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

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

Elektrokardiogram ili EKG vrlo je stara metoda mjerenja i analize zdravlja srca. Signal koji se očitava s EKG -a može ukazivati na zdravo srce ili niz problema. Pouzdan i točan dizajn važan je jer ako EKG signal pokazuje deformirani valni oblik ili netočan rad srca, osoba može biti pogrešno dijagnosticirana. Cilj je dizajnirati EKG krug koji je u stanju prikupiti, pojačati i filtrirati EKG signal. Zatim pretvorite taj signal kroz A/D pretvarač u Labview za stvaranje grafikona u stvarnom vremenu i otkucaja srca u BPM signala EKG-a. Izlazni valni oblik trebao bi izgledati ovako.

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 se strujni krug i veze kruga s instrumentom odgovarajuće tehnike izolacije

Korak 1: Projektiranje kruga

Krug mora biti u stanju prikupiti i pojačati EKG signal. Da bismo to učinili, kombinirat ćemo tri aktivna filtra; instrumentalno pojačalo, Butterworthov niskopropusni filter drugog reda i Notch filter. Dizajn ovih sklopova može se vidjeti na slikama. Proći ćemo kroz njih jedan po jedan, a zatim ih spojiti kako bismo dovršili cijeli krug.

Korak 2: Instrumentalno pojačalo

Dobit pojačala instrumentacije mora biti 1000 V/V da bi se dobio dobar signal. Pojačanje putem instrumentalnog pojačala događa se u dvije faze. Prva faza sastoji se od dva op pojačala s lijeve strane i otpornika R1 i R2, a druga faza pojačanja sastoji se od op pojačala s desne strane i otpornika R3 i R4. Dobitak (pojačanje) za stupanj 1 i stupanj 2 dan je u jednadžbi (1) i (2).

1. stupanj pojačanja: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

2. stupanj pojačanja: K2 = R4/R3 (2)

Važna napomena o pojačanju u krugovima je da je multiplikativna; npr. dobitak ukupnog kruga na slici 2 je K1*K2. Ove jednadžbe daju vrijednosti prikazane na shemi. Materijali potrebni za ovaj filtar su tri LM741 op pojačala, tri otpornika od 1 k ohma, dva otpornika od 24,7 kohma i dva otpornika od 20 koma.

Korak 3: Notch filter

Sljedeća faza je Notch filter za smanjenje buke na 60 Hz. Ovu frekvenciju treba isključiti jer postoji velika dodatna buka na 60 Hz zbog smetnji dalekovoda, ali neće izvaditi ništa značajno iz EKG signala. Vrijednosti za komponente korištene u krugu temelje se na frekvenciji koju želite filtrirati, u ovom slučaju 60 Hz (377 rad/s). Jednadžbe komponenti su sljedeće

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Materijali potrebni za to bili su jedno opcijsko pojačalo LM741, tri otpornika vrijednosti 1658 ohma, 424,4 kohma i 1651 ohma i 3 kondenzatora, dva pri 100 nF i jedan pri 200 nF.

Korak 4: Niskopropusni filtar

Posljednja faza je niskopropusni filter drugog reda Butterworth s graničnom frekvencijom od 250 Hz. Ovo je granična frekvencija jer se EKG signal kreće samo do 250 Hz. Jednadžbe za vrijednosti komponenti u filtru definirane su u sljedećim jednadžbama:

R1 = 2/ (1571 (1,4C2 + sortiranje (1,4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Materijali potrebni za ovaj filtar bili su jedno opcijsko pojačalo LM741, dva otpornika od 15,3 kohma i 25,6 kohma i dva kondenzatora od 47 nF i 22 nF.

Nakon što su sve tri faze projektirane i izgrađene, završni krug trebao bi izgledati poput fotografije.

