ЕКГ верига: 7 стъпки

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

ЕКГ е тест, който измерва електрическата активност на сърцето, като записва сърдечния ритъм и активност. Той работи, като приема и чете сигнали от сърцето, като използва проводници, които са прикрепени към електрокардиографска машина. Тази инструкция ще ви покаже как да изградите верига, която записва, филтрира и показва биоелектричния сигнал на сърцето. 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 подходящи техники за изолация.

Тази схема съдържа три различни етапа, свързани последователно с програма LabView. Резисторите в инструменталния усилвател бяха изчислени с печалба от 975, за да се гарантира, че малките сигнали от сърцето все още могат да бъдат улавяни по веригата. Филтърът с прорези отвежда шума от 60 Hz от контакта в стената. Нискочестотният филтър гарантира, че високочестотният шум се отстранява от веригата за по -добро откриване на сигнала.

Преди да стартирате този Instructable, би било полезно да се запознаете с операционния усилвател с общо предназначение uA741. Различните щифтове в оп-усилвателя имат различни цели и схемата няма да работи, ако са свързани неправилно. Неправилното свързване на щифтовете към чертежа също е лесен начин да изпържите операционния усилвател и да го направите нефункционален. Връзката по-долу съдържа схемата, използвана за операционните усилватели в тази инструкция.

Източник на изображението:

Стъпка 1: Съберете материали

Необходими материали за всичките 3 етапа на филтъра:

• Осцилоскоп
• Генератор на функции
• Захранване (+15V, -15V)
• Непояна дъска
• Различни бананови кабели и алигаторни щипки
• ЕКГ електродни стикери
• Различни джъмперни проводници

Инструментален усилвател:

• 3 оп-усилвателя (uA741)

• Резистори:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Notch филтър:

• 1 Op-усилвател (uA741)

• Резистори:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Кондензатори:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Нискочестотен филтър:

• 1 Op-усилвател (uA741)

• Резистори:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Кондензатори:

  • 22 nF
  • 47 nF

Стъпка 2: Изградете инструментален усилвател

Биологичните сигнали често извеждат само напрежения между 0,2 и 2 mV [2]. Тези напрежения са твърде малки, за да бъдат анализирани на осцилоскопа, така че трябваше да изградим усилвател.

След като веригата ви бъде изградена, тествайте, за да се уверите, че работи правилно, като измерите напрежението във Vout (показано като възел 2 на изображението по -горе). Използвахме генератора на функции, за да изпратим синусова вълна с входно амплитудно напрежение 20 mV към нашия инструментален усилвател. Всичко прекалено над това няма да ви даде резултатите, които търсите, тъй като операционните усилватели получават само определено количество мощност -15 и +15 V. Сравнете изхода на функционалния генератор с изхода на вашия усилвател за инструменти и потърсете печалба близо до 1000 V. (Vout/Vin трябва да е много близо до 1000).

Съвет за отстраняване на неизправности: Уверете се, че всички резистори са в обхвата kΩ.

[2] „Кондициониране на сигнала за високоефективна електрокардиограма (ЕКГ) | Образование | Аналогови устройства. " [На линия]. На разположение: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Достъп: 10 декември 2017 г.].]

Стъпка 3: Изградете Notch Filter

Нашият филтър с прорез е проектиран да филтрира честота при 60 Hz. Искаме да филтрираме 60 Hz от нашия сигнал, защото това е честотата на променливия ток, открит в електрическите контакти.

Когато тествате филтъра с прорези, измерете съотношението пик към пик между графиките за вход и изход. При 60 Hz трябва да има съотношение -20 dB или по -добро. Това е така, защото при -20 dB изходното напрежение е по същество 0V, което означава, че успешно филтрирате сигнала при 60 Hz! Тествайте и честоти около 60 Hz, за да се уверите, че случайно не се филтрират други честоти.

Съвет за отстраняване на неизправности: Ако не можете да получите точно -20dB при 60 Hz, изберете един резистор и го променете леко, докато получите желаните резултати. Трябваше да си поиграем със стойността на R2, докато постигнем желаните резултати.

Стъпка 4: Изградете нискочестотен филтър

Нашият нискочестотен филтър е проектиран с гранична честота 150 Hz. Избрахме това прекъсване, тъй като най -широкият диагностичен диапазон за ЕКГ е 0,05 Hz - 150 Hz, приемайки неподвижна и ниска шумова среда [3]. Нискочестотният филтър е в състояние да се отърве от високочестотния шум, идващ от мускулите или други части на тялото [4].

За да тествате тази верига, за да се уверите, че работи правилно, измерете Vout (показан като възел 1 в електрическата схема). При 150 Hz амплитудата на изходния сигнал трябва да бъде 0,7 пъти амплитудата на входния сигнал. Използвахме входен сигнал от 1V, за да можем лесно да видим, че нашият изход трябва да бъде 0,7 при 150 Hz.

Съвети за отстраняване на неизправности: стига граничната честота да е в рамките на няколко Hz от 150 Hz, вашата верига все още трябва да работи. Нашето прекъсване в крайна сметка беше 153 Hz. Обхватът на биологичните сигнали ще се колебае малко в тялото, така че докато не сте изключени повече от няколко Hz, вашата верига все още трябва да работи.

[3] „ЕКГ филтри | MEDTEQ. " [На линия]. На разположение: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Достъп: 10 декември 2017 г.].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson и S. J. Asirvatham, „Signals and Signal Processing for the Electrophysiologist: Part I: Electrogram Acquisition“, Circ. Аритмия Electrophysiol., Vol. 4, не. 6, стр. 965–973, декември 2011 г.

Стъпка 5: Създайте програма LabView

[5] „BME 305 Design Lab Project“(есен 2017).

Тази лабораторна блокова диаграма е предназначена да анализира сигнала, преминаващ през програмата, да открива ЕКГ пикове, да събира времевата разлика между пиковете и математически да изчислява BPM. Той също така извежда графика на формата на вълната на ЕКГ.

Стъпка 6: Свържете всичките три етапа

Свържете последователно и трите вериги, като свържете изхода на инструменталния усилвател към входа на филтъра с прорези, а изхода на филтъра с прореза към входа на нискочестотния филтър. Свържете изхода на нискочестотния филтър към DAQ асистента и свържете DAQ асистента към компютъра. Когато свързвате веригите заедно, уверете се, че захранващите ленти за всяка макетна платка са свързани и всички заземителни ленти са свързани към един и същ заземен терминал.

В инструменталния усилвател вторият операционен усилвател трябва да бъде незаземен, така че два електродни проводника, свързани към тествания обект, да могат да се свържат всеки към различен операционен усилвател в първия етап на този филтър.

Стъпка 7: Вземете сигнали от изпитван човек

Един стикер за електрод трябва да се постави на всяка китка, а един трябва да се постави на глезена за земя. Използвайте алигаторни скоби, за да свържете двата електрода на китката към входовете на инструменталния усилвател и глезена към земята. Когато сте готови, щракнете върху „тичам“в програмата LabView и вижте сърдечната си честота и ЕКГ на екрана!