Zbirni tokokrog EKG: 5 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

OBVESTILO: To ni medicinski pripomoček. To je samo v izobraževalne namene z uporabo simuliranih signalov. Če uporabljate to vezje za prave meritve EKG-ja, se prepričajte, da vezje in povezave vezje-instrument uporabljajo ustrezne izolacijske tehnike

Morda je najbolj razširjena fiziološka meritev v današnji zdravstveni industriji elektrokardiogram (EKG/EKG). Težko je hoditi skozi bolnišnico ali urgenco, ne da bi slišali tradicionalni "pisk" merilnika srčnega utripa ali videli, kako se valovna oblika EKG -ja premika po zaslonu v bolnikovi sobi. Toda kaj je to merjenje, ki je postalo tako povezano s sodobnim zdravstvom?

Elektrokardiogram se pogosto zamenjuje s snemanjem telesne aktivnosti srca, vendar kot že ime pove, gre dejansko za snemanje električne aktivnosti, depolarizacije in repolarizacije srčnih mišic. Z analizo posnete valovne oblike lahko zdravniki dobijo vpogled v vedenje električnega sistema srca. Nekatere pogoste diagnoze na podlagi podatkov EKG vključujejo: miokardni infarkt, pljučno embolijo, aritmije in AV bloke.

Naslednji Instructable opisuje postopek in načela, uporabljena za izdelavo osnovnega električnega vezja, ki lahko zbira EKG z uporabo preprostih površinskih elektrod, kot se to počne v bolnišnicah.

1. korak: Oblikujte instrumentacijski ojačevalnik

Prvi element vezja, potreben za snemanje EKG signala, je instrumentacijski ojačevalnik. Ta ojačevalnik ima dva učinka.

1. Ustvari elektronski medpomnilnik med snemalnimi elektrodami in preostalim vezjem. To zmanjša potrebno porabo toka iz elektrod na praktično nič. Omogoča zbiranje signala z zelo majhnim popačenjem zaradi vhodne impedance.

2. Različno ojača posneti signal. To pomeni, da noben signal, ki je skupen v obeh snemalnih elektrodah, ne bo ojačan, razlike (pomembni deli) pa bodo.

Običajno so posnetki površinskih elektrod za EKG v območju miliVolt. Zato je za prenos tega signala v obseg primerno delati z ojačitvijo (K) 1000 V/V.

Vodilne enačbe za ojačevalnik, prikazane zgoraj, so:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, to je dobiček prve stopnje

K2 = - R4/R3, to je dobiček stopnje 2

Upoštevajte, da bi morali biti v idealnem primeru K1 in K2 približno enaki in za dosego želene ojačitve K1 * K2 = 1000

Končne vrednosti, uporabljene v našem vezju, so bile….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

2. korak: Oblikovanje notch filtra

V sodobnem svetu bo verjetno zbiranje EKG v bližini nekaterih drugih elektronskih naprav ali celo samo v stavbi, ki se z električno energijo napaja iz lokalnih daljnovodov. Na žalost visokonapetostna in nihajoča moč napajanja pomeni, da bo proizvedlo veliko električnega "hrupa" v skoraj vsakem prevodnem materialu, ki je v njegovi bližini; to vključuje žice in elemente vezja, ki se uporabljajo za izdelavo našega zbiralnega tokokroga EKG.

Za boj proti temu se lahko vsak signal s frekvenco, ki je enaka hrupu, ki ga ustvarja lokalno napajanje (imenovano hrup omrežja), preprosto odfiltrira in v bistvu odstrani. V ZDA električno omrežje napaja 110-120V s frekvenco 60 Hz. Zato moramo filtrirati katero koli komponento signala s frekvenco 60 Hz. Na srečo je bilo to že večkrat izvedeno in zahteva le zasnovo zareznega filtra (na sliki zgoraj).

Enačbe, ki urejajo ta filter, so….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

kjer je wc2 visoka mejna frekvenca, w2 nizka mejna frekvenca, w mejna frekvenca v rad/s in Q faktor kakovosti

Upoštevajte, da je C vrednost, ki jo lahko prosto izberete. V našem vezju so bile uporabljene naslednje vrednosti:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sek

3. korak: Nizkoprepustni filter

EKG signali imajo frekvenco okoli 0 - 150Hz. Da bi preprečili povezovanje več hrupa s signalom stvari z višjo frekvenco od tega območja, je bil izveden nizkoprepustni filter ButterWorth drugega reda z mejno vrednostjo 150Hz, ki je omogočal prehod samo signala EKG skozi vezje. Namesto takojšnje izbire hitro dostopne vrednosti kondenzatorja, tako kot prejšnje komponente, je bila prva vrednost kondenzatorja, C2, izbrana na podlagi spodnje formule. Na podlagi te vrednosti bi lahko izračunali vse druge vrednosti komponent in jih nato dodali v vezje, pri čemer bi dobiček spet ohranili na 1V/V.

