Последние годы ознаменовались быстрым развитием кардиологии в области как диагностики, так и лечения сердечно‑сосудистых заболеваний. При этом электрокардиография, как и прежде, остается простым, но важным методом исследования.
История клинической электрокардиографии начинается с 1906 г., когда голландский физиолог Биллем Эйнтховен при помощи сконструированного им струнного гальванометра зарегистрировал у больного с патологией сердца первую ЭКГ. Тем самым Эйнтховен стал основателем современной электрокардиографии; за это достижение ему в 1924 г. была присвоена Нобелевская премия в области медицины.
Со времени гениального труда Эйнтховена объем знаний в области электрокардиографии в результате многочисленных экспериментов на животных и клинических исследований колоссально возрос.
Современная электрокардиография ориентирована на новые методы прямой и инвазивной регистрации, которые убедительно доказали ее надежность и ценность.
Электрокардиография — незаменимый метод диагностики сердечных заболеваний, широкому распространению которого во всем мире способствовали следующие 3 ее особенности:
Снять ЭКГ легко и просто. Ее можно регистрировать в любое время и так часто, насколько это необходимо. Исследование необременительно для пациента и может быть выполнено как в амбулаторных условиях, так и в стационаре.
Регистрация ЭКГ не требует больших расходов, многочисленного персонала и специальных знаний.
Электрокардиография отличается большими диагностическими возможностями и высокой информативностью
Источник
ЭКГ представляет собой зарегистрированную кривую электрического тока в сердце, отражающую особенности распространения возбуждения по предсердиям и желудочкам.
ЭКГ позволяет диагностировать различные заболевания сердца и патологические изменения в нем, которые можно отнести к одной из следующих трех категорий:
-
Во‑первых, это изменения, укладывающиеся в понятие «острый коронарный синдром» (ОКС) и имеющие важное клиническое значение.
В настоящее время в индустриальных странах инфаркт миокарда (ИМ) является наиболее частой причиной смерти. Прогноз при этом заболевании во многом зависит от того, насколько быстро и точно поставлен диагноз. По ЭКГ ИМ можно диагностировать очень рано и с большой точностью.
-
Вторая категория изменений, регистрируемых при помощи электрокардиографии, относится к нарушениям ритма сердца. Электрокардиография за весь период своего существования оказалась лучшим методом диагностики сердечных аритмий.
Значение этих нарушений в повседневной практике врача в последние годы значительно возросло, что связано, прежде всего, с тем, что в связи с возможностью точной диагностики аритмий появились многочисленные новые методы лечения. Следует отметить также, что точная оценка водителей ритма без знания электрокардиографии невозможна.
-
К третьей категории изменений относится гипертрофия одного или обоих желудочков. Признаки гипертрофии на ЭКГ появляются у больных с клапанной недостаточностью сердца и сердечными заболеваниями без нарушения функции клапанов, например, при артериальной гипертензии (АГ), легочном сердце и кардиомиопатии.
Некоторые электрокардиографические феномены, такие как блокады правой и левой ножек пучка Гиса (ПГ), синдром удлиненного интервала QT, синдром WPW, а также синдром Лауна‑Ганонга‑Левина (LGL), можно диагностировать только при помощи электрокардиографии.
Кроме того, ЭКГ дает ценную диагностическую информацию и при многих внутренних болезнях, например при тромбоэмболии легочной артерии (ТЭЛА), перикардите, миокардите, хроническом легочном сердце, гипер‑ и гипокалиемии и гипер‑ и гипокальциемии.
Недавно решил обследоваться и снять ЭКГ, что делал второй раз в жизни. Не буду рассказывать весь процесс, но скажу лишь, что результат получил аж через неделю.
Когда получал результат, то меня успокоили, сказав, что, если бы у меня было что‑то серьезное, то мне бы позвонили.
Естественно, у меня возник вопрос, почему процесс диагностики состояния сердца по ЭКГ может быть таким длительным, насколько точно этот диагноз может быть выполнен в обычной поликлинике и насколько технически сложно реализовать высокоточную регистрацию ЭКГ для дальнейшей компьютерной диагностики, желательно в реальном масштабе времени.
В качестве прототипа взял этот 3-х канальный регистратор ЭКГ.
Достигнутый мною результат поиска технического решения данного вопроса излагаю далее.
В настоящее время первичным носителем ЭКГ является бумажная лента.
Для типового регистратора ЭКГ размер получаемого графика составляет максимум 20 мм амплитуда импульса QRS и 50мм/сек — длительность периода PQ. Эти графики с бумажного носителя либо измеряются врачом линейкой, либо считываются сканером в ПК для последующего измерения параметров ЭКГ.
Видимый шаг дискретизации в таких измерениях составляет примерно 1 мм, что дает погрешность измерения параметров не менее 5% по амплитуде и не менее 0.02 сек по времени, что для измерения интервала PQ составит не менее 10%.
