EKG krug: 7 koraka

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

EKG je test kojim se mjeri električna aktivnost srca bilježeći srčani ritam i aktivnost. Radi tako da uzima i čita signale iz srca pomoću kabela koji su pričvršćeni na aparat za elektrokardiograf. Ovaj Instructable će vam pokazati kako izgraditi sklop koji snima, filtrira i prikazuje bioelektrični signal srca. 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.

Ovaj krug sadrži tri različite faze povezane serijski zajedno s programom LabView. Otpornici u instrumentalnom pojačalu izračunati su s dobitkom od 975 kako bi se osiguralo da se mali signali iz srca još uvijek mogu pokupiti u krugu. Urezani filter uklanja buku od 60 Hz iz utičnice u zidu. Niskopropusni filtar osigurava uklanjanje visokofrekventne buke iz kruga radi bolje detekcije signala.

Prije nego započnete ovaj Instructable, bilo bi korisno upoznati se s uA741 operativnim pojačalom opće namjene. Različiti pinovi u op-pojačalu imaju različite namjene i sklop neće raditi ako su nepravilno spojeni. Nepravilno spajanje pinova na ploču također je jednostavan način da opečete pojačalo i učinite ga nefunkcionalnim. Donja veza sadrži shemu koja se koristi za op-pojačala u ovom uputstvu.

Izvor slike:

Korak 1: Prikupite materijale

Materijali potrebni za sve tri faze filtra:

• Osciloskop
• Generator funkcija
• Napajanje (+15V, -15V)
• Mašina za lemljenje
• Razni kabeli od banana i kopče od aligatora
• Naljepnice EKG elektroda
• Razne kratkospojne žice

Instrumentalno pojačalo:

• 3 op-pojačala (uA741)

• Otpornici:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Urezani filter:

• 1 Op-pojačalo (uA741)

• Otpornici:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondenzatori:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Niskopropusni filtar:

• 1 op-pojačalo (uA741)

• Otpornici:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondenzatori:

  • 22 nF
  • 47 nF

Korak 2: Izgradite pojačalo za instrumente

Biološki signali često izlažu samo napone između 0,2 i 2 mV [2]. Ti su naponi premali da bi se mogli analizirati na osciloskopu pa smo morali izgraditi pojačalo.

Nakon što je vaš krug izgrađen, provjerite radi li ispravno mjerenjem napona na Vout (prikazano kao čvor 2 na gornjoj slici). Koristili smo generator funkcija za slanje sinusnog vala s ulaznim amplitudnim naponom od 20 mV na naše instrumentalno pojačalo. Sve previše iznad ovoga neće vam dati rezultate koje tražite jer su op pojačala dobivala samo određenu snagu od -15 i +15 V. Usporedite izlaz generatora funkcija s izlazom vašeg instrumentacijskog pojačala i potražite pojačanje blizu 1000 V. (Vout/Vin bi trebao biti vrlo blizu 1000).

Savjet za rješavanje problema: Provjerite jesu li svi otpornici u kΩ području.

[2] “Kondicioniranje signala elektrokardiograma (EKG -a) visokih performansi | Obrazovanje | Analogni uređaji. " [Na liniji]. Dostupno: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Pristupljeno: 10. prosinca 2017.].]

Korak 3: Izradite Notch Filter

Naš urezani filter dizajniran je za filtriranje frekvencije na 60 Hz. Želimo filtrirati 60 Hz iz našeg signala jer je to frekvencija izmjenične struje koja se nalazi u električnim utičnicama.

Prilikom testiranja ureznog filtra izmjerite omjer vrha do vrha između ulaznih i izlaznih grafikona. Na 60 Hz trebao bi postojati omjer od -20 dB ili bolji. To je zato što je pri -20 dB izlazni napon u biti 0V, što znači da ste uspješno filtrirali signal na 60 Hz! Testirajte i frekvencije oko 60 Hz kako biste bili sigurni da se slučajno ne filtriraju druge frekvencije.

Savjet za rješavanje problema: Ako ne možete postići točno -20dB pri 60 Hz, odaberite jedan otpornik i malo ga promijenite dok ne dobijete željene rezultate. Morali smo se poigrati s vrijednošću R2 dok ne dobijemo željene rezultate.

Korak 4: Izgradite niskopropusni filtar

Naš niskopropusni filter dizajniran je s graničnom frekvencijom od 150 Hz. Odabrali smo ovu granicu jer je najširi dijagnostički raspon za EKG 0,05 Hz - 150 Hz, pod pretpostavkom nepokretnog i tihog okruženja [3]. Niskopropusni filtar može se riješiti visokofrekventne buke koja dolazi iz mišića ili drugih dijelova tijela [4].

Kako biste testirali ovaj krug kako biste bili sigurni da radi ispravno, izmjerite Vout (prikazan kao čvor 1 na dijagramu kruga). Na 150 Hz, amplituda izlaznog signala trebala bi biti 0,7 puta veća od amplitude ulaznog signala. Koristili smo ulazni signal od 1 V kako bismo mogli lako vidjeti da bi naš izlaz trebao biti 0,7 pri 150 Hz.

Savjeti za rješavanje problema: sve dok je granična frekvencija unutar nekoliko Hz od 150 Hz, vaš bi krug trebao raditi. Naša granica je završila na 153 Hz. Raspon bioloških signala malo će varirati u tijelu pa sve dok niste isključeni više od nekoliko Hz, vaš bi krug trebao raditi.

[3] “EKG filtri | MEDTEQ.” [Na liniji]. Dostupno: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Pristupljeno: 10. prosinca 2017.].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson i S. J. Asirvatham, „Signali i obrada signala za elektrofiziologa: I. dio: Nabavka elektrograma“, Circ. Aritmija Electrophysiol., Vol. 4, br. 6, str. 965–973, prosinac 2011.

Korak 5: Izradite program LabView

[5] „BME 305 Design Lab Project“(jesen 2017.).

Ovaj blok dijagram laboratorija osmišljen je za analizu signala koji prolazi kroz program, otkrivanje EKG vrhova, prikupljanje vremenske razlike između vrhova i matematički izračun BPM -a. Također prikazuje grafikon EKG valnog oblika.

Korak 6: Povežite sve tri faze

Spojite sva tri kruga u seriju spajanjem izlaza instrumentacijskog pojačala na ulaz urezanog filtera, a izlaz urezanog filtera na ulaz niskopropusnog filtra. Spojite izlaz niskopropusnog filtera na DAQ pomoćnika i spojite DAQ pomoćnika na računalo. Prilikom povezivanja krugova, provjerite jesu li razvodnici za svaku ploču spojeni, a svi uzemljeni kabeli spojeni na isti uzemljeni terminal.

U instrumentacijskom pojačalu, drugo op-pojačalo mora biti neutemeljeno tako da se svaki od dva elektrodna kabela koji su spojeni na ispitanika mogu spojiti svaki na drugo op-pojačalo u prvoj fazi tog filtra.

Korak 7: Dobijte signale od ispitivanog subjekta

Na svaki zglob treba staviti jednu naljepnicu elektrode, a jednu na gležanj radi uzemljenja. Upotrijebite kopče od aligatora za spajanje dvije elektrode na zglobu na ulaze instrumentacijskog pojačala i gležanj na masu. Kad budete spremni, kliknite "pokreni" u programu LabView i na zaslonu vidite otkucaje srca i EKG!