EKG monitor: 8 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.

Elektrokardiografija je postupak snimanja električnih signala koje generira srce pacijenta radi dobivanja informacija o srčanoj aktivnosti. Da bi se električni signal učinkovito uhvatio, mora se filtrirati i pojačati kroz električne komponente. Podaci se također moraju prezentirati korisniku na jasan i učinkovit način.

Sljedeći Instructable opisuje kako izgraditi sklop pojačanja/filtriranja, kao i korisničko sučelje. To uključuje izgradnju instrumentacijskog pojačala, urezanog filtera, niskopropusnog filtra i korisničkog sučelja u LabVIEW -u.

Prvi korak u procesu je definiranje zahtjeva analognog kruga. Nakon definiranja zahtjeva, odlučuje se o tome koje će primarne komponente činiti krug. Kasnije se rješavaju manji detalji u vezi s karakteristikama ovih glavnih komponenti, te se na kraju faza projektiranja sklopa zaključuje definiranjem točnih vrijednosti svakog otpornika i kondenzatora u krugu.

Korak 1: Definiranje zahtjeva i primarnih komponenti

Posao kruga je pojačati EKG signal koji generira pacijent i filtrirati sve povezane šumove. Sirovi signal sastoji se od složenog valnog oblika s maksimalnom amplitudom od približno 2 mV i frekvencijskim komponentama u rasponu od 100 Hz do 250 Hz u QRS kompleksu. Ovo je signal koji treba pojačati i snimiti.

Povrh tog signala od interesa, buka se proizvodi iz nekoliko izvora. Napajanja generiraju šum od 60 Hz, a kretanje pacijenta proizvodi artefakte u rasponu manjem od 1 Hz. Više visokofrekventne buke donosi pozadinsko zračenje i telekomunikacijski signali poput mobitela i bežičnog interneta. Ova zbirka šuma je signal koji treba filtrirati.

Krug prvo mora pojačati sirovi signal. Zatim mora filtrirati šum od 60 Hz i bilo koji drugi šum iznad 160 Hz. Filtriranje niskofrekventne buke povezane s kretanjem pacijenta smatra se nepotrebnim jer se pacijentu jednostavno može dati uputa da miruje.

Budući da se signal mjeri kao razlika u potencijalu između dvije elektrode koje se nalaze na pacijentu, pojačanje se postiže korištenjem instrumentalnog pojačala. Moglo bi se koristiti i jednostavno pojačalo s razlikom, ali pojačala s instrumentima često rade bolje s obzirom na odbijanje šuma i tolerancije. Filtriranje od 60 Hz postiže se upotrebom urezanog filtera, a ostatak visokofrekventnog filtriranja postiže se korištenjem niskopropusnog filtra. Ova tri elementa čine cijeli analogni krug.

Poznavajući tri elementa kruga, mogu se definirati manji detalji u vezi dobitaka, graničnih frekvencija i propusnosti komponenti.

Instrumentalno pojačalo bit će postavljeno na pojačanje od 670. To je dovoljno veliko za snimanje malog EKG signala, ali i dovoljno malo da osigura da se op-pojačala ponašaju unutar svog linearnog raspona prilikom ispitivanja kruga sa signalima blizu 20 mV, kao je minimum na nekim generatorima funkcija.

Urezani filter bit će centriran na 60 Hz.

Niskopropusni filter imat će graničnu frekvenciju od 160 Hz. Ovo bi i dalje trebalo obuhvatiti većinu kompleksa QRS i odbiti visokofrekventnu pozadinsku buku.

Korak 2: Instrumentalno pojačalo

Gore navedene sheme opisuju instrumentalno pojačalo.

Pojačalo ima dvije faze. Prva faza sastoji se od dva op-pojačala s lijeve strane gornjih slika, a druga se sastoji od jednog op-pojačala s desne strane. Pojačanje svakog od njih može se modulirati kako se želi, ali odlučili smo ga izgraditi s pojačanjem od 670 V/V. To se može postići sa sljedećim vrijednostima otpora:

R1: 100 ohma

R2: 3300 ohma

R3: 100 ohma

R4: 1000 ohma

Korak 3: Notch filter

Gore navedene sheme opisuju urezni filter. Ovo je aktivni filtar pa smo mogli izabrati pojačavanje ili slabljenje signala ako želimo, ali već smo postigli sva potrebna pojačanja, pa za ovo op-pojačalo biramo pojačanje od jednog. Središnja frekvencija trebala bi biti 60 Hz, a faktor kvalitete trebao bi biti 8. To se može postići sa sljedećim vrijednostima komponente:

R1: 503 ohma

R2: 128612 Ohma

R3: 503 ohma

C: 0,33 mikroFarada

Korak 4: Niskopropusni filtar

Opet, ovo je aktivni filtar pa smo mogli izabrati bilo koji dobitak koji želimo, ali odabrat ćemo 1. To se postiže pretvaranjem gore navedenog R4 u kratki spoj, a R3 u otvoreni krug. Ostatak se, kao i ostale komponente, postiže korištenjem naših prethodno definiranih zahtjeva u kombinaciji s jednadžbama koje upravljaju krugovima za dobivanje vrijednosti pojedinih elemenata:

R1: 12056 Ohma

R2: 19873,6 Ohma

C1: 0,047 mikroFarada

C2: 0,1 mikroFarads

Korak 5: Virtualno osmislite puni krug

Dizajniranje sklopa u softveru za izgradnju virtualnih krugova, poput PSPICE -a, može biti od velike pomoći u hvatanju pogrešaka i učvršćivanju planova prije nego što prijeđete na stvarnu proizvodnju analognih krugova. U ovom trenutku možete snimiti izmjene strujnog kruga izmjeničnom strujom kako biste osigurali da se sve ponaša prema planu.

Korak 6: Izgradite puni krug

Krug se može izgraditi na koji god način želite, ali za ovaj slučaj odabrana je ploča.

Preporučuje se sastavljanje na ploči jer je lakše od lemljenja, no lemljenje bi dalo veću izdržljivost. Također se preporučuje postavljanje zaobilaznog kondenzatora od 0,1 mikroFarad na masu paralelno s izvorom napajanja jer to pomaže u uklanjanju neželjenih odstupanja od konstantne snage.

Korak 7: LabVIEW korisničko sučelje

Korisničko sučelje LabVIEW sredstvo je za pretvaranje iz analognih signala u vizualne i numeričke prikaze EKG signala koje korisnik lako interpretira. Za pretvaranje signala iz analognog u digitalni koristi se DAQ ploča, a podaci se uvoze u LabVIEW.

Softver je objektni program koji pomaže u obradi podataka i stvaranju sučelja. Podaci se prvo vizualno prikazuju grafikonom, a zatim se vrši određena obrada signala kako bi se odredila učestalost otkucaja srca kako bi se mogla prikazati uz grafikon.

Kako bi se odredila učestalost otkucaja srca, potrebno je otkriti otkucaje srca. To se može postići pomoću objekta za otkrivanje vrha Lab VIEW -a. Objekt emitira indekse vrhova u primljenom nizu podataka, koji se zatim mogu koristiti u izračunima za određivanje vremena koje prolazi između otkucaja srca.

Budući da bi detalji o LabVIEW -u bili potpuno drugačiji Instructable, ostavit ćemo pojedinosti drugom izvoru. Točan rad programa može se vidjeti na gore prikazanom blok dijagramu.

Korak 8: LabVIEW završno korisničko sučelje

Konačno korisničko sučelje prikazuje pojačani, filtrirani, pretvoreni i obrađeni signal zajedno sa očitanjem srčane frekvencije u otkucajima u minuti