Многочисленные исследования, оценивающие точность интерпретации, выявили значительное количество ошибок, которые приводили к неправильному пониманию клинической картины, в т.ч. к неспособности точного определения и установления очередности соответствующей медицинской помощи пациентам с острой ишемией миокарда и в других жизнеугрожающих ситуациях. Обзор литературы показал, что основные ошибки в заключениях ЭКГ присутствуют в 4–32% случаев.
American College Cardiology и American College of Physicians предложили стандарты минимально необходимой профессиональной подготовки и требования к квалификации для специалистов по ЭКГ, чтобы способствовать снижению потенциально серьезных ошибок, однако свидетельств о реализации этих специфических рекомендаций немного.
Компьютерные системы облегчают хранение большого количества ЭКГ, рутинного применения сложных диагностических алгоритмов и, поскольку диагностические алгоритмы становятся более точными, предоставляют важные дополнительные сведения для клинической интерпретации ЭКГ. Однако интерпретация с помощью компьютерных систем не всегда бывает правильной (особенно в случае сложных нарушений и в критической клинической ситуации) для вынесения надежного заключения без экспертной оценки специалиста.
Новые методы анализа, основанные на концепциях ИИ, могут привести к дальнейшему усовершенствованию, а новые технические возможности — к широкому распространению систем для быстрой и квалифицированной интерпретации.
Анализ вариабельности сердечного ритма (ВСР) представляет собой один из наиболее распространенных методов количественной оценки активности вегетативной нервной системы. Метод основан на распознавании и измерении временных интервалов межу R зубцами ЭКГ (RRинтервалов), построении динамических рядов кардиоинтервалов и последующем анализе полученных числовых рядов математическими методами.
Американское общество кардиологов рекомендует использовать частоту дискретизации (ЧД) сигнала ЭКГ равной 500 Гц, что эквивалентно квантованию интервала на бумажном носителе с шагом 0.1 мм.
В последнее время появляется все больше статей, приводящих доказательства необходимости использования ЧД, равной 1000 Гц. Это связано с тем, что при невысокой вариабельности относительная ошибка вычисления спектральных параметров ВСР оказывается достаточно большой.
Для вычисления значения ВСР предложено много разнообразных методов, основанных на различных подходах к анализу сигналов. В частности, методы статистического анализа, спектральный анализ, методы нелинейной динамики, корреляционные методы. Анализ спектральной плотности мощности позволяет получить базовую информацию о том, как распределена мощность в зависимости от частоты. В спектре различают три основные спектральные компоненты: VLF (very low frequency, 0,0003÷0,04 Гц), LF (low frequency, 0,04÷0,15 Гц), HF (high frequency, 0,15÷0,4 Гц).
При регистрации не только ЭКГ, но и других видов сигналов биологических объектов, существует ряд общих особенностей, которые затрудняют процесс и создают помехи.
К таким помехам относится сигнал с частотой сети переменного тока, величина которого может составлять до тысячи милливольт, при максимальной амплитуде ЭКГ не более десяти милливольт. Кроме того, возможно наличие в сигнале постоянной составляющей в сотни милливольт, а также квази низкочастотных составляющих, синхронных с ритмом дыхания объекта.
Для устранения указанных помех обычно используют дифференциальный вход и фильтры нижних и верхних частот. Дифференциальный вход компенсирует помеху лишь при условии полной синхронности помехи в точках установки электродов. Применение фильтров нижних частот на входе регистратора приводит к возникновению длительных переходных процессов. В результате, подобные технические решения существенно усложняют устройства регистрации, увеличивают их габариты и существенно повышают стоимость.
В результате проведения исследований данного вопроса и существующей элементной базы, была сформулирована следующая концепция построения регистратора ЭКГ. Устройство содержит до 16 дифференциальных входов (для ЭКГ надо максимум 12 входов) и обеспечивает дискретизацию сигнала по каждому входу с частотой до 1280 Гц.
Постоянная составляющая и сетевая помеха специально не подавляются. Поэтому для обеспечения большого динамического диапазона сигнал используется 24bit АЦП, а для обеспечения высокой точности измерения параметров ЭКГ используется АЦП с малошумящим PGA.
В результате был спроектирован один из возможных вариантов устройства со следующими техническими характеристиками: диапазон входного сигнала до 1.25 В и составляет 24 бита, погрешность измерения значения сигнала не более 10 мкВ, что соответствует точности измерения 17 bit. Такая погрешность для сигнала ЭКГ в 10 мВ обеспечивает погрешность измерения 0.1%.
Так как для измерения ЭКГ надо до 12 каналов, то возникает вопрос каким образом реализовать дискретизацию этих сигналов.
В случае использования одного быстродействующего АЦП и входного коммутатора, возникает проблема переходных процессов в коммутаторе и, как следствие, существенное увеличение времени преобразования, либо существенного усложнения коммутатора, так как требуется обеспечить погрешность на уровне 24 бит.
