EKG kogumisahel: 5 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

MÄRKUS: See ei ole meditsiiniseade. See on mõeldud ainult hariduslikel eesmärkidel, kasutades simuleeritud signaale. Kui kasutate seda vooluringi tegelikes EKG mõõtmistes, veenduge, et vooluahel ja vooluahela-seadme ühendused kasutavad õigeid eraldusvõtteid

Võib -olla on tänapäeva tervishoiutööstuses kõige levinum füsioloogiline mõõtmine elektrokardiogramm (EKG/EKG). Haiglast või kiirabist on raske kõndida, kuulmata pulsikella traditsioonilist piiksu või nägemata EKG lainekuju, mis patsiendi toas üle ekraani veereb. Kuid mis on see mõõtmine, mis on kaasaegse tervishoiuga nii seotud?

Elektrokardiogrammi peetakse sageli ekslikult südame füüsilise aktiivsuse registreerimiseks, kuid nagu nimigi ütleb, on see tegelikult südame lihaste elektrilise aktiivsuse, depolarisatsiooni ja repolarisatsiooni registreerimine. Salvestatud lainekuju analüüsides saavad arstid saada ülevaate südame elektrisüsteemi käitumisest. Mõned tavalised diagnoosid, mis tehakse EKG andmete põhjal, on järgmised: müokardiinfarkt, kopsuemboolia, arütmiad ja AV -blokaadid.

Järgmises juhendis kirjeldatakse protsessi ja põhimõtteid, mida kasutatakse põhilise elektriahela ehitamisel, mis on võimeline koguma EKG -d lihtsate pinnaelektroodide abil, nagu seda tehakse haiglates.

Samm: kavandage instrumendivõimendi

Esimene EKG signaali salvestamiseks vajalik vooluahela element on mõõteriistade võimendi. Sellel võimendil on kaks efekti.

1. See loob elektroonilise puhvri salvestuselektroodide ja ülejäänud vooluahela vahele. See vähendab nõutavat vooluhulka elektroodidelt praktiliselt nullini. Võimaldab signaali kogumist väga väikese moonutusega, mis on põhjustatud sisendtakistusest.

2. See võimendab salvestatud signaali erinevalt. See tähendab, et mõlema salvestuselektroodi ühist signaali ei võimendata, samas kui erinevusi (olulisi osi) suurendatakse.

Tavaliselt jäävad EKG pinnaelektroodide salvestused millivoltide vahemikku. Seetõttu on selle signaali vahemikku jõudmiseks sobiv töötada võimendusega (K) 1000 V/V.

Ülaltoodud võimendi juhtvõrrandid on järgmised:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, see on 1. astme võimendus

K2 = - R4/R3, see on 2. astme võimendus

Pange tähele, et ideaaljuhul peaksid K1 ja K2 olema ligikaudu võrdsed ja soovitud võimenduse saavutamiseks K1 * K2 = 1000

Meie ahelas kasutatud lõplikud väärtused olid….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

2. samm: sälkfiltri kujundamine

Kaasaegses maailmas on tõenäoline, et EKG kogutakse mõne muu elektroonikaseadme läheduses või isegi lihtsalt hoones, mis saab elektrit kohalikest elektriliinidest. Kahjuks tähendab antud toite kõrgepinge ja võnkuv olemus seda, et see tekitab suures koguses elektrilist "müra" praktiliselt igas selle lähedal asuvas juhtivas materjalis; see hõlmab juhtmeid ja vooluahela elemente, mida kasutatakse meie EKG kogumisahela ehitamiseks.

Selle vastu võitlemiseks saab mis tahes signaali, mille sagedus on võrdne kohaliku toiteallika tekitatud müraga (nn võrgumürin), lihtsalt välja filtreerida ja sisuliselt eemaldada. Ameerika Ühendriikides toidab elektrivõrk 110–120 V sagedusega 60 Hz. Seetõttu peame filtreerima kõik signaalikomponendid sagedusega 60 Hz. Õnneks on seda juba mitu korda tehtud ja see nõuab lihtsalt sälgufiltri kujundamist (ülaltoodud pildil).

