Krug prikupljanja EKG -a: 5 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 korištenjem simuliranih signala. Ako ovaj krug koristite za stvarna mjerenja EKG-a, provjerite koriste li krug i veze krug-instrument ispravne tehnike izolacije

Možda je najraširenije fiziološko mjerenje u današnjoj zdravstvenoj industriji elektrokardiogram (EKG/EKG). Teško je proći bolnicom ili hitnom pomoći, a da ne čujete tradicionalni "zvučni signal" monitora otkucaja srca ili vidite EKG valni oblik koji se kotrlja po ekranu u pacijentovoj sobi. No, što je to mjerenje koje se toliko povezalo sa suvremenim zdravstvom?

Elektrokardiogram se često pogrešno zamjenjuje za bilježenje tjelesne aktivnosti srca, međutim, kako naziv govori, zapravo se radi o snimanju električne aktivnosti, depolarizacije i repolarizacije srčanih mišića. Analizom snimljenog valnog oblika liječnici mogu steći uvid u ponašanje električnog sustava srca. Neke uobičajene dijagnoze dobivene na temelju EKG podataka uključuju: infarkt miokarda, plućnu emboliju, aritmije i AV blokove.

Sljedeći Instructable opisat će postupak i principe koji se koriste za izgradnju osnovnog električnog kruga koji je sposoban prikupiti EKG pomoću jednostavnih površinskih elektroda kao što se radi u bolnicama.

Korak 1: Dizajnirajte instrumentalno pojačalo

Prvi element kruga potreban za snimanje EKG signala je instrumentalno pojačalo. Ovo pojačalo ima dva učinka.

1. Stvara elektronički međuspremnik između elektroda za snimanje i ostatka kruga. Time se potrebno izvlačenje struje iz elektroda smanjuje na praktički nulu. Omogućuje prikupljanje signala s vrlo malim izobličenjem uzrokovanim ulaznom impedancijom.

2. Različito pojačava snimljeni signal. To znači da se svaki signal zajednički u obje elektrode za snimanje neće pojačati, dok će razlike (važni dijelovi) biti.

Uobičajeno snimanje površinskih elektroda za EKG bit će u milliVolt rasponu. Stoga, kako bismo ovaj signal dobili u rasponu, možemo raditi s pojačanjem (K) od 1000 V/V.

Gore navedene ilustracije za pojačalo su:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, ovo je dobitak stupnja 1

K2 = - R4/R3, ovo je dobitak stupnja 2

Imajte na umu da bi idealno K1 i K2 trebali biti približno jednaki i postići željeno pojačanje K1 * K2 = 1000

Konačne vrijednosti korištene u našem krugu bile su….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

Korak 2: Dizajniranje urezanog filtra

U suvremenom svijetu vjerojatno će se prikupljanje EKG -a vršiti u blizini nekih drugih elektroničkih uređaja, ili čak samo u zgradi koja se električnom energijom napaja iz lokalnih dalekovoda. Nažalost, visokonaponska i oscilirajuća priroda dobivene energije znači da će proizvesti veliku količinu "šuma" u gotovo svakom provodljivom materijalu u njegovoj blizini; to uključuje žice i elemente kruga koji se koriste za izradu našeg kruga prikupljanja EKG -a.

Kako bi se to spriječilo, svaki signal s frekvencijom jednakom onoj šuma koji stvara lokalno napajanje (naziva se brujanje u mreži) može se jednostavno filtrirati i bitno ukloniti. U Sjedinjenim Državama električna mreža napaja 110-120V s frekvencijom od 60 Hz. Stoga moramo filtrirati bilo koju komponentu signala s frekvencijom od 60 Hz. Na sreću, to je već učinjeno mnogo puta i samo zahtijeva dizajn usjeknog filtra (na slici gore).

Jednadžbe koje upravljaju ovim filtrom su….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

gdje je wc2 visoka granična frekvencija, w2 niska granična frekvencija, w granična frekvencija u rad/s, a Q faktor kvalitete

Imajte na umu da je C vrijednost koja se može slobodno birati. Sljedeće vrijednosti korištene u našem krugu bile su:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sec

Korak 3: Niskopropusni filtar

EKG signali imaju frekvenciju oko 0 - 150Hz. Kako bi se spriječilo povezivanje više šuma na signal sa stvarima s višim frekvencijama od ovog raspona, implementiran je niskopropusni ButterWorth filter drugog reda s graničnim presjekom od 150Hz kako bi se omogućio samo prolazak EKG signala kroz krug. Umjesto da se odmah odabere lako dostupna vrijednost kondenzatora, kao i prethodne komponente, prva vrijednost kondenzatora, C2, odabrana je na temelju dolje navedene formule. Na temelju te vrijednosti mogle bi se izračunati sve ostale vrijednosti komponenata i zatim dodati u krug, a opet zadržati pojačanje na 1V/V.

