基于ESP8266的心脏病实时监测

原创于 2025-10-26 10:25:17 发布 · 905 阅读

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#ESP8266 # 心率监测 # 物联网 # 实时预警 # 猝死预防

通过ESP8266实时数据通信进行心脏病发作检测以避免猝死

摘要

心脏病发作是当前导致死亡的原因之一。一个人可能并未意识到自己突然出现心跳异常，从而可能导致猝死。通常，传统的心率测量是使用血氧仪或心电图设备等硬件完成的。尽管这些设备对普通用户来说方法可靠，但使用这些设备进行检测过程耗时较长。本文提出一种能够直接检测心跳，并可将信息实时发送至多个家属、医院、急救人员或私人医生手机号码的方法。我们开发了一种物联网方法，集成了脉搏传感器、微控制器和Wi‐Fi系列数据通信设备模块ESP8266。附着在患者（用户）身体上的脉搏传感器所采集的数据，经微控制器处理后，将通过ESP8266电路模块实时发送至预先设定的多个智能手机号码。该方法的结果与优势在于，一旦出现心率异常，患者（用户）可以立即获得帮助，因为心率检测结果会即时传播给多人，使得患者能够在病情恶化之前及时得到救助。

1. 引言

心脏病发作又称心肌梗死，当冠状动脉血流在一段时间内减少或阻塞时会发生，从而导致心肌缺血。这会引发心脏病发作，并可能导致死亡。近年来，技术已被应用于医疗保健[1]。该技术基于多种设备，例如嵌入式环境、手机、平板电脑等个人设备。许多患者使用这种设备[2]。

根据世界卫生组织（WHO）的数据，全球最主要的死因是心血管疾病（CVD），几乎占全球所有死亡的绝大部分。每年，全世界有大量人群死于心脏病发作或中风[3]。心脏病发作患者发生猝死，往往是由于他们并不知道疼痛是由心脏病发作引起的。大多数人将心脏病发作的疼痛误认为是胃部或其他身体问题引起的疼痛。如果能够了解疼痛的真实原因，我们就能减少受害人数。我们心脏的状况可以通过心率来测量[4]。

近年来，医疗技术通过利用计算机科学组件得到了快速发展。科学家们开发了各种设备，以早期检测患者的心脏病发作。有一些被称为生命体征的基本功能可以从个体身上测量，这些生命体征可反映其身体状况是否正常。通过生命体征，大多数医疗状况可以通过这些体征的专用检测套件进行诊断和确认。每项生命体征都需要使用专用设备进行测量。四项生命体征是心脏指标的标准测量项目，包括：脉率、呼吸频率、血压和体温。

在医学科学中，“脉搏”被定义为描述每次心跳的节律性扩张和动脉收缩[5]。因此，脉搏与人的心跳相同。脉搏可以在颈部和手腕处测量，以次/分钟表示。测量心跳的最显著部位包括手指、手腕（桡动脉）、颈部（颈动脉）、肘部内侧（肱动脉）、膝后（腘动脉）和踝关节（胫后动脉）。如果脉搏过高或过低，则表明身体存在异常[6]。

2. 相关工作

文献中有多项关于心脏病的研究，李勋圭等人提出了一种提取HRV（心率变异性）的线性和非线性特征的多参数特征技术。该技术利用HRV特征，并通过多个实验评估了多种分类器，如 SVM（支持向量机）、CMAR（基于多重关联规则的分类）[7]等。

另一项工作是智能手机设备上可用的移动听诊器应用程序。苹果电脑公司开发了一种移动听诊器，可记录心脏、肺和肠道的声音。然而，它无法检测人体的心脏状况。其他科研工作也尝试使用模糊逻辑[8],来解决控制系统方法论的问题。模糊逻辑在能够诊断人类疾病并做出预测的专家系统中非常有用。

此外，健康智能公司开发了一款呼吸训练应用程序，可帮助患者正确练习呼吸。常见的脉搏血氧仪基于氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白在两个不同波长（即660纳米红光和940纳米红外光）下的不同光吸收特性以及动脉血流的脉动特性[9]。使用脉搏血氧仪时，指夹探头的一侧装有红色发光二极管（LED）和红外LED，另一侧则装有光电探测器[10]。透射光由光电探测器接收，并被分为两个部分：组件A为收缩期期间因含氧动脉血脉冲引起的可变强度透射光；组件B为具有恒定强度的透射光，是各种组织的函数。脉搏血氧仪通过在两个不同波长下将组件A的脉动吸收除以组件B对背景光的吸收，得到吸收比，并据此计算氧合血红蛋白饱和度[11]。

3. 拟议方法

3.1 诊断gram块

基于F图1和图2分别是检测和控制的框图和电路方案心率。

示意图0

图1 心脏检测的框图图2是ESP8266电路模块，作为Arduino Uno微控制器与智能手机之间实时数据通信的媒体接口，简要描述如下：
a) 脉搏传感器是一种用于检测心率异常的传感器，它会将数据转发至Arduino Uno微控制器；
b) Arduino Uno微控制器，作为控制处理器，用于接收并处理脉搏传感器检测到的心率结果；
c) ESP8266电路模块是微控制器与智能手机之间进行实时数据通信的媒体接口。

该工具使用Wi‐Fi连接作为接入互联网的手段，并连接到Thingspeak.com作为数据存储容器。

示意图1

图2 ESP8266数据通信电路

3.2 心脏检测电路方案

该设计包含两个主要部分，即硬件系统的设计和软件系统的设计。硬件电路如图3所示。

示意图2

图3 心脏检测电路方案
在本研究中，我们使用集成到Arduino Uno微控制器的脉搏传感器，检测结果通过以下步骤实时发送到智能手机，如图3所示：
a) 安装脉搏传感器，并将其连接到用户的手指；
b) 打开安装在用户手上的设备；
c) 打开该工具所使用的WiFi路由器；
d) 运行已安装在安卓智能手机上的设备应用程序；
e) 填写安卓智能手机应用程序中请求的信息；
f) 用户将自动在安卓智能手机上看到心率检测结果；
g) 即使关闭了安卓应用程序，脉搏传感器和ESP8266电路仍将继续工作；
h) 如果用户将设备从手中松开，该工具将关闭。

由图1可知，Arduino板程序设计所执行的过程包括采样、滤波、计数和输出。采样通过脉搏传感器采集信号，滤波用于反映动脉中的脉搏波。最后，脉搏传感器检测的结果由微控制器接收，并通过ESP8266转发至智能手机。