EKG ir širdies ritmo monitorius: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

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.

Viena iš svarbiausių diagnostinių priemonių, naudojamų šioms ligoms aptikti, yra elektrokardiograma (EKG). Elektrokardiograma veikia sekant elektrinį impulsą per širdį ir perduodant jį atgal į aparatą [1]. Signalas paimamas iš ant kūno uždėtų elektrodų. Elektrodų išdėstymas yra labai svarbus norint paimti fiziologinius signalus, nes jie veikia registruojant viso kūno potencialo skirtumą. Standartinis elektrodų išdėstymas yra Einthoveno trikampio naudojimas. Čia vienas elektrodas dedamas ant dešinės rankos, kairės rankos ir kairės kojos. Kairė koja veikia kaip pagrindas elektrodams ir surenka dažnio triukšmą kūne. Dešinėje rankoje yra neigiamas elektrodas, o kairėje - teigiamas elektrodas, kad būtų galima apskaičiuoti galimą krūtinės ląstos skirtumą ir taip paimti elektros energiją iš širdies [2]. Šio projekto tikslas buvo sukurti prietaisą, kuris galėtų sėkmingai įgyti EKG signalą ir aiškiai atkurti signalą be triukšmo ir pridėjus širdies ritmo matavimą.

1 žingsnis: medžiagos ir įrankiai

• Įvairūs rezistoriai ir kondensatoriai
• Bandomoji Lenta
• Funkcijų generatorius
• Osciloskopas
• DC maitinimo šaltinis
• Op stiprintuvai
• Kompiuteris su įdiegtu „LABView“
• BNC kabeliai
• DAQ asistentas

2 žingsnis: sukurkite instrumentų stiprintuvą

Siekiant tinkamai sustiprinti bioelektrinį signalą, bendras dviejų pakopų prietaisų stiprintuvo padidėjimas turėtų būti 1000. Kiekvienas etapas padauginamas, kad būtų gautas bendras stiprumas, o toliau pateiktos lygtys, naudojamos atskiriems etapams apskaičiuoti.

1 etapo padidėjimas: K1 = 1+2*R2/R1 2 pakopos padidėjimas: K2 = -R4/R3

Naudojant aukščiau pateiktas lygtis, mūsų naudojamos rezistorių vertės buvo R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ ir R4 = 33kΩ. Kad užtikrintumėte, jog šios vertės duos norimą išvestį, galite imituoti ją internete arba išbandyti naudodami osciloskopą, sukūrę fizinį stiprintuvą.

Prijungę pasirinktus rezistorius ir maitinimo plokštėje esančius op-amperus, turėsite maitinti ± 15 V stiprintuvus iš nuolatinės srovės maitinimo šaltinio. Tada prijunkite funkcijų generatorių prie prietaisų stiprintuvo įvesties ir osciloskopą prie išvesties.

Aukščiau esančioje nuotraukoje parodyta, kad užbaigtas prietaisų stiprintuvas atrodys kaip duonos lentelė. Norėdami patikrinti, ar jis veikia tinkamai, nustatykite funkcijų generatorių, kad jis sukeltų sinusinę bangą 1 kHz dažniu, o amplitudė nuo 20 iki 20 pikselių. Osciloskopo stiprintuvo išėjimo amplitudė turi būti 20 V, nes jos stiprumas yra 1000, jei ji veikia tinkamai.

3 žingsnis: sukurkite išpjovos filtrą

Dėl elektros linijos triukšmo reikėjo filtro, kuris išfiltruotų 60 Hz dažnio triukšmą, kuris yra elektros linijos triukšmas JAV. Buvo naudojamas įpjovos filtras, nes jis filtruoja tam tikrą dažnį. Norint apskaičiuoti rezistoriaus vertes, buvo naudojamos šios lygtys. Kokybinis koeficientas (Q) 8 dirbo gerai, o kondensatoriaus reikšmės buvo pasirinktos 0,1uF, kad būtų lengviau pastatyti. Dažnis lygtyse (pavaizduotas kaip w) yra 60 Hz išpjovos dažnis, padaugintas iš 2π.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Naudojant aukščiau pateiktas lygtis, mūsų naudojamos rezistoriaus vertės buvo R1 = 1,5 kΩ, R2 = 470 kΩ ir R3 = 1,5 kΩ. Kad užtikrintumėte, jog šios vertės duos norimą išvestį, galite imituoti ją internete arba išbandyti naudodami osciloskopą, sukūrę fizinį stiprintuvą.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta, kaip užpildytas išpjovos filtras atrodys duonos lentelėje. Operacinių stiprintuvų sąranka yra tokia pati kaip prietaisų stiprintuvo, o funkcijų generatorius dabar turėtų būti nustatytas taip, kad sukeltų sinusinę bangą 1 kHz dažniu, o amplitudė nuo didžiausios iki didžiausios. Jei atliksite kintamosios srovės valymą, turėtumėte įsitikinti, kad maždaug 60 Hz dažniai yra išfiltruoti.

