基于MAX30003的单导联心电图监护仪

方案介绍

在这个项目中我们展示了，如何使用 MAX30003 和 Arduino Uno 制作用于心率变异性的单导联心电图监护仪。

介绍
当你的心脏“跳动”或“颤动”的时候，你有没有感觉到？如果你想知道这是什么原因，我们通常称它为为“心律失常”。不过不用担心，一般心率变异性 (HRV) 是正常的，并且取决于情绪唤醒，尽管某些类型的心律失常可能表明心脏异常。

我们想在本文中介绍的是一种独特且简单的方法来测量 ECG 以及 RR 间期，而且准确度非常高。

什么是心率变异性 (HRV)
ECG/EKG（心电图）是从连接到身体的电极获取的电信号及其电信号。与光学心率测量方式相比，心电图仍能提供最准确的心律。

单个 ECG 波形由 P、Q、R、S、T 点组成，如下图所示。这些中的每一个在详细的心脏研究中都具有重要意义，因此无法在这里解释所有内容。我们对这个项目特别感兴趣的是所谓的“QRS”复合体。该 QRS 波群的一部分是“R”顶点，对应于心脏左右心室的去极化。

我们现在感兴趣的是连续显示或记录的心电图测量中两个 R 峰值之间的距离。心脏产生两个连续 R 峰所需的时间称为 RR 间期，这对于 HRV 研究具有重要意义。

RR间期一般用于检测几种不同类型的心律失常（数量不少），此处不一一讨论。

除了心率变异性的临床意义外，还有生理意义。HRV 降低也是副交感神经和交感神经系统活动的指标，其中包括情绪唤醒和自主神经系统的其他功能。这意味着 RR 间隔可以作为藻类活动的间接“标志”。

该板与任何其他心电图芯片有何不同？
有多种 ECG AFE 芯片可用，包括来自 TI 和 Analog Devices 的芯片。ProtoCentral 还带有流行的基于 ADS1292R 芯片的分线板。但 MAX30003 的新特性让我们都兴奋不已：

使用简单，只有两个电极，由于板载模拟和数字高通和低通滤波器，它提供了令人惊讶的良好心电图。基线漂移消除也是内置的并且非常有效。

非常宽的动态范围。一些 ECG 电路的一个常见问题是对象的运动会导致“伪影”，有时会使放大器饱和，导致没有 ECG 信号。这个似乎并没有受到运动的很大影响。

内置RR检测。内置电路使用非常流行和广泛使用的 Pan-Tompkins 算法进行自动 RR 间隔检测。这意味着微控制器不必进行任何滤波、阈值计算或峰值检测。让 MCU 有空闲时间来处理特定于您的应用程序的其他事情。

我们做了什么
我们使用基于Maxim Integrated 的 MAX30003 单通道 AFE 芯片的ProtoCentral 单导联心电图监测分线板，通过连接到胸部的两个电极获取心电图。该板使用标准 SPI 接口连接到 Arduino Uno。

与需要一个驱动右腿 (DRL) 电极来实现共模抑制的传统 3 电极系统不同，MAX30003 的独特之处在于它仅使用 2 个电极，使其更易于使用。

图形用户界面
我们还制作了一个带有处理功能的 GUI，该处理从串行端口获取此数据并实时绘制数据以及 R-to-R 间隔时间（以毫秒为单位）和瞬时心率*基于当前 RR 值。

此处显示的 R-to-R 间隔是上一次检测到的 R 峰值和先前检测到的 R 峰值之间的时间，以获得 RR 间隔和心率的瞬时值。瞬时心率与常规心率（如果您使用医疗监护仪）不同，因为通常心率是根据存储的 ECG 数据的 5-10 秒窗口计算得出的，而不是立即获取时间。