Изградете свой собствен ЕКГ!: 10 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, 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

Сърдечният ритъм се състои от ритмични контракции, регулирани от спонтанното представяне на електрически деполяризации в сърдечните миоцити (мускулните клетки на сърцето). Такава електрическа активност може да бъде уловена чрез поставяне на неинвазивни записващи електроди по различни позиции на тялото. Дори при въвеждащо разбиране на схемите и биоелектричеството, тези сигнали могат да бъдат уловени с относителна лекота. В тази инструкция въвеждаме опростена методология, която може да се използва за улавяне на електрокардиографски сигнал с практично и евтино оборудване. Навсякъде ще изтъкваме съществени съображения при придобиването на такива сигнали и ще представяме техники за анализ на програмния сигнал.

Стъпка 1: Преглед на функциите

Устройството, което изграждате, ще функционира чрез следните функции:

1. Електродни записи
2. Инструментален усилвател
3. Notch филтър
4. Нискочестотен филтър
5. Аналогово-цифрово преобразуване
6. Анализ на сигнала с помощта на LabView

Някои ключови компоненти, от които се нуждаете:

1. NI LabView
2. NI платка за събиране на данни (за входове към LabView)
3. DC захранване (за захранване на операционни усилватели)
4. Електродни подложки за запис на електроди
5. ИЛИ генератор на функции, който може да създаде симулиран ЕКГ сигнал

Да започваме!

Стъпка 2: Проектирайте нискочестотен филтър

Нормалната ЕКГ съдържа идентифицируеми характеристики във формата на вълната на сигнала, наречена P вълна, QRS комплекс и T вълна. Всички характеристики на ЕКГ ще се появят в честотния диапазон под 250 Hz и като такива е важно да се уловят само характеристиките, които представляват интерес, когато записвате ЕКГ от електроди. Нискочестотен филтър с гранична честота 250 Hz ще гарантира, че в сигнала няма улавен високочестотен шум

Стъпка 3: Проектирайте Notch Filter

Филтър с прорез на честота 60 Hz е полезен за премахване на шума от всяко захранване, свързано с записа на ЕКГ. Прекъсващите честоти между 56,5 Hz и 64 Hz ще позволят преминаването на сигнали с честоти извън този диапазон. Към филтъра беше приложен коефициент на качество 8. Избран е капацитет от 0,1 uF. Експерименталните резистори бяха избрани, както следва: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Тези стойности бяха използвани за конструиране на филтъра с прорези.

Стъпка 4: Проектирайте инструментален усилвател

Инструментален усилвател с усилване 1000 V/V ще усили всички филтрирани сигнали, за да улесни измерването. Усилвателят използва серия операционни усилватели и е разделен на два етапа (ляв и десен) със съответно усилване K1 и K2. Изображението по -горе показва схема на схема, която може да постигне този резултат, а Фигура 6 описва направените изчисления.

Стъпка 5: Свържете всичко заедно

Трите етапа на усилване и филтриране са комбинирани на фигура 7 по -долу. Инструменталният усилвател усилва синусоидалния честотен вход с усилване от 1000V/V. След това филтърът с прорези премахва цялата честота на сигнала от 60 Hz с коефициент на качество 8. Накрая, сигналът преминава през нискочестотен филтър, който отслабва сигнали от честота от 250 Hz. Фигурата по -горе показва пълната система, създадена експериментално.

Стъпка 6: … и се уверете, че работи

Ако имате генератор на функции, трябва да изградите крива на честотната характеристика, за да осигурите правилна реакция. Изображението по -горе показва пълната система и кривата на честотната характеристика, които трябва да очаквате. Ако изглежда, че вашата система работи, значи сте готови да преминете към следващата стъпка: преобразуване на аналоговия сигнал в цифров!

Стъпка 7: (По избор) Визуализирайте ЕКГ на осцилоскопа

ЕКГ записва сигнал с два електрода и използва трети електрод като маса. С вашите електроди за записване на ЕКГ, поставете единия в единия вход на инструменталния усилвател, другия в другия вход за усилвател на измервателните уреди и свържете третия към земята на вашата дъска. След това поставете един електрод върху едната китка, другия върху другата китка и заземете върху глезена си. Това е конфигурация Lead 1 за ЕКГ. За да визуализирате сигнала на вашия осцилоскоп, използвайте сонда за осцилоскоп, за да измерите изхода на третия етап.

Стъпка 8: Придобиване на данни с национални инструменти DAQ

Ако искате да анализирате сигнала си в LabView, ще ви е необходим някакъв начин да съберете аналогови данни от вашето ЕКГ и да ги прехвърлите на компютъра. Има най -различни начини за получаване на данни! National Instruments е компания, специализирана в устройства за събиране на данни и устройства за анализ на данни. Те са добро място за търсене на инструменти за събиране на данни. Можете също така да закупите свой собствен евтин аналогово -цифров конверторен чип и да използвате Raspberry Pi за предаване на вашия сигнал! Това вероятно е най -евтиният вариант. В този случай вече имахме NI DAQ модул, NI ADC и LabView, така че се придържахме към хардуера и софтуера на National Instruments.

Стъпка 9: Импортирайте данни в LabVIEW

Езикът за визуално програмиране LabVIEW беше използван за анализ на данни, събрани от системата за аналогово усилване/филтриране. Данните бяха събрани от NI DAQ модула с DAQ Assistant, вградена функция за събиране на данни в LabVIEW. Използвайки контролите LabView, броят на пробите и времето за събиране на проби бяха определени програмно. Контролите са ръчно регулируеми, което позволява на потребителя да настройва с лекота входните параметри. С известния общ брой проби и продължителност на времето беше създаден времеви вектор с всяка стойност на индекса, представляваща съответното време за всяка проба в улавения сигнал.

Стъпка 10: Форматирайте, анализирайте и сте готови

Данните от функцията DAQ асистент бяха преобразувани в използваем формат. Сигналът е пресъздаден като 1D масив от двойки, като първо се преобразува изходният тип данни на DAQ във вид на форма на вълната и след това се преобразува в (X, Y) клъстерирана двойка двойки. Всяка стойност Y от двойката (X, Y) беше избрана и вмъкната в първоначално празен 1D масив от двойки с помощта на циклична структура. 1D масивът от двойки и съответният времеви вектор се нанася върху XY графика. Едновременно с това максималната стойност на 1D масива от двойници беше идентифицирана с функция за идентификация на максимална стойност. Шест десети от максималната стойност бяха използвани като праг за алгоритъм за откриване на пикове, вграден в LabView. Пиковите стойности на 1D масив от двойки бяха идентифицирани с функцията за откриване на пикове. С известните местоположения на пиковете се изчислява времевата разлика между всеки пик. Тази времева разлика, в единици секунди на пик, се преобразува в пикове в минута. Счита се, че получената стойност представлява сърдечната честота в удари в минута.

Това е! Вече сте събрали и анализирали ЕКГ сигнал!