Zgradite svoj EKG!: 10 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

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

Srčni utrip je sestavljen iz ritmičnih krčev, ki jih uravnava spontana predstavitev električne depolarizacije v srčnih miocitih (mišične celice srca). Takšno električno aktivnost je mogoče zajeti z namestitvijo neinvazivnih snemalnih elektrod vzdolž različnih položajev telesa. Tudi z uvodnim razumevanjem vezja in bioelektrike je mogoče te signale zajeti z relativno lahkoto. V tem navodilu predstavljamo poenostavljeno metodologijo, ki jo lahko uporabimo za zajem elektrokardiografskega signala s praktično in poceni opremo. Vseskozi bomo izpostavljali bistvene vidike pri pridobivanju takšnih signalov in predstavili tehnike za programsko analizo signalov.

1. korak: Pregled funkcij

Naprava, ki jo gradite, bo delovala z naslednjimi funkcijami:

1. Posnetki elektrod
2. Instrumentacijski ojačevalnik
3. Zarezni filter
4. Nizkoprepustni filter
5. Analogno-digitalna pretvorba
6. Analiza signalov z uporabo LabView

Nekaj ključnih sestavin, ki jih boste potrebovali:

1. NI LabView
2. NI plošča za zbiranje podatkov (za vnose v LabView)
3. DC napajanje (za napajanje operacijskih ojačevalnikov)
4. Kožne elektrode za snemanje elektrod
5. ALI generator funkcij, ki lahko ustvari simuliran EKG signal

Začnimo!

2. korak: Oblikujte nizkoprepustni filter

Običajen EKG vsebuje prepoznavne značilnosti v valovni obliki signala, imenovanega val P, kompleks QRS in val T. Vse značilnosti EKG -ja se bodo pojavile v frekvenčnem območju pod 250 Hz, zato je pri snemanju EKG -ja z elektrod pomembno zajeti le značilnosti, ki nas zanimajo. Nizkoprepustni filter z mejno frekvenco 250 Hz bo zagotovil, da se v signal ne ujame visokofrekvenčni šum

3. korak: Oblikujte zarezni filter

Zarezni filter s frekvenco 60 Hz je uporaben za odstranjevanje šumov iz katerega koli napajalnika, povezanega s snemanjem EKG -ja. Mejne frekvence med 56,5 Hz in 64 Hz bodo omogočale prehod signalov s frekvencami zunaj tega območja. Za filter je bil uporabljen faktor kakovosti 8. Izbrana je bila kapacitivnost 0,1 uF. Poskusni upori so bili izbrani na naslednji način: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Te vrednosti so bile uporabljene za izdelavo zareznega filtra.

4. korak: Oblikujte instrumentacijski ojačevalnik

Instrumentacijski ojačevalnik z ojačitvijo 1000 V/V bo ojačal vse filtrirane signale, kar bo olajšalo merjenje. Ojačevalnik uporablja vrsto operacijskih ojačevalnikov in je razdeljen na dve stopnji (levo in desno) z ustreznim ojačanjem K1 in K2. Zgornja slika prikazuje shemo vezja, ki bi lahko dosegla ta rezultat, slika 6 pa podrobno prikazuje izvedene izračune.

5. korak: Povežite vse skupaj

Tri stopnje ojačanja in filtriranja so združene na sliki 7 spodaj. Instrumentalni ojačevalnik ojača vhod sinusne frekvence z ojačitvijo 1000V/V. Nato zarezni filter odstrani vso frekvenco signala 60 Hz s faktorjem kakovosti 8. Nazadnje signal prehaja skozi nizkoprepustni filter, ki duši signale, ki presegajo frekvenco 250 Hz. Zgornja slika prikazuje celoten eksperimentalno ustvarjen sistem.

