EKG monitor: 8 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.

Elektrokardiografija je postupak snimanja električnih signala koje generira srce pacijenta radi dobivanja informacija o srčanoj aktivnosti. Da bi se električni signal učinkovito uhvatio, mora se filtrirati i pojačati kroz električne komponente. Podaci se takođe moraju prezentirati korisniku na jasan i efikasan način.

Sljedeći Instructable opisuje kako izgraditi krug pojačanja/filtriranja, kao i korisničko sučelje. Uključuje izgradnju instrumentacijskog pojačala, urezanog filtera, niskopropusnog filtera i korisničkog interfejsa u LabVIEW -u.

Prvi korak u procesu je definiranje zahtjeva analognog kola. Nakon definiranja zahtjeva, donosi se odluka o tome koje će primarne komponente činiti krug. Kasnije se rješavaju manji detalji u vezi s karakteristikama ovih glavnih komponenti, te se na kraju faza projektiranja kola završava definiranjem točnih vrijednosti svakog otpornika i kondenzatora u krugu.

Korak 1: Definiranje zahtjeva i primarnih komponenti

Zadatak kruga je pojačati EKG signal koji generira pacijent i filtrirati svu srodnu buku. Sirovi signal sastoji se od složenog valnog oblika s maksimalnom amplitudom od približno 2 mV i frekvencijskim komponentama u rasponu od 100 Hz do 250 Hz u QRS kompleksu. Ovo je signal koji treba pojačati i snimiti.

Povrh tog signala od interesa, buka se proizvodi iz nekoliko izvora. Napajanja generiraju šum od 60 Hz, a kretanje pacijenta proizvodi artefakte u rasponu manjem od 1 Hz. Više visokofrekventne buke donosi pozadinsko zračenje i telekomunikacijski signali poput mobilnih telefona i bežičnog interneta. Ova kolekcija šuma je signal koji treba filtrirati.

Krug prvo mora pojačati sirovi signal. Zatim mora filtrirati šum od 60 Hz i bilo koji drugi šum iznad 160 Hz. Filtriranje niskofrekventne buke povezane s kretanjem pacijenta smatra se nepotrebnim jer se pacijentu jednostavno može dati uputa da miruje.

Budući da se signal mjeri kao razlika u potencijalu između dvije elektrode koje se nalaze na pacijentu, pojačanje se postiže upotrebom instrumentalnog pojačala. Moglo bi se koristiti i jednostavno pojačalo s razlikom, ali pojačala s instrumentima često rade bolje s obzirom na odbijanje šuma i tolerancije. Filtriranje od 60 Hz postiže se upotrebom urezanog filtera, a ostatak visokofrekventnog filtriranja postiže se korištenjem niskopropusnog filtra. Ova tri elementa čine cijelo analogno kolo.

Poznavajući tri elementa kola, mogu se definirati manji detalji u vezi s dobicima, graničnim frekvencijama i propusnostima komponenti.

Instrumentacijsko pojačalo bit će postavljeno na pojačanje od 670. Ovo je dovoljno veliko za snimanje malog EKG signala, ali i dovoljno malo da osigura da se op-pojačala ponašaju unutar svog linearnog raspona prilikom ispitivanja kruga sa signalima blizu 20 mV, kao je minimum na nekim generatorima funkcija.

Urezani filter će biti centriran na 60 Hz.

Niskopropusni filter imat će graničnu frekvenciju od 160 Hz. Ovo bi i dalje trebalo zahvatiti većinu kompleksa QRS i odbaciti visokofrekventnu pozadinsku buku.

Korak 2: Instrumentacijsko pojačalo

Gore navedene sheme opisuju instrumentacijsko pojačalo.

Pojačalo ima dva stepena. Prva faza sastoji se od dva op-pojačala s lijeve strane gornjih slika, a druga faza se sastoji od jednog op-pojačala s desne strane. Pojačanje svakog od njih može se modulirati kako se želi, ali odlučili smo ga izgraditi s pojačanjem od 670 V/V. To se može postići sa sljedećim vrijednostima otpora:

R1: 100 ohma

R2: 3300 oma

R3: 100 ohma

R4: 1000 ohma

Korak 3: Notch filter

Gore navedene sheme opisuju urezni filter. Ovo je aktivni filter, pa smo mogli izabrati pojačavanje ili slabljenje signala ako želimo, ali već smo postigli sva potrebna pojačanja, pa za ovo op-pojačalo biramo pojačanje od jednog. Središnja frekvencija bi trebala biti 60 Hz, a faktor kvalitete trebao bi biti 8. To se može postići sa sljedećim vrijednostima komponente:

R1: 503 oma

R2: 128612 Ohma

R3: 503 oma

C: 0,33 mikroFarada

Korak 4: Niskopropusni filter

Opet, ovo je aktivni filter, pa smo mogli izabrati bilo koji dobitak koji želimo, ali odabrat ćemo 1. To se postiže pretvaranjem gore navedenog R4 u kratki spoj, a R3 u otvoreni krug. Ostatak je, kao i kod ostalih komponenti, postignut korištenjem naših prethodno definiranih zahtjeva u kombinaciji s jednadžbama koje upravljaju krugovima za dobivanje vrijednosti pojedinačnih elemenata:

R1: 12056 Ohma

R2: 19873,6 Ohma

C1: 0,047 mikroFarada

C2: 0,1 mikroFarads

Korak 5: Virtuelno dizajnirajte puni krug

Dizajniranje kola u softveru za izgradnju virtualnih kola, poput PSPICE -a, može biti od velike pomoći u hvatanju grešaka i učvršćivanju planova prije nego što pređete na stvarnu proizvodnju analognih kola. U ovom trenutku se mogu snimiti izmjenične struje strujnog kruga kako bi se osiguralo da se sve ponaša prema planu.

Korak 6: Izgradite puni krug

Krug se može izgraditi na koji god način želite, ali je za ovaj slučaj odabrana osnova.

Preporučuje se sastavljanje na ploču jer je lakše od lemljenja, ali lemljenje bi dalo veću izdržljivost. Također se preporučuje postavljanje zaobilaznog kondenzatora od 0,1 mikroFarad na masu paralelno s izvorom napajanja jer to pomaže u uklanjanju neželjenih odstupanja od konstantne snage.

Korak 7: LabVIEW korisničko sučelje

Korisničko sučelje LabVIEW je sredstvo za pretvaranje iz analognih signala u vizualne i numeričke prikaze EKG signala koje korisnik lako interpretira. Za pretvaranje signala iz analognog u digitalni koristi se DAQ ploča, a podaci se uvoze u LabVIEW.

Softver je objektni program koji pomaže u obradi podataka i stvaranju sučelja. Podaci se prvo vizualno prikazuju grafikonom, a zatim se vrši određena obrada signala kako bi se odredila učestalost otkucaja srca kako bi se mogla prikazati pored grafikona.

Da bi se odredila frekvencija otkucaja srca, potrebno je otkriti otkucaje srca. To se može postići pomoću objekta za otkrivanje vrha Lab VIEW -a. Objekt emitira indekse vrhova u primljenom nizu podataka, koji se zatim mogu koristiti u proračunima za određivanje vremena koje prolazi između otkucaja srca.

Budući da bi detalji o LabVIEW -u bili potpuno drugačiji Instructable, ostavit ćemo detalje drugom izvoru. Tačan rad programa može se vidjeti na gore prikazanom blok dijagramu.

Korak 8: LabVIEW Final User Interface

Konačno korisničko sučelje prikazuje pojačani, filtrirani, pretvoreni i obrađeni signal zajedno sa očitanjem srčane frekvencije u otkucajima u minuti