Krug prikupljanja EKG -a: 5 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:08

OBAVIJEST: Ovo nije medicinski uređaj. Ovo je samo u obrazovne svrhe korištenjem simuliranih signala. Ako koristite ovaj krug za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li se strujni krug i veze kola s instrumentom odgovarajuće tehnike izolacije

Možda je najraširenije fiziološko mjerenje u današnjoj zdravstvenoj industriji elektrokardiogram (EKG/EKG). Teško je proći kroz bolnicu ili hitnu pomoć a da ne čujete tradicionalni „zvučni signal“monitora otkucaja srca ili vidite EKG talasni oblik koji se kotrlja po ekranu u pacijentovoj sobi. No, što je to mjerenje koje se toliko povezalo sa suvremenom zdravstvenom zaštitom?

Elektrokardiogram se često pogrešno uzima za snimanje fizičke aktivnosti srca, međutim, kako naziv govori, zapravo se radi o snimanju električne aktivnosti, depolarizacije i repolarizacije srčanih mišića. Analizom snimljenog talasnog oblika, ljekari mogu steći uvid u ponašanje električnog sistema srca. Neke uobičajene dijagnoze napravljene na osnovu EKG podataka uključuju: infarkt miokarda, plućnu emboliju, aritmije i AV blokove.

Sljedeći Instructable opisat će postupak i principe koji se koriste za izgradnju osnovnog električnog kruga koji je sposoban prikupiti EKG pomoću jednostavnih površinskih elektroda kao što se radi u bolnicama.

Korak 1: Dizajnirajte instrumentacijsko pojačalo

Prvi element kruga potreban za snimanje EKG signala je instrumentacijsko pojačalo. Ovo pojačalo ima dva efekta.

1. Stvara elektronički međuspremnik između elektroda za snimanje i ostatka kola. Ovo smanjuje potrebno izvlačenje struje iz elektroda na praktički nulu. Omogućava prikupljanje signala sa vrlo malim izobličenjem uzrokovanim ulaznom impedansom.

2. Različito pojačava snimljeni signal. To znači da nijedan signal zajednički za obje elektrode za snimanje neće biti pojačan, dok će razlike (važni dijelovi) biti.

Uobičajeno snimanje površinskih elektroda za EKG bit će u rasponu milivolta. Stoga, kako bismo ovaj signal doveli u raspon, možemo raditi s pojačanjem (K) od 1000 V/V.

Gore navedene ilustracije upravljanja za pojačalo su:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, ovo je dobitak prve faze

K2 = - R4/R3, ovo je dobitak stupnja 2

Imajte na umu da bi idealno K1 i K2 trebali biti približno jednaki i postići željeno pojačanje K1 * K2 = 1000

Konačne vrijednosti korištene u našem krugu bile su….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

Korak 2: Dizajniranje Notch filtera

U modernom svijetu vjerojatno će se prikupljanje EKG -a vršiti u blizini nekih drugih elektroničkih uređaja, ili čak samo u zgradi koja se električnom energijom napaja iz lokalnih dalekovoda. Nažalost, visokonaponska i oscilirajuća priroda isporučene energije znači da će proizvesti veliku količinu "šuma" u gotovo svakom provodljivom materijalu u njegovoj blizini; ovo uključuje žice i elemente kruga koji se koriste za izgradnju našeg kruga prikupljanja EKG -a.

Da bi se to spriječilo, bilo koji signal s frekvencijom jednakom onoj buke koju generira lokalno napajanje (naziva se brujanje mreže) može se jednostavno filtrirati i u osnovi ukloniti. U Sjedinjenim Državama električna mreža napaja 110-120V s frekvencijom od 60 Hz. Stoga moramo filtrirati bilo koju komponentu signala frekvencije 60 Hz. Na sreću, to je već učinjeno mnogo puta i samo zahtijeva dizajn usjeknog filtera (na slici gore).

Jednačine koje upravljaju ovim filterom su….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

gdje je wc2 visoka granična frekvencija, w2 niska granična frekvencija, w granična frekvencija u rad/s, a Q faktor kvalitete

Imajte na umu da je C vrijednost koja se može slobodno birati. Sljedeće vrijednosti korištene u našem krugu bile su:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sec

Korak 3: Niskopropusni filter

EKG signali imaju frekvenciju od 0 - 150Hz. Kako bi se spriječilo povezivanje više buke na signal sa stvarima veće frekvencije od ovog raspona, implementiran je niskopropusni ButterWorth filter drugog reda s prekidom od 150Hz kako bi se omogućio samo prolazak EKG signala kroz krug. Umjesto da se odmah odabere lako dostupna vrijednost kondenzatora, kao i prethodne komponente, prva vrijednost kondenzatora, C2, odabrana je na temelju dolje navedene formule. Iz te vrijednosti mogle bi se izračunati sve ostale vrijednosti komponenti i zatim dodati u kolo uz zadržavanje pojačanja na 1V/V.

