EKG monitor: 8 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.

Elektrokardiografija je postopek snemanja električnih signalov, ki jih proizvaja srce pacienta, za pridobivanje informacij o srčni aktivnosti. Za učinkovit zajem električnega signala ga je treba filtrirati in ojačati skozi električne komponente. Podatke je treba uporabniku predstaviti tudi na jasen in učinkovit način.

Naslednji Instructable opisuje, kako zgraditi ojačevalno/filtrirno vezje in uporabniški vmesnik. Vključuje gradnjo instrumentacijskega ojačevalnika, zareznega filtra, nizkoprepustnega filtra in uporabniškega vmesnika v LabVIEW.

Prvi korak v procesu je opredelitev zahtev analognega vezja. Po opredelitvi zahtev se sprejme odločitev o tem, katere primarne komponente bodo sestavljale vezje. Kasneje se obravnavajo manjše podrobnosti o značilnostih teh glavnih komponent, na koncu pa se faza načrtovanja vezja zaključi z opredelitvijo natančnih vrednosti vsakega upora in kondenzatorja v vezju.

1. korak: Določanje zahtev in primarnih komponent

Naloga vezja je ojačati signal EKG -ja, ki ga ustvari pacient, in filtrirati ves povezani hrup. Neobdelani signal je sestavljen iz kompleksne valovne oblike z največjo amplitudo približno 2 mV in frekvenčnih komponent v območju od 100 Hz do 250 Hz v kompleksu QRS. To je signal, ki ga je treba ojačati in posneti.

Poleg tega zanimivega signala nastaja hrup iz več virov. Napajalniki oddajajo hrup 60 Hz, gibanje pacienta pa artefakte v območju manj kot 1 Hz. Več visokofrekvenčnega hrupa povzroča sevanje v ozadju in telekomunikacijski signali, kot so mobilni telefoni in brezžični internet. Ta zbirka hrupa je signal za filtriranje.

Vezje mora najprej ojačati surov signal. Nato mora izločiti šum 60 Hz in vsak drugi hrup nad 160 Hz. Filtriranje nizkofrekvenčnega hrupa, povezanega s pacientovim gibanjem, se šteje za nepotrebnega, saj lahko pacienta preprosto naročimo, naj miruje.

Ker se signal meri kot razlika potenciala med dvema elektrodama na pacientu, se ojačanje doseže z uporabo instrumentacijskega ojačevalnika. Lahko bi uporabili tudi preprost ojačevalnik z razlikami, vendar instrumentalni ojačevalniki pogosto delujejo bolje glede zavračanja hrupa in toleranc. 60 Hz filtriranje je doseženo z uporabo zareznega filtra, preostanek visokofrekvenčnega filtriranja pa z uporabo nizkoprepustnega filtra. Ti trije elementi sestavljajo celotno analogno vezje.

Če poznamo tri elemente vezja, lahko opredelimo manjše podrobnosti glede dobičkov, mejnih frekvenc in pasovnih širin komponent.

Instrumentni ojačevalnik bo nastavljen na ojačanje 670. To je dovolj veliko za snemanje majhnega EKG signala, a tudi dovolj majhno, da zagotovi, da se op-ojačevalniki ob testiranju vezja s signali blizu 20 mV obnašajo v svojem linearnem območju, kot je minimum pri nekaterih generatorjih funkcij.

Zarezni filter bo centriran na 60 Hz.

Nizkoprepustni filter bo imel mejno frekvenco 160 Hz. To bi moralo še vedno zajeti večino kompleksa QRS in zavrniti visokofrekvenčni hrup v ozadju.

Korak: Instrumentacijski ojačevalnik

Zgornje sheme opisujejo instrumentacijski ojačevalnik.

