Lengva automatizuota EKG (1 stiprintuvas, 2 filtrai): 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Elektrokardiograma (EKG) matuoja ir parodo širdies elektrinį aktyvumą, naudojant įvairius ant odos esančius elektrodus. EKG galima sukurti naudojant prietaisų stiprintuvą, įpjovos filtrą ir žemo dažnio filtrą. Galiausiai filtruotą ir sustiprintą signalą galima vizualizuoti naudojant „LabView“programinę įrangą. „LabView“taip pat naudoja gaunamo signalo dažnį žmogaus širdies plakimui apskaičiuoti. Sukurtas prietaisų stiprintuvas sėkmingai paėmė nedidelį kūno signalą ir sustiprino jį iki 1 V, todėl jį buvo galima peržiūrėti kompiuteryje naudojant „LabView“. Įpjovos ir žemo dažnio filtrai sėkmingai sumažino 60 Hz triukšmą iš maitinimo šaltinių ir trikdančius signalus, viršijančius 350 Hz. Širdies plakimas ramybės būsenoje buvo 75 dūžiai per minutę, o po penkių minučių intensyvaus fizinio krūvio - 137 dūžiai per minutę. Sukurta EKG galėjo išmatuoti širdies plakimus realiomis vertėmis ir vizualizuoti skirtingus tipinės EKG bangos formos komponentus. Ateityje ši EKG galėtų būti patobulinta pakeitus pasyvias filtro įpjovos vertes, kad būtų sumažintas daugiau triukšmo apie 60 Hz.

1 žingsnis: sukurkite instrumentų stiprintuvą

Jums reikės: „LTSpice“(arba kitos grandinės vizualizavimo programinės įrangos)

Prietaisų stiprintuvas buvo sukurtas siekiant padidinti signalo dydį, kad jis būtų matomas ir leistų analizuoti bangos formą.

Naudojant R1 = 3,3 k omų, R2 = 33 k omų, R3 = 1 k omų, R4 = 48 omų, pasiekiamas X padidėjimas. Padidėjimas = -R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k (1- (33k/3.3k)) = -1008

Kadangi galutiniame stiprintuve signalas patenka į apverstą kaištį, padidėjimas yra 1008. Šis dizainas buvo sukurtas „LTSpice“, tada imituojamas naudojant 1–1 kHz kintamosios srovės srautą su 100 taškų per dešimtmetį sinusinės bangos įėjimui, kurio kintamosios srovės amplitudė yra 1 V.

Mes patikrinome, ar mūsų pelnas buvo panašus į numatomą pelną. Iš grafiko radome Gain = 10^(60/20) = 1000, kuris yra pakankamai artimas mūsų numatytam 1008 pelnui.

2 veiksmas: sukurkite įpjovos filtrą

Jums reikės: „LTSpice“(arba kitos grandinės vizualizavimo programinės įrangos)

Įpjovos filtras yra tam tikro tipo žemo dažnio filtras, po kurio eina aukšto dažnio filtras, kad būtų pašalintas tam tikras dažnis. Įpjovos filtras naudojamas pašalinti visų elektroninių prietaisų keliamą triukšmą, esant 60 Hz dažniui.

Pasyvios vertės buvo apskaičiuotos: C =.1 uF (pasirinkta vertė) 2C =.2 uF (naudojamas.22 uF kondensatorius)

Bus naudojamas AQ koeficientas 8: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3.14159*60*.1E-6) = 1,66 kOhm (1,8 kOhm buvo naudojamas) R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3.14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm buvo Įtampos padalijimas: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1,8 kOhm * 423 kOhm / ((1,8 kOhm + 423 kOhm) = 1,79 kOhm (buvo naudojamas 1,8 kOhm)

Šios filtro konstrukcijos stiprinimas yra 1, o tai reiškia, kad nėra stiprinančių savybių.

Prijungus pasyvias vertes ir imituojant „LTSpice“naudojant kintamosios srovės šlifavimą ir 0,1 V sinusinės bangos įvesties signalą, kurio kintamosios srovės dažnis yra 1 kHz, gaunamas pridėtas kodo brėžinys.

Esant maždaug 60 Hz dažniui, signalas pasiekia žemiausią įtampą. Filtras sėkmingai pašalina 60 Hz triukšmą iki nepastebimos 0,01 V įtampos ir padidina 1, nes įėjimo įtampa yra.1 V.

