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

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

Електрокардиограма или ЕКГ е много стар метод за измерване и анализ на здравето на сърцето. Сигналът, който се чете от ЕКГ, може да показва здраво сърце или редица проблеми. Надеждният и точен дизайн е важен, защото ако ЕКГ сигналът показва деформирана форма на вълната или неправилен сърдечен ритъм, човек може да бъде погрешно диагностициран. Целта е да се проектира ЕКГ верига, която да може да получи, усили и филтрира ЕКГ сигнала. След това преобразувайте този сигнал през A/D конвертор в Labview, за да създадете графика в реално време и сърдечен ритъм в BPM на ЕКГ сигнала. Изходната форма на вълната трябва да изглежда като това изображение.

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: Проектиране на веригата

Веригата трябва да може да приема и усилва ЕКГ сигнал. За да направим това, ще комбинираме три активни филтъра; инструментален усилвател, нискочестотен филтър от втория ред на Butterworth и Notch филтър. Дизайнът на тези схеми може да се види на изображенията. Ще ги прегледаме един по един, след което ще ги съберем, за да завършим пълната верига.

Стъпка 2: Инструментален усилвател

Печалбата на инструменталния усилвател трябва да бъде 1000 V/V, за да се получи добър сигнал. Усилването през инструменталния усилвател става на два етапа. Първият етап се състои от двата оп усилвателя вляво и резистор R1 и R2, а вторият етап на усилване се състои от оп усилвател вдясно и резистори R3 и R4. Усилването (усилването) за етап 1 и етап 2 са дадени в уравнение (1) и (2).

Усилване на етап 1: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

Усилване на етап 2: K2 = R4/R3 (2)

Важна забележка за печалбата в схемите е, че е мултипликативна; напр. печалбата на цялостната верига на фигура 2 е K1*K2. Тези уравнения дават стойностите, показани на схемата. Материалите, необходими за този филтър, са три операционни усилвателя LM741, три резистора 1k ohm, два резистора 24.7 kohm и два резистора 20 kohm.

Стъпка 3: Notch Filter

Следващият етап е Notch Filter за изрязване на шума при 60 Hz. Тази честота трябва да бъде изрязана, тъй като има много допълнителен шум при 60 Hz поради смущения в електропровода, но няма да отнеме нищо значително от сигнала на ЕКГ. Стойностите за компонентите, използвани във веригата, се основават на честотата, която искате да се филтрира, в този случай 60 Hz (377 rad/s). Уравненията на компонентите са следните

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Необходимите материали за това бяха един операционен усилвател LM741, три резистора със стойности 1658 ома, 424,4 кома и 1651 ома и 3 кондензатора, два при 100 nF и един при 200 nF.

Стъпка 4: Нискочестотен филтър

Последният етап е нискочестотен филтър от втори ред Butterworth с гранична честота 250 Hz. Това е граничната честота, тъй като ЕКГ сигнал варира само до максимум 250 Hz. Уравненията за стойностите на компонентите във филтъра са дефинирани в следните уравнения:

R1 = 2/ (1571 (1.4C2 + сортиране (1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Материалите, необходими за този филтър, бяха един операционен усилвател LM741, два резистора от 15,3 kohm и 25,6 kohm и два кондензатора с мощност 47 nF и 22 nF.

След като и трите етапа са проектирани и изградени, последната верига трябва да изглежда като снимката.

Стъпка 5: Тестване на веригата

След като веригата бъде изградена, тя трябва да бъде тествана, за да се гарантира, че работи правилно. На всеки филтър трябва да се извърши AC прочистване, като се използва сърдечен входен сигнал при 1 Hz от генератор на напрежение. Реакцията на величината в dB трябва да прилича на изображенията. Ако резултатите от сканирането за променлив ток са правилни, веригата е завършена и готова за използване. Ако отговорите не са правилни, веригата трябва да бъде отстранена. Започнете, като проверите всички връзки и захранвания, за да сте сигурни, че всичко има добра връзка. Ако това не реши проблема, използвайте уравненията за компонентите на филтрите, за да регулирате стойностите на съпротивленията и кондензаторите, докато е необходимо, докато изходът е там, където трябва да бъде.

Стъпка 6: Изграждане на VUI в Labview

Labview е софтуер за цифрово събиране на данни, който позволява на потребителя да проектира VUI или виртуален потребителски интерфейс. DAQ платката е A/D конвертор, който може да преобразува и предава ЕКГ сигнала в Labview. Използвайки този софтуер, ЕКГ сигналът може да бъде нанесен на графика амплитуда спрямо времето, за да се разчете ясно сигнала и след това да се преобразува сигналът в сърдечен ритъм в BPM. Първото нещо, което е необходимо за това, е DAQ платка, която получава данни и ги преобразува в цифров сигнал, за да ги изпрати до Labview на компютъра. Първото нещо, което трябваше да се добави към дизайна на Labview, беше DAQ Assistant, който получава сигнала от DAQ платката и определя параметрите на извадката. Следващата стъпка е свързване на графика на формата на вълната към изхода на DAQ асистента на VUI дизайна, който нанася ЕКГ сигнала, показващ ЕКГ формата на вълната. Сега, когато графиката на формата на вълната е завършена, данните също трябва да бъдат преобразувани, за да се получи цифров изход на сърдечната честота. Първата стъпка в това изчисление беше намирането на максимума от данните от ЕКГ чрез свързване на елемента max/min към изхода на DAQ данните във VUI и след това извеждане на това към друг елемент, наречен пиково откриване, и към елемент, който ще намери промяна във времето, наречена dt. Елементът за откриване на пик също се нуждае от праг от max/min, който се изчислява, като се вземе максимумът от елемента max max и се умножи по.8, за да се намерят 80% от максималната стойност, след което се въвежда в елемента за откриване на пик. Този праг позволи на елемента за откриване на пик да намери максимума на R вълната и местоположението, на което е настъпил максимумът, като игнорира другите пикове на сигнала. След това местоположенията на пиковете бяха изпратени към елемент от индексния масив, добавен след това във VUI. Елементът на индексния масив е настроен да съхранява в масив с и индекс, започващ от 0, а след това друг, започващ с индекс 1. След това те се изваждат един от друг, за да се намери разликата на двете пикови местоположения, което съответства на броя точки между всеки връх. Броят на точките, умножен по времевата разлика между всяка точка, осигурява времето, необходимо за всеки удар. Това беше постигнато чрез умножаване на изхода от елемента dt и изхода от изваждането на двата масива. След това това число се разделя на 60, за да се намерят ударите в минута, и след това се извежда с помощта на цифров индикатор на VUI. Настройката на дизайна на VUI в Labview е показана на фигурата.

Стъпка 7: Сложете всичко заедно

След като VUI завърши на Labview, последната стъпка е да свържете веригата към DAQ платката, така че сигналът да премине през веригата, към платката, след това към Labview. Ако всичко работи правилно, 1 Hz сигнал трябва да генерира формата на вълната, показана на фигурата, и сърдечен ритъм от 60 удара в минута. Сега имате работещ ЕКГ и цифров монитор на сърдечната честота.