Кроме того, в таком варианте сигналы будут преобразовываться последовательно со сдвигом во времени. Применение УВХ для устранения временного сдвига сигналов резко усложняет устройство, так как требуется реализация хранения аналогового сигнала с высокой точностью на сравнительно длительном интервале дискретизации не менее 780 мкс.
В итоге выбрал вариант, в котором для каждого сигнала используется свой АЦП. Работа всех каналов синхронизируется микропроцессором, который управляет АЦП и собирает данные по интерфейсу SPI с частотой 1МГЦ. Микроконтроллер записывает собранные с АЦП данные на SD карту.
Для записи секунды 12 канального ЭКГ с ЧД 1280 Гц потребуется 46 КБ, для записи данных за час — 165 МБ, а для мониторинга за сутки — 4 ГБ памяти SD карты.
В устройстве можно использовать карты емкостью 32 ГБ и более.
После завершения регистрации сигналов ЭКГ, данные могут быть считаны и отображены через USB порт в ПК или смартфон, переданы по Wi‑Fi на сервер обработки данных, либо на SD карте переданы для хранения и дальнейшей обработки.
Конструктивно 12-ти канальное устройство размещается в алюминиевом корпусе 12x9x3см3, например, таком:
Так как устройство используется для снятия сигналов с человека, то применение блока питания от сети, в период регистрации показаний, исключается.
Возможно несколько модификаций устройства.
В каждом конкретном случае, устройство собирается из однотипных модулей, размером 2×8 см2. На типовом модуле установлен 24-х битовый АЦП, модуль SoC и адаптер SD карты.
В простейшем случае SoC и SD карта устанавливаются лишь на одном из двенадцати модулей, но добавляется модуль синхронизации размером 2×4 cм2.
В самом сложном варианте устройства, каждый из сигналов ЭКГ обрабатывается своим процессором. Каждый процессор может выполнять вторичную обработку своего сигнала и осуществлять экспресс диагностику состояния больного. В критических ситуациях процессор может сообщить информацию по WiFi на диспетчерский пункт.
Кроме того, без существенного изменения схемы устройства, к любому модулю может быть дополнительно подключен внешний датчик по интерфейсу I2C или OneWire.
Достоинством данного технического решения является высокая точность, компактность и низкая стоимость даже при мало серийном производстве. Низкая стоимость обусловлена применением широкодоступных электронных компонент и простой, модульной конструкцией.
Большое спасибо, всем, кто оставил комментарий и дал дельные советы.
Комментарии (56)
ErshoffPeter
27.07.2023 15:00+3Не очень понятно, чем вас не устроил тот аппарат, который вы взяли в качества прототипа?
eugenk
27.07.2023 15:00+1Огромный респект за статью. Совсем недавно, в этом месяце, умерла жена. У неё были серьезные проблемы с сердцем, что в конце концов её и убило. Так она чтобы на сутки получить кардиомонитор, полгода в очереди стояла. Если бы та же идея пришла мне в голову раньше...
reticular
27.07.2023 15:00пишите ПО для расшифровки или конвертер в формат холтера?
nikolz Автор
27.07.2023 15:00+1Это следующий этап.
Для него попробую собрать информацию о существующих методиках и алгоритмах.
Для их проверки есть базы данных ЭКГ, в основном на сайтах недружественных стран.
Желающие могут присоединятся .
Refridgerator
27.07.2023 15:00А можно более конкретные ссылки на данные? Давно уже хотелось посмотреть на ЭКГ методами спектрального анализа.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Эта статья лишь о регистраторе. Вопросами расшифровки ЭКГ я пока серьезно не занимался, поэтому информации пока нет.
В этой статье
есть лишь таблица
Refridgerator
27.07.2023 15:00Я имел в виду сами сырые данные, спектральный анализ буду делать самостоятельно.
0tt0max
27.07.2023 15:00+2Не понял из статьи, знаете вы или нет. 12 каналов для основных отведений организовывать не нужно. Достаточно 8 каналов: 1 и 2 стандартные отведения + 6 грудных отведений. Отведения 3, aVR, aVF, aVL можно получить из 1 и 2 при помощи простой математики.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Спасибо за подсказку. Если достаточно 8, то можно сделать более точное устройство измерения. Нашел учебное пособие Министерства здравоохранения РФ : Д.А. ИТКИН, А.В. ТИМОФЕЕВА, М.В. ЧУБАРОВ, Е.К. СУПРУН СУТОЧНОЕ МОНИТОРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАММЫ И АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ , в котором сказано,
В зависимости от прибора количество отведений может быть от 2 до 12. Для оценки нарушений ритма и проводимости обычно достаточно 2 отведения.
Для оценки ишемических изменений 2 отведения дадут 90% достоверности.
При 3 отведениях выявляемость ишемии увеличится до 92-98%.
С учетом того, что речь идет об ишемии, которую возможно выявить с помощью СМ ЭКГ, т.е. о небольшом числе ишемических изменений, увеличение количества электродов и фиксируемых отведений более 3 (до 12) не кажется сильно необходимым.
----------------------
В итоге есть три варианта 3 канала, 8 каналов и 12 каналов.
