EKG vezje: 7 korakov

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

EKG je test, ki meri električno aktivnost srca s snemanjem srčnega ritma in aktivnosti. Deluje tako, da sprejema in bere signale iz srca s pomočjo žic, ki so pritrjene na elektrokardiografski aparat. Ta navodila vam bodo pokazala, kako sestaviti vezje, ki beleži, filtrira in prikazuje bioelektrični signal srca. 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.

To vezje vsebuje tri različne stopnje, povezane zaporedno s programom LabView. Upori v instrumentacijskem ojačevalniku so bili izračunani z dobičkom 975, da se zagotovi, da je majhne signale iz srca še vedno mogoče ujeti v vezje. Zarezni filter odstrani 60 Hz hrup iz vtičnice v steni. Nizkoprepustni filter zagotavlja odstranjevanje visokofrekvenčnega šuma iz vezja za boljše zaznavanje signala.

Preden zaženete ta Instructable, bi bilo koristno, da se seznanite z operacijskim ojačevalnikom splošnega namena uA741. Različni zatiči v operacijskem ojačevalniku imajo različne namene in vezje ne bo delovalo, če so nepravilno priključeni. Nepravilna povezava nožic na ploščo je tudi enostaven način, da op-amp popražite in ga onemogočite. Spodnja povezava vsebuje shemo za op-ojačevalce v tem navodilu.

Vir slike:

1. korak: Zberite materiale

Materiali, potrebni za vse tri stopnje filtra:

• Osciloskop
• Generator funkcij
• Napajanje (+15V, -15V)
• Tlačna plošča brez spajkanja
• Različni bananasti kabli in sponke iz aligatorja
• EKG nalepke za elektrode
• Različne mostične žice

Instrumentacijski ojačevalnik:

• 3 op-ojačevalniki (uA741)

• Upori:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Zarezni filter:

• 1 op-amp (uA741)

• Upori:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondenzatorji:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Nizkoprepustni filter:

• 1 op-ojačevalnik (uA741)

• Upori:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondenzatorji:

  • 22 nF
  • 47 nF

Korak: Zgradite instrumentacijski ojačevalnik

Biološki signali pogosto oddajajo le napetosti med 0,2 in 2 mV [2]. Te napetosti so premajhne, da bi jih lahko analizirali na osciloskopu, zato smo morali zgraditi ojačevalnik.

Ko je vezje zgrajeno, se prepričajte, da deluje pravilno, tako da izmerite napetost na Vout (prikazano kot vozlišče 2 na zgornji sliki). S funkcijskim generatorjem smo na naš instrumentacijski ojačevalnik poslali sinusni val z vhodno amplitudno napetostjo 20 mV. Vse, kar je predaleč nad tem, vam ne bo dalo rezultatov, ki jih iščete, ker so operacijski ojačevalniki dobivali le določeno moč -15 in +15 V. Primerjajte izhod funkcijskega generatorja z izhodom vašega instrumentacijskega ojačevalnika in poiščite dobiček blizu 1000 V. (Vout/Vin bi moral biti zelo blizu 1000).

Namig za odpravljanje težav: Prepričajte se, da so vsi upori v območju kΩ.

[2] »Kondicioniranje signala visoko zmogljivega elektrokardiograma (EKG) | Izobraževanje | Analogne naprave. " [Na spletu]. Na voljo: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Dostop: 10. december 2017].]

Korak: Zgradite Notch Filter

Naš zarezni filter je bil zasnovan za filtriranje frekvence pri 60 Hz. 60 Hz želimo filtrirati iz našega signala, ker je to frekvenca izmeničnega toka v električnih vtičnicah.

Ko preskušate zarezni filter, izmerite razmerje med vrhovi in vrhovi med vhodnimi in izhodnimi grafi. Pri 60 Hz mora biti razmerje -20 dB ali boljše. To je zato, ker je pri -20 dB izhodna napetost v bistvu 0V, kar pomeni, da ste signal uspešno filtrirali pri 60 Hz! Preizkusite tudi frekvence okoli 60 Hz, da se prepričate, da po naključju ne izločijo nobene druge frekvence.

Namig za odpravljanje težav: Če pri 60 Hz ne morete doseči natančno -20dB, izberite en upor in ga nekoliko spremenite, dokler ne dobite želenih rezultatov. Morali smo se poigrati z vrednostjo R2, dokler nismo dobili želenih rezultatov.

4. korak: Zgradite nizkoprepustni filter

Naš nizkoprepustni filter je bil zasnovan z mejno frekvenco 150 Hz. Za to mejo smo se odločili, ker je najširši diagnostični razpon za EKG 0,05 Hz - 150 Hz, ob predpostavki nepremičnega in tihega okolja [3]. Nizkoprepustni filter se lahko znebi visokofrekvenčnega hrupa, ki prihaja iz mišic ali drugih delov telesa [4].

Če želite preveriti pravilno delovanje tega vezja, izmerite Vout (na diagramu vezja prikazano kot vozlišče 1). Pri 150 Hz mora biti amplituda izhodnega signala 0,7 -kratna amplituda vhodnega signala. Uporabili smo vhodni signal 1V, da smo lahko enostavno videli, da mora biti naš izhod 0,7 pri 150 Hz.

Nasveti za odpravljanje težav: dokler je vaša mejna frekvenca v nekaj Hz 150 Hz, bi moralo vaše vezje delovati. Na koncu smo dosegli 153 Hz. Razpon bioloških signalov bo v telesu nekoliko nihal, tako da bi moralo vaše vezje delovati, dokler niste izklopljeni več kot nekaj Hz.

[3] “EKG filtri | MEDTEQ. " [Na spletu]. Na voljo: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Dostop: 10. december 2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson in S. J. Asirvatham, "Signali in obdelava signalov za elektrofiziologa: I. del: pridobivanje elektrogramov," Circ. Aritmija Electrophysiol., Letn. 4, ne. 6, str. 965–973, december 2011.

5. korak: Ustvarite program LabView

[5] "Projekt oblikovalskega laboratorija BME 305" (jesen 2017).

Ta blokovni diagram laboratorijskega pregleda je zasnovan za analizo signala, ki poteka skozi program, za odkrivanje vrhov EKG, zbiranje časovne razlike med vrhovi in matematični izračun BPM. Oddaja tudi graf valovne oblike EKG.

6. korak: Povežite vse tri stopnje

Vsa tri zaporedna vezja povežite tako, da izhod instrumentacijskega ojačevalnika povežete z vhodom zareznega filtra, izhod zarezovalnega filtra pa na vhod nizkoprepustnega filtra. Izhod nizkoprepustnega filtra priključite na pomočnika DAQ in pomočnika DAQ priključite na računalnik. Ko povezujete vezja skupaj, se prepričajte, da so napajalni trakovi za vsako ploščo povezani in vsi ozemljitveni trakovi povezani z istim ozemljitvenim sponom.

V instrumentacijskem ojačevalniku mora biti drugi op-amp ojačan, tako da se lahko dva kabla elektrod, ki sta povezana s preskušanim, povežeta z različnim op-amp-om v prvi fazi tega filtra.

7. korak: Pridobite signale od človeka, ki je bil preizkušen

Na vsako zapestje je treba namestiti eno nalepko z elektrodo, eno pa na gleženj za tla. Uporabite sponke iz aligatorja, da dve zapestni elektrodi priključite na vhode instrumentacijskega ojačevalnika in gleženj na maso. Ko ste pripravljeni, kliknite »zaženi« v programu LabView in si oglejte srčni utrip in EKG na zaslonu!