Kako sestaviti EKG in digitalni monitor srčnega utripa: 6 korakov

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

Elektrokardiogram (EKG) meri električno aktivnost srčnega utripa, da pokaže, kako hitro srce utripa, pa tudi njegov ritem. Obstaja električni impulz, znan tudi kot val, ki potuje skozi srce, da srčna mišica z vsakim utripom črpa kri. Desni in levi atrij tvorita prvi val P, desni in levi spodnji prekat pa kompleks QRS. Končni val T je od obnovitve električne energije do stanja mirovanja. Zdravniki uporabljajo signale EKG za diagnosticiranje srčnih bolezni, zato je pomembno, da dobite jasne slike.

Cilj tega navodila je pridobiti in filtrirati signal elektrokardiograma (EKG) z združevanjem instrumentalnega ojačevalnika, zareznega filtra in nizkoprepustnega filtra v vezju. Nato bodo signali šli skozi A/D pretvornik v LabView za ustvarjanje grafa v realnem času in srčnega utripa v BPM.

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

1. korak: Oblikujte instrumentacijski ojačevalnik

Za izdelavo instrumentacijskega ojačevalnika potrebujemo 3 op ojačevalnike in 4 različne upore. Instrumentacijski ojačevalnik poveča ojačanje izhodnega vala. Za to zasnovo smo želeli pridobiti 1000V, da dobimo dober signal. Uporabite naslednje enačbe za izračun ustreznih uporov, kjer sta K1 in K2 dobiček.

1. stopnja: K1 = 1 + (2R2/R1)

2. stopnja: K2 = -(R4/R3)

Za to zasnovo smo uporabili R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

2. korak: Oblikujte zarezni filter

Drugič, z opernim ojačevalnikom, upori in kondenzatorji moramo zgraditi zarezni filter. Namen te komponente je filtriranje hrupa pri 60 Hz. Želimo filtrirati natančno pri 60 Hz, zato bo vse pod in nad to frekvenco minilo, vendar bo amplituda valovne oblike najnižja pri 60 Hz. Za določitev parametrov filtra smo uporabili ojačanje 1 in faktor kakovosti 8. Uporabite spodnje enačbe za izračun ustreznih vrednosti upora. Q je faktor kakovosti, w = 2*pi*f, f je srednja frekvenca (Hz), B pasovna širina (rad/sek), wc1 in wc2 pa so mejne frekvence (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

3. korak: Oblikujte nizkoprepustni filter

Namen te komponente je filtriranje frekvenc nad določeno mejno frekvenco (wc), ki jim v bistvu ne dovoljuje prehajanja. Odločili smo se za filtriranje pri frekvenci 250 Hz, da se izognemo rezanju preblizu povprečne frekvence, ki se uporablja za merjenje EKG signala (150 Hz). Za izračun vrednosti, ki jih bomo uporabili za to komponento, bomo uporabili naslednje enačbe:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/mejna frekvenca (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

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

Dobiček bomo nastavili kot 1, tako da R3 postane odprt krog (brez upora), R4 pa kratek stik (samo žica).

4. korak: Preizkusite vezje

Za vsako komponento se izvede izmenični tok, da se ugotovi učinkovitost filtra. AC sweep meri velikost komponente pri različnih frekvencah. Pričakujete, da boste videli različne oblike, odvisno od komponente. Pomen izmeničnega toka je zagotoviti, da vezje po izgradnji deluje pravilno. Za izvedbo tega testa v laboratoriju preprosto posnemite Vout/Vin na različnih frekvencah. Za instrumentacijski ojačevalnik smo testirali od 50 do 1000 Hz, da smo dobili širok razpon. Za zarezni filter smo testirali od 10 do 90 Hz, da bi dobili dobro predstavo o tem, kako komponenta reagira okoli 60 Hz. Za nizkoprepustni filter smo preizkusili od 50 do 500 Hz, da bi razumeli, kako vezje reagira, ko naj bi bilo v prehodu in kdaj naj bi se ustavilo.

5. korak: EKG krog na LabView

Nato želite v LabViewu ustvariti blokovni diagram, ki simulira EKG signal skozi A/D pretvornik in nato nariše signal v računalniku. Začeli smo z nastavitvijo parametrov signala naše plošče DAQ tako, da smo določili, kakšen povprečni srčni utrip smo pričakovali; izbrali smo 60 utripov na minuto. Nato smo s frekvenco 1 kHz lahko ugotovili, da moramo prikazati približno 3 sekunde, da pridobimo 2-3 vrha EKG-ja na grafikonu valovne oblike. Prikazali smo 4 sekunde, da zagotovimo, da zajamemo dovolj vrhov EKG -ja. Blok diagram bo prebral vhodni signal in uporabil zaznavanje vrha, da ugotovi, kako pogosto se pojavi srčni utrip.

6. korak: EKG in srčni utrip

Z uporabo kode iz blokovnega diagrama se bo v polju valovne oblike prikazal EKG, zraven pa bodo prikazani utripi na minuto. Zdaj imate delujoč merilnik srčnega utripa! Če želite še bolj izzvati sebe, poskusite s svojim vezjem in elektrodami prikazati srčni utrip v realnem času!