi dei dati a lungo termine: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Prima versione: ottobre 2017 Ultima versione: 1.6.0 Stato: stabile Difficoltà: alta Prerequisito: Arduino, programmazione, costruzione hardware Repository unico: SF (vedi link sotto) Supporto: solo forum, no PM

ECG Logger è un monitor cardiaco indossabile per l'acquisizione e l'analisi dei dati a lungo termine. Il progetto ECG Logger ha lo scopo di fornire un dispositivo hardware open-source (licenza GPL3) a basso costo (~35$) e un software applicativo freeware (licenza CC-BY-NC-NA) per un Rhythmic Holter. L'hardware è stato reso molto semplice ed è basato su un "Arduino Nano" con due schede di accompagnamento per la scheda SD e l'amplificatore differenziale della strumentazione. Aiuta a monitorare sindromi aritmiche come bradicardia, tachicardia, extrasistoli o pause. In nessun caso può essere utilizzato per sostituire una visita medica professionale.

ECG Logger Viewer è il software complementare per la lettura dei dati ECG dal dispositivo ECG Logger

=> Devono essere rispettate le norme di sicurezza relative ai dispositivi elettrici e non deve essere effettuato alcun collegamento diretto o indiretto* tra il dispositivo Holter e gli apparecchi collegati alla rete (* ad es. quando il dispositivo è collegato alla porta USB di un PC alimentato da rete).

DISCLAIMER: *** RISCHIO DI SCOSSE ELETTRICHE E MORTE ***

Le persone non qualificate, non familiari o ignare dei rischi elettrici sono sconsigliate di essere coinvolte.

Questo progetto è fornito per formazione/istruzione e in nessun caso per scopi commerciali o diagnostici medici. L'utilizzo di queste informazioni sul progetto è SOTTO L'INTERA e UNICA RESPONSABILITÀ degli UTENTI. Non è stato approvato per nessun tipo di applicazione.

Passaggio 1: registratore ECG: un dispositivo Holter

Breve descrizione

ECG Logger mette a disposizione una soluzione completa che include un dispositivo hardware di registrazione ECG tascabile con firmware integrato. Il segnale ECG viene registrato su una memoria della scheda SD ad alta frequenza (frequenza di campionamento 250Hz). Il dispositivo è supportato dalla recente tecnologia che offre maggiore libertà e precisione per una registrazione continua fino a 24 ore.

Il sistema è basato su un microcontrollore "Arduino Nano", una scheda amplificatore per cardiofrequenzimetro AD8232 e un modulo per scheda SD SPI con componenti extra minimi assoluti

Caratteristiche

• Registratore stabile e affidabile, basato sulla tecnologia più avanzata e più recente
• Anti-jamming e anti-shock
• Di piccole dimensioni
• Registrazione della forma d'onda e marcatura degli eventi
• Registrazione accurata dell'ora di inizio e dati campionati
• Scheda SD integrata per l'archiviazione (può essere plug-in e pull-out)
• Non è necessario comprimere i dati originali, grazie all'ampia capacità di archiviazione
• Interfaccia USB 2.0 più veloce
• Registra i dettagli della forma d'onda in base all'alta precisione e alla frequenza di campionamento
• Registrare lo stato del pacemaker utilizzando una frequenza di campionamento più elevata.
• Rilevamento automatico dei picchi R-R tramite Pan-Tompkins.
• Standard internazionale di 3 derivazioni. Registra fino a 24 ore di segnale ECG.
• Interfaccia utente molto semplice ed ergonomica

IMPORTANTE: questo progetto è concesso in licenza Open-Source solo per scopi didattici e nessuno dei suoi componenti può essere utilizzato o riutilizzato per scopi o applicazioni commerciali.

Il driver USB deve essere installato sul computer prima della connessione Holter (Arduino Nano). Alcuni Arduino utilizzano il chipset FTDI mentre alcuni prodotti cinesi richiedono il chipset CH340. Il driver corrispondente deve essere scaricato e installato sul computer. Fare clic su Start >> Pannello di controllo >> Gestione dispositivi e nell'elenco dei dispositivi cercare Com Ports (ad es. USB-SERIAL CH340).

