Napravite vlastiti elektrokardiogram (EKG): 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

OBAVIJEST:

Ovo nije medicinski uređaj. Ovo je samo u obrazovne svrhe, koristeći simulirane signale. Ako ovaj krug koristite za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li krug i veze kruga s instrumentom napajanje iz baterije i druge odgovarajuće tehnike izolacije.

[Slika preuzeta s

Korak 1: Upoznajte svoje stvari

Elektrokardiogram (EKG) važan je alat koji liječnici koriste za praćenje električne aktivnosti srca. Korisno je u snimanju svega, od abnormalnih srčanih ritmova do dijagnosticiranja zatajenja topline. Slijedeći ovaj Instructable, moći ćete izgraditi uređaj koji prikazuje elektrokardiogram osobe koja koristi samo osnovne vještine za izradu matične ploče i opću laboratorijsku opremu za elektroniku. Nakon što dobijete dobar izlaz signala, mogli biste upotrijebiti isti signal za izračun otkucaja srca ili neku drugu zanimljivu metriku pomoću mikrokontrolera.

-

Ako ne znate što je EKG, to je jednostavno snimka srčane aktivnosti. Zbog električne prirode srčanih kontrakcija, promjena napona može se zabilježiti postavljanjem elektroda na kožu i obradom signala. Grafikon ovih napona tijekom vremena naziva se elektrokardiogram (skraćeno EKG). EKG se obično koristi za dijagnosticiranje različitih oblika zatajenja srca ili za pasivno praćenje stresa pacijenta. Zdrav EKG ima specifične značajke koje su univerzalne za ljude. (Ovo uključuje P-val, Q-val, R-val, S-val, T-val i QRS kompleks.) Dao sam pojednostavljeni dijagram EKG-a s odgovarajućom reakcijom srca.

-

Imajte na umu da svaki električni događaj koji se događa u živcima srca odgovara fizičkom događaju koji se posljedično događa u mišićnom tkivu, a dok se jedan dio srca kontraktira, drugi se dijelovi opuštaju. Na taj je način vrijeme električnih signala vrlo važno u srcu, što čini EKG vrlo moćnim alatom za mjerenje zdravlja srca.

-

Kako bismo zabilježili stvarni EKG, javljaju se mnogi logistički problemi, poput veličine signala, količine šuma koji dolazi iz ostatka tijela i količine buke koja dolazi iz okoline. Kako bismo to kompenzirali, projektiramo krug koji će se sastojati od 3 dijela: diferencijalno pojačalo za povećanje veličine našeg signala, niskopropusni filtar za uklanjanje šumova visokofrekventnih signala i urezni filter za uklanjanje šuma od 60 Hz koji uvijek je prisutan u zgradama opskrbljenim izmjeničnom strujom. U nastavku ću vam detaljno opisati promatranje ovih koraka.

[Slika preuzeta s

Korak 2: Prikupite zalihe

Za ovaj projekt trebat će vam:

- 1 velika ploča (iako će 2 ili više biti ljepše)

- 5 op-pojačala opće namjene

(Koristio sam UA741 s +-15 V, samo pazite da oni koje odaberete mogu podnijeti 15 volti inače ćete morati prilagoditi vrijednosti svojih pasivnih komponenti i morat ćete se zadovoljiti manjim pojačanjem)

Otpornici

o 2x 165 ohma

o 3x 1 k ohm

o 2x 15k ohm

o 2x 33k ohma

o 1x 42k ohm

o 2x 60k ohm

kondenzatori

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Mnoštvo ili kratkospojnih žica

- Izvor istosmjernog napona koji može dati +-15 V

- Generator funkcija i osciloskop (uglavnom za rješavanje problema)

- Najmanje tri ljepljive elektrode ako planirate snimiti stvarni EKG

- Dovoljno kabela za povezivanje svih ovih gluposti

- Čvrsto razumijevanje sklopova, op-pojačala i iskustvo u izradi matične ploče.

Ako ste upravo dobili ploču za rođendan i želite pokušati s njom napraviti nešto cool, napravite barem nekoliko jednostavnijih verzija prije nego što isprobate ovo.

-

Korak 3: Izgradite diferencijalno pojačalo

Diferencijalno pojačalo je ono što će pojačati naš snimljeni signal na upotrebljivu razinu za prikaz na opsegu ili ekranu. Ovaj će sklop uzeti razliku u naponu s dvije ulazne elektrode i pojačati je. To je učinjeno kako bi se smanjila buka jer će se ukloniti uobičajena buka između elektroda. EKG signal će varirati u amplitudi ovisno o položaju elektroda za snimanje i pojedinca, ali obično je reda veličine nekoliko milivolti pri snimanju sa zapešća. (Iako to nije potrebno za ovu postavku, amplituda signala može se povećati postavljanjem elektroda na prsa, ali kompromis je šum od kretanja pluća.)

-

Uključio sam shemu postavljanja. Krug na slici trebao bi pojačati vaš signal ~ 1000 puta. Možda ćete to morati prilagoditi ovisno o vrsti op-pojačala koje ste odlučili koristiti. Brz način da to prilagodite je promjenom vrijednosti R1. Smanjivanjem vrijednosti R1 na pola udvostručit ćete izlazno pojačanje i obrnuto.

-

Pretpostavljam da većina vas može prevesti ovaj krug na matičnu ploču, no ipak sam uključio dijagram postavljanja matične ploče kako bih pojednostavio proces i nadam se smanjio vrijeme rješavanja problema. Uključio sam i sliku iscrtavanja UA741 (ili LM741) radi vaše udobnosti. (za vaše potrebe neće vam trebati pinovi 1, 5 ili 8) V + i V- pinovi na op-pojačalu bit će spojeni na vaše +15 V odnosno -15 V napajanje. -15V nije isto što i uzemljenje! Možete zanemariti kondenzatore na mojoj ploči. To su zaobilazni kondenzatori namijenjeni uklanjanju izmjenične buke, ali unatrag nisu bili vrijedni truda.

