EKG grandinė: 7 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:49

EKG yra testas, kuriuo matuojamas širdies elektrinis aktyvumas, registruojant širdies ritmą ir veiklą. Jis veikia imant ir skaitant širdies signalus, naudojant laidus, prijungtus prie elektrokardiografinio aparato. Ši instrukcija parodys, kaip sukurti grandinę, kurioje būtų įrašomas, filtruojamas ir rodomas širdies bioelektrinis signalas. 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.

Šioje grandinėje yra trys skirtingi etapai, sujungti nuosekliai su „LabView“programa. Matavimo prietaisų stiprintuvo rezistoriai buvo apskaičiuoti su 975 padidėjimu, siekiant užtikrinti, kad mažus širdies signalus vis tiek būtų galima paimti grandine. Įpjovos filtras pašalina 60 Hz triukšmą iš elektros lizdo sienoje. Žemo dažnio filtras užtikrina, kad aukšto dažnio triukšmas būtų pašalintas iš grandinės, kad signalas būtų geriau aptiktas.

Prieš pradedant naudoti šią instrukciją, būtų naudinga susipažinti su bendrosios paskirties operaciniu stiprintuvu uA741. Skirtingi „OP-amp“kaiščiai turi skirtingus tikslus, o grandinė neveiks, jei jie bus neteisingai prijungti. Netinkamas kaiščių prijungimas prie duonos lentos taip pat yra paprastas būdas iškepti stiprintuvą ir padaryti jį neveiksmingą. Žemiau esančioje nuorodoje yra schema, naudojama šios instrukcijos op-amperams.

Vaizdo šaltinis:

1 žingsnis: Surinkite medžiagas

Medžiagos, reikalingos visiems 3 filtravimo etapams:

• Osciloskopas
• Funkcijų generatorius
• Maitinimas (+15V, -15V)
• Duonos lenta be litavimo
• Įvairūs bananų kabeliai ir aligatoriaus spaustukai
• EKG elektrodų lipdukai
• Įvairūs jungiamieji laidai

Prietaisų stiprintuvas:

• 3 stiprintuvai (uA741)

• Rezistoriai:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Įpjovos filtras:

• 1 „Op-amp“(uA741)

• Rezistoriai:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondensatoriai:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Žemo pralaidumo filtras:

• 1 papildomas stiprintuvas (uA741)

• Rezistoriai:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondensatoriai:

  • 22 nF
  • 47 nF

2 žingsnis: sukurkite instrumentų stiprintuvą

Biologiniai signalai dažnai išleidžia tik 0,2–2 mV įtampą [2]. Šios įtampos yra per mažos, kad jas būtų galima analizuoti osciloskopu, todėl mums reikėjo sukurti stiprintuvą.

Sukūrę grandinę, patikrinkite, ar ji veikia tinkamai, išmatuodami Vout įtampą (aukščiau esančiame paveikslėlyje parodyta kaip 2 mazgas). Mes panaudojome funkcijų generatorių, kad nusiųstume sinusinę bangą, kurios įėjimo amplitudė yra 20 mV, į mūsų prietaisų stiprintuvą. Viskas, kas yra per daug aukščiau, neduos jums rezultatų, kurių ieškote, nes stiprintuvai gavo tik tam tikrą galią nuo -15 iki +15 V. Palyginkite funkcijų generatoriaus išvestį su prietaisų stiprintuvo išvestimi ir ieškokite beveik 1000 V. padidėjimo („Vout“/„Vin“turėtų būti labai arti 1000).

Patarimas trikčių šalinimui: įsitikinkite, kad visi rezistoriai yra kΩ diapazone.

[2] „Aukštos kokybės elektrokardiogramos (EKG) signalo kondicionavimas | Švietimas | Analoginiai įrenginiai “. [Prisijungęs]. Galima: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Žiūrėta: 2017 m. Gruodžio 10 d.].]

3 žingsnis: sukurkite išpjovos filtrą

Mūsų įpjovos filtras buvo skirtas filtruoti 60 Hz dažniui. Mes norime iš savo signalo filtruoti 60 Hz, nes tai yra kintamosios srovės dažnis, esantis elektros lizduose.