Korak 5: Testiranje kruga

Nakon što je sklop izgrađen, potrebno ga je ispitati kako bi se osiguralo da radi ispravno. Na svakom filtru potrebno je pokrenuti izmjeničnu struju pomoću srčanog ulaznog signala na 1 Hz iz generatora napona. Odziv veličine u dB trebao bi izgledati kao slike. Ako su rezultati čišćenja izmjeničnom strujom točni, krug je dovršen i spreman za uporabu. Ako odgovori nisu točni, potrebno je ukloniti pogreške u krugu. Počnite provjerom svih veza i ulaza napajanja kako biste bili sigurni da sve ima dobru vezu. Ako to ne riješi problem, upotrijebite jednadžbe za komponente filtara za podešavanje vrijednosti otpora i kondenzatora prema potrebi sve dok izlaz ne bude na mjestu gdje bi trebao biti.

Korak 6: Izgradnja VUI -ja u Labviewu

Labview je softver za prikupljanje digitalnih podataka koji omogućuje korisniku da dizajnira VUI ili virtualno korisničko sučelje. DAQ ploča je A/D pretvarač koji može pretvoriti i prenijeti EKG signal u Labview. Pomoću ovog softvera, EKG signal može se iscrtati na grafikonu amplitude u odnosu na vrijeme kako bi se jasno očitao signal, a zatim signal pretvorio u otkucaje srca u BPM -u. Prvo što je potrebno za to je DAQ ploča koja prikuplja podatke i pretvara ih u digitalni signal za slanje u Labview na računalu. Prvo što je trebalo dodati Labview dizajnu bio je DAQ Assistant, koji prikuplja signal s DAQ ploče i definira parametre uzorkovanja. Sljedeći korak je povezivanje grafikona valnog oblika na izlaz DAQ asistenta na VUI dizajnu koji prikazuje EKG signal koji prikazuje EKG valni oblik. Sada kada je grafikon valnog oblika dovršen, podatke je također potrebno pretvoriti kako bi se dobio numerički izlaz otkucaja srca. Prvi korak u ovom izračunu bio je pronalaženje maksimuma podataka EKG -a povezivanjem elementa max/min s izlazom DAQ podataka u VUI -u, a zatim izlazom na drugi element koji se naziva detekcija vrha i na element koji će pronaći promjena vremena koja se naziva dt. Elementu detekcije vrha također je trebao prag od max/min koji je izračunat uzimajući maksimum iz elementa max min i pomnoživši ga s.8, kako bi se pronašlo 80% maksimalne vrijednosti, a zatim se unosi u element za otkrivanje vrha. Taj je prag omogućio elementu otkrivanja vrha da pronađe maksimum R vala i lokaciju na kojoj se max dogodio zanemarujući ostale vrhove signala. Mjesta vrhova tada su poslana na element indeksnog niza koji je dodan na VUI. Element indeksnog niza postavljen je za spremanje na niz s indeksom koji počinje s 0, a zatim drugi koji počinje s indeksom 1. Zatim su se oduzeli jedan od drugog kako bi se pronašla razlika dviju vršnih lokacija, što odgovara broju bodova između svakog vrha. Broj bodova pomnožen s vremenskom razlikom između svake točke daje vrijeme potrebno za svaki otkucaj. To je postignuto množenjem izlaza iz dt elementa i izlaza od oduzimanja dva niza. Taj je broj zatim podijeljen sa 60, kako bi se pronašli otkucaji u minuti, a zatim se emitirao pomoću numeričkog indikatorskog elementa na VUI -u. Postavljanje VUI dizajna u Labviewu prikazano je na slici.

Korak 7: Sve spojite

Nakon što VUI završi na Labviewu, posljednji je korak spojiti krug na DAQ ploču, tako da signal prolazi kroz krug, na ploču, a zatim na Labview. Ako sve radi ispravno, signal od 1 Hz trebao bi proizvesti valni oblik prikazan na slici i otkucaje srca od 60 otkucaja u minuti. Sada imate ispravni EKG i digitalni monitor otkucaja srca.