Kaip sukurti skaitmeninį EKG ir širdies ritmo monitorių: 6 žingsniai

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

Elektrokardiograma (EKG) matuoja širdies plakimo elektrinį aktyvumą, kad būtų parodytas širdies plakimo greitis ir ritmas. Yra elektrinis impulsas, dar žinomas kaip banga, kuri keliauja per širdį, kad širdies raumuo su kiekvienu dūžiu išpumpuotų kraują. Dešinysis ir kairysis prieširdžiai sukuria pirmąją P bangą, o dešinysis ir kairysis apatiniai skilveliai sudaro QRS kompleksą. Paskutinė T banga yra nuo elektros atkūrimo iki ramybės būsenos. Gydytojai širdies ligoms diagnozuoti naudoja EKG signalus, todėl svarbu gauti aiškius vaizdus.

Šios instrukcijos tikslas yra surinkti ir filtruoti elektrokardiogramos (EKG) signalą, sujungiant grandinės prietaisų stiprintuvą, išpjovos filtrą ir žemo dažnio filtrą. Tada signalai pereis per A/D keitiklį į „LabView“, kad būtų sukurtas realaus laiko grafikas ir širdies plakimas BPM.

"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."

1 žingsnis: suprojektuokite instrumentų stiprintuvą

Norėdami sukurti instrumentinį stiprintuvą, mums reikia 3 op stiprintuvų ir 4 skirtingų rezistorių. Prietaisų stiprintuvas padidina išėjimo bangos stiprumą. Šiam dizainui mes siekėme 1000 V stiprinimo, kad gautume gerą signalą. Naudokite šias lygtis, kad apskaičiuotumėte tinkamus rezistorius, kur K1 ir K2 yra padidėjimas.

1 etapas: K1 = 1 + (2R2/R1)

2 etapas: K2 = -(R4/R3)

Šiam dizainui buvo naudojamas R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

2 žingsnis: suprojektuokite įpjovos filtrą

Antra, mes turime sukurti įpjovos filtrą, naudodami operacinį stiprintuvą, rezistorius ir kondensatorius. Šio komponento tikslas yra filtruoti 60 Hz triukšmą. Mes norime filtruoti tiksliai 60 Hz dažniu, todėl viskas žemiau ir virš šio dažnio praeis, tačiau bangos formos amplitudė bus mažiausia esant 60 Hz. Norėdami nustatyti filtro parametrus, mes naudojome stiprinimą 1 ir kokybės koeficientą 8. Naudokite toliau pateiktas lygtis, kad apskaičiuotumėte atitinkamas rezistorių vertes. Q yra kokybės koeficientas, w = 2*pi*f, f yra centro dažnis (Hz), B yra pralaidumas (rad/sek), o wc1 ir wc2 yra ribiniai dažniai (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

3 žingsnis: suprojektuokite žemo dažnio filtrą

Šio komponento tikslas yra filtruoti dažnius, viršijančius tam tikrą ribinį dažnį (wc), iš esmės neleidžiant jiems praeiti. Mes nusprendėme filtruoti 250 Hz dažniu, kad išvengtume pjovimo per arti vidutinio dažnio, naudojamo EKG signalui matuoti (150 Hz). Norėdami apskaičiuoti šio komponento vertes, naudosime šias lygtis:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/ribinis dažnis (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

Mes nustatysime stiprinimą kaip 1, todėl R3 tampa atvira grandine (be rezistoriaus), o R4 - trumpuoju jungimu (tik viela).

4 žingsnis: išbandykite grandinę

Kiekvienam komponentui atliekamas kintamosios srovės valymas, siekiant nustatyti filtro efektyvumą. Kintamosios srovės valymas matuoja komponento dydį įvairiais dažniais. Tikitės pamatyti skirtingas formas, priklausomai nuo komponento. Kintamosios srovės šlavimo svarba yra įsitikinti, kad sukūrus grandinė tinkamai veikia. Norėdami atlikti šį bandymą laboratorijoje, tiesiog įrašykite „Vout/Vin“dažnių diapazonu. Prietaisų stiprintuvui išbandėme nuo 50 iki 1000 Hz, kad gautume platų diapazoną. Įpjovos filtrą išbandėme nuo 10 iki 90 Hz, kad gerai suprastume, kaip komponentas reaguoja apie 60 Hz. Žemo dažnio filtro atveju mes išbandėme nuo 50 iki 500 Hz, kad suprastume, kaip grandinė reaguoja, kai ji turi praeiti, ir kada ji turi sustoti.

5 veiksmas: EKG grandinė „LabView“

Tada „LabView“norite sukurti blokinę schemą, kuri imituotų EKG signalą per A/D keitiklį, o tada nubraižytų signalą kompiuteryje. Pradėjome nuo DAQ plokštės signalo parametrų nustatymo nustatydami, kokio vidutinio širdies ritmo tikėjomės; pasirinkome 60 dūžių per minutę. Tada, naudodamiesi 1 kHz dažniu, galėjome nustatyti, kad mums reikia parodyti maždaug 3 sekundes, kad gautume 2-3 EKG smailės bangos formos grafike. Rodėme 4 sekundes, kad įsitikintume, jog užfiksuojame pakankamai EKG smailių. Blokinė schema skaitys gaunamą signalą ir naudos pikų aptikimą, kad nustatytų, kaip dažnai vyksta pilnas širdies plakimas.

6 žingsnis: EKG ir širdies ritmas

Naudojant blokinės schemos kodą, EKG bus rodomas bangos formos laukelyje, o šalia jo bus rodomi dūžiai per minutę. Dabar turite veikiantį širdies ritmo monitorių! Norėdami dar labiau mesti sau iššūkį, pabandykite naudoti savo grandinę ir elektrodus, kad parodytumėte savo širdies ritmą realiuoju laiku!