Направете своя собствена електрокардиограма (ЕКГ): 6 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:54

ЗАБЕЛЕЖКА:

Това не е медицинско изделие. Това е само за образователни цели, като се използват симулирани сигнали. Ако използвате тази схема за реални измервания на ЕКГ, моля, уверете се, че веригата и връзките верига към инструмент използват захранване от батерията и други подходящи техники за изолация.

[Изображение е взето от

Стъпка 1: Познайте нещата си

Електрокардиограмата (ЕКГ) е важен инструмент, използван от лекарите за наблюдение на електрическата активност на сърцето. Полезно е за улавяне на всичко - от анормални сърдечни ритми до диагностициране на топлинна недостатъчност. Следвайки тази инструкция, ще можете да изградите устройство, което показва електрокардиограмата на човек, използвайки само основни умения за създаване на чертежи и общо лабораторно оборудване за електроника. След като имате добър изходен сигнал, можете да използвате същия сигнал за изчисляване на сърдечната честота или друг интересен показател с помощта на микроконтролер.

-

Ако не знаете какво е ЕКГ, това е просто запис на сърдечната дейност. Поради електрическата природа на сърдечните контракции, човек може да запише промяната в напрежението, като постави електроди върху кожата и обработи сигнала. Графикът на тези напрежения във времето се нарича електрокардиограма (накратко ЕКГ). ЕКГ обикновено се използват за диагностициране на различни форми на сърдечна недостатъчност или за пасивно наблюдение на стреса на пациента. Здравият ЕКГ има специфични характеристики, които са универсални за хората. (Това включва P-вълна, Q-вълна, R-вълна, S-вълна, T-вълна и QRS комплекс.) Представих опростена диаграма на ЕКГ със съответната реакция на сърцето.

-

Обърнете внимание, че всяко електрическо събитие, което се случва в нервите на сърцето, съответства на физическо събитие, което се случва впоследствие в мускулната тъкан и докато една част от сърцето се свива, другите части се отпускат. По този начин времето на електрическите сигнали е много важно за сърцето, което прави ЕКГ много мощен инструмент за измерване на здравето на сърцето.

-

За да можем да запишем действителна ЕКГ обаче, влизат в действие много логистични проблеми, като размера на сигнала, количеството шум, идващ от останалата част на тялото, и количеството шум, идващ от околната среда. За да компенсираме това, ние проектираме схема, която ще се състои от 3 части: диференциален усилвател за увеличаване на размера на нашия сигнал, нискочестотен филтър за елиминиране на шумовете от високочестотни сигнали и филтър с прорез за премахване на 60 Hz шум, който винаги присъства в сгради, захранвани с променлив ток. По -долу ще ви опиша подробно наблюдението на тези стъпки.

[Изображение е взето от

Стъпка 2: Съберете вашите консумативи

За този проект ще ви трябва:

- 1 голяма макет (като 2 или повече ще бъде по -хубаво)

- 5 операционни усилвателя с общо предназначение

(Използвах UA741 с +-15 V, просто се уверете, че избраните от вас могат да издържат 15 волта, в противен случай ще трябва да регулирате стойностите на вашите пасивни компоненти и ще трябва да се задоволите с по-малко усилване)

Резистори

o 2x 165 ома

o 3x 1k ом

o 2x 15k ohm

o 2x 33k ома

o 1x 42k ом

o 2x 60k ома

Кондензатори

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Множество или джъмперни проводници

- Източник на DC напрежение, способен да осигури +-15 V

- Функционален генератор и осцилоскоп (главно за отстраняване на неизправности)

- Най -малко три лепкави електрода, ако планирате да записвате действителна ЕКГ

- Достатъчно кабели за свързване на всички тези глупости

- Твърдо разбиране на схеми, операционни усилватели и опит с макетирането.

Ако току -що сте получили макет за рождения си ден и искате да опитате да направите нещо готино с него, направете поне няколко по -прости компилации, преди да опитате това.

-

Стъпка 3: Създайте диференциален усилвател

Диференциалният усилвател е това, което ще усили записания ни сигнал до използваемо ниво, което да се показва на обхват или екран. Тази схема на веригата ще вземе разликата в напрежението от двата входни електрода и ще я усили. Това се прави за намаляване на шума, тъй като общият шум между електродите ще бъде елиминиран. АКГ сигналът ще варира по амплитуда в зависимост от разположението на записващите електроди и индивида, но обикновено е от порядъка на няколко миливолта при запис от китките. (Макар че не е необходимо за тази настройка, амплитудата на сигнала може да бъде увеличена чрез поставяне на електроди върху гърдите, но компромисът е шум от движение на белите дробове.)

-

Включих схема на настройката. Веригата на снимката трябва да усили вашия сигнал ~ 1000 пъти. Може да се наложи да коригирате това в зависимост от типа на усилвателя, който сте решили да използвате. Бърз начин да регулирате това е чрез промяна на стойността на R1. Като намалите наполовина стойността на R1, ще удвоите усилването на изхода и обратно.

