EKG monitorius: 8 žingsniai

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

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.

Elektrokardiografija yra elektrinių signalų, kuriuos generuoja paciento širdis, registravimo procesas, siekiant gauti informacijos apie širdies veiklą. Kad elektros signalas būtų efektyviai užfiksuotas, jis turi būti filtruojamas ir stiprinamas per elektros komponentus. Informacija taip pat turi būti pateikta vartotojui aiškiai ir veiksmingai.

Toliau pateikiamose instrukcijose aprašoma, kaip sukurti stiprinimo/filtravimo grandinę ir vartotojo sąsają. Tai apima instrumentinio stiprintuvo, įpjovos filtro, žemo dažnio filtro ir vartotojo sąsajos kūrimą „LabVIEW“.

Pirmasis proceso žingsnis yra apibrėžti analoginės grandinės reikalavimus. Apibrėžus reikalavimus, priimami sprendimai, kokie pagrindiniai komponentai sudarys grandinę. Vėliau aptariama mažesnė informacija apie šių pagrindinių komponentų charakteristikas, o galiausiai grandinės projektavimo etapas baigiamas apibrėžiant tikslias kiekvieno grandinės rezistoriaus ir kondensatoriaus vertes.

1 žingsnis: nustatykite reikalavimus ir pagrindinius komponentus

Grandinės užduotis yra sustiprinti paciento sukurtą EKG signalą ir išfiltruoti visus susijusius triukšmus. Neapdorotą signalą sudaro sudėtinga bangos forma, kurios maksimali amplitudė yra maždaug 2 mV, ir dažnio komponentai nuo 100 Hz iki 250 Hz diapazone QRS komplekse. Tai signalas, kurį reikia sustiprinti ir įrašyti.

Be šio dominančio signalo, triukšmas sklinda iš kelių šaltinių. Maitinimo šaltiniai sukuria 60 Hz triukšmą, o paciento judėjimas sukuria artefaktus, kurių diapazonas yra mažesnis nei 1 Hz. Daugiau aukšto dažnio triukšmo atsiranda dėl foninės spinduliuotės ir telekomunikacijų signalų, tokių kaip mobilieji telefonai ir belaidis internetas. Šis triukšmo rinkinys yra signalas, kurį reikia filtruoti.

Grandinė pirmiausia turi sustiprinti neapdorotą signalą. Tada jis turi filtruoti 60 Hz triukšmą ir bet kokį kitą didesnį nei 160 Hz triukšmą. Filtruoti žemo dažnio triukšmą, susijusį su paciento judėjimu, laikoma nereikalinga, nes pacientui galima tiesiog nurodyti nejudėti.

Kadangi signalas matuojamas kaip potencialo skirtumas tarp dviejų paciente esančių elektrodų, stiprinimas pasiekiamas naudojant prietaisų stiprintuvą. Taip pat gali būti naudojamas paprastas skirtumų stiprintuvas, tačiau prietaisų stiprintuvai dažnai veikia geriau, atsižvelgiant į triukšmo slopinimą ir tolerancijas. 60 Hz filtravimas pasiekiamas naudojant įpjovos filtrą, o likusi aukšto dažnio filtravimo dalis pasiekiama naudojant žemo dažnio filtrą. Šie trys elementai sudaro visą analoginę grandinę.

Žinant tris grandinės elementus, galima apibrėžti smulkesnes detales, susijusias su komponentų padidėjimu, ribiniais dažniais ir pralaidumu.

Prietaisų stiprintuvas bus nustatytas 670 stiprintuvais. Tai pakankamai didelis, kad būtų galima įrašyti nedidelį EKG signalą, tačiau taip pat pakankamai mažas, kad užtikrintų, jog op-amperiai veiktų savo linijiniame diapazone, kai bandoma grandinė su signalais, esančiais netoli 20 mV, kaip kai kuriuose funkcijų generatoriuose yra minimalus.

Įpjovos filtras bus centruojamas 60 Hz dažniu.

Žemo dažnio filtro išjungimo dažnis bus 160 Hz. Tai vis tiek turėtų užfiksuoti didžiąją dalį QRS komplekso ir atmesti aukšto dažnio foninį triukšmą.

2 žingsnis: instrumentų stiprintuvas

Aukščiau pateiktose schemose aprašytas prietaisų stiprintuvas.