C2 ≈ 10/fc uf, kjer je fc mejna frekvenca (v tem primeru 150 Hz).

Nato lahko preostale vrednosti izračunate, kot je prikazano v tabeli, ki je vključena kot druga slika v tem koraku.

Končne vrednosti, ki so bile uporabljene za zgornjo shemo, so:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

4. korak: Priprava na LabVIEW

Edini materiali, potrebni za ta del zbirke EKG, so računalniki z operacijskim sistemom Windows, opremljeni s 64-bitno kopijo programa LabVIEW in tablo za kondicioniranje signala nacionalnih instrumentov () z enim vhodnim modulom. Funkcionalni blok diagram v LabVIEW -u je treba nato sestaviti na naslednji način. Začnite tako, da odprete prazen funkcionalni blokovni diagram.

Vstavite blok DAQ Assistant in prilagodite nastavitve na naslednje:

Merjenje: Analogno → Napetost

Način: RSE

Vzorčenje: Neprekinjeno vzorčenje

Zbranih vzorcev: 2500

Hitrost vzorčenja: 1000 / s

Zbrano valovno obliko oddajte v graf valovne oblike. Poleg tega izračunajte največjo vrednost trenutnih podatkov o valovni obliki. Največjo vrednost vala pomnožite z vrednostjo, kot je.8, da ustvarite prag za zaznavanje vrha, to vrednost lahko prilagodite glede na raven hrupa v signalu. Vnesite produkt prejšnjega koraka kot prag in niz surove napetosti kot podatke za funkcijo »zaznavanje vrhov«. Nato vzemite izhod »Lokacija« matrike zaznavanja vrhov in odštejte prvo in drugo vrednost. To predstavlja razliko v vrednostih indeksov dveh vrhov v začetnem nizu. To lahko nato pretvorimo v časovno razliko tako, da vrednost delimo s hitrostjo vzorčenja, za primer je to 1000 /s. Na koncu vzemite obratno vrednost (podajte Hz) in pomnožite s 60, da dobite srčni utrip v utripih na minuto. Končni blokovni diagram za to bi moral biti podoben sliki glave za ta korak.

5. korak: Celovita integracija sistema

Zdaj, ko so bile vse komponente izdelane posamično, je čas, da trgovski center združimo. To lahko storite tako, da preprosto ožičite izhod enega odseka na vhod naslednjega segmenta. Stopnice morajo biti povezane v istem vrstnem redu, kot je prikazano v tem navodilu. Za zadnjo stopnjo, filter ButterWorth, mora biti njegov vhod priključen na enega od dveh vodnikov na vhodnem modulu plošče za kondicioniranje signala. Drugi kabel iz tega modula mora biti pritrjen na ozemljitev vezja.

Za instrumentacijski ojačevalnik morata biti vsaka njegova kabla pritrjena na elektrodo EKG/EKG. To enostavno naredite z uporabo dveh aligatorskih sponk. Nato na vsako zapestje namestite eno elektrodo. Prepričajte se, da so vsi segmenti vezja povezani in da LabVIEW VI deluje in da mora sistem v oknu LabVIEW prikazati graf valovne oblike.

Izhod mora biti podoben drugi sliki v tem koraku. Če ni podobno, boste morda morali prilagoditi vrednosti vašega vezja. Pogosta težava je, da zarezni filter ne bo centriran neposredno pri 60 Hz in je lahko nekoliko previsok/nizek. To je mogoče preizkusiti z ustvarjanjem grafikona bode za filter. V idealnem primeru bo imel filter z zarezami vsaj 20 dB dušenje pri 60 Hz. Morda bi bilo koristno preveriti tudi, ali je lokalno napajanje pri 60 Hz. Ni redkost, da imajo nekatera območja napajalne napetosti 50 Hz, kar bi zahtevalo centriranje zareznega filtra okoli te vrednosti.