Если разрядность сократить с 24 бит до 14 бит , то 3-х канальное устройство можно разместить в спичечной коробке.
radioxoma
27.07.2023 15:00+3tl;dr: для домашних целей достаточно II (второго) стандартного отведения.
В зависимости от прибора количество отведений может быть от 2 до 12.
Вам уже сказали, что половина стандартных отведений не измеряется, а рассчитывается (aVR, aVF, aVL) и печатается/отображается для удобства интерпретации человеком. Количество грудных отведений ("присосок") может быть любым:
V1-V6 - общеприняты
V7-V9 - если есть проблемы/сомнения в aVF (задняя стенка сердца)
V3R-V6R - для правой стенки сердца
V (один белый электрод)
В реанимационных мониторах есть только стандартные отведения (I, II, II и производные) и опционально одно V, которое включается по желанию (в мониторе есть выбор 3 или 5 наклеек использовать), и наклеивается прицельно.
Для оценки нарушений ритма и проводимости обычно достаточно 2 отведения.
Не "2", а "второго". Второго (II) отведения достаточно для интерпретации ритма в большинстве случаев т.к. там оптимальная амплитуда зубцов P, R. Кардиовертеры комплектуются проводом с тремя электродами и нужно выбрать одно из отведений (I, II, III) для синхронизации перед разрядом.
P.S. Обычно ЭКГ мониторируется, а не "точно измеряется". Ишемия выявляется (в динамике, под нагрузкой), а не измеряется. Да, есть измеряемые депрессия/подъём ST в мм, интервалы PQ/QRS в мс, но тренд важнее однократного измерения. Точно зону ишемии линейкой может измерить только патологоанатом.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00+1Да, я прочитал Ваше сообщение и принял к сведению.
но "от 2 до 12" - это не я сказал, а написано в методических указаниях, название я указал.
Кроме того, не как врач, а как специалист по электронике и по обработке экспериментальных данных, замечу, что вычитанием вы получите эти сигналы лишь в случае идеального совпадения Вашей модели прохождения электросигнала по телу человека. Но в реальности полагаю , все гораздо сложнее.
Возможно, что при малой точности измерения параметров сигнала Вы просто не видите разницы между результатом вычитания и реально измеренным сигналом.
В РФ продают Холтер, 12 стандартных отведений (Кардиорегистратор) производства ООО «Медтехсервис» стоимостью 60 тыс. руб.
Спасибо за информацию, не знал. То-то я удивился, что электродов мало, а графиков все 12. Теперь понятно. Сделаю на 3 в спичечном коробке.
iShrimp
27.07.2023 15:00Всё довольно просто. В стандартной ЭКГ мы получаем 6 отведений от конечностей с помощью 4 электродов-прищепок и 6 грудных отведений с помощью 6 электродов-присосок.
Вообще, теоретически для снятия сигнала с конечностей достаточно 3 электродов и 2 дифференциальных пар. I отведение представляет собой разность потенциалов левая рука - правая рука; II отведение = левая нога - правая рука; III отведение = левая нога - левая рука. Как легко заметить, II отведение равно сумме I и III. Но на практике в большинстве аппаратов используется четвёртый, нейтральный электрод (правая нога), относительно которого измеряются потенциалы трёх основных. Это позволяет снизить уровень шума, а при расчётах его потенциал вычитается и на итоговую картину ЭКГ не влияет.
Для расчёта усиленных отведений от конечностей (aVR, aVF, aVL) вначале вычисляется потенциал "виртуального" общего электрода, который представляет собой среднее арифметическое потенциалов 3 конечностей. В дальнейшем он же служит "виртуальным" отрицательным электродом для грудных отведений. Для получения значения aVL вычитаем из потенциала левой руки общий потенциал и умножаем на 3/2. Этот же результат можно получить, вычислив (I - III) / 2. Подобным образом вычисляются aVR и aVF.
В целом, с математической точки зрения, эти 6 отведений являются проекциями одного вектора на различные оси, лежащие во фронтальной плоскости. Поэтому достаточно иметь любые два из них, чтобы вычислить все остальные и даже построить векторную ЭКГ. Шесть отведений нужны врачам для наглядности, так как, имея перед глазами различные проекции, проще установить диагноз.
Но грудные отведения нельзя просто так взять и "сократить". Из-за близости к сердцу, его электрическое поле уже нельзя свести к диполю, поэтому грудные отведения не могут быть вычислены одни из других, в них нет избыточной информации
Думаю, при разработке прибора стоит учесть схемотехнику "Кардиофлешки". Штука довольно удобная, но непригодная для длительного исследования - максимальная длительность записи ограничена в приложении 10 минутами. Если бы удалось в такой форм-фактор уместить слот для карты памяти и аккумулятор, то это был бы гораздо более полезный девайс.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00За ликбез спасибо.
Кардиофлешка (13 тысяч руб) это примитивное устройство. Там 12 бит последовательное считывание каналов невозможность непрерывного накопления данных.