Seda filtrit reguleerivad võrrandid on….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

kus wc2 on kõrge piirsagedus, w2 madal piirsagedus, w piirsagedus rad/sek ja Q kvaliteeditegur

Pange tähele, et C on väärtus, mida saab vabalt valida. Meie ahelas kasutati järgmisi väärtusi:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sek

3. samm: madalpääsfilter

EKG signaalide sagedus on umbes 0–150 Hz. Selleks, et vältida suurema müra sidumist signaaliga asjadest, mille sagedus on sellest vahemikust kõrgem, rakendati teise astme madala läbilaskevõimega ButterWorthi filter, mille läviväärtus on 150 Hz, et võimaldada ainult EKG signaali vooluringi läbimist. Selle asemel, et kohe valida kergesti kättesaadav kondensaatori väärtus, nagu eelmised komponendid, valiti esimene kondensaatori väärtus C2, kasutades allpool toodud valemit. Selle väärtuse põhjal saab arvutada kõik muud komponendi väärtused ja seejärel lisada need vooluringi, hoides samal ajal võimendust uuesti 1 V/V.

C2 ≈ 10/fc uf, kus fc on piirsagedus (antud juhul 150 Hz).

Seejärel saab ülejäänud väärtused arvutada, nagu on näidatud selles etapis teise pildina lisatud tabelis.

Ülaltoodud skeemil kasutatud lõplikud väärtused on järgmised:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

4. samm: LabVIEW -i ettevalmistamine

Ainsad materjalid, mida selle EKG kollektsiooni jaotise jaoks vaja on, on Windowsiga arvuti, mis on varustatud 64-bitise LabVIEW koopiaga ja National Instruments Signal Conditioning Board () koos ühe sisendmooduliga. Seejärel tuleb LabVIEW -i funktsionaalne plokkskeem koostada järgmiselt. Alustage tühja funktsionaalse plokkskeemi avamisega.

Sisestage DAQ assistendi plokk ja kohandage seadeid järgmiselt.

Mõõtmine: analoog → pinge

Režiim: RSE

Proovivõtmine: pidev proovide võtmine

Kogutud proovid: 2500

Proovivõtu kiirus: 1000 / sek

Väljendage kogutud lainekuju lainekuju graafikule. Lisaks arvutage praeguste lainekuju andmete maksimaalne väärtus. Laine maksimaalne väärtus korrutatakse väärtusega, näiteks 0,8, et luua piigi tuvastamise künnis, seda väärtust saab reguleerida signaali mürataseme alusel. Sisestage eelmise etapi toode künnisena ja toorpinge massiiv funktsiooni „Peak Detection” andmetena. Seejärel võtke piigi tuvastamise massiivi väljund „Asukoht” ja lahutage esimene ja teine väärtus. See tähistab esialgse massiivi kahe piigi indeksväärtuste erinevust. Seejärel saab selle ajavaheks teisendada, jagades väärtuse proovivõtu sagedusega, näiteks on see 1000 /sek. Lõpuks võtke selle väärtuse vastupidine väärtus (Hz) ja korrutage 60 -ga, et saada südame löögisagedus löökides minutis. Selle viimane plokkskeem peaks sarnanema selle sammu päisepildiga.

5. samm: kogu süsteemi integreerimine

Nüüd, kui kõik komponendid on individuaalselt konstrueeritud, on aeg kaubanduskeskus kokku panna. Seda saab teha, ühendades lihtsalt ühe sektsiooni väljundi järgmise segmendi sisendiga. Etapid tuleks ühendada samas järjekorras, nagu need on selles juhendis. Viimases etapis, ButterWorthi filtris, tuleb selle sisend kinnitada signaali konditsioneerimise plaadi sisendmooduli kahe juhtme külge. Teine selle mooduli juhe tuleks ühendada vooluahelate ühismaaga.

Mõõteseadme võimendi puhul tuleks selle kaks juhet kinnitada EKG/EKG elektroodi külge. Seda on lihtne teha kahe alligaatoriklambri abil. Seejärel asetage igale randmele üks elektrood. Veenduge, et kõik vooluahela segmendid on ühendatud ja LabVIEW VI töötab ning süsteem peaks LabVIEW aknas väljastama lainekuju graafiku.

Väljund peaks välja nägema sarnane selles etapis esitatud teisele pildile. Kui see pole sarnane, võib olla vaja vooluringi väärtusi reguleerida. Üks levinumaid probleeme on see, et sälgufilter ei ole tsentreeritud otse sagedusel 60 Hz ja võib olla pisut kõrge või madal. Seda saab testida, luues filtrile bode graafiku. Ideaalis on sälgufiltril 60 Hz juures vähemalt 20 dB summutus. Samuti võib olla kasulik kontrollida, kas teie kohalik toide on 60 Hz sagedusel. Pole haruldane, et mõnes piirkonnas on 50 Hz vahelduvvooluallikad, mistõttu oleks vaja sälgufiltrit selle väärtuse ümber tsentreerida.