-

Предполагам, че повечето от вас могат да преведат тази схема върху макета, въпреки това съм включил диаграма на настройката на макет, за да опростя процеса и да се надявам да намалите времето за отстраняване на неизправности. Включих и снимка на разпечатването на UA741 (или LM741) за ваше удобство. (за вашите цели няма да ви трябват пинове 1, 5 или 8) V + и V- щифтовете на оп-усилвателя ще бъдат свързани към вашето захранване +15 V и -15 V съответно. -15V не е същото като земята! Можете да игнорирате кондензаторите на моята дъска. Те са байпасни кондензатори, предназначени за премахване на променлив шум, но в ретроспекция не си струваха усилията.

-

Препоръчвам да тествате всеки етап, докато го завършите, за отстраняване на неизправности. Както показва схемата, можете да свържете един от входовете към земята, а другият към малък източник на постоянен ток, за да проверите усилването. (уверете се, че сте въвели <15 mV, в противен случай ще наситите оп-усилвателите). Ако трябва да намалите печалбата си за тестване, не се притеснявайте, всичко над 500-кратната печалба ще бъде достатъчно за нашите цели. Нещо повече, ако сте изградили схемата си с печалба от 1000 и тя показва само печалба от 800, това не е краят на света, точният брой е некритичен.

-

Стъпка 4: Изградете Notch Filter

Сега, когато можем да усилим сигнала си, нека да го разчистим. Ако включите електроди към нашата верига в момента, вероятно ще има тон от 60 Hz шум. Това е така, защото повечето сгради са свързани с 60 Hz AC ток, причинявайки неизбежно големи шумови сигнали. За да поправим това, ще изградим 60 Hz филтър с прорез. Филтърът с прорез е проектиран да отслабва много специфични честоти и да оставя други честоти недокоснати; идеален за премахване на шум от 60 Hz.

-

Както преди, включих снимка на схемата на схемата, настройката на макета и моята собствена схема. Като забележка, макар че филтърът с прорези е сравнително лесен етап за изграждане, ми отне най -дълго време, за да започна работа. Моят вход беше отслабен добре, но при 63 Hz вместо 60 Hz, което няма да го намали. Ако срещнете същия проблем, препоръчвам ви да промените стойността си на R14. (Увеличаването на съпротивлението на R14 ще намали честотата на затихване и обратно). Ако имате кутия с променлив резистор, използвайте я, за да замените R14, след това играчка със стойности на съпротивлението, за да разберете какво работи най -добре, тъй като тя ще бъде чувствителна към промени в порядъка на единичен ом. В крайна сметка получих 175 ома R14, но на теория работи най -добре за R12.

-

Отново можете да тествате този етап, като използвате генератор на функции, за да въведете синусова вълна от 60 Hz и да запишете изхода си на осцилоскоп. Вашият изход трябва да бъде около -20 dB или 10% от амплитудата на входа. Както казах по -рано, можете да проверите близките честоти за оптимизация.

-

Стъпка 5: Създайте нискочестотен филтър

Както бе споменато по -горе, друг важен фактор е намаляването на шума от тялото ви и каквото и да е друго, което затваря стаята, в която се намирате. Нискочестотният филтър е добър в това, защото що се отнася до сигналите, сърдечният ви ритъм е доста бавен. Нашата цел с нискочестотния филтър е да премахнем всички сигнали, които съдържат честоти, по-високи от вашия ЕКГ. За да направим това, трябва да обозначим „гранична честота“. В нашия случай всичко над тази честота искаме да премахнем и всичко под тази честота искаме да запазим. Докато сърдечният ритъм се случва от порядъка на 1 до 3 херца, отделните форми на вълната, които съставят нашата ЕКГ, са съставени от честоти, много по -високи от тази; близо 1 до 50 херца. Поради това избрах гранична честота от 80 Hz. Той е достатъчно висок, за да запази всички полезни компоненти в сигнала, но все пак прекъсва шума от радиото HAM, което имате в съседната стая.

-

Нямам никакъв съвет за мъдрец относно нискочестотния филтър, той е много прост в сравнение с другите етапи. Подобно на усилвателя, не се притеснявайте да получите точно прекъсване при 80 Hz; това не е решаващо и реално няма да се случи. Независимо от това, трябва да проверите изхода му, като използвате генератор на функции. Като общо правило, синусоидалната вълна трябва да премине през филтъра незасегната при 10 Hz и трябва да бъде намалена наполовина с 130 Hz.

-

Стъпка 6: Закачете го

Ако сте стигнали дотук, честито! Имате всички компоненти на ЕКГ. Всичко, което трябва да направите, е да ги свържете заедно, да ударите електродите и да свържете изхода към осцилоскопа, за да видите вашия ЕКГ!

-

В случай, че не сте сигурни как да поставите електроди, препоръчвам да залепите входните електроди на китките си (по един на всяка китка) и да свържете заземен електрод към крака си (картината може да помогне.) Като напомняне, всеки входен електрод трябва отидете на положителен вход на оп-усилвателите в усилвателя. (Той е заземен само в електрическата схема за симулационни цели)

-

След като сте свързани, свържете изхода на нискочестотния филтър към осцилоскоп и се гордейте със себе си! Накарайте всичките си деца да си сложат електроди и да разгледат пулса им. По дяволите, накарайте съседите си да дойдат да го изпробват. Ако се чувствате допълнително мотивирани, свържете изхода към микроконтролер, за да изчислите сърдечната честота от сингъла. (Вероятно искате да намалите усилването, преди да направите това, може да изпържи дъската, която използвате). Независимо от това, поздравления за изграждането и щастливо правене!

[Изображение е взето от