Specifiche

• Numero di canali: 1
• Piombo: standard a 3 fili
• Frequenza di campionamento: 250 Hz
• Precisione di campionamento: selezionabile a 10 bit / 8 bit
• Tempo di registrazione: fino a 24 ore
• Precisione dell'ora: +/- 1 minuto al giorno
• Interfaccia: USB 2.0 (230 kbaud)
• Tensione di scala: 1 mV ±5%
• Valvola di sensibilità: ≤20μV
• Segnale di tensione più bassa: 50 μ Vpp
• Impedenza di ingresso: ≥ 1GΩ
• Corrente di polarizzazione del circuito di ingresso: 0,1 μA
• Livello di rumore: ≤ 10 μ Vpp (da 0,1 Hz a 40 Hz)
• Rapporto di reiezione in modalità comune: >= 60 dB (da CC a 60 Hz)
• Reiezione offset elettrodo: ± 300 mV
• Tolleranza di tensione: ± 500 mV
• Costante di tempo: 3,2 s (0,3 Hz)
• Risposta in frequenza: 0,05 ~ 125 Hz
• Filtro: AC, EMG, filtro dalla deriva, RFI
• Rilevamento QRS complesso: algoritmo Pan & Tompkins
• Modello di sicurezza del corpo umano: 8 kV ESD (HBM)

Parametri fisici:

• Tipo B: alimentazione interna
• Dimensioni (L x P x A): 100 x 60 x 25 mm
• Peso netto (senza batteria): 65 g
• Peso con batterie: 111g
• Peso totale: 195 g (incl. supporto/elettrodi)
• Alimentazione: 4 batterie AAA
• Autonomia: >30 ore con batterie Alcaline

Consumo medio:

• Modalità normale: 17 mA (standby)
• Modalità sospensione: 6,2 mA
• Modalità di registrazione: 31 mA (~36 ore - dipende dalla scheda SD)

Passaggio 2: visualizzatore registro ECG: un analizzatore di dati

Breve descrizione

ECG Logger Viewer è l'applicazione complementare del dispositivo Holter per il download, l'analisi dei dati e la gestione dei pazienti.

• NOVITÀ: Versione 2 con prestazioni drasticamente migliorate (richiede ECG Logger FW v1.6.0+)
• Elaborazione della variabilità della frequenza cardiaca (HRV)
• Rilevamento del picco R e classificazione dell'aritmia
• Aritmia: bracardia, tachicardio, extrasistoli e pause
• Rilevamento di artefatti ECG
• Anteprima e stampa del segnale ECG e delle statistiche
• Esportazione dati nei formati EDF/BDF
• Interfaccia in inglese, francese e cinese
• Aggiornamento automatico del firmware
• Navigazione ECG per tipi di aritmia o posizione temporale
• IMPORTANTE: funziona solo con il dispositivo Holter "ECG Logger". Richiede il dispositivo Holter "ECG Logger" versione 1.6 o successiva
• Versione portatile supportata dalla v2.0

SOFTWARE

Il software funziona sotto Windows e supporta 3 lingue diverse. Esegui il programma di installazione e leggi il file della Guida.

NUOVA VERSIONE v2.1.0.7 SF è il luogo unico per il download dell'applicazione "ECG Logger Viewer".

Passaggio 3: costruzione del dispositivo

Breve descrizione

HARDWARE

L'elettronica è stata resa il più semplice possibile e non richiede un PCB. Un semplice pezzo di Veroboard può fare il lavoro.

FIRMWARE

Devi caricare Arduino Nano con HEX. Il codice utilizza il 99% della memoria e i nuovi bootloader potrebbero impedire il caricamento del firmware se sono più grandi.

SF è il luogo unico per il download del firmware del dispositivo "ECG Logger".

Nota sul file HEX e sul bootloader Arduino

L'Arduino Nano ha una memoria Flash da 32K e il bootloader usa 2K. Dei restanti 30K (30 720 B) di Flash, il firmware utilizza 30 692 Byte lasciando pochissimi byte liberi!

Ci sono due diversi bootloader (selezionabili da Arduino IDE >> Strumenti >> Processore):

ATmega328P (Old Bootloader) è il bootloader "ATmegaBOOT" e prevede la comunicazione di upload a 57600 baud

ATmega328P è il bootloader "Optiboot" che prevede la comunicazione di upload a 115200 baud

Mentre l'originale Arduino Nano viene fornito con il bootloader Optiboot, le versioni cinesi (che utilizzano il chipset USB CH341) vengono caricate con il bootloader ATmegaBOOT. La programmazione delle velocità di comunicazione è diversa!

NOTA: l'attuale file HEX è stato sviluppato per Arduino con il bootloader "ATmegaBOOT" ma funziona anche con Optiboot.