Sukurkite savo EKG!: 10 žingsnių

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

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

Širdies plakimas susideda iš ritminių susitraukimų, kuriuos reguliuoja spontaniškas elektrinių depoliarizacijų atsiradimas širdies miocituose (širdies raumenų ląstelėse). Tokį elektrinį aktyvumą galima užfiksuoti padedant neinvazinius įrašymo elektrodus skirtingose kūno vietose. Net įžangiškai suprantant grandines ir bioelektrumą, šiuos signalus galima užfiksuoti gana lengvai. Šioje instrukcijoje pristatome supaprastintą metodiką, kuri gali būti naudojama fiksuojant elektrokardiografinį signalą naudojant praktišką ir nebrangią įrangą. Visą laiką akcentuosime esminius tokių signalų gavimo aspektus ir pateiksime programinės signalų analizės metodus.

1 žingsnis: funkcijų apžvalga

Kuriamas įrenginys veiks dėl šių funkcijų:

1. Elektrodų įrašai
2. Prietaisų stiprintuvas
3. Įpjovos filtras
4. Žemo pralaidumo filtras
5. Konvertavimas iš analoginio į skaitmeninį
6. Signalo analizė naudojant „LabView“

Kai kurie pagrindiniai komponentai, kurių jums reikės:

1. „NI LabView“
2. NI duomenų rinkimo lenta (įvestims į „LabView“)
3. Nuolatinės srovės maitinimas (operaciniams stiprintuvams maitinti)
4. Odos elektrodų pagalvėlės elektrodams įrašyti
5. ARBA funkcijų generatorius, galintis sukurti imituojamą EKG signalą

Pradėkime!

2 žingsnis: suprojektuokite žemo dažnio filtrą

Įprastoje EKG yra atpažįstamos signalo bangos formos ypatybės, vadinamos P banga, QRS kompleksu ir T banga. Visos EKG funkcijos bus rodomos mažesniame nei 250 Hz dažnių diapazone, todėl svarbu fiksuoti tik dominančias ypatybes, kai įrašoma EKG iš elektrodų. Žemo dažnio filtras, kurio išjungimo dažnis yra 250 Hz, užtikrins, kad signalas neužfiksuotų aukšto dažnio triukšmo

3 žingsnis: suprojektuokite įpjovos filtrą

Įpjovos filtras, kurio dažnis yra 60 Hz, yra naudingas pašalinant triukšmą iš bet kurio maitinimo šaltinio, susijusio su EKG registravimu. Išjungimo dažniai nuo 56,5 Hz iki 64 Hz leis perduoti signalus, kurių dažnis yra už šio diapazono ribų. Filtrui buvo pritaikytas kokybės koeficientas 8. Pasirinkta 0,1 uF talpa. Eksperimentiniai rezistoriai buvo parinkti taip: R1 = R3 = 1,5 kOhm, R2 = 502 kOhm. Šios vertės buvo naudojamos įpjovos filtrui sukurti.

4 žingsnis: suprojektuokite instrumentų stiprintuvą

Prietaisų stiprintuvas su 1000 V/V stiprinimu sustiprins visus filtruotus signalus, kad būtų lengviau matuoti. Stiprintuvas naudoja operacinių stiprintuvų seriją ir yra padalintas į dvi pakopas (kairę ir dešinę) su atitinkamu stiprinimu K1 ir K2. Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodyta schemų schema, kuri gali pasiekti šį rezultatą, o 6 paveiksle išsamiai aprašyti atlikti skaičiavimai.

5 žingsnis: sujunkite viską kartu

Trys stiprinimo ir filtravimo etapai yra sujungti 7 paveiksle. Prietaisų stiprintuvas sustiprina sinusoidinio dažnio įvestį, padidindamas 1000V/V. Tada įpjovos filtras pašalina visą 60 Hz signalo dažnį, o kokybės koeficientas yra 8. Galiausiai signalas praeina per žemo dažnio filtrą, kuris silpnina signalus, viršijančius 250 Hz dažnį. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta visa eksperimentiniu būdu sukurta sistema.