6. korak:… in poskrbite, da bo delovalo

Če imate generator funkcij, morate zgraditi krivuljo frekvenčnega odziva, da zagotovite pravilen odziv. Na zgornji sliki je prikazan celoten sistem in krivulja frekvenčnega odziva, ki bi jo morali pričakovati. Če se zdi, da vaš sistem deluje, ste pripravljeni na naslednji korak: pretvorbo analognega signala v digitalni!

7. korak: (Izbirno) Vizualizirajte svoj EKG na osciloskopu

EKG zabeleži signal z dvema elektrodama in za ozemljitev uporabi tretjo elektrodo. Z elektrodami za snemanje EKG vstavite enega v en vhod instrumentacijskega ojačevalnika, drugega v drugi vhod instrumentacijskega ojačevalnika in priključite tretjega na ozemljitev na vaši plošči. Nato postavite eno elektrodo na eno zapestje, drugo na drugo zapestje in ozemljite gleženj. To je konfiguracija Lead 1 za EKG. Če želite vizualizirati signal na svojem osciloskopu, uporabite osciloskopsko sondo za merjenje izhoda tretje stopnje.

8. korak: Pridobite podatke z nacionalnimi instrumenti DAQ

Če želite analizirati svoj signal v programu LabView, boste morali na nek način zbrati analogne podatke iz EKG in jih prenesti v računalnik. Obstajajo vse vrste načinov pridobivanja podatkov! National Instruments je podjetje, specializirano za naprave za zbiranje podatkov in naprave za analizo podatkov. So dober kraj za iskanje orodij za zbiranje podatkov. Lahko kupite tudi svoj poceni analogno -digitalni pretvorniški čip in za prenos signala uporabite Raspberry Pi! To je verjetno najcenejša možnost. V tem primeru smo imeli doma že modul NI DAQ, NI ADC in LabView, zato smo se držali strogo strojne in programske opreme National Instruments.

9. korak: Uvozite podatke v LabVIEW

Vizualni programski jezik LabVIEW je bil uporabljen za analizo podatkov, zbranih iz analognega ojačevalnega/filtrirnega sistema. Podatki so bili zbrani iz enote NI DAQ s pomočnikom DAQ, vgrajeno funkcijo zbiranja podatkov v LabVIEW. S pomočjo kontrolnikov LabView so programsko določili število vzorcev in čas trajanja zbiranja vzorcev. Kontrolniki so ročno nastavljivi, kar uporabniku omogoča enostavno nastavitev vhodnih parametrov. Z znanim skupnim številom vzorcev in časom trajanja je bil ustvarjen časovni vektor z vsako vrednostjo indeksa, ki predstavlja ustrezen čas pri vsakem vzorcu v zajetem signalu.

10. korak: Oblikujte, analizirajte in končali ste

Podatki iz funkcije pomočnika DAQ so bili pretvorjeni v uporabno obliko. Signal je bil ponovno ustvarjen kot 1D niz dvojnikov, tako da je najprej pretvoril izhodni podatkovni tip DAQ v podatkovni tip valovne oblike in nato pretvoril v (X, Y) par dvojic v gruči. Vsaka vrednost Y iz para (X, Y) je bila izbrana in s pomočjo zančne strukture vstavljena v prvotno prazno 1D matriko dvojic. 1D niz dvojnikov in ustrezni časovni vektor je bil narisan na grafu XY. Hkrati je bila največja vrednost 1D niza dvojčkov identificirana s funkcijo identifikacije največje vrednosti. Šest desetin največje vrednosti je bilo uporabljenih kot prag za algoritem za zaznavanje vrhov, vgrajen v LabView. Najvišje vrednosti 1D niza dvojic so bile identificirane s funkcijo zaznavanja vrhov. Z znanimi lokacijami vrhov je bila izračunana časovna razlika med vsakim vrhom. Ta časovna razlika v enotah sekund na vrh je bila pretvorjena v vrhove na minuto. Šteje se, da nastala vrednost predstavlja srčni utrip v utripih na minuto.

To je to! Zdaj ste zbrali in analizirali EKG signal!