Обработка сигналов в реальном времени для портативного электрокардиографа
Устройство закрепляется на теле испытуемого и собирает данные об уровне шума и сердечном ритме человека. Эти данные передаются на мобильное приложение в реальном времени для дальнейшего изучения.
Шум может навредить. Он вызывает стресс, что может ускорять сердцебиение и повышать кровяное давление. Наш заказчик – университет, в котором исследуют негативное воздействие шума на кардиоваскулярную систему детей и взрослых.
Для участников эксперимента Исследовательский центр университета разработал портативный кардиограф. Устройство записывает сердечный ритм и индивидуальные уровни шума. Эти данные позволяют ученым анализировать зависимость сердечного ритма и его вариабельности (ЧСС и ВСР) от уровня шума.
Для участников эксперимента Исследовательский центр университета разработал портативный кардиограф. Устройство записывает сердечный ритм и индивидуальные уровни шума. Эти данные позволяют ученым анализировать зависимость сердечного ритма и его вариабельности (ЧСС и ВСР) от уровня шума.
Запрос
Команда исследователей искала опытного разработчика, который смог бы написать прошивку для портативного электрокардиографа. Им также требовалось создать приложение, способное визуализировать данные для дальнейшего изучения сердечного ритма.
Решение
КЕДР Solutions разработала прошивку для электрокардиографа, которая позволяет устройству выполнять свои функции: записывать данные со всех датчиков и отправлять их на мобильные телефоны по Bluetooth, где эта информация отображается в реальном времени. Мы также разработали приложение под Android.
Электроды для ЭКГ и приложение под Android
Принцип работы
На кожу участников эксперимента (детей и взрослых) помещается портативный электрокардиограф. Пока они занимаются повседневными делами, устройство считывает электрические импульсы сердца, а микропроцессор обрабатывает и записывает их. В конце дня участники эксперимента возвращаются в лабораторию. Исследователи снимают устройство и изучают реакцию сердца на окружающий шум, в том числе шум от дорожного транспорта и самолетов.
Выполненные работы
- Разработка прошивки
- Разработка приложения под Android
Разрешенные сложности проекта: обработка данных в реальном времени
Главная функция прошивки – обеспечить передачу данных в реальном времени с портативного электрокардиографа на смартфоны Android по Bluetooth 4.0 и выше. Как только данные попадают на смартфон, к пакету данных добавляются GPS-координаты телефона. Устройство собирает данные со следующих датчиков:
Другая техническая сложность была связана со скоростью передачи Bluetooth-каналов. Заказчик требовал, чтобы она составляла 2 Мбайта/с. Однако после расчетов мы поняли, что реалистичная скорость окажется меньше – в данном случае 2-3 Кбайта/с. Для оптимизации скорости передачи наша команда применила сжатие данных.
- ЭКГ: 250 Гц
- Акселерометр: 30 Гц
- Термодатчик: 1 Гц
- Микрофон: 11,2 кГц
Другая техническая сложность была связана со скоростью передачи Bluetooth-каналов. Заказчик требовал, чтобы она составляла 2 Мбайта/с. Однако после расчетов мы поняли, что реалистичная скорость окажется меньше – в данном случае 2-3 Кбайта/с. Для оптимизации скорости передачи наша команда применила сжатие данных.
Прототип электрокардиографа и приложение под Android, на которое передаются данные
Использованные технологии
- В качестве МК для этого проекта был использован nRF51 с поддержкой BLE 4.0 и ядром Cortex-M0.
- Прошивка разработана на базе FreeRTOS.
- Прошивка написана на C/C++.
- Для написания прошивки мы использовали Microsoft Visual Studio с плагином Visual GDB.
- Приложение под Android было написано с помощью Android Studio на языке Java.
- Устройство оснащено микрофоном, ЭКГ, акселерометром и термодатчиком.
Итоги
Портативный электрокардиограф и удобное мобильное приложение позволили ученым исследовать воздействие шума на кровяное давление и сердечный ритм у детей и взрослых.
Скорость передачи данных в реальном времени:
2 Кбайта/с
Потеря данных:
<0.001%
Непрерывная запись:
8-12 часов
2 Кбайта/с
Потеря данных:
<0.001%
Непрерывная запись:
8-12 часов
“
Команда КЕДР Solutions помогла нам уточнить требования к проекту и изменить архитектуру системы, чтобы добиться конечной цели. Я бы сказал, в числе самых ценных качеств компании – гибкость и энтузиазм как разработчиков, так и руководителей проекта.