6 žingsnis:… ir įsitikinkite, kad jis veikia

Jei turite funkcijų generatorių, turėtumėte sukurti dažnio atsako kreivę, kad užtikrintumėte tinkamą atsaką. Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodyta visa sistema ir dažnio atsako kreivė, kurios turėtumėte tikėtis. Jei atrodo, kad jūsų sistema veikia, esate pasirengęs pereiti prie kito žingsnio: analoginio signalo konvertavimas į skaitmeninį!

7 žingsnis: (neprivaloma) Vizualizuokite savo EKG osciloskopu

EKG įrašo signalą dviem elektrodais ir naudoja trečiąjį elektrodą kaip įžeminimą. Naudodami EKG įrašymo elektrodus, vieną įkiškite į vieną prietaisų stiprintuvo įvestį, kitą - į kitą prietaisų stiprintuvo įvestį, o trečiąjį prijunkite prie įvesties lentos. Tada uždėkite vieną elektrodą ant vieno riešo, kitą - ant kito riešo ir įžeminkite ant kulkšnies. Tai 1 laido EKG konfigūracija. Norėdami vizualizuoti savo osciloskopo signalą, naudokite osciloskopo zondą, kad išmatuotumėte trečiosios pakopos išėjimą.

8 žingsnis: Duomenų gavimas naudojant „National Instruments DAQ“

Jei norite analizuoti savo signalą „LabView“, jums reikės tam tikro būdo surinkti analoginius duomenis iš EKG ir perkelti juos į kompiuterį. Yra įvairių būdų gauti duomenis! „National Instruments“yra įmonė, kuri specializuojasi duomenų surinkimo ir duomenų analizės įrenginiuose. Jie yra gera vieta ieškoti duomenų rinkimo įrankių. Taip pat galite nusipirkti nebrangų analoginio -skaitmeninio keitiklio lustą ir naudoti Raspberry Pi signalui perduoti! Tai turbūt pigiausias variantas. Šiuo atveju namuose jau turėjome NI DAQ modulį, NI ADC ir „LabView“, todėl laikėmės griežtai „National Instruments“aparatinės ir programinės įrangos.

9 veiksmas: importuokite duomenis į „LabVIEW“

Vizualinio programavimo kalba LabVIEW buvo naudojama analizuojant duomenis, surinktus iš analoginės stiprinimo/filtravimo sistemos. Duomenys buvo surinkti iš NI DAQ įrenginio su „DAQ Assistant“, integruota duomenų rinkimo funkcija „LabVIEW“. Naudojant „LabView“valdiklius, mėginių skaičius ir mėginių surinkimo laikas buvo nustatyti programiškai. Valdikliai reguliuojami rankiniu būdu, todėl vartotojas gali lengvai sureguliuoti įvesties parametrus. Žinant bendrą mėginių skaičių ir laiko trukmę, buvo sukurtas laiko vektorius, kurio kiekviena indekso reikšmė atspindėjo atitinkamą laiką kiekviename užfiksuoto signalo mėginyje.

10 veiksmas: formatuokite, analizuokite ir baigsite

Duomenys iš DAQ asistento funkcijos buvo paversti tinkamu formatu. Signalas buvo atkurtas kaip 1D dvigubų matrica, pirmiausia konvertuojant DAQ išvesties duomenų tipą į bangos formos duomenų tipą, o tada konvertuojant į (X, Y) grupuotą dvigubų porą. Kiekviena Y reikšmė iš (X, Y) poros buvo pasirinkta ir įterpta į iš pradžių tuščią 1D dvigubų masyvą, naudojant kilpinę struktūrą. 1D dvigubų masyvas ir atitinkamas laiko vektorius buvo pavaizduotas XY grafike. Tuo pačiu metu didžiausia 1D masyvo dviguba vertė buvo nustatyta naudojant maksimalios vertės identifikavimo funkciją. Šešios dešimtosios didžiausios vertės buvo naudojamos kaip „LabView“integruoto piko aptikimo algoritmo slenkstis. Dvigubo 1D masyvo smailės vertės buvo identifikuotos naudojant smailės aptikimo funkciją. Kai žinomos smailių vietos, buvo apskaičiuotas laiko skirtumas tarp kiekvienos smailės. Šis laiko skirtumas, išreikštas sekundės vienetais per smailę, buvo paverstas smailėmis per minutę. Manoma, kad gauta reikšmė atspindi širdies susitraukimų dažnį dūžiais per minutę.

Viskas! Dabar surinkote ir išanalizavote EKG signalą!