EKG surinkimo grandinė: 5 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

PASTABA: Tai nėra medicinos prietaisas. Tai tik švietimo tikslais, naudojant imituotus signalus. Jei naudojate šią grandinę tikriems EKG matavimams, įsitikinkite, kad grandinėje ir grandinės ir prietaiso jungtyse naudojami tinkami izoliacijos būdai

Galbūt labiausiai paplitęs fiziologinis matavimas šiandienos sveikatos priežiūros pramonėje yra elektrokardiograma (EKG/EKG). Sunku vaikščioti po ligoninę ar greitosios pagalbos kambarį, negirdint tradicinio širdies ritmo monitoriaus „pyptelėjimo“arba nematant EKG bangos formos, besikeičiančios paciento kambario ekrane. Bet kas yra šis matavimas, kuris taip susietas su šiuolaikine sveikatos priežiūra?

Elektrokardiograma dažnai klaidingai registruoja širdies fizinį aktyvumą, tačiau, kaip rodo pavadinimas, tai iš tikrųjų yra širdies raumenų elektrinio aktyvumo, depolarizacijos ir repolarizacijos įrašas. Analizuodami užfiksuotą bangos formą, gydytojai gali sužinoti apie širdies elektros sistemos elgesį. Kai kurios įprastos diagnozės, nustatytos pagal EKG duomenis, yra: miokardo infarktas, plaučių embolija, aritmija ir AV blokada.

Toliau pateikiamame instrukcijoje aprašomas procesas ir principai, naudojami kuriant pagrindinę elektros grandinę, galinčią surinkti EKG naudojant paprastus paviršiaus elektrodus, kaip tai daroma ligoninėse.

1 žingsnis: suprojektuokite instrumentų stiprintuvą

Pirmasis grandinės elementas, reikalingas EKG signalui įrašyti, yra prietaisų stiprintuvas. Šis stiprintuvas turi du efektus.

1. Jis sukuria elektroninį buferį tarp įrašymo elektrodų ir likusios grandinės. Tai sumažina reikiamą srovės traukimą iš elektrodų iki praktiškai nulio. Leidžia surinkti signalą labai mažai iškraipymų, kuriuos sukelia įvesties varža.

2. Jis skirtingai sustiprina įrašytą signalą. Tai reiškia, kad bet koks abiejuose įrašymo elektroduose bendras signalas nebus sustiprintas, o skirtumai (svarbios dalys) bus sustiprinti.

Paprastai EKG paviršiaus elektrodų įrašai yra milivoltų diapazone. Todėl, norint gauti šį signalą į diapazoną, galime dirbti su 1000 V/V stiprinimu (K).

Aukščiau pateiktos stiprintuvo pagrindinės lygtys yra šios:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, tai yra 1 pakopos padidėjimas

K2 = - R4/R3, tai yra 2 pakopos stiprinimas

Atkreipkite dėmesį, kad idealiu atveju K1 ir K2 turėtų būti maždaug vienodi ir pasiekti norimą stiprinimą K1 * K2 = 1000

Galutinės mūsų grandinėje naudojamos vertės buvo….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

2 žingsnis: suprojektuokite įpjovos filtrą

Tikėtina, kad šiuolaikiniame pasaulyje EKG bus renkama šalia kai kurių kitų elektroninių prietaisų arba net tik pastate, kuris tiekiamas elektros energija iš vietinių elektros linijų. Deja, dėl aukštos įtampos ir svyruojančios tiekiamos galios prigimties reiškia, kad ji sukels daug elektros „triukšmo“praktiškai bet kokioje šalia jo esančioje laidžioje medžiagoje; tai apima laidus ir grandinės elementus, naudojamus mūsų EKG surinkimo grandinei sukonstruoti.

Siekiant kovoti su tuo, bet koks signalas, kurio dažnis yra lygus triukšmui, kurį sukuria vietinis maitinimo šaltinis (vadinamasis tinklo dūzgimas), gali būti tiesiog filtruojamas ir iš esmės pašalinamas. Jungtinėse Amerikos Valstijose elektros tinklas tiekia 110–120 V 60 Hz dažniu. Todėl turime filtruoti bet kokį 60 Hz dažnio signalo komponentą. Laimei, tai buvo padaryta daug kartų anksčiau, ir tam reikia tik išpjauto filtro (parodyta aukščiau).