Stiprintuvas turi du etapus. Pirmąjį etapą sudaro du stiprintuvai kairėje aukščiau esančių vaizdų pusėje, o antrasis etapas-vienas op-amp dešinėje. Kiekvieno iš jų stiprinimas gali būti moduliuojamas, kaip jums patinka, tačiau mes nusprendėme jį sukurti su 670 V/V padidėjimu. Tai galima pasiekti naudojant šias pasipriešinimo vertes:

R1: 100 omų

R2: 3300 omų

R3: 100 omų

R4: 1000 omų

3 žingsnis: įpjovos filtras

Aukščiau pateiktose schemose aprašytas įpjovos filtras. Tai yra aktyvus filtras, todėl, jei norėtume, galėtume pasirinkti, kad jis sustiprintų arba susilpnintų signalą, tačiau mes jau pasiekėme visą būtiną stiprinimą, todėl šiam op-amp stiprintuvui pasirenkame vieną stiprinimą. Centro dažnis turėtų būti 60 Hz, o kokybės koeficientas - 8. Tai galima pasiekti naudojant šias komponentų reikšmes:

R1: 503 omai

R2: 128612 omai

R3: 503 omai

C: 0,33 mikrofaradai

4 žingsnis: žemo dažnio filtras

Vėlgi, tai yra aktyvus filtras, todėl galėtume pasirinkti bet kokį norimą pelną, bet mes pasirinksime 1. Tai pasiekiama paverčiant aukščiau esantį R4 į trumpąjį jungimą, o R3 - į atvirą grandinę. Likusi dalis, kaip ir kiti komponentai, pasiekiama naudojant mūsų anksčiau apibrėžtus reikalavimus kartu su grandinėmis valdančiomis lygtimis, kad būtų gautos atskiros elementų vertės:

R1: 12056 omai

R2: 19873.6 omai

C1: 0,047 mikroFaradai

C2: 0,1 mikroFaradas

5 žingsnis: suprojektuokite visą grandinę virtualiai

Grandinės kūrimas virtualioje grandinės kūrimo programinėje įrangoje, pvz., PSPICE, gali būti labai naudingas sugaunant klaidas ir sutvirtinant planus prieš pereinant prie tikros analoginės grandinės gamybos. Šiuo metu galima užfiksuoti grandinės kintamosios srovės srautus, kad būtų užtikrinta, jog viskas elgiasi pagal planą.

6 žingsnis: sukurkite visą grandinę

Grandinė gali būti pastatyta bet kokiu jums patogiu būdu, tačiau šiuo atveju buvo pasirinkta duonos lenta.

Rekomenduojama surinkti ant duonos lentos, nes tai lengviau nei lituoti, tačiau litavimas suteiktų daugiau patvarumo. Taip pat rekomenduojama lygiagrečiai su maitinimo šaltiniu pastatyti 0,1 mikroFarad apylankos kondensatorių, nes tai padeda pašalinti nepageidaujamus nukrypimus nuo nuolatinės galios.

7 žingsnis: „LabVIEW“vartotojo sąsaja

„LabVIEW“vartotojo sąsaja yra priemonė, skirta konvertuoti iš analoginių signalų į vaizdinius ir skaitmeninius EKG signalo vaizdus, kuriuos vartotojui lengva interpretuoti. DAQ plokštė naudojama signalui konvertuoti iš analoginio į skaitmeninį, o duomenys importuojami į „LabVIEW“.

Programinė įranga yra objektinė programa, padedanti apdoroti duomenis ir sukurti sąsają. Duomenys pirmiausia vizualiai pavaizduoti grafike, o po to atliekamas tam tikras signalo apdorojimas, siekiant nustatyti širdies plakimo dažnį, kad būtų galima rodyti šalia grafiko.

Norint nustatyti širdies ritmo dažnį, reikia nustatyti širdies plakimą. Tai galima padaryti naudojant „Lab VIEW“smailės aptikimo objektą. Objektas pateikia gautų duomenų masyvo smailių indeksus, kurie vėliau gali būti naudojami skaičiavimuose, siekiant nustatyti laiką, kuris praeina tarp širdies plakimų.

Kadangi „LabVIEW“informacija būtų visiškai kitokia „Instructable“, mes paliksime išsamią informaciją kitam šaltiniui. Tikslų programos veikimą galima pamatyti aukščiau pateiktoje blokinėje diagramoje.

8 veiksmas: „LabVIEW“galutinė vartotojo sąsaja

Galutinėje vartotojo sąsajoje rodomas sustiprintas, filtruojamas, konvertuojamas ir apdorojamas signalas kartu su širdies dažnio rodmenimis, dūžiais per minutę