Kako izgraditi EKG i digitalni monitor otkucaja srca: 6 koraka

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

Elektrokardiogram (EKG) mjeri električnu aktivnost otkucaja srca kako bi pokazao koliko brzo srce kuca, kao i njegov ritam. Postoji električni impuls, poznat i kao val, koji putuje kroz srce kako bi natjerao srčani mišić da ispumpa krv sa svakim otkucajem. Desna i lijeva pretklijetka stvaraju prvi P val, a desna i lijeva donja komora čine QRS kompleks. Konačni T val je od električnog oporavka do stanja mirovanja. Ljekari koriste EKG signale za dijagnosticiranje srčanih oboljenja, pa je važno dobiti jasne slike.

Cilj ovog uputstva je prikupljanje i filtriranje signala elektrokardiograma (EKG) kombiniranjem instrumentalnog pojačala, urezanog filtera i niskopropusnog filtera u krugu. Tada će signali ići kroz A/D pretvarač u LabView za stvaranje grafikona u stvarnom vremenu i otkucaja srca u BPM-u.

"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."

Korak 1: Dizajnirajte instrumentacijsko pojačalo

Za izradu instrumentacijskog pojačala potrebna su nam 3 op pojačala i 4 različita otpornika. Instrumentalno pojačalo povećava pojačanje izlaznog vala. Za ovaj dizajn smo nastojali dobiti pojačanje od 1000V kako bismo dobili dobar signal. Pomoću sljedećih jednadžbi izračunajte odgovarajuće otpornike gdje su K1 i K2 dobitak.

Faza 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Faza 2: K2 = -(R4/R3)

Za ovaj dizajn korišteni su R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Korak 2: Dizajnirajte Notch filter

Drugo, moramo napraviti urezani filter pomoću op -pojačala, otpornika i kondenzatora. Svrha ove komponente je filtriranje šuma na 60 Hz. Želimo filtrirati točno na 60 Hz, pa će sve ispod i iznad ove frekvencije proći, ali će amplituda valnog oblika biti najniža na 60 Hz. Da bismo odredili parametre filtra, koristili smo pojačanje 1 i faktor kvalitete 8. Pomoću donjih jednadžbi izračunajte odgovarajuće vrijednosti otpornika. Q je faktor kvalitete, w = 2*pi*f, f je središnja frekvencija (Hz), B je širina pojasa (rad/sek), a wc1 i wc2 su granične frekvencije (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Korak 3: Dizajnirajte niskopropusni filter

Svrha ove komponente je filtriranje frekvencija iznad određene granične frekvencije (wc), u osnovi ne dopuštajući im prolaz. Odlučili smo filtrirati na frekvenciji od 250 Hz kako bismo izbjegli rezanje previše blizu prosječne frekvencije koja se koristi za mjerenje EKG signala (150 Hz). Za izračun vrijednosti koje ćemo koristiti za ovu komponentu, upotrijebit ćemo sljedeće jednadžbe:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/granična frekvencija (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

Pojačanje ćemo postaviti na 1, pa R3 postaje otvoreni krug (bez otpornika), a R4 kratki spoj (samo žica).

Korak 4: Testirajte krug

Za svaku komponentu se vrši izmjenična struja kako bi se utvrdila efikasnost filtera. AC AC sweep mjeri veličinu komponente na različitim frekvencijama. Očekujete da ćete vidjeti različite oblike ovisno o komponenti. Važnost čišćenja izmjeničnom strujom je osigurati da krug ispravno funkcionira nakon izgradnje. Da biste izvršili ovaj test u laboratoriji, jednostavno snimite Vout/Vin na različitim frekvencijama. Za instrumentacijsko pojačalo testirali smo od 50 do 1000 Hz kako bismo dobili širok raspon. Za urezani filter testirali smo od 10 do 90 Hz kako bismo stekli dobru predodžbu o tome kako komponenta reagira na oko 60 Hz. Za niskopropusni filtar testirali smo od 50 do 500 Hz kako bismo razumjeli kako kolo reagira kada treba proći i kada se zaustavlja.

Korak 5: EKG krug na LabView -u

Zatim želite stvoriti blok dijagram u LabViewu koji simulira EKG signal kroz A/D pretvarač, a zatim iscrtava signal na računaru. Počeli smo postavljanjem parametara signala naše DAQ ploče određivanjem prosječnog otkucaja srca koji smo očekivali; odabrali smo 60 otkucaja u minuti. Zatim smo, koristeći frekvenciju od 1 kHz, mogli utvrditi da nam je potrebno prikazati otprilike 3 sekunde da bismo postigli 2-3 vrha EKG-a u grafikonu talasnog oblika. Prikazali smo 4 sekunde kako bismo osigurali da smo zabilježili dovoljno vrhova EKG -a. Blok dijagram će očitati dolazni signal i upotrijebiti detekciju vrha kako bi utvrdio koliko često dolazi do punog otkucaja srca.

Korak 6: EKG i broj otkucaja srca

Koristeći kôd iz blok dijagrama, EKG će se pojaviti u okviru valnog oblika, a otkucaji u minuti bit će prikazani pored njega. Sada imate radni monitor otkucaja srca! Da biste se još više suočili s izazovom, pokušajte koristiti svoje kolo i elektrode za prikaz otkucaja srca u stvarnom vremenu!