Bandydami įpjovos filtrą, išmatuokite piko ir smailės santykį tarp įvesties ir išvesties grafikų. Esant 60 Hz dažniui, santykis turėtų būti -20 dB arba geresnis. Taip yra todėl, kad esant -20 dB, išėjimo įtampa iš esmės yra 0 V, o tai reiškia, kad jūs sėkmingai išfiltravote signalą esant 60 Hz dažniui! Taip pat išbandykite apie 60 Hz dažnius, kad įsitikintumėte, jog kiti dažniai nėra atsitiktinai išfiltruoti.

Patarimas trikčių šalinimui: jei negalite gauti tiksliai –20 dB esant 60 Hz dažniui, pasirinkite vieną rezistorių ir šiek tiek jį pakeiskite, kol gausite norimus rezultatus. Turėjome žaisti su R2 verte, kol gavome norimus rezultatus.

4 žingsnis: sukurkite žemo pralaidumo filtrą

Mūsų žemo dažnio filtras buvo suprojektuotas su 150 Hz ribiniu dažniu. Mes pasirinkome šią ribą, nes plačiausias EKG diagnostikos diapazonas yra 0,05 Hz - 150 Hz, darant prielaidą, kad aplinka yra nejudanti ir mažo triukšmo [3]. Žemo dažnio filtras gali atsikratyti aukšto dažnio triukšmo, sklindančio iš raumenų ar kitų kūno dalių [4].

Norėdami išbandyti šią grandinę, kad įsitikintumėte, jog ji veikia tinkamai, išmatuokite Vout (schemoje parodyta kaip 1 mazgas). Esant 150 Hz dažniui, išėjimo signalo amplitudė turėtų būti 0,7 karto didesnė už įvesties signalo amplitudę. Mes naudojome 1 V įvesties signalą, kad galėtume lengvai pamatyti, kad mūsų išėjimas turėtų būti 0,7 esant 150 Hz.

Patarimai trikčių šalinimui: kol jūsų išjungimo dažnis neviršija 150 Hz, jūsų grandinė vis tiek turėtų veikti. Mūsų ribinė vertė buvo 153 Hz. Biologinių signalų diapazonas šiek tiek svyruos kūne, todėl, kol nesate išjungtas daugiau nei kelis Hz, jūsų grandinė vis tiek turėtų veikti.

[3] „EKG filtrai | MEDTEQ “. [Prisijungęs]. Galima: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Žiūrėta: 2017 m. Gruodžio 10 d.]

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson ir S. J. Asirvatham, „Signalai ir signalų apdorojimas elektrofiziologui: I dalis: elektrogramų gavimas“, Circ. Aritmija Electrophysiol., T. 4, ne. 6, p. 965–973, 2011 m. Gruodžio mėn.

5 veiksmas: sukurkite „LabView“programą

[5] „BME 305 Design Lab Project“(2017 m. Ruduo).

Ši laboratorinės peržiūros blokinė diagrama skirta analizuoti signalą, einantį per programą, aptikti EKG smailes, surinkti laiko skirtumą tarp smailių ir matematiškai apskaičiuoti BPM. Jis taip pat pateikia EKG bangos formos grafiką.

6 veiksmas: prijunkite visus tris etapus

Prijunkite visas tris grandines nuosekliai, prijungdami prietaisų stiprintuvo išvestį prie įpjovos filtro įvesties, o išpjovos filtro išėjimą - prie žemo dažnio filtro įvesties. Prijunkite žemo dažnio filtro išvestį prie DAQ asistento ir prijunkite DAQ asistentą prie kompiuterio. Sujungdami grandines, įsitikinkite, kad kiekvienos duonos lentos maitinimo laidai yra prijungti ir visos įžeminimo juostos yra prijungtos prie to paties įžeminimo gnybto.

Prietaisų stiprintuve antrasis op-amp turi būti neįžemintas, kad du prie tiriamojo prijungti elektrodų laidai galėtų prisijungti prie skirtingo operacinio stiprintuvo pirmame to filtro etape.

7 žingsnis: gaukite signalus iš žmogaus testo subjekto

Ant kiekvieno riešo reikia uždėti po vieną elektrodo lipduką, o ant kulkšnies - ant žemės. Naudokite aligatoriaus spaustukus, kad prijungtumėte du riešo elektrodus prie prietaisų stiprintuvo įėjimų ir kulkšnį prie žemės. Kai būsite pasiruošę, spustelėkite „paleisti“„LabView“programoje ir ekrane pamatysite savo širdies ritmą ir EKG!