Izgradite vlastiti EKG!: 10 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 koristite ovaj krug za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li se strujni krug i veze kola s instrumentom odgovarajuće tehnike izolacije

Otkucaji srca sastoje se od ritmičkih kontrakcija reguliranih spontanom prezentacijom električne depolarizacije u srčanim miocitima (mišićnim stanicama srca). Takva električna aktivnost može se zabilježiti postavljanjem neinvazivnih elektroda za snimanje duž različitih položaja tijela. Čak i uz uvodno razumijevanje sklopova i bioelektričnosti, ti se signali mogu relativno lako uhvatiti. U ovom Instructable uvodimo pojednostavljenu metodologiju koja se može koristiti za hvatanje elektrokardiografskog signala s praktičnom i jeftinom opremom. U cijelom ćemo dijelu isticati bitna razmatranja pri prikupljanju takvih signala i predstavljati tehnike za programsku analizu signala.

Korak 1: Pregled funkcija

Uređaj koji gradite funkcionirat će kroz sljedeće funkcije:

1. Snimanje elektroda
2. Instrumentaciono pojačalo
3. Notch filter
4. Niskopropusni filter
5. Analogno-digitalna konverzija
6. Analiza signala pomoću LabView -a

Neke ključne komponente koje će vam trebati:

1. NI LabView
2. NI ploča za prikupljanje podataka (za unose u LabView)
3. DC napajanje (za napajanje operativnih pojačala)
4. Kožne elektrode za snimanje elektroda
5. ILI generator funkcija koji može stvoriti simulirani EKG signal

Hajde da počnemo!

Korak 2: Dizajnirajte niskopropusni filter

Normalan EKG sadrži prepoznatljive karakteristike u talasnom obliku signala koji se naziva P talas, QRS kompleks i T talas. Sve značajke EKG -a pojavit će se u frekvencijskom području ispod 250 Hz, pa je kao takvo važno snimiti samo značajke koje vas zanimaju pri snimanju EKG -a s elektroda. Niskopropusni filter sa graničnom frekvencijom od 250 Hz osigurat će da se u signalu ne uhvati šum visoke frekvencije

Korak 3: Dizajnirajte Notch filter

Urezani filter na frekvenciji od 60 Hz koristan je za uklanjanje šuma iz bilo kojeg izvora napajanja povezanog sa snimanjem EKG -a. Granične frekvencije između 56,5 Hz i 64 Hz omogućit će prolaz signala s frekvencijama izvan tog raspona. Na filter je primijenjen faktor kvalitete 8. Odabran je kapacitet od 0,1 uF. Eksperimentalni otpornici odabrani su na sljedeći način: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Ove su vrijednosti korištene za konstrukciju urezanog filtera.

Korak 4: Dizajnirajte instrumentalno pojačalo

Instrumentacijsko pojačalo s pojačanjem od 1000 V/V pojačat će sve filtrirane signale radi lakšeg mjerenja. Pojačalo koristi niz operativnih pojačala i podijeljeno je u dvije faze (lijevo i desno) sa odgovarajućim pojačanjem K1 i K2. Gornja slika prikazuje shemu kola koja mogu postići ovaj rezultat, a slika 6 detaljno prikazuje izračune.

Korak 5: Povežite sve zajedno

Tri faze pojačanja i filtriranja kombinirane su na donjoj slici 7. Instrumentalno pojačalo pojačava ulaz sinusne frekvencije s pojačanjem od 1000V/V. Zatim, urezani filter uklanja svu frekvenciju signala od 60 Hz s faktorom kvalitete 8. Konačno, signal prolazi kroz niskopropusni filter koji prigušuje signale iznad frekvencije od 250 Hz. Na gornjoj slici prikazan je cijeli eksperimentalno kreiran sistem.

