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

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

Elektrokardiograma arba EKG yra labai senas širdies sveikatos matavimo ir analizės metodas. Signalas, nuskaitomas iš EKG, gali rodyti sveiką širdį ar įvairias problemas. Patikimas ir tikslus dizainas yra svarbus, nes jei EKG signalas rodo deformuotą bangos formą arba neteisingą širdies plakimą, žmogus gali būti neteisingai diagnozuotas. Tikslas yra sukurti EKG grandinę, galinčią gauti, sustiprinti ir filtruoti EKG signalą. Tada konvertuokite tą signalą per A/D keitiklį į „Labview“, kad gautumėte realaus laiko grafiką ir širdies plakimą EKG signalo BPM. Išvesties bangos forma turėtų atrodyti kaip šis vaizdas.

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: grandinės projektavimas

Grandinė turi sugebėti gauti ir sustiprinti EKG signalą. Norėdami tai padaryti, mes sujungsime tris aktyvius filtrus; prietaisų stiprintuvą, antros eilės Butterworth žemo dažnio filtrą ir išpjovos filtrą. Šių grandinių konstrukciją galima pamatyti paveikslėliuose. Mes eisime per juos po vieną, tada sudėsime juos, kad užbaigtume visą grandinę.

2 žingsnis: instrumentų stiprintuvas

Norint gauti gerą signalą, prietaisų stiprintuvo stiprinimas turi būti 1000 V/V. Stiprinimas per prietaisų stiprintuvą vyksta dviem etapais. Pirmąjį etapą sudaro du stiprintuvai kairėje ir rezistorius R1 ir R2, o antrasis stiprinimo etapas - op stiprintuvas dešinėje ir rezistoriai R3 ir R4. 1 ir 2 pakopų stiprinimas (stiprinimas) pateiktas (1) ir (2) lygtyse.

1 etapo padidėjimas: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

2 etapo padidėjimas: K2 = R4/R3 (2)

Svarbi pastaba apie grandinių padidėjimą yra dauginanti; pvz. visos schemos 2 paveiksle padidėjimas yra K1*K2. Šios lygtys sukuria schemoje parodytas reikšmes. Šiam filtrui reikalingos medžiagos yra trys LM741 op stiprintuvai, trys 1k omų rezistoriai, du 24,7 kohm rezistoriai ir du 20 kohm rezistoriai.

3 žingsnis: įpjovos filtras

Kitas etapas yra įpjovos filtras, kuris pašalina 60 Hz triukšmą. Šį dažnį reikia išjungti, nes dėl elektros linijos trukdžių yra daug papildomo triukšmo, esant 60 Hz dažniui, tačiau jis nepašalins nieko reikšmingo iš EKG signalo. Grandinėje naudojamų komponentų vertės yra pagrįstos dažniu, kurį norite išfiltruoti, šiuo atveju 60 Hz (377 rad/s). Komponentų lygtys yra tokios

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Tam reikalingos medžiagos buvo vienas LM741 op stiprintuvas, trys rezistoriai, kurių vertė 1658 omai, 424,4 kohm ir 1651 omai, ir 3 kondensatoriai, du esant 100 nF ir vienam esant 200 nF.

4 žingsnis: žemo dažnio filtras

Paskutinis etapas yra antros eilės Butterworth žemo dažnio filtras, kurio išjungimo dažnis yra 250 Hz. Tai yra ribinis dažnis, nes EKG signalas svyruoja tik iki 250 Hz. Filtro komponentų verčių lygtys apibrėžtos šiose lygtyse:

R1 = 2/ (1571 (1.4C2 + rūšiuoti (1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Šiam filtrui reikalingos medžiagos buvo vienas LM741 op stiprintuvas, du 15,3 ir 25,6 kohm rezistoriai ir du 47 nF ir 22 nF kondensatoriai.

Kai visi trys etapai bus suprojektuoti ir pastatyti, galutinė grandinė turėtų atrodyti kaip nuotrauka.