-

Preporučujem testiranje svake faze dok je dovršujete za rješavanje problema. Kako krug pokazuje, možete spojiti jedan od ulaza na masu, a drugi na mali istosmjerni izvor radi provjere pojačanja. (pazite da unesete <15 mV inače ćete zasititi op-pojačala). Ako trebate smanjiti dobitak za testiranje, nemojte se znojiti, sve što je iznad 500 puta veće dobit će biti dovoljno za naše potrebe. Štoviše, ako ste svoj krug izgradili tako da ima dobit od 1000, a pokazuje samo dobitak od 800, to nije kraj svijeta, točan broj nije kritičan.

-

Korak 4: Izradite Notch filter

Sada kad možemo pojačati naš signal, pogledajmo kako ga očistiti. Ako ste sada spojili elektrode na naš krug, vjerojatno bi imao tonu šuma od 60 Hz. To je zato što je većina zgrada ožičena izmjeničnom strujom od 60 Hz što uzrokuje neizbježno velike signale šuma. Kako bismo to ispravili, izgradit ćemo filter sa zarezima od 60 Hz. Urezani filter dizajniran je za prigušivanje vrlo specifičnih frekvencija i ostavljanje drugih frekvencija nedirnutim; savršen za uklanjanje šuma od 60 Hz.

-

Kao i prije, uključio sam sliku sheme kruga, postavljanje matične ploče i vlastito kolo. Kao napomenu, iako je urezni filter relativno laka faza za izgradnju, trebalo mi je najduže da počnem raditi. Moj ulaz je bio dobro prigušen, ali na 63 Hz umjesto na 60 Hz, što ga neće smanjiti. Ako naiđete na isti problem, preporučujem vam da promijenite vrijednost R14. (Povećanje otpora R14 smanjit će vašu frekvenciju prigušenja i obrnuto). Ako imate kutiju s promjenjivim otpornikom, upotrijebite je za zamjenu R14, zatim igračku s vrijednostima otpora kako biste saznali što najbolje radi jer će biti osjetljiva na promjene u redoslijedu pojedinačnih ohma. Završio sam sa 175 ohma R14, ali u teoriji najbolje odgovara R12.

-

Ponovno, ovu fazu možete testirati pomoću generatora funkcija za unos sinusnog vala od 60 Hz i snimiti svoj izlaz na osciloskop. Vaš izlaz trebao bi biti oko -20 dB ili 10% amplitude ulaza. Kao što sam već rekao, možete provjeriti frekvencije u blizini radi optimizacije.

-

Korak 5: Izgradite niskopropusni filtar

Kao što je već spomenuto, još jedan važan čimbenik je smanjenje buke iz vašeg tijela i bilo čega drugog što zatvara prostoriju u kojoj se nalazite. Niskopropusni filtar to čini dobro jer, što se signala tiče, otkucaji vašeg srca prilično su spori. Naš cilj s niskopropusnim filtrom je eliminirati sve signale koji sadrže frekvencije veće od vašeg EKG-a. Da bismo to učinili, moramo napraviti oznaku "granične frekvencije". U našem slučaju, sve iznad ove frekvencije želimo eliminirati, a sve ispod ove frekvencije želimo zadržati. Dok se otkucaji srca javljaju od 1 do 3 Herca, pojedinačni valni oblici koji čine naš EKG sastavljeni su od frekvencija koje su mnogo veće od ove; blizu 1 do 50 Herca. Zbog toga sam odabrao graničnu frekvenciju od 80 Hz. Dovoljno je visok da zadrži sve korisne komponente u signalu, ali i dalje isključuje šum s radija HAM koji imate u susjednoj prostoriji.

-

Nemam nikakav savjet kadulje o niskopropusnom filtru, vrlo je jednostavan u usporedbi s ostalim fazama. Slično pojačalu, ne brinite se oko dobivanja precizne granice na 80 Hz; to nije presudno i realno se neće dogoditi. Ipak, trebali biste provjeriti njegov izlaz pomoću generatora funkcija. Po pravilu, sinusni val trebao bi proći kroz filter netaknut na 10 Hz, a trebao bi se prepoloviti za 130 Hz.

-

Korak 6: Priključite

Ako ste uspjeli do sada, čestitamo! Imate sve komponente EKG -a. Sve što trebate učiniti je spojiti ih zajedno, udariti elektrode i spojiti izlaz na osciloskop kako biste vidjeli svoj EKG!

-

U slučaju da niste sigurni kako staviti elektrode, preporučujem da zalijepite ulazne elektrode na zapešća (po jednu na svakom zglobu) i povežete elektrodu za uzemljenje s nogom (slika može pomoći.) Podsjećamo, svaka ulazna elektroda trebala bi ići pozitivan ulaz na op-pojačala u pojačalu. (U simulaciji je uzemljen samo u svrhu simulacije)

-

Kad se povežete, spojite izlaz niskopropusnog filtra na osciloskop i budite ponosni na sebe! Neka sva vaša djeca dođu staviti elektrode i pogledati njihove otkucaje srca. Dovraga, neka susjedi dođu isprobati. Ako se osjećate dodatno motivirano, spojite izlaz na mikrokontroler kako biste izračunali broj otkucaja srca iz singla. (Vjerojatno želite smanjiti pojačanje prije nego što to učinite, moglo bi ispržiti ploču koju koristite). Bez obzira na sve, čestitamo na izradi i sretno!

[Slika preuzeta sa