Пульсометр с Bluetooth или устройство фотоплетизмографа. Часть 1

[kenoma]

Насколько мне известно, ритмограмма сердца длительностью меньше 30-40 минут особой информационной ценности для здорового человека не представляет. Как долго может вести запись ваше устройство с учетом комфортности для пользователя?

[abrakada]

Несколько часов, сенсор на пальце, датчик на запястье. Можно собрать прибор с ушной клипсой. При умеренной двигательной активности качество пульсограммы хорошее. Есть также наработки по устранению артефактов от движения, они пока тестируются.

[Delsian]

Если мне не изменяет память, HC-06 имеет только ВТ-2.0, в то время как Heart Rate Profile определен в спецификации ВТ4.0. Неувязочка. К тому же новые модули с BLE стоят уже как бы дешевле старых НС-06

[abrakada]

Вы правы, HRP не поддерживается, данные записываются в файл и могут быть проанализированы с помощью стороннего ПО, например physionet.org или упомянутого LabChart

[wowscheg]

Линейка зачет. Хороший рекламный ход, демонстрация возможностей так сказать. Как получить такую?

[abrakada]

Любимая линейка, заказывал платы на этом заводе, дали в довесок. Удобна тем, что измерение начинается от края, а не как обычно с отступом. На обратной стороне еще для справки технологические возможности приведены.

[valexey]

У вас фотоплетизмограмма очень похожа на производную от фотоплетизмограммы по времени. Либо вы ОЧЕНЬ сильно прижали сенсор к пальцу.

[valexey]

Быть может это последствия устранения постоянной составляющей? То есть вы на аппаратном уровне взяли производную, таким образом убрав постоянку, но в итоге у вас не фотоплетизмограмма, а лишь производная от нее.

Кстати, вместе с постоянной составляющей вы выплеснули и ребенка — на фотоплетизмограмме видно мого интересного и кроме ударов сердца :-) Впрочем, поскольку у вас лишь 10 bit, то выбора конечно нет, иначе даже пульс не увидеть.

[abrakada]

Спасибо за комментарий. Да, сигнал поступает на АЦП после дифференцирования. Поясните пожалуйста, что именно теряется. Насколько я знаю, постоянная составляющая устраняется даже в диагностических кардиографах. На всякий случай сниму АЧХ, чтобы точно знать, какие частоты подавляются.

[valexey]

Ну, например вы таким образом скорее всего не сможете увидеть на фотоплетизмограмме дыхание и другие интересные низкочастотные явления.

Если добавить еще красный светодиод, то можно было бы попробовать считать сатурацию (SpO2), но после дифференцирования это тоже, мягко говоря, будет проблематично сделать.

Из фотоплетизмограммы можно вытаскивать далеко не только пульс ;-)

[abrakada]

Я согласен, что лучше использовать полный сигнал, но дыхательную аритмию можно посчитать по изменению ЧСС. А сатурацию тот же Микрочип считает используя схему с разделительными конденсаторами (ссылка в статье).

[kenoma]

Дыхательная аритмия у разных возрастов по разному проявляется, не говоря уже о том, что далеко не все частоты дыхания сказываются на ЧСС.

[valexey]

Для подсчета дыхания не достаточно дыхательной аритмии.

[abrakada]

Вы имеете ввиду частоту дыхания?

[valexey]

Да, конечно. Дахательная аритмия может проявляться по разному, может вообще практически не проявляться. Ловить дыхание только на нее полагаясь — нельзя.

Более того, на изменение интервалов ударов сердца влияет не только дыхание. И порою отличить одно от другого там сложно.

[abrakada]

Ну, точнее получится, если использовать датчики экскурсии дыхания, то есть движения груди или живота, как это делают в полиграфах и аппаратах БОС. Но мне кажется, вы намекаете, что можно посчитать частоту дыхания по плетизмограмме, если не секрет, поделитесь знаниями, конкретно этот момент меня очень заинтересовал.

[valexey]

Я не намекаю, я прямо говорю :-) Более того, это уже довольно успешно делают. Есть пачка патентов и статей на эту тему.

Но это намного тяжелее алгоритмически чем считать пульс. Частенько используют комбинацию например вейвлетов + какой-то метод машинного обучения чтобы из результатов вейвлет-преобразования вытащить дыхание.

[valexey]

Кстати, а можно посмотреть на картинку не фильтрованного сигнала?