C2 ≈ 10/fc uf, gdje je fc granična frekvencija (150 Hz za ovaj slučaj).

Zatim se preostale vrijednosti mogu izračunati kako je prikazano u tablici uključenoj kao druga slika u ovom koraku.

Konačne vrijednosti koje su se koristile za stavljanje u gornju shemu su:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

Korak 4: Priprema LabVIEW -a

Jedini materijali potrebni za ovaj odjeljak zbirke EKG-a su računala sa sustavom Windows opremljena 64-bitnom kopijom LabVIEW-a i pločom za kondicioniranje signala nacionalnih instrumenata () s jednim ulaznim modulom. Funkcionalni blok dijagram unutar LabVIEW -a tada bi trebao biti konstruiran na sljedeći način. Počnite otvaranjem praznog funkcionalnog blok dijagrama.

Umetnite blok DAQ pomoćnika i prilagodite postavke na sljedeće:

Mjerenje: Analogno → Napon

Način rada: RSE

Uzorkovanje: Kontinuirano uzorkovanje

Prikupljeno uzoraka: 2500

Brzina uzorkovanja: 1000 / sek

Ispišite prikupljeni valni oblik na graf valnog oblika. Dodatno, izračunajte najveću vrijednost trenutnih podataka o valnom obliku. Pomnožite maksimalnu vrijednost vala s vrijednošću kao što je.8 kako biste stvorili prag za otkrivanje vrha, ta se vrijednost može prilagoditi na temelju razine šuma unutar signala. Unesite proizvod iz prethodnog koraka kao prag i niz neobrađenog napona kao podatke za funkciju „Peak Detection“. Zatim uzmite izlaz "Location" polja vršnih detekcija i oduzmite prvu i drugu vrijednost. To predstavlja razliku u vrijednostima indeksa dva vrha u početnom nizu. To se tada može pretvoriti u vremensku razliku dijeljenjem vrijednosti sa učestalošću uzorkovanja, za primjer to je 1000 /s. Na kraju, uzmite inverz ove vrijednosti (dajući Hz) i pomnožite sa 60 kako biste dobili broj otkucaja srca u minuti u minuti. Završni blok dijagram za ovo trebao bi nalikovati slici zaglavlja za ovaj korak.

Korak 5: Integracija cijelog sustava

Sada kada su sve komponente izgrađene zasebno, vrijeme je da spojite trgovački centar. To se može učiniti jednostavnim ožičenjem izlaza jedne sekcije na ulaz sljedećeg segmenta. Stupnjevi trebaju biti ožičeni istim redoslijedom kojim se pojavljuju u ovom Uputu. Za posljednju fazu, ButterWorth filter, njegov ulaz treba biti spojen na jedan od dva kabela na ulaznom modulu ploče za kondicioniranje signala. Drugi kabel iz ovog modula trebao bi biti pričvršćen na zajedničko uzemljenje krugova.

Za instrumentacijsko pojačalo, svaki od dva njegova kabela trebao bi biti pričvršćen na EKG/EKG elektrodu. To se lako postiže pomoću dvije aligatorske kopče. Zatim stavite po jednu elektrodu na svaki zglob. Uvjerite se da su svi segmenti kruga spojeni i da LabVIEW VI radi i da sustav treba ispisati grafikon valnog oblika u prozoru LabVIEW.

Izlaz bi trebao izgledati slično drugoj slici u ovom koraku. Ako nije slično, možda će biti potrebno prilagoditi vrijednosti vašeg kruga. Jedan od uobičajenih problema je da zarezani filter neće biti centriran izravno na 60 Hz i može biti malo prema visokom/niskom. To se može testirati stvaranjem grafikona bodea za filter. U idealnom slučaju, urezani filter imat će najmanje 20 dB slabljenje pri 60 Hz. Također bi moglo biti korisno provjeriti je li lokalno napajanje napajano na 60 Hz. Nije neuobičajeno da neka područja imaju izmjenične struje od 50 Hz, to bi zahtijevalo centriranje urezanog filtera oko ove vrijednosti.