C2 ≈ 10/fc uf, gdje je fc granična frekvencija (150 Hz za ovaj slučaj).

Zatim se preostale vrijednosti mogu izračunati kako je prikazano u tablici koja je uključena kao druga slika u ovom koraku.

Konačne vrijednosti koje su se koristile za stavljanje u gornju shemu su:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

Korak 4: Priprema LabVIEW -a

Jedini materijali potrebni za ovaj odjeljak EKG zbirke su Windows računari opremljeni 64-bitnom kopijom LabVIEW-a i pločom za kondicioniranje signala nacionalnih instrumenata () sa jednim ulaznim modulom. Funkcionalni blok dijagram unutar LabVIEW -a tada bi trebao biti konstruiran na sljedeći način. Počnite otvaranjem praznog funkcionalnog blok dijagrama.

Umetnite DAQ Assistant blok i prilagodite postavke na sljedeće:

Mjerenje: Analogno → Napon

Način rada: RSE

Uzorkovanje: Kontinuirano uzorkovanje

Prikupljeno uzoraka: 2500

Brzina uzorkovanja: 1000 / sek

Prikupljeni talasni oblik prenesite u grafikon talasnog oblika. Dodatno, izračunajte maksimalnu vrijednost trenutnih podataka o valnom obliku. Pomnožite maksimalnu vrijednost vala s vrijednošću kao što je.8 kako biste stvorili prag za otkrivanje vrha, ta se vrijednost može prilagoditi na temelju razine šuma unutar signala. Uvedite proizvod prethodnog koraka kao prag i niz sirovog napona kao podatke za funkciju „Peak Detection“. Zatim uzmite izlaz “Location” polja za otkrivanje vrhova i oduzmite prvu i drugu vrijednost. Ovo predstavlja razliku u vrijednostima indeksa dva vrha u početnom nizu. To se tada može pretvoriti u vremensku razliku dijeljenjem vrijednosti sa brzinom uzorkovanja, za primjer to je 1000 /sek. Na kraju, uzmite inverz ove vrijednosti (dajući Hz) i pomnožite sa 60 da biste dobili broj otkucaja srca u minuti u minuti. Završni blok dijagram za ovo trebao bi ličiti na sliku zaglavlja za ovaj korak.

Korak 5: Potpuna integracija sistema

Sada kada su sve komponente izgrađene zasebno, vrijeme je da spojite trgovački centar. To se može učiniti jednostavnim povezivanjem izlaza jedne sekcije na ulaz sljedećeg segmenta. Stepenice bi trebale biti povezane istim redoslijedom kako se pojavljuju u ovom uputstvu. Za posljednju fazu, ButterWorth filter, njegov ulaz bi trebao biti spojen na jedan od dva kabela na ulaznom modulu ploče za kondicioniranje signala. Drugi kabel iz ovog modula trebao bi biti pričvršćen na zajedničko uzemljenje kola.

Za instrumentacijsko pojačalo, svaki od dva njegova kabela trebao bi biti pričvršćen na EKG/EKG elektrodu. To se lako postiže upotrebom dvije aligatorske kopče. Zatim stavite po jednu elektrodu na svaki zglob. Uverite se da su svi segmenti kola povezani i da je LabVIEW VI pokrenut i da sistem treba da prikaže grafikon talasnog oblika u prozoru LabVIEW.

Izlaz bi trebao izgledati slično drugoj slici u ovom koraku. Ako nije slično, možda će biti potrebno prilagoditi vrijednosti vašeg kruga. Jedan od uobičajenih problema je da filter sa zarezima neće biti centriran izravno na 60 Hz i može biti malo prema visokom/niskom. To se može testirati stvaranjem grafikona boda za filter. U idealnom slučaju, urezani filter će imati najmanje 20 dB slabljenje na 60 Hz. Također bi moglo biti korisno provjeriti da li se lokalno napajanje napaja na 60 Hz. Nije neuobičajeno da neka područja imaju izmjenične struje od 50 Hz, to bi zahtijevalo centriranje urezanog filtera oko ove vrijednosti.