EKG i monitor otkucaja srca: 7 koraka (sa slikama)

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.

Jedan od najvažnijih dijagnostičkih alata koji se koristi za otkrivanje ovih stanja je elektrokardiogram (EKG). Elektrokardiogram djeluje tako da prati električni impuls kroz vaše srce i prenosi ga natrag u stroj [1]. Signal se hvata s elektroda postavljenih na tijelu. Postavljanje elektroda ključno je za hvatanje fizioloških signala jer djeluju bilježeći razliku potencijala u cijelom tijelu. Standardno postavljanje elektroda je korištenje Einthovenova trokuta. Ovdje se jedna elektroda postavlja na desnu ruku, lijevu ruku i lijevu nogu. Lijeva noga djeluje kao tlo za elektrode i hvata frekvencijski šum u tijelu. Desna ruka ima negativnu elektrodu, a lijeva pozitivnu elektrodu za izračunavanje razlike potencijala u prsima i stoga prikupljanje električne energije iz srca [2]. Cilj ovog projekta bio je stvoriti uređaj koji može uspješno nabaviti EKG signal i jasno reproducira signal bez šuma i uz dodatak mjerenja otkucaja srca.

Korak 1: Materijali i alati

• Razni otpornici i kondenzatori
• Oglasna ploča
• Generator funkcija
• Osciloskop
• Napajanje istosmjernom strujom
• Op-pojačala
• Računalo s instaliranim programom LABView
• BNC kabeli
• DAQ asistent

Korak 2: Izgradite pojačalo za instrumente

Kako bi se na odgovarajući način pojačao bioelektrični signal, ukupni dobitak dvostupanjskog instrumentacijskog pojačala trebao bi biti 1000. Svaki stupanj se množi kako bi se dobio ukupni dobitak, a dolje su prikazane jednadžbe za izračunavanje pojedinih stupnjeva.

1. stupanj pojačanja: K1 = 1+2*R2/R1 2. stupanj pojačanja: K2 = -R4/R3

Koristeći gornje jednadžbe, vrijednosti otpornika koje smo koristili bile su R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ i R4 = 33kΩ. Kako biste bili sigurni da će ove vrijednosti osigurati željeni izlaz, možete ga simulirati na mreži ili ga testirati pomoću osciloskopa nakon izgradnje fizičkog pojačala.

Nakon spajanja odabranih otpornika i op-pojačala u matičnu ploču, morat ćete napajati op-pojačala ± 15V iz istosmjernog napajanja. Zatim spojite generator funkcija na ulaz instrumentalnog pojačala, a osciloskop na izlaz.

Gornja fotografija prikazuje dovršeno instrumentacijsko pojačalo koje će izgledati kao na ploči. Da biste provjerili radi li ispravno, postavite funkcijski generator da proizvodi sinusni val na 1 kHz s amplitudom od vrha do vrha od 20 mV. Izlaz pojačala na osciloskopu trebao bi imati amplitudu od vrha do vrha od 20 V, budući da postoji dobitak od 1000, ako radi ispravno.

Korak 3: Izradite Notch Filter

Zbog buke dalekovoda bio je potreban filter za filtriranje buke na 60Hz, što je buka dalekovoda u Sjedinjenim Državama. Korišten je urezani filter jer filtrira određenu frekvenciju. Sljedeće jednadžbe korištene su za izračun vrijednosti otpornika. Kvalitativni faktor (Q) od 8 dobro je radio, a vrijednosti kondenzatora od 0,1 uF odabrane su radi lakše gradnje. Učestalost u jednadžbama (prikazana kao w) je zarezna frekvencija 60Hz pomnožena s 2π.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Koristeći gornje jednadžbe, vrijednosti otpornika koje smo koristili bile su R1 = 1,5 kΩ, R2 = 470 kΩ i R3 = 1,5 kΩ. Kako biste bili sigurni da će ove vrijednosti osigurati željeni izlaz, možete ga simulirati na mreži ili ga testirati pomoću osciloskopa nakon izgradnje fizičkog pojačala.

Gornja slika prikazuje kako će dovršeni urezani filter izgledati na ploči. Postavljanje za op-pojačala isto je kao i instrumentacijsko pojačalo, a funkcijski generator sada bi trebao biti postavljen tako da proizvodi sinusni val na 1 kHz s amplitudom od vrha do vrha 1V. Ako izvodite AC Sweep, trebali biste biti u mogućnosti provjeriti jesu li frekvencije oko 60Hz filtrirane.

Korak 4: Izgradite niskopropusni filtar

Kako bi se filtrirao visokofrekventni šum koji nije povezan s EKG-om, napravljen je niskopropusni filter s graničnom frekvencijom od 150 Hz.

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

Koristeći gornje jednadžbe, vrijednosti otpornika koje smo koristili bile su R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0,01 µF i C2 = 0,068 µF. Vrijednosti za R3 i R4 na kraju su bile nule jer smo htjeli da dobitak, K, filtra bude nula, stoga smo ovdje u fizičkom postavljanju koristili žice umjesto otpornika. Kako biste bili sigurni da će ove vrijednosti osigurati željeni izlaz, možete ga simulirati na mreži ili ga testirati pomoću osciloskopa nakon izgradnje fizičkog pojačala.

Za izradu fizičkog filtra, spojite odabrane otpornike i kondenzatore na op-amp pojačalo kako je prikazano na shemi. Uključite op-pojačalo i spojite generator funkcija i osciloskop na isti način kako je opisano u prethodnim koracima. Podesite generator funkcija da proizvodi sinusni val na 150Hz i s amplitudom od vrha do vrha od oko 1 V. Budući da bi 150Hz trebala biti granična frekvencija, ako filter radi ispravno, veličina bi trebala biti 3dB na ovoj frekvenciji. To će vam reći je li filter ispravno postavljen.

Korak 5: Povežite sve komponente zajedno

Nakon izgradnje svake komponente i njihovog zasebnog testiranja, svi se mogu povezati u seriju. Spojite funkcijski generator na ulaz instrumentacijskog pojačala, a zatim spojite njegov izlaz na ulaz urezanog filtra. Učinite to ponovno spajanjem izlaza urezanog filtera na ulaz niskopropusnog filtra. Izlaz niskopropusnog filtra trebao bi se zatim spojiti na osciloskop.

Korak 6: Postavljanje LabVIEW -a

EKG valni val otkucaja srca tada je snimljen pomoću DAQ asistenta i LabView -a. DAQ pomoćnik prikuplja analogne signale i definira parametre uzorkovanja. Spojite DAQ pomoćnika na generator funkcija koji emitira srčani srčani signal i na računalo s LabViewom. Postavite LabView prema gore prikazanoj shemi. Pomoćnik DAQ -a dovest će srčani val iz generatora funkcija. Dodajte grafikon valnog oblika u postavku LabView -a za pregled grafikona. Pomoću numeričkih operatora postavite prag za najveću vrijednost. U prikazanoj shemi korišteno je 80%. Analizu vršnih vrijednosti trebalo bi također koristiti za pronalaženje vršnih lokacija i njihovo povezivanje s promjenom u vremenu. Pomnožite vršnu frekvenciju sa 60 kako biste izračunali otkucaje u minuti i taj se broj iznio pored grafikona.

Korak 7: Sada možete snimiti EKG

[1] "Elektrokardiogram - Informacijski centar za srce Teksaškog instituta za srce." [Na liniji]. Dostupno: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Pristupljeno: 09. prosinca 2017.].

[2] "EKG vodi, polaritet i Einthovenov trokut - studentski fiziolog." [Na liniji]. Dostupno: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Pristupljeno: 10. prosinca 2017.].