Šį filtrą reguliuojančios lygtys yra….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

kur wc2 yra aukštas ribinis dažnis, w2 žemas ribinis dažnis, w ribinis dažnis rad/sek ir Q kokybės koeficientas

Atminkite, kad C yra reikšmė, kurią galima laisvai pasirinkti. Mūsų grandinėje buvo naudojamos šios vertės:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sek

3 žingsnis: žemo dažnio filtras

EKG signalų dažnis yra apie 0–150 Hz. Siekiant užkirsti kelią didesniam triukšmui, susijusiam su signalu iš daiktų, kurių dažnis didesnis nei šis diapazonas, buvo įdiegtas antros eilės žemo dažnio „ButterWorth“filtras su 150 Hz ribine riba, kad tik EKG signalas galėtų praeiti per grandinę. Užuot iš karto pasirinkę lengvai prieinamą kondensatoriaus vertę, kaip ir ankstesnius komponentus, pirmoji kondensatoriaus vertė C2 buvo pasirinkta pagal toliau pateiktą formulę. Iš šios vertės galima apskaičiuoti visas kitas komponentų vertes ir tada pridėti jas prie grandinės, išlaikant stiprinimą dar kartą iki 1 V/V.

C2 ≈ 10/fc uf, kur fc yra ribinis dažnis (šiuo atveju 150 Hz).

Tada likusias vertes galima apskaičiuoti, kaip parodyta lentelėje, įtrauktoje kaip antrasis šio veiksmo vaizdas.

Galutinės vertės, pateiktos aukščiau esančioje schemoje, yra šios:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

4 žingsnis: „LabVIEW“paruošimas

Vienintelė medžiaga, reikalinga šiam EKG rinkinio skyriui, yra „Windows“kompiuteris su 64 bitų „LabVIEW“kopija ir Nacionalinė instrumentų signalų kondicionavimo plokštė () su vienu įvesties moduliu. Tada funkcinė blokinė schema „LabVIEW“turėtų būti sudaryta taip. Pradėkite atidarydami tuščią funkcinio bloko schemą.

Įdėkite „DAQ Assistant“bloką ir sureguliuokite šiuos nustatymus:

Matavimas: Analoginis → Įtampa

Režimas: RSE

Mėginių ėmimas: nuolatinis mėginių ėmimas

Surinkti mėginiai: 2500

Mėginių ėmimo greitis: 1000 / sek

Išveskite surinktą bangos formą į bangos formos grafiką. Be to, apskaičiuokite maksimalią dabartinės bangos formos duomenų vertę. Padauginkite didžiausią bangos vertę iš vertės, pvz., 0,8, kad sukurtumėte piko aptikimo slenkstį. Šią vertę galima koreguoti pagal signalo triukšmo lygį. Pateikite ankstesnio žingsnio produktą kaip slenkstį, o neapdorotos įtampos matricą kaip „Piko aptikimo“funkcijos duomenis. Tada paimkite smailės aptikimo masyvo išvestį „Vieta“ir atimkite pirmąją ir antrąją reikšmes. Tai rodo dviejų pradinio masyvo smailių indeksų verčių skirtumą. Tada tai galima konvertuoti į laiko skirtumą, padalijus vertę iš imties dažnio, pavyzdžiui, tai yra 1000 /sek. Galiausiai, paimkite atvirkštinę vertę (nurodydami Hz) ir padauginkite iš 60, kad gautumėte širdies susitraukimų dažnį dūžiais per minutę. Paskutinė blokinė schema turėtų būti panaši į šio veiksmo antraštės paveikslėlį.

5 veiksmas: visos sistemos integravimas

Dabar, kai visi komponentai buvo sukonstruoti atskirai, atėjo laikas surinkti prekybos centrą. Tai galima padaryti tiesiog prijungus vienos sekcijos išvestį prie kito segmento įvesties. Etapai turi būti prijungti ta pačia tvarka, kokia jie yra šioje instrukcijoje. Paskutiniame „ButterWorth“filtro etape jo įvestis turi būti pritvirtinta prie vieno iš dviejų laidų, esančių signalo kondicionavimo plokštės įvesties modulyje. Kitas šio modulio laidas turi būti prijungtas prie bendrų įžeminimo grandinių.

Prietaisų stiprintuvo du laidai turi būti prijungti prie EKG/EKG elektrodo. Tai lengva padaryti naudojant du aligatoriaus spaustukus. Tada uždėkite vieną elektrodą ant kiekvieno riešo. Įsitikinkite, kad visi grandinės segmentai yra prijungti ir kad „LabVIEW VI“veikia, o sistema turėtų rodyti bangos formos grafiką „LabVIEW“lange.

Išvestis turėtų atrodyti panašiai kaip antrasis šiame veiksme pateiktas vaizdas. Jei jis nėra panašus, gali tekti koreguoti grandinės vertes. Viena iš dažniausiai pasitaikančių problemų yra ta, kad įpjovos filtras nebus tiesiogiai centruojamas 60 Hz dažniu ir gali būti šiek tiek aukštas/žemas. Tai galima patikrinti sukuriant filtro kodo schemą. Idealiu atveju įpjovos filtras turi bent 20 dB slopinimą esant 60 Hz dažniui. Taip pat gali būti naudinga patikrinti, ar vietinė energija tiekiama 60 Hz dažniu. Neretai kai kuriose srityse yra 50 Hz kintamosios srovės maitinimo šaltiniai, todėl įpjovos filtras turi būti sutelktas aplink šią vertę.