目標(biāo)
這個迷你項(xiàng)目/教程的目標(biāo)是用最少的組件制作一個超級簡單的心率監(jiān)視器和滾動心電圖顯示。

要求：

• 蟒蛇
• 音頻接口
• 1/4英寸連接線/吉他線/樂器線（只需通過音頻接口接入電腦即可）

快速背景

心臟的肌肉產(chǎn)生電信號。其中一些信號可以在皮膚表面檢測到。

我們可以使用表面電極拾取這些信號。問題是，這些并不是皮膚上唯一的電信號。值得慶幸的是，我們想要看到的大多數(shù)信號都限制在 1-40Hz 左右。

流程

我們將把我們的 1/4" 電纜作為我們的電極，將其插入心臟附近的皮膚。然后我們使用 USB 音頻接口來放大模擬信號并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號.最后我們在python中進(jìn)行過濾和顯示

步驟

第 1 步： 1/4 英寸電纜由兩部分組成：套管和尖端。這兩個部分都需要與您的皮膚接觸 - 只需用手握住套管并將其壓在胸部/上肋骨的左側(cè)（某些電纜可能有更多通道，只需確保它們都已接觸即可啟動）。調(diào)整音頻接口的增益（我將我的一直調(diào)高）。

第 2 步： 運(yùn)行以下代碼。 確保檢查 input_device_index 行是否指向您的音頻接口。我們正在做的是獲取傳入音頻的塊，使用 fft 轉(zhuǎn)換到頻域，將所有不必要的頻率設(shè)置為 0，然后轉(zhuǎn)換回時域。接下來，我們找到峰值來計算 HR，然后以滾動的方式繪制圖表。

import numpy as np 
import pyaudio as pa 
import struct 
import matplotlib.pyplot as plt 
from scipy.signal import decimate, find_peaks

CHUNK = 4410 #.1 second
FORMAT = pa.paInt16
CHANNELS = 1
RATE = 44100 # in Hz
fstep = RATE/CHUNK
p = pa.PyAudio()

values = []
dsf=44 #down sample factor
rds=RATE/dsf #down sampled rate

stream = p.open(
    format = FORMAT,
    channels = CHANNELS,
    rate = RATE,
    input_device_index=3, #adjust based on input
    input=True,
    frames_per_buffer=CHUNK
)

#set up graph
fig,ax = plt.subplots(1)
x = np.arange(0,2*CHUNK,2)
line, = ax.plot(x, np.random.rand(CHUNK))
ax.set_ylim(-100,100) 
ax.set_xlim(0,2500) 
text = ax.text(0.05, 0.95, str(0), transform=ax.transAxes, fontsize=14,
       verticalalignment='top')
fig.show()

def getFiltered(x,hp=1,lp=41): #this sets the unneeded freqs to 0

    fft=np.fft.fft(x)
    hptrim=len(fft)/RATE*hp
    lptrim=len(fft)/RATE*lp
    fft[int(lptrim):-int(lptrim)]=0 
    fft[0:int(hptrim)]=0 
    return np.real(np.fft.ifft(fft))

def getHR(x): 

    pdis = int(0.6 * rds) #minimum distance between peaks. stops rapid triggering. also caps max hr, so adjust
    peaks, _ = find_peaks(x, distance=pdis, height=0.1)
    intervals = np.diff(peaks)/rds # in seconds
    hr = 60 / intervals # in BPM
    return peaks,round(np.mean(hr),0) #peaks,avg hr

while 1:
    data = stream.read(CHUNK)
    dataInt = struct.unpack(str(CHUNK) + 'h', data)

    filtered=getFiltered(dataInt) #filter (working with full chunk)
    dsed=decimate(filtered, 44) #down sample (turns chunk into ds chunk)
    values=np.concatenate((values,dsed)) #puts the chunks into an array
    peaks,hr = getHR(values*-1) # gets the peaks and determins avg HR. 

    text.set_text(str(hr))
    line.set_xdata(np.arange(len(values))) 
    line.set_ydata(values*-10) #the negative is bc it comes in upside down with my set up. the *10 is just for fun
    ax.set_xlim(max(0,len(values)-2500),len(values)) #keep the graph scrolling
    vlines = ax.vlines(peaks,ymin=-100,ymax=100,colors='red', linestyles='dashed') # pop some lines at the peaks 

    fig.canvas.draw()
    fig.canvas.flush_events()
    vlines.remove()

    if len(values)>10000: #keeps the array managably sized, and graph scrolling pretty
        values=values[5000:] #5 seconds @ ~1000 sr.

筆記
保持電纜不動 - 您可能需要在運(yùn)動后等待幾秒鐘才能獲得準(zhǔn)確的心率。我對照我的 Garmin 手表檢查了它，它始終返回相似的值。

輸出

免責(zé)聲明
請記住，從技術(shù)上講，您正在使您的身體成為電路的一部分。電纜連接到連接到計算機(jī)的接口，該計算機(jī)連接到墻壁電源插座...嘗試此操作需要您自擔(dān)風(fēng)險。我不是專家 - 我只是喜歡擺弄東西，并想分享。

后續(xù)步驟
這種方法對于清楚地看到心電圖信號的所有不同部分來說并不能很好地發(fā)揮作用。電極非常磨損，我只做了最低限度的過濾。

它在檢測肌電圖等較小信號方面也表現(xiàn)不佳。

從這里您可以在軟件方面進(jìn)行更深入的挖掘并使用其他濾波器，或者創(chuàng)建實(shí)際的電路并使用真實(shí)的電極。用于此類物品的一袋電極在亞馬遜上非常便宜（注意，粘合劑很煩人）。對于電路，我嘗試了幾種不同的配置 - 我發(fā)現(xiàn)最簡單/最適合我的是使用 JFET 運(yùn)算放大器的簡單儀表放大器電路（放在面包板上）。 3個電極，只需查一下圖表即可知道放置位置。如果您使用 ADC 的音頻接口，此處的代碼應(yīng)與設(shè)置的 3 電極面包板配合使用（可能需要調(diào)整增益）

為什么
這個迷你項(xiàng)目的靈感來自于拿著吉他線在 DAW 中使用 EQ 插件時的感受。

以上是簡單的DIY心率監(jiān)測心電圖顯示的詳細(xì)內(nèi)容。更多信息請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！