4 žingsnis: sukurkite žemo dažnio filtrą

Siekiant išfiltruoti aukšto dažnio triukšmą, kuris nėra susijęs su EKG, buvo sukurtas žemo dažnio filtras, kurio ribinis dažnis yra 150 Hz.

R1 = 2/(w [aC2+kv. (A2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

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

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

Naudojant aukščiau pateiktas lygtis, mūsų naudojamos rezistorių vertės buvo R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0,01 µF ir C2 = 0,068 µF. R3 ir R4 reikšmės buvo lygios nuliui, nes norėjome, kad filtro padidėjimas K būtų lygus nuliui, todėl fizinėje sistemoje čia naudojome laidus, o ne rezistorius. Kad užtikrintumėte, jog šios vertės duos norimą išvestį, galite imituoti ją internete arba išbandyti naudodami osciloskopą, sukūrę fizinį stiprintuvą.

Norėdami sukurti fizinį filtrą, prijunkite pasirinktus rezistorius ir kondensatorius prie op-amp, kaip parodyta schemoje. Įjunkite stiprintuvą ir prijunkite funkcijų generatorių bei osciloskopą taip, kaip aprašyta ankstesniuose veiksmuose. Nustatykite, kad funkcijų generatorius skleistų sinusinę bangą esant 150 Hz dažniui, o amplitudė nuo didžiausios iki didžiausios-apie 1 V. Kadangi 150 Hz turėtų būti ribinis dažnis, jei filtras veikia tinkamai, šiuo dažniu dydis turėtų būti 3dB. Tai parodys, ar filtras tinkamai nustatytas.

5 žingsnis: Prijunkite visus komponentus kartu

Sukūrus kiekvieną komponentą ir išbandžius juos atskirai, juos visus galima sujungti nuosekliai. Prijunkite funkcijų generatorių prie prietaisų stiprintuvo įvesties, tada prijunkite jo išvestį prie įpjovos filtro įvesties. Padarykite tai dar kartą, prijungdami išpjovos filtro išvestį prie žemo dažnio filtro įvesties. Žemo dažnio filtro išvestis turėtų būti prijungta prie osciloskopo.

6 veiksmas: nustatykite „LabVIEW“

Tada EKG širdies plakimo bangos forma buvo užfiksuota naudojant DAQ asistentą ir „LabView“. DAQ asistentas gauna analoginius signalus ir apibrėžia atrankos parametrus. Prijunkite DAQ asistentą prie funkcijų generatoriaus, išvedančio širdies širdies signalą, ir prie kompiuterio naudodami „LabView“. Nustatykite „LabView“pagal aukščiau pateiktą schemą. DAQ asistentas atneš širdies bangą iš funkcijų generatoriaus. Norėdami peržiūrėti diagramą, taip pat pridėkite bangos formos diagramą prie „LabView“sąrankos. Naudokite skaitmeninius operatorius, kad nustatytumėte didžiausios vertės slenkstį. Schemoje panaudota 80 proc. Piko analizė taip pat turėtų būti naudojama norint rasti piko vietas ir susieti jas su laiko pokyčiais. Padauginkite piko dažnį iš 60, kad apskaičiuotumėte smūgius per minutę, ir šis skaičius buvo išvestas šalia grafiko.

7 žingsnis: Dabar galite įrašyti EKG

[1] „Elektrokardiograma - Teksaso širdies instituto širdies informacijos centras“. [Prisijungęs]. Galima: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Žiūrėta: 2017 m. Gruodžio 09 d.]

[2] „EKG bruožai, poliškumas ir Einthoveno trikampis - studentas fiziologas“. [Prisijungęs]. Galima: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Žiūrėta: 2017 m. Gruodžio 10 d.]