3 žingsnis: sukurkite žemo dažnio filtrą

Jums reikės: „LTSpice“(arba kitos grandinės vizualizavimo programinės įrangos)

Buvo sukurtas žemo dažnio filtras, skirtas pašalinti signalus, viršijančius dominančią slenkstį, kuriuose būtų EKG signalas. Susidomėjimo slenkstis buvo nuo 0 iki 350 Hz.

Kondensatoriaus vertė buvo pasirinkta.1 uF. Reikalingas pasipriešinimas apskaičiuojamas dideliam 335 Hz ribiniam dažniui: C = 0,1 uF R = 1/(2pi*0,1*(10^-6)*335 Hz) = 4,75 kOhm (buvo naudojamas 4,7 kOhm)

Prijungus pasyvias vertes ir imituojant „LTSpice“naudojant kintamosios srovės šlifavimą ir 0,1 V sinusinės bangos įvesties signalą, kurio kintamosios srovės dažnis yra 1 kHz, gaunamas pridėtas kodo brėžinys.

4 žingsnis: sukurkite grandinę ant duonos lentos

Jums reikės: skirtingų verčių rezistorių, skirtingų reikšmių kondensatorių, UA 471 operacinių stiprintuvų, trumpųjų kabelių, duonos lentos, prijungimo kabelių, maitinimo šaltinio arba 9 V baterijos

Dabar, kai imitavote savo grandinę, atėjo laikas ją sukurti ant duonos lentos. Jei neturite tikslių išvardytų verčių, naudokite tai, ką turite, arba derinkite rezistorius ir kondensatorius, kad gautumėte reikiamas vertes. Nepamirškite maitinti duonos lentos naudodami 9 voltų bateriją arba nuolatinės srovės maitinimo šaltinį. Kiekvienam stiprintuvui reikalingas teigiamas ir neigiamas įtampos šaltinis.

5 veiksmas: nustatykite „LabView“aplinką

Jums reikės: „LabView“programinės įrangos, kompiuterio

Siekiant automatizuoti bangos formos rodymą ir širdies ritmo apskaičiavimą, buvo naudojamas „LabView“. „LabView“yra programa, naudojama duomenims vizualizuoti ir analizuoti. EKG grandinės išėjimas yra „LabView“įvestis. Duomenys įvedami, nubraižomi ir analizuojami pagal toliau pateiktą blokinę schemą.

Pirma, DAQ asistentas priima analoginį signalą iš grandinės. Čia pateikiamos mėginių ėmimo instrukcijos. Mėginių ėmimo dažnis buvo 1k mėginių per sekundę, o intervalas - 3k ms, todėl laiko intervalas, matomas bangos formos grafike, yra 3 sekundės. „Waveform Graph“gavo duomenis iš „DAQ Assistant“ir nubraižo juos priekinio skydelio lange. Apatinėje blokinės diagramos dalyje pateikiamas širdies ritmo apskaičiavimas. Pirmiausia išmatuokite didžiausią ir mažiausią bangą. Tada šie amplitudės matavimai naudojami siekiant nustatyti, ar įvyksta smailės, kurios apibrėžiamos kaip 95% didžiausios amplitudės, ir jei taip, registruojamas laiko taškas. Kai aptikta smailės, amplitudė ir laiko taškas saugomi masyvuose. Tada smailių/ sekundžių skaičius paverčiamas minutėmis ir rodomas priekiniame skydelyje. Priekiniame skydelyje rodoma bangos forma ir dūžiai per minutę.

Grandinė buvo prijungta prie „LabVIEW“per „National Instruments ADC“, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje. Funkcijų generatorius sukuria imituojamą EKG signalą, įvestą į ADC, kuris perduoda duomenis į „LabView“grafikams ir analizei. Be to, kai BPVI buvo apskaičiuotas „LabVIEW“, skaitmeninis indikatorius buvo naudojamas norint atspausdinti šią vertę programos priekiniame skydelyje išilgai bangos formos grafiko, kaip parodyta 2 paveiksle.

