Проста схема за запис на ЕКГ и монитор за сърдечен ритъм LabVIEW: 5 стъпки

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

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

Един от най -фундаменталните аспекти на съвременното здравеопазване е способността за улавяне на сърдечна вълна с помощта на ЕКГ или електрокардиограма. Тази техника използва повърхностни електроди за измерване на различните електрически модели, излъчвани от сърцето, така че изходът може да се използва като диагностичен инструмент за диагностициране на сърдечни и белодробни състояния като различни форми на тахикардия, блок на клони и хипертрофия. За да се диагностицират тези състояния, изходната форма на вълната се сравнява с нормален ЕКГ сигнал.

За да се създаде система, която може да получи формата на ЕКГ, сигналът първо трябва да бъде усилен и след това подходящо филтриран за отстраняване на шума. За да направите това, тристепенна верига може да бъде изградена с помощта на OP усилватели.

Тази инструкция ще предостави необходимата информация за проектиране и след това изграждане на проста схема, способна да записва ЕКГ сигнал, използвайки повърхностни електроди, и след това да филтрира този сигнал за по -нататъшна обработка и анализ. В допълнение, този Instructable ще очертае една техника, използвана за анализ на този сигнал, за да се създаде графично представяне на изхода на веригата, както и метод за изчисляване на сърдечната честота от изхода на ЕКГ формата на вълната.

Забележка: когато проектирате всеки етап, не забравяйте да извършите променлив ток както експериментално, така и чрез симулации, за да осигурите желаното поведение на веригата.

Стъпка 1: Проектирайте и изградете инструменталния усилвател

Първият етап в тази ЕКГ верига е инструментален усилвател, който се състои от три OP усилвателя. Първите два OP усилвателя са буферирани входове, които след това се подават в трети OP усилвател, който функционира като диференциален усилвател. Сигналите от тялото трябва да бъдат буферирани, в противен случай изходът ще намалее, тъй като тялото не може да осигури много ток. Диференциалният усилвател взема разликата между двата входни източника, за да осигури измерима потенциална разлика, като същевременно анулира общия шум. Този етап също има усилване от 1000, усилвайки типичното mV до по -четимо напрежение.

Усилването на веригата от 1000 за инструменталния усилвател се изчислява чрез показаните уравнения. Усилването на етап 1 на инструменталния усилвател се изчислява чрез (2), а усилването на етап 2 на инструменталния усилвател се изчислява чрез (3). K1 и K2 бяха изчислени така, че да не се различават един от друг с повече от стойност 15.

За печалба от 1000, K1 може да бъде зададен на 40, а K2 може да бъде зададен на 25. Всички стойности на резистора могат да бъдат изчислени, но този конкретен инструментален усилвател използва стойностите на резистора по -долу:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

Стъпка 2: Проектирайте и изградете Notch Filter

Следващият етап е филтър с прорез за премахване на 60 Hz сигнал, който идва от контакта.

Във филтъра с прорези стойността на резистора на R1 се изчислява по (4), стойността на R2 по (5) и стойността на R3 по (6). Коефициентът на качество на веригата Q е зададен на 8, защото това дава разумна граница на грешка, като същевременно е реалистично точна. Стойността на Q може да бъде изчислена чрез (7). Последното управляващо уравнение на филтъра с прорези се използва за изчисляване на честотната лента и е описано от (8). В допълнение към коефициента на качество 8, филтърът с прорези имаше и други конструктивни спецификации. Този филтър е проектиран да има усилване от 1, така че да не променя сигнала, докато премахва 60 Hz сигнала.

Съгласно тези уравнения, R1 = 11.0524 kΩ, R2 = 2.829 MΩ, R3 = 11.009 kΩ и C1 = 15 nF

Стъпка 3: Проектирайте и изградете нискочестотен филтър от 2-ри ред Butterworth

Последният етап е нискочестотен филтър за премахване на всички сигнали, които могат да възникнат над най-високочестотния компонент на ЕКГ вълна, като например WiFi шум, и други околни сигнали, които могат да отклонят вниманието от сигнала, който представлява интерес. Точката -3dB за този етап трябва да бъде около или близо до 150 Hz, тъй като стандартният диапазон от сигнали, присъстващи в диапазона на ЕКГ вълни от 0,05 Hz до 150 Hz.

При проектирането на нискочестотен филтър от втори ред на Butterworth, веригата отново е настроена да има усилване от 1, което позволява по-опростено проектиране на веригата. Преди да извършите допълнителни изчисления, важно е да се отбележи, че желаната честота на прекъсване на нискочестотния филтър е настроена на 150 Hz. Най -лесно е да започнете с изчисляване на стойността на кондензатор 2, C2, тъй като други уравнения зависят от тази стойност. C2 може да се изчисли чрез (9). Изхождайки от изчисляването на C2, C1 може да се изчисли чрез (10). В случая на този нискочестотен филтър, коефициентите a и b са дефинирани, където a = 1.414214, и b = 1. Стойността на резистора на R1 се изчислява чрез (11), а стойността на резистора на R2 се изчислява с (12).

Използвани са следните стойности:

R1 = 13,842 kΩ

R2 = 54,36 kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

Стъпка 4: Настройте програмата LabVIEW, използвана за събиране и анализ на данни

След това компютърната програма LabView може да се използва за създаване на задача, която ще създаде графично представяне на сърдечния ритъм от ЕКГ сигнал и ще изчисли сърдечната честота от същия сигнал. Програмата LabView постига това, като първо приема аналогов вход от DAQ платка, която действа и като аналогово -цифров преобразувател. След това този цифров сигнал се анализира допълнително и се начертава, където графиката показва графичното представяне на сигнала, който се въвежда в DAQ платката. Формата на сигнала на сигнала се анализира, като се вземат 80% от максималните стойности на цифровия сигнал, който се приема, и след това се използва функция за детектор на пикове за откриване на тези пикове на сигнала. Едновременно с това програмата приема формата на вълната и изчислява разликата във времето между пиковете на формата на вълната. Откриването на пиковете е съчетано със съпътстващи стойности от 1 или 0, където 1 представлява пик за създаване на индекс за местоположението на пиковете, а след това този индекс се използва заедно с разликата във времето между пиковете за математическо изчисляване на сърдечната честота в удара в минута (BPM). Показана е блоковата диаграма, използвана в програмата LabView.

Стъпка 5: Пълно сглобяване

След като изградите всичките си схеми и програмата LabVIEW и се уверите, че всичко работи правилно, сте готови да запишете ЕКГ сигнал. На снимката е възможна схема на системата с пълна верига.

Свържете положителния електрод към дясната си китка и един от кръговите входове на усилвателя на инструмента, а отрицателният електрод към лявата китка и другия вход за усилвател на инструменти, както е на снимката. Редът на въвеждане на електрода няма значение. И накрая, поставете заземен електрод върху глезена си и го свържете към земята във вашата верига. Поздравления, завършили сте всички необходими стъпки за запис и ЕКГ сигнал.