導(dǎo)讀：如今，心臟驟停是世界范圍內(nèi)死亡的主要原因，影響著大量的人。心律失?？赏ㄟ^(guò)心電圖診斷。沒(méi)有人會(huì)在家里有心電圖機(jī)，它也需要電極粘在適當(dāng)?shù)牡胤?，并且需要時(shí)間來(lái)分析心電圖。與此同時(shí)，在新冠肺炎疫情后，大多數(shù)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(guān)性，因此可用于檢測(cè)嚴(yán)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(shù)來(lái)確定氧飽和度水平和脈搏率。我的目標(biāo)是用MAX30102脈搏血氧計(jì)傳感器和Arduino微控制器構(gòu)建一個(gè)可穿戴手指脈搏血氧計(jì)，在信號(hào)處理工具Neurokit的幫助下檢測(cè)主要心律失常。在這個(gè)項(xiàng)目的幫助下，我希望心律失常可以及早發(fā)現(xiàn)，并通過(guò)適當(dāng)?shù)闹委熗炀壬?

PPG波可以作為一種檢測(cè)和診斷心律失常的工具。PPG振幅的搏動(dòng)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(jié)合典型的心電圖模式，應(yīng)該給出一個(gè)重要的警告，關(guān)于危險(xiǎn)情況的存在。

室性早搏復(fù)合體對(duì)心電圖、血壓和PPG的影響

室性心動(dòng)過(guò)速對(duì)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(gè)傳感器來(lái)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(shù)。一些光粒子(光子)被散射、反射和吸收。光探測(cè)器探測(cè)穿過(guò)組織后的光。到達(dá)光電探測(cè)器的光子經(jīng)歷了散射和吸收。因此，通過(guò)測(cè)量被檢測(cè)光強(qiáng)度的變化，可以確定組織內(nèi)的相對(duì)變化。MAX30102監(jiān)測(cè)每分鐘心跳，并在測(cè)量血氧飽和度(SPO2)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

Arduino UNO是基于ATmega328p的微控制器。它有14個(gè)數(shù)字輸入/輸出引腳(其中6個(gè)可以用作PWM輸出)，6個(gè)模擬輸入，一個(gè)16 MHz陶瓷諧振器(CSTCE16M0V53-R0)，一個(gè)USB連接，一個(gè)電源插孔，一個(gè)ICSP頭和復(fù)位按鈕。它包含了支持微控制器所需的一切。它可以簡(jiǎn)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(kāi)始使用。Arduino程序是在Arduino集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)中編寫(xiě)的。Arduino IDE是運(yùn)行在系統(tǒng)上的特殊軟件，允許用戶編寫(xiě)草圖。

本項(xiàng)目使用NeuroKit2作為信號(hào)處理工具。NeuroKit2是一個(gè)開(kāi)源的、社區(qū)驅(qū)動(dòng)的、以用戶為中心的用于神經(jīng)生理信號(hào)處理的Python包。它為各種身體信號(hào)(如ECG， PPG， EDA， EMG， RSP)提供了一套全面的處理程序。Neurokit2分析信號(hào)數(shù)據(jù)幀(二維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。包含信號(hào)的數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)置功能進(jìn)行預(yù)處理和分析。

MAX30102脈搏血氧計(jì)傳感器與Arduino微控制器集成，用于捕獲PPG信號(hào)。MAX30102傳感器的原始數(shù)據(jù)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(jì)算出SPO2和心率。這些數(shù)據(jù)是用時(shí)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析。CSV文件中包含的數(shù)據(jù)使用Neurokit2庫(kù)中的函數(shù)進(jìn)行預(yù)處理。利用PPG分析功能對(duì)PPG信號(hào)進(jìn)行分析。PPG_clean功能有助于通過(guò)消除噪聲來(lái)精煉信號(hào)。為了檢測(cè)心律失常，必須找到PPG波的峰值。PPG_peaks函數(shù)有助于找到峰值。在峰值檢測(cè)之后，該算法評(píng)估信號(hào)的節(jié)律性，如果檢測(cè)到節(jié)律中的任何不規(guī)則現(xiàn)象，則觸發(fā)警報(bào)。

擬議系統(tǒng)概述

結(jié)果：在系統(tǒng)中對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試和訓(xùn)練。正常受試者PPG數(shù)據(jù)采集。房顫PPG數(shù)據(jù)收集自MIMIC PERform AF數(shù)據(jù)庫(kù)。

正常受試者心電圖及PPG -1。

結(jié)果輸出與平均HR為正?？颇?1。

ECG和PPG伴有異位搏動(dòng)。

數(shù)據(jù)與異位拍的結(jié)果輸出。

心房顫動(dòng)受試者的心電圖和PPG信號(hào)-1。

心房顫動(dòng)輸出受試者-1

在輸出圖像的頂部，節(jié)奏顯示為正常或不規(guī)則節(jié)奏。15秒內(nèi)的平均心率也會(huì)計(jì)算出來(lái)。該算法檢測(cè)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(lán)色是干凈的PPG信號(hào)數(shù)據(jù)，紅色是峰值檢測(cè)信號(hào)。

結(jié)論：未來(lái)的計(jì)劃是設(shè)計(jì)一個(gè)非常緊湊的設(shè)備，類(lèi)似于脈搏血氧儀，內(nèi)置SPO2傳感器和藍(lán)牙模塊。這個(gè)藍(lán)牙模塊可以與手機(jī)、筆記本電腦甚至Arduino進(jìn)行通信。由于NeuroKit2是開(kāi)源的，我們可以隨時(shí)隨地使用它來(lái)分析和解釋容積圖。這個(gè)項(xiàng)目對(duì)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