Ojačevalnik ima dve stopnji. Prvo stopnjo sestavljata dva op-ojačevalnika na levi strani zgornjih slik, drugo stopnjo pa en sam op-ojačevalnik na desni. Dobiček vsakega od teh je mogoče poljubno modulirati, vendar smo se odločili, da ga zgradimo z ojačanjem 670 V/V. To je mogoče doseči z naslednjimi vrednostmi upora:

R1: 100 ohmov

R2: 3300 ohmov

R3: 100 ohmov

R4: 1000 ohmov

Korak: Zarezni filter

Zgornje sheme opisujejo zarezni filter. To je aktivni filter, zato se lahko odločimo, da ojačimo ali oslabimo signal, če želimo, vendar smo že dosegli vso potrebno ojačitev, zato za ta op-amp izberemo ojačanje enega. Srednja frekvenca mora biti 60 Hz, faktor kakovosti pa 8. To je mogoče doseči z naslednjimi vrednostmi komponent:

R1: 503 ohmov

R2: 128612 ohmov

R3: 503 ohmov

C: 0,33 mikroFarads

4. korak: Nizkoprepustni filter

Tudi to je aktivni filter, zato lahko izberemo poljuben dobiček, vendar bomo izbrali 1. To dosežemo tako, da R4 zgoraj pretvorimo v kratek stik, R3 pa v odprto vezje. Preostanek je, tako kot pri drugih komponentah, dosežen z uporabo naših predhodno opredeljenih zahtev v kombinaciji z enačbami, ki urejajo vezja za pridobitev vrednosti posameznih elementov:

R1: 12056 ohmov

R2: 19873,6 ohma

C1: 0,047 mikroFarads

C2: 0,1 mikroFarads

5. korak: Praktično oblikujte celotno vezje

Oblikovanje vezja v programski opremi za gradnjo virtualnih vezij, kot je PSPICE, je lahko v veliko pomoč pri odkrivanju napak in utrjevanju načrtov, preden se lotite izdelave pravega analognega vezja. Na tej točki lahko zajamete izmenične tokove vezja, da zagotovite, da se vse obnaša po načrtu.

Korak 6: Zgradite polno vezje

Vezje je mogoče zgraditi na kakršen koli način, vendar je bila za ta primer izbrana osnova.

Priporočljivo je sestavljanje na ploščo, ker je lažje kot spajkanje, vendar bi spajkanje dalo večjo vzdržljivost. Priporočljivo je tudi, da vzporedno z virom napajanja postavite obvodni kondenzator 0,1 mikroFarad na tla, saj to pomaga odpraviti neželena odstopanja od konstantne moči.

7. korak: Uporabniški vmesnik LabVIEW

Uporabniški vmesnik LabVIEW je sredstvo za pretvorbo iz analognih signalov v vizualne in numerične predstavitve EKG signala, ki jih uporabnik enostavno interpretira. Za pretvorbo signala iz analognega v digitalni se uporablja plošča DAQ, podatki pa se uvozijo v LabVIEW.

Programska oprema je predmetni program, ki pomaga pri obdelavi podatkov in ustvarjanju vmesnikov. Podatke najprej grafično prikažemo, nato pa izvedemo nekaj obdelave signala, da določimo frekvenco srčnega utripa, da se lahko prikaže poleg grafa.

Če želite določiti frekvenco srčnega utripa, morate zaznati srčni utrip. To je mogoče doseči z objektom za zaznavanje vrha Lab VIEW. Objekt oddaja indekse vrhov v sprejetem podatkovnem nizu, ki jih je nato mogoče uporabiti pri izračunih za določitev časa, ki teče med srčnimi utripi.

Ker bi bili podatki o LabVIEW -u povsem drugačni Instructable, bomo podrobnosti prepustili drugemu viru. Natančno delovanje programa je razvidno iz zgoraj prikazanega blok diagrama.

8. korak: Končni uporabniški vmesnik LabVIEW

Končni uporabniški vmesnik prikazuje ojačan, filtriran, pretvorjen in obdelan signal skupaj z odčitkom srčne frekvence v utripih na minuto