EKG i digitalni monitor otkucaja srca: 7 koraka (sa slikama)

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

Elektrokardiogram ili EKG je vrlo stara metoda mjerenja i analize zdravlja srca. Signal koji se očitava s EKG -a može ukazivati na zdravo srce ili niz problema. Pouzdan i precizan dizajn važan je jer ako EKG signal pokazuje deformiran oblik vala ili nepravilan rad srca, osoba može biti pogrešno dijagnosticirana. Cilj je dizajnirati EKG krug koji može prikupiti, pojačati i filtrirati EKG signal. Zatim pretvorite taj signal putem A/D pretvarača u Labview za stvaranje grafikona u stvarnom vremenu i otkucaja srca u BPM signala EKG-a. Izlazni valni oblik bi trebao izgledati ovako.

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: Projektovanje kola

Krug mora biti sposoban za prikupljanje i pojačavanje EKG signala. Da bismo to učinili, kombinirat ćemo tri aktivna filtera; instrumentacijsko pojačalo, Butterworth-ov niskopropusni filter drugog reda i Notch filter. Dizajn ovih kola može se vidjeti na slikama. Proći ćemo kroz njih jedan po jedan, a zatim ih spojiti kako bismo dovršili cijeli krug.

Korak 2: Instrumentacijsko pojačalo

Pojačanje instrumentacijskog pojačala mora biti 1000 V/V da bi se dobio dobar signal. Pojačavanje putem instrumentacijskog pojačala odvija se u dvije faze. Prva faza sastoji se od dva op pojačala s lijeve strane i otpornika R1 i R2, a druga faza pojačanja sastoji se od op pojačala s desne strane i otpornika R3 i R4. Pojačanje (pojačanje) za stupanj 1 i stupanj 2 dano je u jednadžbama (1) i (2).

1. stupanj pojačanja: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

2. faza pojačanja: K2 = R4/R3 (2)

Važna napomena o pojačanju u krugovima je da je multiplikativna; npr. dobitak ukupnog kola na slici 2 je K1*K2. Ove jednadžbe daju vrijednosti prikazane na shemi. Materijali potrebni za ovaj filter su tri LM741 op pojačala, tri otpornika od 1 k ohma, dva otpornika od 24,7 kohma i dva otpornika od 20 koma.

Korak 3: Notch filter

Sljedeća faza je Notch filter za smanjenje buke na 60 Hz. Ovu frekvenciju treba isključiti jer postoji velika dodatna buka na 60 Hz zbog smetnji na dalekovodu, ali neće izvaditi ništa značajno iz EKG signala. Vrijednosti za komponente korištene u krugu temelje se na frekvenciji koju želite filtrirati, u ovom slučaju 60 Hz (377 rad/s). Jednadžbe komponenti su sljedeće

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Materijali potrebni za ovo bili su jedno LM741 op pojačalo, tri otpornika vrijednosti 1658 ohma, 424,4 kohma i 1651 ohma i 3 kondenzatora, dva pri 100 nF i jedan pri 200 nF.

Korak 4: Niskopropusni filter

Posljednja faza je Butterworth-ov niskopropusni filter drugog reda s graničnom frekvencijom od 250 Hz. Ovo je granična frekvencija jer se EKG signal kreće samo do 250 Hz. Jednadžbe za vrijednosti komponenti u filtru definirane su u sljedećim jednadžbama:

R1 = 2/ (1571 (1,4C2 + sortiranje (1,4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Materijali potrebni za ovaj filter bili su jedno opcijsko pojačalo LM741, dva otpornika od 15,3 kohma i 25,6 koha i dva kondenzatora od 47 nF i 22 nF.

Nakon što su sve tri faze projektirane i izgrađene, završni krug bi trebao izgledati kao fotografija.