Не удивлюсь, если в ней окажется чип внешней звуковой карты за 50 рублей .
Я могу сделать еще лучше на одном модуле TLSR (14 бит BLE) за 100 рублей. к нему надо лишь добавить коммутатор на вход за 10 рублей и коробочку за 50 рублей и электроды с АЛИ .
В статье я перечислил все недостатки существующих решений. Повторю аналог моего это в статье китайский за 27 тысяч и устройство РФ за 60 тысяч.
ErshoffPeter
27.07.2023 15:00Ходил сегодня "ставить Холтер" - спросил у медсестры правда ли, что врачам для анализа нужна ЭКГ на бумаге?
Ответ был такой: нет, не надо, вся информация после снятия ЭКГ передаётся в МИС, бумажку печатаем редко.
Добавила, что и в гос.клиниках, скорее всего всё идёт "сразу в компьютер".
nikolz Автор
27.07.2023 15:00При мониторинге бумагу сейчас не используют, так как просто нет такого количества. А если снимается просто ЭКГ - то на бумагу, по крайней мере в моем городе. при этом ЭКГ в одном месте, а расшифровку делают в другом.
Кроме того само устройство для мониторинга продают в Китае за 30 тысяч, а в РФ за 60 тысяч.
Мое устройство имеет себестоимость в 10 раз меньше, что потенциально позволяет любому желающему иметь дома, как градусник. Но это лишь мое желание.
ErshoffPeter
27.07.2023 15:00+1В цене, как уже здесь и не только здесь написали - медицинская сертификация, которая даёт право таким аппаратам использоваться врачами в их врачебной практике. Без такой медицинской сертификации такой прибор непонятно чем будет полезен, на мой взгляд.
Собственно обзор доступных аппаратов ЭКГ можно увидеть, например, тут: https://habr.com/ru/companies/medgadgets/articles/390533/
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Полагал. что про сертификацию все знают.
Но что Вы выберете: возможность контроля параметров своего здоровья по не сертифицированному прибору в реальном времени или ожидание момента, когда приедет скорая помощь с сертифицированным прибором?
А это пример устройства без сертификации по цене 4000 евро:
Обеспечивает измерения фотоплетизмограммы и электрокардиограммы.
Для справки: цена чипа 10 евро.
ErshoffPeter
27.07.2023 15:00"возможность контроля параметров своего здоровья" - это весьма относительно и иллюзорно. Поясню - у меня часы снимают некое подобие ЭКГ и выдали месяц назад подозрение на аритмию.Я сходил к кардиологу - кардиолог сказал что ему всё равно, что показывают мои часы с одной стороны, а с другой стороны, то, что могут обнаруживать часы (зкстрасистолии) допустимо с медицинской точки зрения у здорового человека до 5 тысяч событий в день и , следовательно, надо пройти более тщательное обследование (тот самый "Холтер" плюс УЗИ сердца) и только после такого обследования можно будет делать какие-либо выводы надо что-то делать и что именно. Сомневаюсь, что, если бы я принёс показания вашего прибора (при всём уважении к вам) кардиолог смог бы (или захотел бы, что практически одно и то же) поставить диагноз.
Поэтому вопрос: для кого и зачем такой прибор? Какие конкретные примеры его использования вы себе видите?
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Полагаю, что Вы не против лишний раз сходить к врачу, чем приехать к нему на скорой помощи.
Я знаю схемы и чипы продаваемых часов, которые якобы что-то измеряют.
К сожалению такие часы в основном ничего толком не показывают, кроме пульса и числа шагов. В Ваших часах в лучшем случае 3 светодиода. Я лет 10 назад собирал подобное устройство , изучал возможность неинвазивного измерения уровня глюкозы в крови.
Мое устройство как минимум примерно в 1000 раз точнее измеряет параметры ЭКГ и во всех рекомендуемых отведениях. Если реализую диагностику, то тоже раз в 100 умнее, чем алгоритм в Ваших часах.
ErshoffPeter
27.07.2023 15:00Я, к сожалению, так и не понял как вы предлагаете в практическом плане использовать ваше устройство.
А в моём случае кардиолог подтвердил показания часов, то есть они меня правильно направили, но это ничего в целом это не значит, как выяснилось с медицинской точки зрения.
Да, и самое главное, что сказал кардиолог - это собственные ощущения по переносимости физических нагрузок. Если есть с этим проблемы - то надо бежать к врачу или вызывать скорую, в зависимости от масштаба.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Данная статья не про методику или диагностику, а про техническое средство. В ваших часах вообще нельзя сделать диагностику по ЭКГ. так как ваши часы не измеряют параметры ЭКГ. У вас в часах вероятнее всего регистрируется Фотоплетизмограмма — результат регистрации изменений, возникающих при наполнении мелких сосудов кровью в зависимости от фазы кардиоцикла. Метод регистрации амплитуды колебаний объема крови в сосудах путем просвечивания участка ткани
Аритмия обнаруживается по пропуску импульсов пульса. Но не точно, так как в часах мало памяти. Это самый примитивный алгоритм.
