Как да изградите ЕКГ и цифров монитор на сърдечната честота: 6 стъпки

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

Електрокардиограма (ЕКГ) измерва електрическата активност на сърдечния ритъм, за да покаже колко бързо бие сърцето, както и неговия ритъм. Има електрически импулс, известен също като вълна, който преминава през сърцето, за да накара сърдечния мускул да изпомпва кръв с всеки удар. Дясното и лявото предсърдие създават първата P вълна, а дясната и лявата долна камера правят QRS комплекс. Крайната Т вълна е от електрическото възстановяване до състояние на покой. Лекарите използват ЕКГ сигнали за диагностициране на сърдечни заболявания, така че е важно да получите ясни изображения.

Целта на тази инструкция е да получи и филтрира сигнал от електрокардиограма (ЕКГ) чрез комбиниране на инструментален усилвател, филтър с прорез и нискочестотен филтър във верига. След това сигналите ще преминат през A/D преобразувател в LabView за генериране на графика в реално време и сърдечен ритъм в BPM.

"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."

Стъпка 1: Проектирайте инструментален усилвател

За да изградим инструментален усилвател, се нуждаем от 3 операционни усилвателя и 4 различни резистора. Инструментален усилвател увеличава усилването на изходната вълна. За този дизайн се стремяхме към усилване от 1000V, за да получим добър сигнал. Използвайте следните уравнения, за да изчислите подходящите резистори, където K1 и K2 са печалбата.

Етап 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Етап 2: K2 = -(R4/R3)

За този дизайн са използвани R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Стъпка 2: Проектирайте Notch Filter

На второ място, трябва да изградим филтър с прорез, използвайки операционен усилвател, резистори и кондензатори. Целта на този компонент е да филтрира шума при 60 Hz. Искаме да филтрираме точно при 60 Hz, така че всичко под и над тази честота ще премине, но амплитудата на формата на вълната ще бъде най -ниска при 60 Hz. За да определим параметрите на филтъра, използвахме усилване 1 и коефициент на качество 8. Използвайте уравненията по -долу, за да изчислите подходящите стойности на резистора. Q е коефициентът на качество, w = 2*pi*f, f е централната честота (Hz), B е честотната лента (rad/sec), а wc1 и wc2 са граничните честоти (rad/sec).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

R3 = (R1+R2)/(R1+R2)

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Стъпка 3: Проектирайте нискочестотен филтър

Целта на този компонент е да филтрира честотите над определена гранична честота (wc), като по същество не им позволява да преминават през тях. Решихме да филтрираме на честота 250 Hz, за да избегнем прерязването твърде близо до средната честота, използвана за измерване на ЕКГ сигнал (150 Hz). За да изчислим стойностите, които ще използваме за този компонент, ще използваме следните уравнения:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/гранична честота (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

Ще зададем усилването като 1, така че R3 става отворена верига (без резистор), а R4 става късо съединение (само проводник).

Стъпка 4: Тествайте веригата

За всеки компонент се извършва AC прочистване, за да се определи ефикасността на филтъра. Променливотоковото измерване измерва величината на компонента при различни честоти. Очаквате да видите различни форми в зависимост от компонента. Важността на AC почистването е да се уверите, че веригата функционира правилно, след като бъде изградена. За да извършите този тест в лабораторията, просто запишете Vout/Vin в диапазон от честоти. За инструменталния усилвател тествахме от 50 до 1000 Hz, за да получим широк диапазон. За назъбения филтър тествахме от 10 до 90 Hz, за да добием добра представа за това как компонентът реагира около 60 Hz. За нискочестотния филтър тествахме от 50 до 500 Hz, за да разберем как веригата реагира, когато трябва да премине и кога да спре.

Стъпка 5: ЕКГ верига на LabView

След това искате да създадете блокова диаграма в LabView, която симулира ЕКГ сигнал чрез A/D преобразувател и след това нанася сигнала на компютъра. Започнахме с настройка на параметрите на сигнала на нашата DAQ платка, като определихме каква средна сърдечна честота очакваме; избрахме 60 удара в минута. След това, използвайки честота от 1 kHz, успяхме да определим, че трябва да покажем приблизително 3 секунди, за да получим 2-3 ЕКГ пика в графиката на формата на вълната. Показахме 4 секунди, за да сме сигурни, че улавяме достатъчно пикове на ЕКГ. Блоковата диаграма ще прочете входящия сигнал и ще използва откриване на пикове, за да определи колко често се случва пълен сърдечен ритъм.

Стъпка 6: ЕКГ и сърдечна честота

Използвайки кода от блоковата диаграма, ЕКГ ще се появи в полето за форма на вълната, а ударите в минута ще се покажат до него. Вече имате работещ пулсомер! За да предизвикате себе си още повече, опитайте да използвате вашата схема и електроди, за да покажете сърдечната си честота в реално време!