5 žingsnis: grandinės testavimas

Sukūrus grandinę, reikia patikrinti, ar ji veikia tinkamai. Kiekvienam filtrui reikia atlikti kintamosios srovės valymą, naudojant 1 Hz dažnio širdies įvesties signalą iš įtampos generatoriaus. Dydžio atsakas dB turėtų atrodyti kaip vaizdai. Jei AC valymo rezultatai yra teisingi, grandinė baigta ir paruošta naudoti. Jei atsakymai neteisingi, grandinę reikia derinti. Pirmiausia patikrinkite visas jungtis ir maitinimo įvestis, kad įsitikintumėte, jog viskas gerai prijungta. Jei tai neišsprendžia problemos, naudokite filtrų komponentų lygtis, kad prireikus sureguliuotumėte rezistorių ir kondensatorių vertes, kol išvestis bus ten, kur ji turėtų būti.

6 veiksmas: sukurkite VUI „Labview“

„Labview“yra skaitmeninė duomenų rinkimo programinė įranga, leidžianti vartotojui sukurti VUI arba virtualią vartotojo sąsają. DAQ plokštė yra A/D keitiklis, galintis konvertuoti ir perduoti EKG signalą į „Labview“. Naudojant šią programinę įrangą, EKG signalas gali būti pavaizduotas amplitudės ir laiko grafike, kad būtų galima aiškiai perskaityti signalą ir tada paversti jį širdies plakimu BPM. Pirmas dalykas, kurio reikia, yra DAQ plokštė, kuri surenka duomenis ir konvertuoja juos į skaitmeninį signalą, kad išsiųstų į kompiuterio „Labview“. Pirmas dalykas, kurį reikėjo pridėti prie „Labview“dizaino, buvo „DAQ Assistant“, kuris gauna signalą iš DAQ plokštės ir apibrėžia atrankos parametrus. Kitas žingsnis yra prijungti bangos formos grafiką prie DAU asistento išvesties pagal VUI dizainą, kuriame pavaizduotas EKG signalas, rodantis EKG bangos formą. Dabar, kai bangos formos grafikas yra baigtas, duomenis taip pat reikia konvertuoti, kad būtų gautas skaitinis širdies ritmo rezultatas. Pirmasis šio skaičiavimo žingsnis buvo rasti maksimalų EKG duomenų kiekį, prijungus maks./Min. Elementą prie DAU duomenų išvesties VUI, o tada perduoti jį kitam elementui, vadinamam piko aptikimu, ir elementui, kuris surastų laiko pokytis, vadinamas dt. Piko aptikimo elementui taip pat reikėjo slenksčio nuo max/min, kuris buvo apskaičiuotas paėmus maksimumą iš max min elemento ir padauginus jį iš 0,8, kad būtų rasta 80% didžiausios vertės, tada įvesta į smailės aptikimo elementą. Ši riba leido smailės aptikimo elementui rasti didžiausią R bangą ir vietą, kurioje įvyko didžiausia, ignoruojant kitas signalo viršūnes. Tada smailių vietos buvo išsiųstos į rodyklės masyvo elementą, pridėtą šalia VUI. Indekso masyvo elementas buvo nustatytas saugoti masyve, kurio indeksas prasideda nuo 0, o kitas prasideda nuo indekso 1. Tada jie buvo atimti vienas nuo kito, kad būtų galima rasti dviejų smailių vietų skirtumą, kuris atitinka skaičių taškų tarp kiekvienos smailės. Taškų skaičius, padaugintas iš laiko skirtumo tarp kiekvieno taško, parodo laiką, kurio reikia kiekvienam smūgiui įvykti. Tai buvo padaryta padauginus iš dt elemento išvestį ir iš dviejų masyvų atimties išvestį. Tada šis skaičius buvo padalytas iš 60, kad būtų galima rasti dūžių per minutę, ir tada buvo išvestas naudojant skaitmeninio indikatoriaus elementą VUI. VUI dizaino sąranka „Labview“yra parodyta paveikslėlyje.

7 žingsnis: sudėkite viską kartu

Pasibaigus VUI naudojimui „Labview“, paskutinis žingsnis yra prijungti grandinę prie DAQ plokštės, todėl signalas eina per grandinę, į plokštę, tada į „Labview“. Jei viskas veikia tinkamai, 1 Hz signalas turėtų išgauti paveiksle pavaizduotą bangos formą ir 60 dūžių per minutę. Dabar turite veikiantį EKG ir širdies ritmo skaitmeninį monitorių.