Jednostavni krug snimanja EKG -a i LabVIEW monitor otkucaja srca: 5 koraka

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

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

Jedan od najosnovnijih aspekata modernog zdravstva je sposobnost hvatanja srčanog vala pomoću EKG -a ili elektrokardiograma. Ova tehnika koristi površinske elektrode za mjerenje različitih električnih uzoraka koje emitira srce, tako da se izlaz može koristiti kao dijagnostički alat za dijagnosticiranje srčanih i plućnih stanja, kao što su različiti oblici tahikardije, blokade grana i hipertrofije. Za dijagnosticiranje ovih stanja, izlazni valni oblik se uspoređuje s normalnim EKG signalom.

Da bi se stvorio sistem koji može dobiti EKG talasni oblik, signal se prvo mora pojačati, a zatim na odgovarajući način filtrirati kako bi se uklonio šum. Da bi se to postiglo, može se izgraditi trostepeno kolo pomoću OP pojačala.

Ovaj Instructable pružit će informacije potrebne za projektiranje, a zatim i izgradnju jednostavnog kola sposobnog za snimanje EKG signala pomoću površinskih elektroda, a zatim filtriranje tog signala za daljnju obradu i analizu. Osim toga, ovaj Instructable opisat će jednu tehniku koja se koristi za analizu tog signala kako bi se stvorio grafički prikaz izlaza kola, kao i metodu za izračunavanje brzine otkucaja srca iz izlaza EKG -ovog kruga talasnog oblika.

Napomena: prilikom projektiranja svake faze, obavezno obavite izmjene naizmjenične struje i eksperimentalno i kroz simulacije kako biste osigurali željeno ponašanje kola.

Korak 1: Dizajnirajte i konstruirajte instrumentacijsko pojačalo

Prva faza u ovom EKG krugu je instrumentacijsko pojačalo koje se sastoji od tri OP pojačala. Prva dva OP pojačala su međuspremni ulazi, koji se zatim napajaju u treće OP pojačalo koje funkcionira kao diferencijalno pojačalo. Signali iz tijela moraju biti međuspremnici ili će se u suprotnom izlaz smanjiti jer tijelo ne može dati veliku struju. Diferencijalno pojačalo uzima razliku između dva ulazna izvora kako bi osiguralo mjerljivu razliku potencijala, dok istovremeno poništava zajedničku buku. Ova faza također ima pojačanje od 1000, pojačavajući tipični mV na čitljiviji napon.

Dobit kruga od 1000 za instrumentacijsko pojačalo izračunava se prema prikazanim jednadžbama. Dobitak stupnja 1 instrumentacijskog pojačala izračunava se prema (2), a dobitak stupnja 2 instrumentacijskog pojačala izračunava se prema (3). K1 i K2 izračunati su tako da se međusobno ne razlikuju za više od 15.

Za pojačanje od 1000, K1 se može postaviti na 40, a K2 na 25. Vrijednosti otpornika se mogu izračunati, ali ovo pojačalo za instrumente koristilo je vrijednosti otpornika u nastavku:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

Korak 2: Projektirajte i konstruirajte Notch filter

Sljedeća faza je urezani filter za uklanjanje signala od 60 Hz koji dolazi iz utičnice.

U zareznom filteru vrijednost otpornika R1 izračunava se prema (4), vrijednost R2 po (5) i vrijednost R3 po (6). Faktor kvalitete kruga, Q, postavljen je na 8 jer to daje razumnu granicu greške, dok je realno precizno. Vrijednost Q može se izračunati prema (7). Posljednja vladajuća jednadžba zareznog filtera koristi se za izračunavanje propusnosti, a opisana je u (8). Osim faktora kvalitete 8, urezani filter imao je i druge dizajnerske specifikacije. Ovaj filter je dizajniran tako da ima pojačanje od 1 kako ne bi promijenio signal, dok uklanja signal od 60 Hz.

Prema tim jednadžbama, R1 = 11,0524 kΩ, R2 = 2,829 MΩ, R3 = 11,009 kΩ i C1 = 15 nF

Korak 3: Projektirajte i konstruirajte niskopropusni filter drugog reda Butterworth

Posljednja faza je niskopropusni filter za uklanjanje svih signala koji se mogu pojaviti iznad komponente najviše frekvencije EKG vala, poput WiFi šuma, i drugih ambijentalnih signala koji bi mogli odvratiti pažnju od signala koji vas zanima. Tačka -3dB za ovu fazu trebala bi biti oko ili blizu 150 Hz, budući da je standardni raspon signala prisutnih u EKG valnom rasponu od 0,05 Hz do 150 Hz.

Prilikom projektiranja niskopropusnih Butterworth filtera drugog reda, krug je ponovno postavljen na pojačanje od 1, što je omogućilo jednostavniji dizajn kola. Prije daljnjih proračuna važno je napomenuti da je željena granična frekvencija niskopropusnog filtera postavljena na 150 Hz. Najlakše je započeti izračunavanjem vrijednosti kondenzatora 2, C2, jer druge jednadžbe ovise o toj vrijednosti. C2 se može izračunati prema (9). Polazeći od izračunavanja C2, C1 se može izračunati prema (10). U slučaju ovog niskopropusnog filtera, koeficijenti a i b su definirani gdje je a = 1.414214, a b = 1. Vrijednost otpornika R1 izračunava se prema (11), a vrijednost otpornika R2 izračunava se prema (12).

Korištene su sljedeće vrijednosti:

R1 = 13,842 kΩ

R2 = 54,36 kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

Korak 4: Postavite program LabVIEW koji se koristi za prikupljanje i analizu podataka

Zatim se računarski program LabView može koristiti za kreiranje zadatka koji će stvoriti grafički prikaz otkucaja srca iz EKG signala i izračunati broj otkucaja srca iz istog signala. Program LabView to postiže tako što prvo prihvaća analogni ulaz sa DAQ ploče, koja također djeluje kao analogno -digitalni pretvarač. Ovaj digitalni signal se zatim dodatno analizira i iscrtava, gdje grafikon prikazuje grafički prikaz signala koji se unosi na DAQ ploču. Talasni oblik signala se analizira uzimajući 80% maksimalnih vrijednosti prihvaćenog digitalnog signala, a zatim koristi funkciju detektora vrha za otkrivanje ovih vrhova signala. Istovremeno, program uzima valni oblik i izračunava vremensku razliku između vrhova valnog oblika. Detekcija vrha je povezana s popratnim vrijednostima ili 1 ili 0, gdje 1 predstavlja vrh za stvaranje indeksa lokacije vrhova, a ovaj se indeks tada koristi zajedno s vremenskom razlikom između vrhova za matematički izračun brzine otkucaja srca u otkucaja u minuti (BPM). Prikazan je blok dijagram koji je korišten u programu LabView.

Korak 5: Potpuna montaža

Nakon što ste izgradili sve krugove i program LabVIEW i uvjerili se da sve radi ispravno, spremni ste za snimanje EKG signala. Na slici je moguća shema kompletnog sklopa sistema.

Spojite pozitivnu elektrodu na desni zglob i jedan od uokruženih ulaza pojačala instrumentacije, a negativnu elektrodu u lijevi zglob i drugi ulaz pojačala instrumentacije kao na slici. Redoslijed unosa elektroda nije bitan. Na kraju, postavite elektrodu za uzemljenje na gležanj i spojite je na masu u strujnom krugu. Čestitamo, dovršili ste sve korake potrebne za snimanje i EKG signal.