Не знаю по каким измерениям Вам подтвердил врач диагноз.
Но в любом случае это не тема данной статьи.
ErshoffPeter
27.07.2023 15:00А что, прошу прощения, тема данной статьи, которая называется "Высокоточное измерение ЭКГ"? Измерение ради измеренения? ????
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Да, статья про высокоточное измерение ЭКГ. В особенность и необходимость я кратко объяснил и объяснил почему мое решение отличается от общепринятых.
ErshoffPeter
27.07.2023 15:00Врачи пользоваться не будут / не смогут без сертификации, а обычным людям такая точность не нужна, достаточно фитнес-браслета за несколько тысяч рублей.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Вы написали очень очевидную и ошибочную мысль. .
1) Браслеты за несколько тысяч измеряют в попугаях. Все знают что браслеты и часы измеряют правильно лишь число шагов, но покупают их и верят цифрам пока не поймут, что смотрят фигню.
2) Где Вы прочитали, что нужна сертификация данного вида устройств?
3) В качестве примера, есть в продаже кардиофлешка (состоит из коммутатора на 8 каналов и микроконтроллера с АЦП 12 бит), продается без сертификации, так как подобные устройства не требуют сертификацию, а требуют регистрацию, которая стоит примерно 30 тыс рублей. Даже при мало серийном выпуске устройства это не проблема.
4) Высокая точность нужна при научных исследованиях и разработке новых алгоритмов и приборов. Иногда сделать такое оборудование является единственным способом получить экспериментальные результаты.
5) Я делаю то, что мне интересно. Будет продаваться или нет - это определяется не на этапе НИР( данная статья) и даже не на этапе ОКР (следующий этап).
sv_kozlov
27.07.2023 15:00Если Вы имеете в виду носимые системы для мониторнига вариабельности по одному отведению ЭКГ, то их уже хватает на рынке. Ссылки приводить не буду, их легко найти. Вот только три, с которыми я знаком вживую. С двумя из них - с разработчиками.. Прототип Ритмера даже Путину показывали, видео можно нагуглить.
Монитор сердечной активности RITMER
Кардиофлешка ECG Dongle
Система скрининга сердца Кардиовизор
И еще огромная куча браслетов с той же функцией. Примеры российских, которые не хотят казаться российскими
Corsano
actenzonikolz Автор
27.07.2023 15:00Трудно объяснять по рекламным ссылкам.
Попробую еще раз.
1) Кардиофлешка ECG Dongle цена неизвесна:
A/D-преобразователь 12 бит/1000 Гц 8 каналов
2) Система скрининга сердца Кардиовизор - не нашел дайте ссылку.
3) Монитор Ritmer( цена 12800 руб 2015 год) - предназначен для регистрации информации о сердечной активности пользователя и передачи ее по беспроводному каналу в мобильное коммуникационное устройство (смартфон, планшет и др.). Технические характеристики отсутствуют. Но при таких размерах канал 1. BLE Чип с АЦП имеет точность 12 бит.
---------------------------------------
В моем варианте 24 бита/1280 Гц 24 бита по сравнению с 12 это в 4096 раз точнее. Кроме того, 8 каналов преобразуются последовательно. Недостатки этого написал. У меня до 16 каналов (в расчете на другие виды электросигналов био объектов) параллельно. Мое устройство позволяет выполнить непрерывный мониторинг до 7 дней. В статье я привел прототип китайский 2023 года по цене 30 тысяч (у него АЦП 12 бит 3 последовательных канала ), РФ устройство цена 60 тысяч рублей (АЦП 12 бит последовательные каналы)
---------------------------------
Поэтому ваши ссылки, это как велосипед сравнить с автомобилем Доехать до дачи можно на тот и другом.
Конкуренты лишь указанные мною ценой 30 и 60 тысяч руб.
-------------------
А плата , которая 4000 евро - это как гоночный автомобиль в сравнении с велосипедом. Я заказал чип, который в этой плате буду использовать его для неинвазивного измерения давления.
n2dt4qd2wg9b
27.07.2023 15:00Это не значок Евро.
Валюту на сайте поменяйте и получите $47 USD
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Да, спасибо, не обратил внимание. Это 4000 индийских рупий.
Получилось 43 евро.
sv_kozlov
27.07.2023 15:00+1К сожалению, само по себе железо не имеет большого значения, лишь бы работало. Таких устройств и у китайцев полно. Вся сложность в регистрации в Росздравнадзоре. Это сильно дороже любой разработки. Поэтому цена высока - не каждая компания преодолеет этот барьер. Врач/медучреждение же не будет работать с несертифицированным устройством, это запрещено.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Таких устройств у китайцев нет.
