构建一款低成本、支持WiFi的单导联心电监测设备

在当今世界，心血管疾病(CVD)是导致死亡的主要原因之一，每年夺走数百万人的生命。早期发现并及时监测心脏健康状况对于有效管理这些疾病至关重要。然而，在许多农村和偏远地区，人们难以获得先进的医疗设施，导致大量人群面临无法及时诊断心脏病的风险。试想一下：一位居住在农村的中年农民偶尔感到胸部不适，但由于缺乏医疗资源而忽视了症状。某天，他因多年未被察觉的病情突发严重心脏事件。这种情况并非孤立发生，而是欠发达地区反复出现的现实。

如果有一种设备能够更早地检测到他的心脏状况，从而实现及时干预，会怎样?心电图(ECG)是一种不可或缺的工具，通过分析心脏的电活动来诊断心脏疾病。然而，传统的多导联心电图系统由于成本高、体积大且需要专业人员操作，在农村和资源匮乏地区存在诸多障碍。

我们的项目“微型心电图”(Micro-ECG)旨在突破这些限制，提供一种完全便携、电池供电的单导联心电图系统，其特点包括：

• 采用基于WiFi的微控制器(ESP8266)进行通信。

• 通过 captive portal 技术实现基于浏览器的实时用户界面。

• 利用运算放大器和RC滤波器在硬件层面抑制噪声。

• 使用手工编写的JavaScript代码对前端心电信号进行过滤处理。

与基于蓝牙的系统或移动应用程序不同，微型心电图可在不同设备间独立运行，仅需一个浏览器即可操作。该系统配备内置及外部胸电极，可准确采集并可视化心脏电信号。

实施

从构想到原型的转变：

•电极由铜线螺旋弯曲制成。

•生物仪器放大器 → AD8232

•ADC + MCU + WIFI 模块 → ESP8266

•电池 → 1200mAh，3.7V 锂离子电池

•充电方案 → TP4056电源管理IC

实施过程中所做的修改：

•移除地线电极，以简化设计。

硬件组件

•NodeMCU ESP8266 开发板

•SparkFun Electronics SparkFun 单导电心率监测器 - AD8232

•电池 1200mAh 锂离子电池

•电极 LA/RA(触摸式)+ 可选胸腔导线

•3.3V LDO 电压调节器

•TP4056 电池充电模块

•外壳盒

软件应用与在线服务

•Arduino IDE

•Microsoft VS Code

手工工具及制造设备

•烙铁(通用型)

系统架构

心电图设备的标准化系统架构简单。

为降低成本，我们省去了通常用于显示心电波形的打印机或显示屏。由于ESP8266(一款性价比极高的微控制器)还内置了WIFI功能，因此我们选择将心电数据传输至您的智能设备，从而提供更高的灵活性和更强的信号处理能力，远超小型容量的MCU。未来的发展重点将聚焦于利用大量历史异常记录数据进行AI分析。

原型概述

工作原理

•开机

•连接设备Wi-Fi

•自动打开捕获门户

•触摸电极 / 连接胸导联

•在屏幕上查看心电图波形

输入/输出接口

•顶部：LA/RA手指触控 + 心率LED

•正面：外部电极胸腔接口 + 电源开关 + 充电指示灯

•右侧：Micro-USB

•心率LED：随节奏闪烁

电源部分

•3.7V 1200mAh 固定电池

•RT9080 LDO 3.3V

•TP4056 充电指示(红/蓝LED)

•三档电源开关(充电 - 关闭 - 开启)

本文编译自hackster.io