Izgradite vlastiti EKG!: 10 koraka

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

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

Otkucaji srca sastoje se od ritmičkih kontrakcija reguliranih spontanom prezentacijom električne depolarizacije u srčanim miocitima (mišićnim stanicama srca). Takva se električna aktivnost može zabilježiti postavljanjem neinvazivnih elektroda za snimanje duž različitih položaja tijela. Čak i uz uvodno razumijevanje sklopova i bioelektričnosti, ti se signali mogu relativno lako uhvatiti. U ovom Instructable uvodimo pojednostavljenu metodologiju koja se može koristiti za hvatanje elektrokardiografskog signala s praktičnom i jeftinom opremom. U cijelom ćemo dijelu isticati bitna razmatranja pri stjecanju takvih signala i predstavljati tehnike za programsku analizu signala.

Korak 1: Pregled značajki

Uređaj koji gradite funkcionirat će kroz sljedeće značajke:

1. Snimke elektroda
2. Instrumentalno pojačalo
3. Urezani filter
4. Niskopropusni filter
5. Analogno-digitalna pretvorba
6. Analiza signala pomoću LabView -a

Neke ključne komponente koje će vam trebati:

1. NI LabView
2. NI ploča za prikupljanje podataka (za unose u LabView)
3. DC napajanje (za napajanje operativnih pojačala)
4. Jastučići s elektrodama za snimanje elektroda
5. ILI generator funkcija koji može stvoriti simulirani EKG signal

Započnimo!

Korak 2: Dizajnirajte niskopropusni filtar

Normalni EKG sadrži prepoznatljive značajke u valnom obliku signala koji se naziva P val, QRS kompleks i T val. Sve značajke EKG -a pojavit će se u frekvencijskom području ispod 250 Hz, pa je kao takvo važno snimiti samo značajke koje vas zanimaju pri snimanju EKG -a s elektroda. Niskopropusni filtar s graničnom frekvencijom od 250 Hz osigurat će da se u signalu ne uhvati šum visoke frekvencije

Korak 3: Dizajnirajte Notch filter

Urezani filter na frekvenciji od 60 Hz koristan je za uklanjanje šuma iz bilo kojeg izvora napajanja povezanog sa snimanjem EKG -a. Granične frekvencije između 56,5 Hz i 64 Hz omogućit će prolaz signala s frekvencijama izvan tog raspona. Na filtar je primijenjen faktor kvalitete 8. Odabran je kapacitet od 0,1 uF. Eksperimentalni otpornici odabrani su na sljedeći način: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Ove su vrijednosti korištene za konstrukciju urezanog filtra.

Korak 4: Dizajnirajte instrumentalno pojačalo

Instrumentalno pojačalo s pojačanjem od 1000 V/V pojačat će sve filtrirane signale radi lakšeg mjerenja. Pojačalo koristi niz operativnih pojačala i podijeljeno je u dvije faze (lijevo i desno) s odgovarajućim pojačanjem K1 i K2. Gornja slika prikazuje shemu sklopova koja može postići ovaj rezultat, a slika 6 detaljno prikazuje izračune.

Korak 5: Povežite sve zajedno

Tri stupnja pojačanja i filtriranja kombinirana su na donjoj slici 7. Instrumentalno pojačalo pojačava ulaz sinusne frekvencije s pojačanjem od 1000V/V. Zatim, urezani filter uklanja svu frekvenciju signala od 60 Hz s faktorom kvalitete 8. Konačno, signal prolazi kroz niskopropusni filter koji prigušuje signale izvan frekvencije od 250 Hz. Na gornjoj slici prikazan je cijeli sustav stvoren eksperimentalno.

Korak 6: … i pobrinite se da radi

Ako imate generator funkcija, trebali biste konstruirati krivulju frekvencijskog odziva kako biste osigurali pravilan odziv. Gornja slika prikazuje cijeli sustav i krivulju frekvencijskog odziva koje biste trebali očekivati. Ako se čini da vaš sustav radi, spremni ste za prijelaz na sljedeći korak: pretvaranje analognog signala u digitalni!

