ЕКГ монитор: 8 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 подходящи техники за изолация.

Електрокардиографията е процес на записване на електрически сигнали, генерирани от сърцето на пациента, за да се получи информация за сърдечната дейност. За да може електрическият сигнал да бъде улавен ефективно, той трябва да бъде филтриран и усилен чрез електрически компоненти. Информацията също трябва да бъде представена на потребителя по ясен и ефективен начин.

Следващата инструкция описва как да се изгради схема за усилване/филтриране, както и потребителски интерфейс. Това включва изграждане на инструментален усилвател, филтър с прорез, нискочестотен филтър и потребителски интерфейс в LabVIEW.

Първата стъпка в процеса е да се определят изискванията на аналоговата верига. След определяне на изискванията се вземат решения какви първични компоненти ще съставят веригата. По -късно се разглеждат по -малки подробности относно характеристиките на тези основни компоненти и накрая фазата на проектиране на веригата се завършва чрез определяне на точните стойности на всеки резистор и кондензатор във веригата.

Стъпка 1: Определяне на изискванията и основните компоненти

Работата на веригата е да усилва ЕКГ сигнала, генериран от пациента, и да филтрира всички свързани шумове. Суровият сигнал се състои от сложна форма на вълна с максимална амплитуда от приблизително 2 mV и честотни компоненти в диапазона от 100 Hz до 250 Hz в комплекса QRS. Това е сигналът, който трябва да бъде усилен и записан.

На върха на този интересен сигнал се произвежда шум от няколко източника. Захранващите устройства генерират шум от 60 Hz, а движението на пациента произвежда артефакти в диапазона по -малък от 1 Hz. Повече високочестотен шум се въвежда от фоново излъчване и телекомуникационни сигнали като мобилни телефони и безжичен интернет. Тази колекция от шум е сигналът, който трябва да се филтрира.

Първо веригата трябва да усили необработения сигнал. След това той трябва да филтрира шум от 60 Hz и всеки друг шум над 160 Hz. Филтрирането на нискочестотен шум, свързано с движението на пациента, се счита за ненужно, тъй като пациентът може просто да бъде инструктиран да стои неподвижен.

Тъй като сигналът се измерва като разликата в потенциала между два електрода, разположени на пациента, усилването се постига чрез използването на инструментален усилвател. Може да се използва и прост усилвател с разлика, но усилвателите на измервателните уреди често се представят по -добре по отношение на отхвърлянето на шума и допуските. Филтрирането с честота 60 Hz се постига чрез използване на назъбен филтър, а останалата част от високочестотното филтриране се постига чрез използване на нискочестотен филтър. Тези три елемента съставляват цялата аналогова верига.

Познавайки трите елемента на веригата, могат да се дефинират по -малки подробности относно печалбите, граничните честоти и честотните ленти на компонентите.

Инструменталният усилвател ще бъде настроен на усилване от 670. Това е достатъчно голямо, за да запише малък ЕКГ сигнал, но и достатъчно малко, за да гарантира, че оп-усилвателите се държат в линейния си обхват, когато тестват веригата със сигнали близо до 20 mV, като е минимумът на някои функционални генератори.

Филтърът с прорези ще бъде центриран на 60 Hz.

Нискочестотният филтър ще има гранична честота 160 Hz. Това все още трябва да улови по-голямата част от QRS комплекса и да отхвърли високочестотния фонов шум.

Стъпка 2: Инструментален усилвател

Схемите по -горе описват инструменталния усилвател.

Усилвателят има два етапа. Първият етап се състои от двата операционни усилвателя вляво от изображенията по-горе, а вторият етап се състои от единичен операционен усилвател вдясно. Печалбата на всеки от тях може да бъде модулирана, както пожелаете, но ние решихме да я изградим с усилване от 670 V/V. Това може да се постигне със следните стойности на съпротивлението:

R1: 100 ома

R2: 3300 ома

R3: 100 ома

R4: 1000 ома

Стъпка 3: Notch Filter

Схемите по -горе описват прореза филтър. Това е активен филтър, така че бихме могли да изберем да го усилим или да отслабим сигнал, ако искаме, но вече постигнахме цялото необходимо усилване, затова избираме усилване от един за този операционен усилвател. Централната честота трябва да бъде 60 Hz, а качественият фактор трябва да бъде 8. Това може да се постигне със следните стойности на компонентите:

R1: 503 ома

R2: 128612 ома

R3: 503 ома

С: 0,33 микрофарада

Стъпка 4: Нискочестотен филтър

Отново, това е активен филтър, така че можем да изберем всякаква печалба, която искаме, но ще изберем 1. Това се постига чрез превръщане на R4 по -горе в късо съединение, а R3 в отворена верига. Останалото, както и при другите компоненти, се постига чрез използване на нашите предварително определени изисквания в комбинация с уравненията, управляващи схемите, за да се получат стойности на отделни елементи:

R1: 12056 ома

R2: 19873,6 ома

C1: 0,047 микрофарада

C2: 0,1 микрофарада

Стъпка 5: Виртуално проектиране на пълна схема

Проектирането на схема в софтуер за изграждане на виртуална схема, като PSPICE, може да бъде много полезно при улавяне на грешки и затвърдяване на плановете, преди да се премине към реално производство на аналогови схеми. В този момент човек може да улови променливотоковото разчитане на веригата, за да гарантира, че всичко се държи според плана.

Стъпка 6: Изградете пълна схема

Веригата може да бъде изградена по какъвто и да е начин, но за този случай е избран макет.

Препоръчва се сглобяването на макет, защото е по -лесно от запояване, но запояването би придало по -голяма издръжливост. Препоръчва се също така поставянето на байпасен кондензатор от 0,1 microFarad на земята паралелно с източника на захранване, тъй като това помага да се елиминират нежеланите отклонения от постоянната мощност.

Стъпка 7: Потребителски интерфейс на LabVIEW

Потребителският интерфейс на LabVIEW е средство за преобразуване от аналогови сигнали във визуални и цифрови изображения на ЕКГ сигнала, които са лесни за интерпретация от потребителя. DAQ платка се използва за преобразуване на сигнала от аналогов в цифров и данните се импортират в LabVIEW.

Софтуерът е обектно-базирана програма, която помага при обработката на данни и създаването на интерфейс. Данните първо са визуално представени от графиката, а след това се извършва известна обработка на сигнала, за да се определи честотата на сърдечния ритъм, така че да може да се покаже до графиката.

За да се определи честотата на сърдечната честота, човек трябва да открие сърдечните удари. Това може да бъде постигнато с обекта за откриване на пик на Lab VIEW. Обектът извежда индексите на пикове в получения масив от данни, които след това могат да се използват при изчисления, за да се определи времето, което преминава между сърдечните удари.

Тъй като подробностите за LabVIEW ще бъдат съвсем различни инструкции, ще оставим подробностите на друг източник. Точната работа на програмата може да се види в представената по -горе блокова диаграма.

Стъпка 8: Краен потребителски интерфейс на LabVIEW

Крайният потребителски интерфейс показва усилен, филтриран, преобразуван и обработен сигнал заедно с отчитане на сърдечната честота в удари в минута