Paprasta EKG registravimo grandinė ir „LabVIEW“širdies ritmo monitorius: 5 žingsniai

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

Tai nėra medicinos prietaisas. Tai skirta tik edukaciniams tikslams, naudojant imituotus signalus. Jei naudojate šią grandinę tikriems EKG matavimams, įsitikinkite, kad grandinė ir grandinės ir prietaiso jungtys naudoja tinkamus izoliacijos metodus

Vienas iš pagrindinių šiuolaikinės sveikatos priežiūros aspektų yra galimybė užfiksuoti širdies bangą naudojant EKG arba elektrokardiogramą. Šis metodas naudoja paviršinius elektrodus, skirtus išmatuoti įvairius iš širdies skleidžiamus elektrinius modelius, kad išvestis galėtų būti naudojama kaip diagnostikos priemonė širdies ir plaučių ligoms, tokioms kaip įvairios tachikardijos, šakų blokada ir hipertrofija, diagnozuoti. Norint diagnozuoti šias sąlygas, išėjimo bangos forma lyginama su įprastu EKG signalu.

Norint sukurti sistemą, galinčią gauti EKG bangos formą, pirmiausia reikia sustiprinti signalą, o po to tinkamai filtruoti, kad būtų pašalintas triukšmas. Norėdami tai padaryti, galite sukurti trijų pakopų grandinę naudodami OP stiprintuvus.

Ši instrukcija suteiks informaciją, reikalingą suprojektuoti ir sukurti paprastą grandinę, galinčią įrašyti EKG signalą naudojant paviršiaus elektrodus, o tada filtruoti tą signalą tolimesniam apdorojimui ir analizei. Be to, šioje instrukcijoje bus aprašyta viena technika, naudojama šiam signalui analizuoti, kad būtų sukurtas grafinis grandinės išvesties vaizdas, taip pat širdies ritmo apskaičiavimo iš EKG bangos formos grandinės išvesties metodas.

Pastaba: kurdami kiekvieną etapą, būtinai atlikite kintamosios srovės šlifavimą tiek eksperimentiškai, tiek imituodami, kad užtikrintumėte norimą grandinės veikimą.

1 žingsnis: suprojektuokite ir sukurkite instrumentų stiprintuvą

Pirmasis šios EKG grandinės etapas yra prietaisų stiprintuvas, kurį sudaro trys OP stiprintuvai. Pirmieji du OP stiprintuvai yra buferiniai įėjimai, kurie vėliau tiekiami į trečiąjį OP stiprintuvą, kuris veikia kaip diferencinis stiprintuvas. Signalai iš kūno turi būti buferiniai, kitaip išėjimas sumažės, nes kūnas negali tiekti daug srovės. Diferencialinis stiprintuvas ima skirtumą tarp dviejų įvesties šaltinių, kad gautų išmatuojamą potencialų skirtumą, tuo pačiu pašalindamas įprastą triukšmą. Šis etapas taip pat turi 1000 padidėjimą, sustiprindamas tipišką mV iki labiau įskaitomos įtampos.

Prietaisų stiprintuvo grandinės padidėjimas 1000 apskaičiuojamas pagal pateiktas lygtis. Matavimo stiprintuvo 1 pakopos stiprinimas apskaičiuojamas pagal (2), o 2 pakopos stiprintuvo stiprinimas apskaičiuojamas pagal (3). K1 ir K2 buvo apskaičiuoti taip, kad jie nesiskyrė vienas nuo kito daugiau nei 15.

Jei norite padidinti 1000, K1 gali būti nustatytas į 40, o K2 - į 25. Visi rezistorių dydžiai gali būti apskaičiuoti, tačiau šis konkretus prietaisų stiprintuvas naudojo žemiau pateiktas rezistoriaus vertes:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

2 žingsnis: suprojektuokite ir sukurkite įpjovos filtrą

Kitas etapas yra įpjovos filtras, skirtas pašalinti 60 Hz signalą, gaunamą iš maitinimo lizdo.

Įpjovos filtre R1 rezistoriaus vertė apskaičiuojama pagal (4), R2 - pagal (5) ir R3 - pagal (6). Grandinės kokybės koeficientas Q yra nustatytas į 8, nes tai suteikia pagrįstą klaidos ribą, tuo pačiu būdama realiai tiksli. Q reikšmę galima apskaičiuoti pagal (7). Paskutinė įpjovos filtro lygtis naudojama pralaidumui apskaičiuoti ir yra aprašyta (8). Be kokybės koeficiento 8, įpjovos filtras turėjo ir kitų dizaino specifikacijų. Šis filtras sukurtas taip, kad padidėtų 1, kad jis nekeistų signalo, o pašalintų 60 Hz signalą.