Korak 5: Testiranje kruga

Nakon što je sklop izgrađen, potrebno ga je testirati kako bi se osiguralo da radi ispravno. Na svakom filteru potrebno je pokrenuti izmjeničnu struju pomoću srčanog ulaznog signala na 1 Hz iz generatora napona. Odziv veličine u dB trebao bi izgledati kao slike. Ako su rezultati čišćenja izmjeničnom strujom točni, krug je završen i spreman za upotrebu. Ako odgovori nisu točni, potrebno je ukloniti pogreške u krugu. Počnite provjerom svih veza i ulaza napajanja kako biste bili sigurni da sve ima dobru vezu. Ako to ne riješi problem, upotrijebite jednadžbe za komponente filtera kako biste po potrebi prilagodili vrijednosti otpornika i kondenzatora sve dok izlaz ne bude tamo gdje bi trebao biti.

Korak 6: Izgradnja VUI -ja u Labview -u

Labview je softver za prikupljanje digitalnih podataka koji omogućava korisniku da dizajnira VUI ili virtualno korisničko sučelje. DAQ ploča je A/D pretvarač koji može pretvoriti i prenijeti EKG signal u Labview. Pomoću ovog softvera, EKG signal se može iscrtati na grafikonu amplitude u odnosu na vrijeme kako bi se jasno očitao signal, a zatim signal pretvorio u otkucaj srca u BPM -u. Prvo što je potrebno za ovo je DAQ ploča koja prikuplja podatke i pretvara ih u digitalni signal za slanje u Labview na računaru. Prvo što je trebalo dodati Labview dizajnu bio je DAQ Assistant, koji prima signal s DAQ ploče i definira parametre uzorkovanja. Sljedeći korak je povezivanje grafikona valnog oblika na izlaz DAQ asistenta na VUI dizajnu koji prikazuje EKG signal koji prikazuje EKG valni oblik. Sada kada je grafikon valnog oblika dovršen, podatke je potrebno pretvoriti kako bi se dobio numerički izlaz otkucaja srca. Prvi korak u ovom proračunu bio je pronalaženje maksimuma podataka EKG -a povezivanjem elementa max/min s izlazom DAQ podataka u VUI -u, a zatim izlazom na drugi element koji se naziva detekcija vrha i na element koji će pronaći promjena vremena koja se naziva dt. Elementu detekcije vrha također je bio potreban prag od max/min koji je izračunat tako što je uzet maksimum iz elementa max min i pomnožen sa 0,8, kako bi se pronašlo 80% maksimalne vrijednosti, a zatim je unesen u element detekcije vrha. Ovaj prag je omogućio elementu za otkrivanje vrha da pronađe maksimum R talasa i lokaciju na kojoj se max pojavio zanemarujući ostale vrhove signala. Lokacije vrhova su zatim poslane elementu indeksnog niza koji je dodan na VUI -u. Element indeksnog niza postavljen je za spremanje u niz sa i indeksom počevši od 0, a zatim drugi koji počinje s indeksom 1. Zatim su oni oduzeti jedan od drugog kako bi se pronašla razlika između dviju lokacija vrha, što odgovara broju tačaka između svakog vrha. Broj bodova pomnožen s vremenskom razlikom između svake točke daje vrijeme potrebno za nastanak svakog takta. To je postignuto množenjem izlaza iz dt elementa i izlaza od oduzimanja dva niza. Taj je broj tada podijeljen sa 60, kako bi se pronašli otkucaji u minuti, a zatim se emitirao pomoću numeričkog indikatorskog elementa na VUI -u. Postavljanje VUI dizajna u Labview -u prikazano je na slici.

Korak 7: Sve spojite

Kada VUI završi na Labview -u, posljednji korak je povezivanje kola na DAQ ploču, tako da signal prolazi kroz kolo, na ploču, a zatim na Labview. Ako sve radi ispravno, signal od 1 Hz trebao bi proizvesti valni oblik prikazan na slici i otkucaje srca od 60 otkucaja u minuti. Sada imate funkcionalan EKG i digitalni monitor otkucaja srca.