ЕКГ и монитор на сърдечната честота: 7 стъпки (със снимки)

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.

Един от най -важните диагностични инструменти, използвани за откриване на тези състояния, е електрокардиограмата (ЕКГ). Електрокардиограмата работи, като проследява електрическия импулс през сърцето ви и го предава обратно към машината [1]. Сигналът се улавя от електроди, поставени върху тялото. Поставянето на електродите е от решаващо значение за улавяне на физиологичните сигнали, тъй като те работят, като записват разликата в потенциала в цялото тяло. Стандартното разположение на електродите е да се използва триъгълникът на Айнтховен. Тук един електрод се поставя на дясната ръка, лявата ръка и левия крак. Левият крак действа като земя за електродите и улавя честотния шум в тялото. Дясната ръка има отрицателен електрод, а лявата има положителен електрод за изчисляване на потенциалната разлика в гръдния кош и следователно улавяне на електрическата енергия от сърцето [2]. Целта на този проект беше да се създаде устройство, което да може успешно да придобие ЕКГ сигнал и ясно възпроизвежда сигнала без шум и с добавяне на измерване на сърдечната честота.

Стъпка 1: Материали и инструменти

• Различни резистори и кондензатори
• Платка
• Генератор на функции
• Осцилоскоп
• DC захранване
• Операционни усилватели
• Компютър с инсталиран LABView
• BNC кабели
• DAQ асистент

Стъпка 2: Изградете инструментален усилвател

За да се усили адекватно биоелектрическият сигнал, общата печалба на двустепенния инструментален усилвател трябва да бъде 1000. Всеки етап се умножава, за да се получи общата печалба, а уравненията, използвани за изчисляване на отделните етапи, са показани по -долу.

Усилване на етап 1: K1 = 1+2*R2/R1 Усилване на етап 2: K2 = -R4/R3

Използвайки горните уравнения, стойностите на резистора, които използвахме, бяха R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ и R4 = 33kΩ. За да сте сигурни, че тези стойности ще осигурят желания изход, можете да го симулирате онлайн или да го тествате с помощта на осцилоскоп след изграждането на физическия усилвател.

След като свържете избраните резистори и оп-усилвателите в макета, ще трябва да захранвате оп-усилвателите ± 15V от DC захранване. След това свържете функционалния генератор към входа на инструменталния усилвател и осцилоскопа към изхода.

Снимката по -горе показва, че завършеният инструментален усилвател ще изглежда като в макета. За да проверите дали работи правилно, настройте функционалния генератор да произвежда синусоидална вълна при 1kHz с амплитуда от пик до пик 20 mV. Изходът от усилвателя на осцилоскопа трябва да има пикова до пикова амплитуда от 20 V, тъй като има усилване от 1000, ако работи правилно.

Стъпка 3: Изградете Notch Filter

Поради шума от електропровода, беше необходим филтър за филтриране на шума при 60Hz, което е шумът от електропровода в Съединените щати. Използва се филтър с прорез, тъй като той филтрира определена честота. Следните уравнения бяха използвани за изчисляване на стойностите на резистора. Качествен фактор (Q) от 8 работеше добре и стойностите на кондензатора от 0.1uF бяха избрани за по -лесно изграждане. Честотата в уравненията (изобразена като w) е честотата на прореза 60Hz, умножена по 2π.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Използвайки горните уравнения, стойностите на резистора, които използвахме, бяха R1 = 1.5kΩ, R2 = 470kΩ и R3 = 1.5kΩ. За да сте сигурни, че тези стойности ще осигурят желания изход, можете да го симулирате онлайн или да го тествате с помощта на осцилоскоп след изграждането на физическия усилвател.

Изображението по -горе показва как ще изглежда завършеният филтър с прорези в макета. Настройката за оп-усилватели е същата като инструменталния усилвател и функционалният генератор сега трябва да бъде настроен да произвежда синусоидална вълна при 1kHz с амплитуда от пик до пик 1V. Ако извършвате AC Sweep, трябва да можете да проверите дали честотите около 60Hz са филтрирани.

Стъпка 4: Изградете нискочестотен филтър

За да се филтрира високочестотният шум, който не е свързан с ЕКГ, беше създаден нискочестотен филтър с гранична честота 150 Hz.

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

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

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

Използвайки горните уравнения, стойностите на резистора, които използвахме, бяха R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0.01 µF и C2 = 0.068 µF. Стойностите за R3 и R4 в крайна сметка бяха нула, тъй като искахме усилването, K, на филтъра да бъде нула, затова използвахме проводници вместо резистори тук във физическата настройка. За да сте сигурни, че тези стойности ще осигурят желания изход, можете да го симулирате онлайн или да го тествате с помощта на осцилоскоп след изграждането на физическия усилвател.

За да изградите физическия филтър, свържете избраните резистори и кондензатори към оп-усилвателя, както е показано на схемата. Захранвайте оп-усилвателя и свържете функционалния генератор и осцилоскопа по същия начин, както е описано в предишните стъпки. Настройте функционалния генератор да произвежда синусоидална вълна при 150Hz и с амплитуда от пик до пик от около 1 V. Тъй като 150Hz трябва да бъде граничната честота, ако филтърът работи правилно, величината трябва да бъде 3dB на тази честота. Това ще ви каже дали филтърът е настроен правилно.

Стъпка 5: Свържете всички компоненти заедно

След изграждането на всеки компонент и тестването им поотделно, всички те могат да бъдат свързани последователно. Свържете генератора на функции към входа на инструменталния усилвател, след това свържете изхода на този към входа на филтъра с прорези. Направете това отново, като свържете изхода на назъбения филтър към входа на нискочестотния филтър. След това изходът на нискочестотния филтър трябва да се свърже с осцилоскопа.

Стъпка 6: Настройка на LabVIEW

Формата на вълната на сърдечния ритъм на ЕКГ беше заснета с помощта на DAQ асистент и LabView. Асистент DAQ получава аналогови сигнали и определя параметрите на дискретизация. Свържете DAQ асистента към функционалния генератор, извеждащ сърдечен сигнал arb, и към компютъра с LabView. Инсталирайте LabView съгласно схемата, показана по -горе. Асистентът DAQ ще внесе сърдечната вълна от генератора на функции. Добавете графиката на формата на вълната към вашата настройка на LabView, за да видите графиката. Използвайте числови оператори, за да зададете праг за максималната стойност. В показаната схема са използвани 80%. Анализът на пиковете също трябва да се използва за намиране на пикови местоположения и свързването им с промяната във времето. Умножете пиковата честота с 60, за да изчислите ударите в минута и това число се извежда до графиката.

Стъпка 7: Вече можете да запишете ЕКГ

[1] „Електрокардиограма - Информационен център за сърцето на Тексаския сърдечен институт.“[На линия]. Налично: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Достъп: 09-Dec-2017].

[2] „ЕКГ води, полярност и триъгълник на Айнтховен - студентът физиолог.“[На линия]. Налично: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Достъп: 10 декември 2017 г.].