Смотрите в начале статьи китайский прототип за 30 тысяч рублей и без сертификации в РФ.
mikelavr
27.07.2023 15:00Часы Garmin считывают HRV круглосуточно с точностью 1мс. В гражданской жизни этого наверное достаточно (значения в районе 50-80мс), а вот в спортивной - уже не очень. Типичное значение RMSSD на тренировке 15...25мс, то есть шаг на 1мс это уже 4...6%.
n2dt4qd2wg9b
27.07.2023 15:00Повторить ваше устройство можно?
Спец микросхемы от AD рассматривали?
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Железо можно собрать из готовых модулей с помощью паяльника. ПО пока в разработке.
Благодаря подсказкам, сокращу количество каналов до 8 или 3, что существенно упростит аппаратное решение.
Рассматривал и применяю AD , Ti.
phenik
27.07.2023 15:00Достоинством данного технического решения является высокая точность, компактность и низкая стоимость даже при мало серийном производстве. Низкая стоимость обусловлена применением широкодоступных электронных компонент и простой, модульной конструкцией.
В настоящее время, данное устройство разработано на уровне НИР.Для какого применения? Таких устройств разрабатывается очень много. Для медицинского применения требуется сертификация, весьма муторный процесс, который многие не проходят.
Новые методы анализа, основанные на концепциях ИИ, могут привести к дальнейшему усовершенствованию, а новые технические возможности — к широкому распространению систем для быстрой и квалифицированной интерпретации.
Если для медицинского применения, то особенно не надейтесь, медицина весьма консервативна к таким нововведениям. Частично это оправдано, если речь о диагностике. Последнее слово всегда за специалистом. Есть стандартные методики с записью в стандартных, обычно стационарных условия. Это требует сравнимость результатов.
Что полезно, так это устранение артефактов, где медикам приходится доверять инженерам, и различным мудреными методам обработки. Особенно для уникальных записей, которые нельзя воспроизвести. Или записей в динамике, движении. Возможно применение методов машинного обучения улучшит ситуацию в этой области в сравнении с традиционными методами основанными на анализе сигнала.
Удачи!
nikolz Автор
27.07.2023 15:00Когда-то давно, пришли в лабораторию два врача, которые занимались проф обследованием рабочих на тяжелых производствах. Спросили, можешь сделать реограф, чтобы мы его в сумке возили, а не в автомобиле. Я сделал из программируемого калькулятора и простейшего реографа. Прибор измерял параметры реограммы и отображал их на дисплее.
FunTic
27.07.2023 15:00Лет 10 назад делал холтер с wifi на борту на базе специального многоканального АЦП для снятия ЭКГ adas1000-4bcpz.
nikolz Автор
27.07.2023 15:00я тоже лет 10 назад делал правда не холдер, а регистратор для сбора данных для разработки неинвазивного глюкометра на базе ADS1256 8 каналов 24 bit. Но сейчас пришел к принципиально другой схеме, об этом написал в статье.
Yak52
Все что можно отфильтровать простыми аналоговыми элементами на входе, лучше отфильтровать.
Зачем, если амплитуда сигнала ЭКГ это милливольты?
nikolz Автор
В статье я это объяснил, возможно не очень подробно.
Поясню еще раз. Если Вы на входе АЦП поставите ФВЧ, как это делается в некоторых регистраторах, то частота среза такого фильтра должна быть доли Гц. Это значит что постоянная времени установления такого фильтра будет несколько секунд или десятки секунд. Это приведет к тому, что любой скачок на входе , приведет к большим низкочастотным волнам переходного процесса этого фильтра. Так как постоянная составляющая в прототипе не более 300 мВ, то такая величина практически не влияет на точность измерения. А отсутствие фильтра существенно упрощает устройство.
В результате с фильтром Вы получите погрешность как на бумаге, либо перегрузку входа.
Относительно диапазона входного сигнала. 1.25 В - это максимальный диапазон, который позволяет без перегрузки регистрировать помехи от сети переменного тока в случае если диф вход нельзя использовать, либо помеха несимметричная. Помеху сети нельзя подавить фильтром на входе, так как нельзя подавлять высокочастотные компоненты для точного измерения. Частота дискретизации в данном устройстве 1280 Гц, что соответствует верней частоте диапазона сигнала 500 Гц.
В тех случаях, когда помеха сети отсутствует, либо подавляется диф входом, диапазон входного сигнала можно изменить, увеличив коэффициент усиления PGA в 2,4,8,16,32 раза.
zatim
А какое влияние постоянная времени установления оказывает на результат? Да пусть она хоть минуту будет, на характере кривой это никак не скажется. Просто сама кривая будет потихоньку плыть вверх или вниз, в зависимости от полярности потенциала. Но зато вы гарантировано снимете кривую вне зависимости от потенциала электродов, а также вне зависимости от ошибочного подключения электродов, когда потенциал оказался отрицательной полярности вне диапазона АЦП.
Помеху 50 Гц также можно начать давить простейшим 1-2 звенным ФНЧ. А додавливать уже цифровым фильтром. В этом смысле высокая частота дискретизации нужна чтобы упростить аналоговую фильтрацию, а вовсе не для каких то высокочастотных составляющих, которые не нужны для диагностики.
nikolz Автор
Применение аналоговых фильтров на входе это традиционное решение регистраторов на бумаге. Но я решил пойти другим путем, об этом я и написал данную статью.
