Real-time ECG Analyzer

Proiectul constă într-un sistem de monitorizare a activității cardiace (ECG) în timp real, alcătuit dintr-un modul AD8232 conectat la un Marble Pico. Dispozitivul afișează waveform-ul activității cardiace și calculează frecvența cardiacă cu precizie ridicată.

Obiective principale:

• Monitorizare continuă: Achiziție de date ECG la 250Hz pentru o rezoluție temporală optimă
• Procesare avansată: Implementarea algoritmului Pan-Tompkins pentru detectarea complexelor QRS
• Interfață intuitivă: Aplicație desktop cu afișare în timp real și analiză calității semnalului
• Portabilitate: Design compact, potrivit pentru monitorizare ambulatorie

Motivația proiectului: Majoritatea soluțiilor existente se limitează la măsurarea frecvenței cardiace. Acest proiect oferă o analiză completă a semnalului ECG, incluzând filtrarea avansată DSP și detectarea automată a problemelor de conectare.

Workflow utilizator:

1. Conectarea electrozilor - LED-uri de stare indică conectarea corectă (roșu = deconectat, verde = conectat)
2. Interfața USB - Conectare automată la calculator prin USB CDC
3. Lansarea aplicației - Auto-detectare dispozitiv și inițializare
4. Monitorizare live - Afișare continuă cu analiza calității semnalului

Procesarea semnalului:

• Filtrare hardware: Filtru low-pass pasiv la ~17Hz pentru eliminarea zgomotului de înaltă frecvență
• Algoritm Pan-Tompkins: Detectare robustă a complexelor QRS

Lista componente:

Interfețe hardware utilizate:

• GPIO pins: Monitorizare stare electrozi (leads-off detection)
• UART/USB CDC: Transmisie date la 115200 baud
• Timer + ADC: Sampling sincronizat la 250Hz, rezoluție 12-bit
• LED indicators: Feedback vizual stare sistem

Circuit de filtrare: Filtrul low-pass pasiv (R=20kΩ, C=0.47µF) oferă o frecvență de tăiere fc = 1/(2πRC) ≈ 17Hz, eliminând zgomotul muscular și interferențele de înaltă frecvență.

Firmware (Marble Pico):

#define SAMPLING_INTERVAL_MS 4 // 250 Hz
 
bool timer_callback(repeating_timer_t *rt) {
    gpio_put(LED_PIN, !gpio_get(LED_PIN));
 
    int16_t adc_value = -1;
    bool leads_connected = true;
 
    if (gpio_get(LO_PLUS) || gpio_get(LO_MINUS)) {
        leads_connected = false;
    }
 
    if (leads_connected) {
        adc_value = adc_read();
    }
    printf("%d\n", adc_value);
    return true;
}

Caracteristici firmware:

• Timer repetat: 4ms interval pentru sampling la 250Hz
• Detecție electrozi: Verificare stare LO+ și LO- pentru conectare
• Output format: Valori ADC printate ca int16_t prin USB CDC
• LED indicator: Toggle pentru feedback vizual

Aplicația desktop:

Funcționalități:

• Citire date: Parse serial input pentru valori ADC
• Grafic real-time: Afișare waveform ECG pentru ultimele 6 secunde
• Algoritm Pan-Tompkins: Detectare complexe QRS pentru calculul heart rate
• Status: Afișare stare electrozi și calitate semnal

Funcționalități implementate:

• Sampling stabil: 250Hz cu timer hardware
• Detecție electrozi: LED indicators pentru starea conexiunii
• Transmisie USB: Date ECG în timp real către aplicația desktop
• Interfață grafică: Afișare waveform și calculul basic al heart rate-ului

Potențial de scalare: Design-ul permite extinderea cu mai multe canale ECG prin multiplexarea ADC-ului și procesarea paralelă.

Lecții învățate:

• Zgomotul este o problemă majoră pentru semnalele ECG de amplitudine mică
• Sursa de alimentare introduce interferențe care afectează calitatea semnalului
• Filtrarea hardware (condensator + rezistor) ajută dar nu elimină complet zgomotul

Dezvoltări viitoare:

1. Îmbunătățirea filtrării - filtre digitale mai avansate în software
2. PCB dedicat pentru reducerea zgomotului și a dimensiunilor
3. Algoritmi mai buni pentru detectarea heart rate-ului în prezența zgomotului
4. Interfață mai user-friendly cu setări configurabile

https://github.com/RouterInfoMan/ecg-pm

Conține:

• Cod sursă firmware (C/C++)
• Aplicație desktop (Python/Qt)
• Documentație hardware (schemă)

• Saptamana 27.03 - 4.05
  • Am asamblat legatura Marble Pico - AD8232 si simulat basic polling fara timere
  • Am trimis datele prin UART la un serial plotter
  • Probleme întâlnite: Zgomot excesiv, sampling neuniform
  • Rezultatul obtinut

• Saptamana 5.05 - 11.05
  • Am adaugat timere hardware pentru sampling precis la 250Hz
  • Am refactorizat codul firmware pentru eficiență
  • Am început dezvoltarea aplicației desktop cu interfață grafică
  • Milestone: Achiziție stabilă cu timer repetat

• Saptamana 12.05 - 18.05
  • Am implementat baza algoritmului Pan-Tompkins pentru detectarea QRS
  • Am dezvoltat aplicația desktop pentru afișarea graficului în timp real
  • Problemă: Algoritmul nu detecta corect complexele QRS din cauza configurării greșite

• Saptamana 19.05 - 25.05
  • Am corectat problemele cu algoritmul Pan-Tompkins (configurare filtru digital)
  • Am testat sistemul pe mai multe persoane pentru validarea funcționării
  • Am îmbunătățit interfața aplicației cu indicatori de stare
  • Rezultat: Sistem funcțional care afișează ECG și calculează heart rate-ul

https://github.com/GroundStudio/GroundStudio_Marble_Pico/blob/main/Documentation/REV0.0.3/Datasheet%20GroundStudio%20Marble%20Pico%20REV%201.1.pdf

Export to PDF