6 veiksmas: išbandykite grandinę naudodami funkcijų generatorių

Jums reikės: grandinės ant maitinimo plokštės, prijungimo kabelių, maitinimo šaltinio arba 9 V baterijos, „National Instruments ADC“, „LabView“programinės įrangos, kompiuterio

Norėdami išbandyti „LabView“prietaisus, į grandinę buvo įvestas imituotas EKG, o grandinės išėjimas buvo prijungtas prie „LabView“per „National Instruments ADC“. Pirmiausia į grandinę buvo įvestas 20 mVpp signalas 1 Hz dažniu, kad būtų imituojamas ramybės širdies plakimas. „LabView“priekinis skydelis parodytas žemiau esančiame paveikslėlyje. Visi P, T, U bangos ir QRS kompleksai yra matomi. BMP yra teisingai apskaičiuotas ir rodomas skaitiniame indikatoriuje. Per grandinę padidėja apie 8 V/0,02 V = 400, o tai yra panašu į tai, ką matėme, kai grandinė buvo prijungta prie osciloskopo. Pridedama „LabView“rezultato nuotrauka. Be to, norint imituoti padidėjusį širdies plakimą, pavyzdžiui, treniruotės metu, į grandinę buvo įvestas 20 mVpp signalas 2 Hz dažniu. Atliekant širdies susitraukimų dažnį ramybės būsenoje, buvo gautas panašus padidėjimas. Žemiau bangos formos matomos visos tos pačios dalys, kaip ir anksčiau, greičiau. Širdies ritmas apskaičiuojamas ir rodomas skaitmeniniame indikatoriuje, ir mes matome numatomą 120 BPM.

7 žingsnis: bandymo grandinė naudojant žmogaus objektą

Jums reikės: grandinės ant maitinimo plokštės, prijungimo kabelių, maitinimo šaltinio arba 9 V baterijos, „National Instruments ADC“, „LabView“programinės įrangos, kompiuterio, elektrodų (mažiausiai trijų), žmogaus

Galiausiai grandinė buvo tikrinama naudojant žmogaus EKG laidų įvestį į grandinę ir išėjimą į grandinę, einančią į „LabView“. Trys elektrodai buvo uždėti ant objekto, kad gautų tikrą signalą. Elektrodai buvo uždėti ant abiejų riešų ir dešinės kulkšnies. Dešinysis riešas buvo teigiamas įvestis, kairysis riešas buvo neigiamas, o kulkšnis buvo sumaltas. Vėlgi duomenys buvo įvesti į „LabView“apdorojimui. Elektrodų konfigūracija pridedama kaip paveikslėlis.

Pirma, buvo parodytas ir išanalizuotas paciento ramybės būsenos EKG signalas. Poilsio metu tiriamojo širdies susitraukimų dažnis buvo maždaug 75 dūžiai per minutę. Tada tiriamasis 5 minutes dalyvavo intensyvioje fizinėje veikloje. Objektas buvo vėl prijungtas ir pakeltas signalas įrašytas. Po treniruotės širdies susitraukimų dažnis buvo maždaug 137 dūžiai per minutę. Šis signalas buvo mažesnis ir turėjo daugiau triukšmo. Elektrodai buvo uždėti ant abiejų riešų ir dešinės kulkšnies. Dešinysis riešas buvo teigiamas įvestis, kairysis riešas buvo neigiamas, o kulkšnis buvo sumaltas. Vėlgi duomenys buvo įvesti į „LabView“apdorojimui.

Vidutinis žmogus turi maždaug 1 mV EKG signalą. Mūsų laukiamas pelnas buvo apie 1000, todėl tikimės 1 V išėjimo įtampos. Iš XX paveiksle matomo įrašo ramybės būsenoje QRS komplekso amplitudė yra apytiksliai (-0,7)-(-1,6) = 0,9 V. Tai sukuria 10% paklaidą. (1-0,9)/1*100 = 10% Standartinio žmogaus širdies susitraukimų dažnis ramybės būsenoje yra 60, išmatuotas apie 75, todėl gaunama | 60–75 |*100/60 = 25% paklaida. Padidėjęs standartinio žmogaus širdies susitraukimų dažnis yra 120, išmatuotas apie 137, todėl gaunama | 120-137 |*100/120 = 15% paklaida.

Sveikinimai! Dabar jūs sukūrėte savo automatizuotą EKG.