В прошлой жизни делал системы цифровой обработки сигналов испытаний, поэтому знаю эту тему хорошо.
В статье есть коротко о причине необходимости частоты дискретизации 500 и 1000 Гц.
Там же есть немного о том, что информативными участками спектра являются три основные спектральные компоненты: VLF (very low frequency, 0,0003÷0,04 Гц), LF (low frequency, 0,04÷0,15 Гц), HF (high frequency, 0,15÷0,4 Гц).
В итоге информативными частотами являются как низкочастотные от 0.0003 Гц так и высокочастотные 500 Гц.
Можно считать, что данный вариант- отказ от фильтров подавления постоянной и сетевой сетевыми фильтрами - это мое ноу-хау.
m1kr1k
ВСР — это частотная/фазовая модуляция, поэтому диапазон от 0,0003 Гц вовсе не означает необходимости пропускать постоянную составляющую на вход АЦП. В итоге дополнительные 12 бит разрешения придётся отфильтровывать, это только усложнит обработку данных, но да — ноу-хау :)
И ещё познакомиться с прелестями фликкер-шума.
nikolz Автор
Не понимаю, в чем смысл Ваших возражений. Если Вы делаете подобное устройство, то можете делать как полагаете. Но все же попробую Вам объяснить в чем Вы ошибаетесь
Было бы так, как Вы полагаете, если бы в моем устройстве "лишние" 12 бит назначались лишь для расширения диапазона входного сигнала. Но Вы невнимательно читаете и неправильно считаете.
В данном устройстве, чтобы ничего не перестраивать входной сигнал 1.25 вольт, Причем, как отмечал ранее, устройство может без изменений применяться для ввода других видов электросигналов биообъектов, например сигнал реографа, в котором всегда присутствует постоянная составляющая.
Но в данном устройстве помимо разрядности в 24 бита для перекрытия возможного диапазона изменения входного сигнала, обеспечивается высокая точность (не менее 17 бит) измерения сигнала , что соответствует величине сигнала 10 мкВ. т .е. для диапазона от 0.5 мB до 5 мВ получаем погрешность от 0.2 до 2%. Но если в действительности сигнал будет всего 5 мВ, то у нас в чипе ADC малошумящий инструментальный усилитель (PGA), который позволяет нам усилить входной сигнал в 16 раз и во столько же раз уменьшить ошибку измерения, т е получить погрешность не более 0.125% для сигнала в 0.5мВ
Сравним это с характеристиками Холтера (ООО Медтехсервис) -цена 60 тыс.руб:
Пределы допускаемой относительной погрешности измерения:
— в диапазоне от 0,03 до 0,1 мВ — не нормируются;
— в диапазоне свыше 0,1 до 0,5 мВ — ±15 %;
— в диапазоне свыше 0,5 до 5 мВ — ±7 %.
m1kr1k
Когда пройдёт увлечение излишней точностью и будут отработаны алгоритмы фильтрации помех, подумайте о наглядном представлении результатов. Мне кажется, здесь масса нереализованных возможностей, особенно, если речь идёт об использовании устройства неспециалистами. Векторная диаграмма, с регулируемым усреднением, с выделением цветом аномалий, как мне кажется, будет намного нагляднее/полезнее чем стандартный набор осциллограмм.
nikolz Автор
Не только я использую большую разрядность в измерителях био сигналов, но и такие фирмы как Ti и MAXIM. Они ставят в своих чипах для био сигналов от 18 до 20 бит АЦП. Как думаете, они тоже ничего в этом не понимают?
Давно занимаюсь обработкой экспериментальных данных и даже обучал этому студентов. Раньше это были авиа и авто объекты, теперь био объекты.
Поэтому вопросы отображения обработки и распознавания сигналов и влияния на результат точности измерения их параметров знаю не только теоретически.
Высокая точность систем измерения особенно необходима при исследовании физических явлений. Средства отображения у меня есть.
Еще хотел отметить, что мое устройство позволяет подключить к нему датчик фотоплезмограммы без каких либо доработок. При этом параллельный , а не последовательный, как во всех известных регистраторах ЭКГ, ввод, позволяет разрабатывать алгоритм измерения артериального давления неинвазивным способом с помощью этого устройства. Чем и планирую заняться с использованием нейронной сети.
Вот тогда, если будет желание, напишу статью с картинками отображаемых сигналов .
Kosmos83
Я видел стартап из Санкт-Петербурга, они заявляют что делают чек-ап организма за 5 минут с высокой точностью, в том числе и кардиограмма организма. Можно ли ее сделать за 5 минут и как оценить действительно точны ли измерения?
Смотрел на сайте, пишут что точность высокая, хочу взять родителям,так как живут в деревне и в больницу не наездишься((
nikolz Автор
Дайте ссылку, скажу мнение.