EKG in digitalni monitor srčnega utripa: 7 korakov (s slikami)

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

Elektrokardiogram ali EKG je zelo stara metoda za merjenje in analizo zdravja srca. Signal, ki se odčita z EKG, lahko kaže na zdravo srce ali vrsto težav. Zanesljiva in natančna zasnova je pomembna, kajti če signal EKG kaže deformirano obliko vala ali napačen srčni utrip, je lahko oseba napačno diagnosticirana. Cilj je oblikovati EKG vezje, ki lahko pridobi, ojača in filtrira EKG signal. Nato pretvorite ta signal skozi A/D pretvornik v Labview, da ustvarite graf v realnem času in srčni utrip v BPM signala EKG. Izhodna valovna oblika bi morala izgledati kot ta slika.

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: Oblikovanje vezja

Vezje mora biti sposobno pridobiti in ojačati signal EKG. V ta namen bomo združili tri aktivne filtre; instrumentacijski ojačevalnik, nizkoprepustni filter drugega reda Butterworth in zarezni filter. Zasnovo teh vezij je mogoče videti na slikah. Šli bomo skozi enega za drugim, nato pa jih sestavili, da dokončamo celotno vezje.

Korak: Instrumentacijski ojačevalnik

Dobiček instrumentacijskega ojačevalnika mora biti 1000 V/V, da dobite dober signal. Ojačanje preko instrumentacijskega ojačevalnika poteka v dveh stopnjah. Prva stopnja je sestavljena iz dveh op ojačevalnikov na levi strani in upora R1 in R2, druga stopnja ojačitve pa je sestavljena iz op ojačevalnika na desni in uporov R3 in R4. Dobiček (ojačanje) za stopnjo 1 in stopnjo 2 je podan v enačbah (1) in (2).

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

Stopnja 2: K2 = R4/R3 (2)

Pomembna opomba glede dobička v vezjih je, da je multiplikativna; npr. dobiček celotnega vezja na sliki 2 je K1*K2. Te enačbe dajejo vrednosti, prikazane na shemi. Materiali, potrebni za ta filter, so trije ojačevalniki LM741, tri 1 k ohmski upori, dva upora 24,7 kohma in dva upora 20 komov.

Korak: Zarezni filter

Naslednja stopnja je Notch Filter za zmanjšanje hrupa pri 60 Hz. To frekvenco je treba prekiniti, ker je zaradi motenj daljnovoda pri 60 Hz veliko dodatnega hrupa, vendar to ne bo vzelo nič pomembnega iz signala EKG. Vrednosti za komponente, uporabljene v vezju, temeljijo na frekvenci, ki jo želite filtrirati, v tem primeru 60 Hz (377 rad/s). Enačbe komponent so naslednje

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Za to so bili potrebni en ojačevalnik LM741, trije upori z vrednostmi 1658 ohm, 424,4 kohm in 1651 ohmov ter 3 kondenzatorji, dva pri 100 nF in eden pri 200 nF.

4. korak: Nizkoprepustni filter

Zadnja faza je nizkoprepustni filter drugega reda Butterworth z mejno frekvenco 250 Hz. To je mejna frekvenca, ker se signal EKG sega le do največ 250 Hz. Enačbe za vrednosti komponent v filtru so opredeljene v naslednjih enačbah:

R1 = 2/ (1571 (1,4C2 + razvrščanje (1,4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Za ta filter so bili potrebni en ojačevalnik LM741, dva upora 15,3 kohm in 25,6 kohm ter dva kondenzatorja po 47 nF in 22 nF.

Ko so vse tri stopnje načrtovane in izdelane, bi moralo biti zadnje vezje videti kot fotografija.

5. korak: Preizkusite vezje

Ko je vezje zgrajeno, ga je treba preizkusiti, da se prepriča, da deluje pravilno. Na vsakem filtru je treba izvesti izmenični tok z uporabo srčnega vhodnega signala pri 1 Hz iz generatorja napetosti. Odziv velikosti v dB mora biti videti kot slike. Če so rezultati izmeničnega toka pravilni, je vezje končano in pripravljeno za uporabo. Če odgovori niso pravilni, je treba vezje odpraviti. Začnite s preverjanjem vseh povezav in vhodov za napajanje, da zagotovite dobro povezavo. Če s tem ne odpravite težave, uporabite enačbe za komponente filtrov, da po potrebi prilagodite vrednosti uporov in kondenzatorjev, dokler izhod ni tam, kjer bi moral biti.

6. korak: Ustvarite VUI v Labviewu

Labview je programska oprema za zbiranje digitalnih podatkov, ki uporabniku omogoča oblikovanje VUI ali navideznega uporabniškega vmesnika. Plošča DAQ je A/D pretvornik, ki lahko pretvori in odda signal EKG v Labview. S to programsko opremo lahko signal EKG nanesemo na grafikon amplitude v primerjavi s časom, da jasno preberemo signal in ga nato pretvorimo v srčni utrip v BPM. Prva stvar, ki je potrebna za to, je plošča DAQ, ki zbira podatke in jih pretvori v digitalni signal za pošiljanje v Labview v računalniku. Najprej je bilo treba oblikovanju Labview dodati dodatek DAQ Assistant, ki pridobi signal z plošče DAQ in določi parametre vzorčenja. Naslednji korak je povezovanje grafa valovne oblike z izhodom asistenta DAQ v zasnovi VUI, ki nariše signal EKG, ki prikazuje valovno obliko EKG. Zdaj, ko je graf valovne oblike dokončan, je treba podatke tudi pretvoriti, da dobimo numerični izhod srčnega utripa. Prvi korak v tem izračunu je bil najti največje število podatkov EKG -ja tako, da se element max/min poveže z izhodom podatkov DAQ v VUI -ju, nato pa se to odda na drug element, imenovan zaznavanje vrha, in na element, ki bi našel časovna sprememba, imenovana dt. Element za zaznavanje vrha je prav tako potreboval prag iz max/min, ki je bil izračunan tako, da je vzel maksimum iz elementa max min in ga pomnožil z.8, da bi našel 80% največje vrednosti, nato pa vnesel v element za zaznavanje vrha. Ta prag je elementu za zaznavanje vrha omogočil, da je našel največjo vrednost vala R in lokacijo, na kateri je prišlo do maksimuma, pri tem pa zanemaril ostale vrhove signala. Lokacije vrhov so bile nato poslane elementu indeksnega niza, ki je bil dodan v VUI. Element indeksnega niza je bil nastavljen za shranjevanje v matriko z in indeksom, ki se začne pri 0, nato pa še en, začenši z indeksom 1. Nato so bili ti odšteti drug od drugega, da bi našli razliko med dvema najvišjima mestoma, kar ustreza številu točk med vsakim vrhom. Število točk, pomnoženo s časovno razliko med vsako točko, določa čas, potreben za vsak utrip. To je bilo doseženo z množenjem izhoda iz elementa dt in izhoda iz odštevanja dveh nizov. To število je bilo nato deljeno s 60, da bi našli utripe na minuto, nato pa se oddalo z uporabo številskega indikatorskega elementa na VUI. Nastavitev oblikovanja VUI v Labviewu je prikazana na sliki.

7. korak: Združite vse skupaj

Ko je VUI končan v Labviewu, je zadnji korak povezovanje vezja z DAQ ploščo, tako da signal teče skozi vezje, v ploščo, nato v Labview. Če vse deluje pravilno, mora signal 1 Hz ustvariti valovno obliko, prikazano na sliki, in srčni utrip 60 utripov na minuto. Zdaj imate delujoč EKG in digitalni monitor srčnega utripa.