Remiantis tomis lygtimis, R1 = 11,0524 kΩ, R2 = 2,829 MΩ, R3 = 11,009 kΩ ir C1 = 15 nF

3 žingsnis: suprojektuokite ir sukonstruokite 2-osios eilės Butterworth žemo dažnio filtrą

Paskutinis etapas yra žemo dažnio filtras, skirtas pašalinti visus signalus, kurie gali atsirasti virš aukščiausio EKG bangos komponento, pvz., „WiFi“triukšmą, ir kitus aplinkos signalus, kurie gali atitraukti dėmesį nuo dominančio signalo. Šio etapo -3 dB taškas turėtų būti maždaug 150 Hz arba arti jo, nes standartinis signalų diapazonas EKG bangų diapazone yra nuo 0,05 Hz iki 150 Hz.

Kuriant žemo dažnio antros eilės Butterworth filtrą, grandinė vėl nustatoma taip, kad padidėtų 1, o tai leido sukurti paprastesnę grandinės konstrukciją. Prieš atliekant tolesnius skaičiavimus, svarbu atkreipti dėmesį, kad norimas žemo dažnio filtro išjungimo dažnis yra nustatytas 150 Hz. Lengviausia pradėti skaičiuojant kondensatoriaus 2, C2 vertę, nes nuo šios vertės priklauso kitos lygtys. C2 galima apskaičiuoti pagal (9). Skaičiuojant C2, C1 galima apskaičiuoti pagal (10). Šio žemo dažnio filtro atveju koeficientai a ir b yra apibrėžti, kai a = 1,414214 ir b = 1. Rezistoriaus vertė R1 apskaičiuojama pagal (11), o rezistoriaus vertė R2 apskaičiuojama pagal (12).

Buvo naudojamos šios vertės:

R1 = 13,842 kΩ

R2 = 54,36 kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

4 veiksmas: nustatykite „LabVIEW“programą, naudojamą duomenų rinkimui ir analizei

Tada kompiuterinė programa „LabView“gali būti naudojama kuriant užduotį, kuri pagal EKG signalą sukurs grafinį širdies plakimo vaizdą ir pagal tą patį signalą apskaičiuos širdies ritmą. Programa „LabView“tai pasiekia pirmiausia priimdama analoginę įvestį iš DAQ plokštės, kuri taip pat veikia kaip analoginis į skaitmeninį keitiklį. Tada šis skaitmeninis signalas toliau analizuojamas ir brėžiamas, kur grafikas rodo grafinį signalo, įvedamo į DAQ plokštę, vaizdą. Signalo bangos forma analizuojama paėmus 80% priimamo skaitmeninio signalo maksimalių verčių, o paskui naudoja piko detektoriaus funkciją šioms signalo smailėms aptikti. Tuo pačiu metu programa paima bangos formą ir apskaičiuoja laiko skirtumą tarp bangos formos smailių. Piko aptikimas yra sujungtas su lydinčiomis reikšmėmis 1 arba 0, kur 1 reiškia smailę, kad būtų sukurtas smailių vietos indeksas, o šis indeksas naudojamas kartu su laiko skirtumu tarp smailių, kad būtų galima matematiškai apskaičiuoti širdies susitraukimų dažnį dūžių per minutę (BPM). Rodoma „LabView“programoje naudojama blokinė schema.

5 žingsnis: pilnas surinkimas

Sukūrę visas grandines ir „LabVIEW“programą ir įsitikinę, kad viskas veikia tinkamai, esate pasiruošę įrašyti EKG signalą. Nuotraukoje yra galima visos grandinės sistemos surinkimo schema.

Prijunkite teigiamą elektrodą prie dešiniojo riešo ir vieną iš apskritimo matavimo prietaisų stiprintuvo įėjimų, o neigiamą - prie kairiojo riešo ir kitą matavimo stiprintuvo įvestį, kaip parodyta paveikslėlyje. Elektrodų įvesties tvarka nesvarbi. Galiausiai uždėkite įžeminimo elektrodą ant kulkšnies ir prijunkite prie grandinės įžeminimo. Sveikiname, atlikote visus veiksmus, reikalingus EKG signalui įrašyti ir įvesti.