Korak 6: … i pobrinite se da radi

Ako imate generator funkcija, trebali biste konstruirati krivulju frekvencijskog odziva kako biste osigurali pravilan odziv. Gornja slika prikazuje cijeli sistem i krivulju frekvencijskog odziva koju biste trebali očekivati. Ako se čini da vaš sistem radi, spremni ste za prelazak na sljedeći korak: pretvaranje analognog signala u digitalni!

Korak 7: (Opcionalno) Vizualizirajte svoj EKG na osciloskopu

EKG snima signal s dvije elektrode i koristi treću elektrodu kao uzemljenje. Sa svojim elektrodama za snimanje EKG -a umetnite jednu u jedan ulaz pojačala za instrumente, drugu u drugi ulaz pojačala za instrumente, a treću spojite na masu na vašoj matičnoj ploči. Zatim postavite jednu elektrodu na jedan zglob, drugu na drugi zglob i uzemljite na gležnju. Ovo je konfiguracija Lead 1 za EKG. Da biste vizualizirali signal na svom osciloskopu, upotrijebite osciloskopsku sondu za mjerenje izlazne snage treće faze.

Korak 8: Dobijte podatke pomoću nacionalnih instrumenata DAQ

Ako želite analizirati svoj signal u LabView -u, trebat će vam neki način za prikupljanje analognih podataka s vašeg EKG -a i prijenos na računalo. Postoje različiti načini prikupljanja podataka! National Instruments je kompanija specijalizirana za uređaje za prikupljanje podataka i uređaje za analizu podataka. Oni su dobro mjesto za traženje alata za prikupljanje podataka. Takođe možete kupiti svoj jeftini analogno -digitalni pretvarač i koristiti Raspberry Pi za prenos vašeg signala! Ovo je vjerovatno najjeftinija opcija. U ovom slučaju, već smo u kući imali NI DAQ modul, NI ADC i LabView, pa smo se držali strogo hardvera i softvera National Instruments.

Korak 9: Uvezite podatke u LabVIEW

Vizuelni programski jezik LabVIEW korišćen je za analizu podataka prikupljenih iz analognog sistema za pojačavanje/filtriranje. Podaci su prikupljeni iz NI DAQ jedinice s DAQ pomoćnikom, ugrađenom funkcijom prikupljanja podataka u LabVIEW-u. Pomoću kontrola LabView programski je određen broj uzoraka i vrijeme trajanja prikupljanja uzoraka. Kontrole su ručno podesive, omogućavajući korisniku da s lakoćom fino podešava ulazne parametre. S poznatim ukupnim brojem uzoraka i trajanjem vremena, kreiran je vremenski vektor sa svakom vrijednošću indeksa koja predstavlja odgovarajuće vrijeme na svakom uzorku u snimljenom signalu.

Korak 10: Formatirajte, analizirajte i gotovi ste

Podaci iz funkcije pomoćnika DAQ pretvoreni su u upotrebljiv format. Signal je ponovo kreiran kao 1D niz dvojnika tako što je prvo pretvorio DAQ izlazni tip podataka u tip podataka talasnog oblika, a zatim konvertovao u (X, Y) grupisan par dvojnika. Svaka vrijednost Y iz para (X, Y) odabrana je i umetnuta u početno prazan 1D niz dvojnika uz pomoć strukture petlje. 1D niz dvojnika i odgovarajući vremenski vektor iscrtani su na XY grafikonu. Istovremeno, maksimalna vrijednost 1D niza dvojnika identificirana je funkcijom identifikacije maksimalne vrijednosti. Šest desetina maksimalne vrijednosti korišteno je kao prag za algoritam otkrivanja vrhova ugrađen u LabView. Vršne vrijednosti 1D niza dvojnika identificirane su funkcijom otkrivanja vrhova. Uz poznate lokacije vrhova, izračunata je vremenska razlika između svakog vrha. Ova vremenska razlika, u jedinicama sekundi po vrhu, pretvorena je u vrhove u minuti. Smatra se da rezultirajuća vrijednost predstavlja broj otkucaja srca u otkucajima u minuti.

To je to! Sada ste prikupili i analizirali EKG signal!