[abrakada]

Конечно, файл данных, которые идут от датчика, есть в репозитории в папке info. В программе МК используется усреднение со скользящим окном, постараюсь в ближайшее время вывести в файл данные напрямую от АЦП и постараюсь привести АЧХ и осцилограмму с эмиттера фототранзистора.

[valexey]

А кстати, зачем городить огород с собственной аналоговой частью и АЦП, если можно воспользоваться например вот этим: moderndevice.com/product/pulse-heartbeat-sensor

moderndevice.com/news/pulse-sensor-ii-getting-the-lights-on

Ну или использовать не готовую эту платку, а именно Si1143, если хочется именно такой форм-фактор как у вас. Это будет и дешевле, и качественней.

[abrakada]

Спасибо, буду изучать. Мой датчик это кусок от другого более сложного прибора из области реабилитационных вибротренажеров, который я в свободное время превратил в такой вот гаджет.

[valexey]

Скользящее окно конечно хорошо, но наверно лучше бы (если хватает производительности, а её таки должно хватить) спроектировать нормальный fir-фильтр и польоваться им. Ну или вообще без фильтрации выдавать.

PS. Если будет возможность выложить данные хотя бы 10 минут измерения, было бы интересно взглянуть.

[abrakada]

Обязательно выложу. Данные с АЦП можно фильтровать в LabChart. Микрочип, кстати, тоже радует в этом смысле — пользуюсь вот таким дизайнером фильтров для МК

[abrakada]

Добавил АЧХ и данные за 10 минут в репозиторий

[valexey]

Во! Вот это больше похоже на PPG с пальца :-)

[Vacxe]

Копия моего дипломного проекта, только в красивой оболочке. У меня в конечном итоге (3 года работы с медоборудованием) возникло двоякое мнение о применении фотоплетизмограммы.
1) Это дешевый способ снять пульсограмму, когда мы готовы пожертвовать шумом.
2) Можно анализировать Sp02
3) Для длительного ношения вообще не подходит (не считая людей в абсолютно неподвижном состоянии), так как количество шумов — просто колосальное.
4) Врачам гораздо больше скажет ЭКГ в 3 отведения хотя бы. А для получения RR интервала гораздо лучше использовать пульсометр. Например Zephyr (с открытой библиотекой для взаимодействия с Android).

В общем, количество таких «игрушек» на торговых площадках китая — огромное. Браслет с дисплеем и оптопарой стоит порядка 5к.

Надеюсь советы мои пригодятся, хотя бы немного! mHealth в массы!

[valexey]

3) Для длительного ношения вообще не подходит (не считая людей в абсолютно неподвижном состоянии), так как количество шумов — просто колосальное.

1) это не шумы, а вполне себе motion artefacts, которые в принципе вполне себе устраняются алгоритмически (при поддержке естественно и железа тоже — в данной схеме это будет сделать сложно, либо невозможно совсем).
2) смотря на каком месте это дело носить.

4) Врачам гораздо больше скажет ЭКГ в 3 отведения хотя бы.

Врачи смотрят на многое. В PPG есть то, что в ЭКГ не содержится, а в ЭКГ есть то, что не содержится в PPG.

[Javian]

Texas Instruments у себя публикует доки по применению своих микросхем в мед оборудовании, вот например простое устройство для съема электрокардиограммы www.ti.com/lit/an/slaa280a/slaa280a.pdf

This application report describes how to build a digital heart-rate monitor using a MSP430FG439
microcontroller (MCU). The heartbeat rate per minute is displayed on an LCD. In addition, the application
outputs a digital data stream via an RS232 serial port to allow EKG waveform display on a PC. The entire
application runs using a CR2032 3-V lithium battery.
PCB Gerber files, schematic, bill of materials, and firmware are provided in a zip file that can be
downloaded from www.ti.com/lit/zip/slaa280.

[valexey]

У них и решения для PPG есть :-)

[abrakada]

На мой взгляд фотоплетизмограмма как раз хорошо подходит для измерений с подвижного человека, так как электрические сигналы тела намного более разнообразны и имеют пересекающийся спектр — миограмма, кардиограмма, фазическая КГР. Например, ушные клипсы часто используются в беговых дорожках. Кроме того, фотоизмерения хорошо подходят для случаев, когда человек не желает раздеваться и у него должны быть свободны руки. Например, для различных тренингов с БОС или компьютерного тестирования.

[valexey]

del