Korak 7: (Izborno) Vizualizirajte svoj EKG na osciloskopu

EKG snima signal s dvije elektrode, a treću elektrodu koristi kao uzemljenje. S elektrodama za snimanje EKG -a umetnite jednu u jedan ulaz pojačala za instrumente, drugu u drugi ulaz pojačala za instrumente, a treću spojite na masu na vašoj ploči. Zatim postavite jednu elektrodu na jedan zglob, drugu na drugi zglob i uzemljite na gležnju. Ovo je konfiguracija Lead 1 za EKG. Za vizualizaciju signala na vašem osciloskopu upotrijebite osciloskopsku sondu za mjerenje izlaznog učinka treće faze.

Korak 8: Prikupite podatke pomoću nacionalnih instrumenata DAQ

Ako želite analizirati svoj signal u LabViewu, trebat će vam neki način za prikupljanje analognih podataka s vašeg EKG -a i prijenos na računalo. Postoje različiti načini prikupljanja podataka! National Instruments je tvrtka specijalizirana za uređaje za prikupljanje podataka i uređaje za analizu podataka. Oni su dobro mjesto za traženje alata za prikupljanje podataka. Također možete kupiti vlastiti jeftini analogno -digitalni pretvarač i koristiti Raspberry Pi za prijenos signala! Ovo je vjerojatno jeftinija opcija. U ovom slučaju, već smo u kući imali NI DAQ modul, NI ADC i LabView, pa smo se držali strogo hardvera i softvera National Instruments.

Korak 9: Uvezite podatke u LabVIEW

Vizualni programski jezik LabVIEW korišten je za analizu podataka prikupljenih iz sustava za analogno pojačanje/filtriranje. Podaci su prikupljeni iz NI DAQ jedinice s DAQ pomoćnikom, ugrađenom funkcijom prikupljanja podataka u LabVIEW-u. Pomoću kontrola LabView programski je određen broj uzoraka i vrijeme trajanja prikupljanja uzoraka. Kontrole su ručno podesive, dopuštajući korisniku da s lakoćom fino podešava ulazne parametre. S poznatim ukupnim brojem uzoraka i trajanjem vremena, kreiran je vremenski vektor sa svakom vrijednošću indeksa koja predstavlja odgovarajuće vrijeme na svakom uzorku u snimljenom signalu.

Korak 10: Formatirajte, analizirajte i gotovi ste

Podaci iz funkcije pomoćnika DAQ pretvoreni su u upotrebljiv format. Signal je ponovno kreiran kao 1D niz dvojnika tako da je prvo pretvorio DAQ izlazni tip podataka u tip podataka valnog oblika, a zatim pretvorio u (X, Y) klasterizirani par dvojnika. Svaka vrijednost Y iz para (X, Y) odabrana je i umetnuta u početno prazan 1D niz dvojnika uz pomoć strukture petlje. 1D niz dvojnika i odgovarajući vremenski vektor iscrtani su na XY grafu. Istodobno, maksimalna vrijednost 1D niza dvojnika identificirana je funkcijom identifikacije maksimalne vrijednosti. Šest desetina maksimalne vrijednosti korišteno je kao prag za algoritam otkrivanja vrhova ugrađen u LabView. Vršne vrijednosti 1D niza dvojnika identificirane su funkcijom otkrivanja vrhova. S poznatim mjestima vrhova izračunata je vremenska razlika između svakog vrha. Ta se vremenska razlika, u jedinicama sekundi po vrhu, pretvorila u vrhove u minuti. Smatra se da rezultirajuća vrijednost predstavlja broj otkucaja srca u otkucajima u minuti.

To je to! Sada ste prikupili i analizirali EKG signal!