EKG krug: 7 koraka

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

EKG je test kojim se mjeri električna aktivnost srca bilježeći srčani ritam i aktivnost. Radi tako što uzima i čita signale iz srca pomoću elektroda priključenih na elektrokardiograf. Ovaj Instructable će vam pokazati kako izgraditi krug koji snima, filtrira i prikazuje bioelektrični signal srca. 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.

Ovo kolo sadrži tri različite faze povezane zajedno u nizu sa programom LabView. Otpornici u instrumentacijskom pojačalu izračunati su s dobitkom od 975 kako bi se osiguralo da se mali signali iz srca još uvijek mogu pokupiti u krugu. Urezani filter uklanja buku od 60 Hz iz utičnice u zidu. Niskopropusni filter osigurava uklanjanje visokofrekventne buke iz kruga radi bolje detekcije signala.

Prije nego započnete ovaj Instructable, bilo bi korisno upoznati se s uA741 općim namjenskim operativnim pojačalom. Različiti pinovi u op-pojačalu imaju različite namjene i kolo neće raditi ako su nepravilno spojeni. Nepravilno spajanje pinova na matičnu ploču također je jednostavan način da opečete pojačalo i učinite ga nefunkcionalnim. Donja veza sadrži shemu koja se koristi za op-pojačala u ovom uputstvu.

Izvor slike:

Korak 1: Prikupite materijale

Materijali potrebni za sve tri faze filtera:

• Osciloskop
• Generator funkcija
• Napajanje (+15V, -15V)
• Oplata za lemljenje
• Razni banana kablovi i štipaljke od aligatora
• Naljepnice EKG elektroda
• Razne kratkospojne žice

Instrumentalno pojačalo:

• 3 op-pojačala (uA741)

• Otpornici:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Urezani filter:

• 1 Op-pojačalo (uA741)

• Otpornici:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondenzatori:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Niskopropusni filter:

• 1 op-pojačalo (uA741)

• Otpornici:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondenzatori:

  • 22 nF
  • 47 nF

Korak 2: Napravite instrumentacijsko pojačalo

Biološki signali često izlažu samo napone između 0,2 i 2 mV [2]. Ovi naponi su premali da bi se mogli analizirati na osciloskopu pa smo morali izgraditi pojačalo.

Nakon što je vaše kolo izgrađeno, provjerite da li radi ispravno mjerenjem napona na Vout (prikazano kao čvor 2 na gornjoj slici). Koristili smo generator funkcija za slanje sinusnog vala s ulaznim amplitudnim naponom od 20 mV na naše instrumentacijsko pojačalo. Sve previše iznad ovoga neće vam dati rezultate koje tražite jer su op pojačala dobivala samo određenu snagu od -15 i +15 V. Usporedite izlaz generatora funkcija s izlazom vašeg instrumentacijskog pojačala i potražite pojačanje blizu 1000 V. (Vout/Vin bi trebao biti vrlo blizu 1000).

Savjet za rješavanje problema: Provjerite jesu li svi otpornici u kΩ rasponu.

[2] “Kondicioniranje signala elektrokardiograma (EKG -a) visokih performansi | Obrazovanje | Analogni uređaji. " [Online]. Dostupno: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Pristupljeno: 10. decembra 2017.].]

Korak 3: Izradite Notch Filter

Naš urezani filter dizajniran je za filtriranje frekvencije na 60 Hz. Želimo filtrirati 60 Hz iz našeg signala jer je to frekvencija izmjenične struje koja se nalazi u električnim utičnicama.

Prilikom testiranja ureznog filtra, izmjerite omjer vrha do vrha između ulaznih i izlaznih grafikona. Na 60 Hz trebao bi postojati omjer od -20 dB ili bolji. To je zato što je pri -20 dB izlazni napon u biti 0V, što znači da ste uspješno filtrirali signal na 60 Hz! Testirajte i frekvencije oko 60 Hz kako biste bili sigurni da nijedna druga frekvencija nije slučajno filtrirana.

Savjet za rješavanje problema: Ako ne možete postići točno -20dB na 60 Hz, odaberite jedan otpornik i malo ga promijenite dok ne dobijete željene rezultate. Morali smo se poigrati s vrijednošću R2 dok ne dobijemo željene rezultate.

Korak 4: Izgradite niskopropusni filter

Naš niskopropusni filter dizajniran je s graničnom frekvencijom od 150 Hz. Odabrali smo ovu granicu jer je najširi dijagnostički raspon za EKG 0,05 Hz - 150 Hz, pod pretpostavkom nepokretnog i tihog okruženja [3]. Niskopropusni filter može se riješiti šuma visoke frekvencije koji dolazi iz mišića ili drugih dijelova tijela [4].

Da biste testirali ovaj krug kako biste se uvjerili da radi ispravno, izmjerite Vout (prikazan kao čvor 1 na dijagramu kruga). Na 150 Hz, amplituda izlaznog signala bi trebala biti 0,7 puta veća od amplitude ulaznog signala. Koristili smo ulazni signal od 1 V kako bismo mogli lako vidjeti da bi naš izlaz trebao biti 0,7 na 150 Hz.

Savjeti za rješavanje problema: sve dok je granična frekvencija unutar nekoliko Hz od 150 Hz, vaš krug bi trebao raditi. Naša granica je završila na 153 Hz. Raspon bioloških signala će malo fluktuirati u tijelu pa sve dok niste isključeni više od nekoliko Hz, vaš krug bi trebao raditi.

[3] “EKG filteri | MEDTEQ.” [Online]. Dostupno: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Pristupljeno: 10. decembra 2017.].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson i S. J. Asirvatham, „Signali i obrada signala za elektrofiziologa: Dio I: Nabavka elektrograma“, Circ. Aritmija Electrophysiol., Vol. 4, br. 6, str. 965–973, decembar 2011.

Korak 5: Kreirajte LabView program

[5] „BME 305 Design Lab Project“(jesen 2017).

Ovaj blok dijagram laboratorijskog pregleda dizajniran je za analizu signala koji prolazi kroz program, otkrivanje EKG vrhova, prikupljanje vremenske razlike između vrhova i matematičko izračunavanje BPM -a. Takođe daje grafikon EKG talasnog oblika.

Korak 6: Povežite sve tri faze

Spojite sva tri kola uzastopno povezivanjem izlaza instrumentacijskog pojačala na ulaz urezanog filtera, a izlaz urezanog filtera na ulaz niskopropusnog filtera. Povežite izlaz niskopropusnog filtera sa DAQ pomoćnikom i povežite DAQ pomoćnik sa računarom. Prilikom povezivanja strujnih krugova, provjerite jesu li razvodnici za svaku matičnu ploču povezani i sve uzemljene su spojene na isti uzemljeni terminal.

U instrumentacijskom pojačalu, drugo op-pojačalo mora biti uzemljeno tako da se po dva elektrodna kabela koja su spojena na ispitanika mogu spojiti na različito op-pojačalo u prvoj fazi tog filtra.

Korak 7: Dobijte signale od ispitivanog subjekta

Na svaki zglob treba staviti jednu naljepnicu elektrode, a jednu na gležanj radi uzemljenja. Upotrijebite kopče od aligatora za spajanje dvije elektrode na ručnom zglobu na ulaze instrumentacijskog pojačala i gležanj na masu. Kada budete spremni, kliknite "pokreni" u programu LabView i pogledajte puls i EKG na ekranu!