導讀：如今，心臟驟停是世界范圍內死亡的主要原因，影響著大量的人。心律失常可通過心電圖診斷。沒有人會在家里有心電圖機，它也需要電極粘在適當的地方，并且需要時間來分析心電圖。與此同時，在新冠肺炎疫情后，大多數人都在使用手指脈搏血氧儀檢查自己的生命體征。由于心電圖(ECG)和容積圖(PPG)之間存在相關性，因此可用于檢測嚴重的心律失常?？纱┐魇种该}搏血氧儀使用分光光度法和脈搏體積描記術來確定氧飽和度水平和脈搏率。我的目標是用MAX30102脈搏血氧計傳感器和Arduino微控制器構建一個可穿戴手指脈搏血氧計，在信號處理工具Neurokit的幫助下檢測主要心律失常。在這個項目的幫助下，我希望心律失?？梢约霸绨l(fā)現，并通過適當的治療挽救生命。

PPG波可以作為一種檢測和診斷心律失常的工具。PPG振幅的搏動變化可能是患者心律不規(guī)律的線索。脈搏血氧儀波形幅度的突然下降，結合典型的心電圖模式，應該給出一個重要的警告，關于危險情況的存在。

室性早搏復合體對心電圖、血壓和PPG的影響

室性心動過速對心電圖、血壓和PPG的影響

使用的材料和方法：為了得到SPO2和心率，我們需要一個傳感器來記錄容積圖。照片體積圖是一種將紅光(660nm)和紅外線(940nm)照射在組織上的技術。一些光粒子(光子)被散射、反射和吸收。光探測器探測穿過組織后的光。到達光電探測器的光子經歷了散射和吸收。因此，通過測量被檢測光強度的變化，可以確定組織內的相對變化。MAX30102監(jiān)測每分鐘心跳，并在測量血氧飽和度(SPO2)中發(fā)揮關鍵作用。

Arduino UNO是基于ATmega328p的微控制器。它有14個數字輸入/輸出引腳(其中6個可以用作PWM輸出)，6個模擬輸入，一個16 MHz陶瓷諧振器(CSTCE16M0V53-R0)，一個USB連接，一個電源插孔，一個ICSP頭和復位按鈕。它包含了支持微控制器所需的一切。它可以簡單地用USB線連接到電腦上，或者用交直流適配器或電池供電即可開始使用。Arduino程序是在Arduino集成開發(fā)環(huán)境(IDE)中編寫的。Arduino IDE是運行在系統(tǒng)上的特殊軟件，允許用戶編寫草圖。

本項目使用NeuroKit2作為信號處理工具。NeuroKit2是一個開源的、社區(qū)驅動的、以用戶為中心的用于神經生理信號處理的Python包。它為各種身體信號(如ECG， PPG， EDA， EMG， RSP)提供了一套全面的處理程序。Neurokit2分析信號數據幀(二維數據結構)。包含信號的數據通過內置功能進行預處理和分析。

MAX30102脈搏血氧計傳感器與Arduino微控制器集成，用于捕獲PPG信號。MAX30102傳感器的原始數據可以在Arduino IDE的串行監(jiān)視器上查看。只需少許編碼，就可以計算出SPO2和心率。這些數據是用時間戳收集的，保存為CSV文件，每30秒更新一次。然后使用CSV文件中的數據進行分析。CSV文件中包含的數據使用Neurokit2庫中的函數進行預處理。利用PPG分析功能對PPG信號進行分析。PPG_clean功能有助于通過消除噪聲來精煉信號。為了檢測心律失常，必須找到PPG波的峰值。PPG_peaks函數有助于找到峰值。在峰值檢測之后，該算法評估信號的節(jié)律性，如果檢測到節(jié)律中的任何不規(guī)則現象，則觸發(fā)警報。

擬議系統(tǒng)概述

結果：在系統(tǒng)中對各種數據進行了測試和訓練。正常受試者PPG數據采集。房顫PPG數據收集自MIMIC PERform AF數據庫。

正常受試者心電圖及PPG -1。

結果輸出與平均HR為正常科目-1。

ECG和PPG伴有異位搏動。

數據與異位拍的結果輸出。

心房顫動受試者的心電圖和PPG信號-1。

心房顫動輸出受試者-1

在輸出圖像的頂部，節(jié)奏顯示為正?；虿灰?guī)則節(jié)奏。15秒內的平均心率也會計算出來。該算法檢測輸出圖形的節(jié)奏，并指出不規(guī)則的節(jié)奏?？梢钥吹捷敵鰣D像有2張圖，藍色是干凈的PPG信號數據，紅色是峰值檢測信號。

結論：未來的計劃是設計一個非常緊湊的設備，類似于脈搏血氧儀，內置SPO2傳感器和藍牙模塊。這個藍牙模塊可以與手機、筆記本電腦甚至Arduino進行通信。由于NeuroKit2是開源的，我們可以隨時隨地使用它來分析和解釋容積圖。這個項目對老年人很有用，甚至在一些緊急情況下也很有用。

本文編譯自hackster.io