Lihtne EKG salvestusahel ja LabVIEW pulsikell: 5 sammu

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

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

Kaasaegse tervishoiu üks olulisemaid aspekte on võimalus südamelainet tabada EKG või elektrokardiogrammi abil. See tehnika kasutab südamest eralduvate erinevate elektriliste mustrite mõõtmiseks pinnaelektroode, nii et väljundit saab kasutada diagnostilise vahendina südame- ja kopsuhaiguste, näiteks tahhükardia, harude blokeerimise ja hüpertroofia erinevate vormide diagnoosimiseks. Nende seisundite diagnoosimiseks võrreldakse väljundlainekuju tavalise EKG -signaaliga.

Selleks, et luua süsteem, mis suudab saada EKG lainekuju, tuleb signaali esmalt võimendada ja seejärel müra eemaldamiseks sobivalt filtreerida. Selleks saab OP -võimendite abil ehitada kolmeastmelise vooluahela.

See juhend annab teavet, mis on vajalik lihtsa vooluahela kavandamiseks ja seejärel ehitamiseks, mis on võimeline pinnaelektroodide abil EKG signaali salvestama ja seejärel signaali filtreerima edasiseks töötlemiseks ja analüüsimiseks. Lisaks kirjeldab käesolev juhend üks tehnikat, mida kasutatakse selle signaali analüüsimiseks, et luua vooluahela väljund graafiline esitus, samuti meetodit südame löögisageduse arvutamiseks EKG lainekuju väljundist.

Märkus: iga etapi kavandamisel tehke kindlasti vahelduvvoolu pühkimine nii eksperimentaalselt kui ka simulatsioonide abil, et tagada soovitud vooluahela käitumine.

Samm: kavandage ja konstrueerige mõõteriistade võimendi

Selle EKG vooluahela esimene etapp on mõõtevõimendi, mis koosneb kolmest OP -võimendist. Esimesed kaks OP -võimendit on puhverdatud sisendid, mis seejärel suunatakse kolmandasse OP -võimendisse, mis toimib diferentsiaalvõimendina. Signaalid kehast peavad olema puhverdatud, vastasel juhul väheneb väljund, kuna keha ei suuda palju voolu pakkuda. Diferentsiaalvõimendi võtab kahe sisendallika vahelise erinevuse, et saada mõõdetav potentsiaalide erinevus, summutades samal ajal tavalise müra. Sellel etapil on ka võimendus 1000, võimendades tüüpilist mV loetavamaks pingeks.

Seadmevõimendi vooluahela võimendus 1000 arvutatakse näidatud võrrandite abil. Instrumentvõimendi 1. astme võimendust arvutatakse (2) ja mõõteriistavõimendi 2. astme võimendust (3). K1 ja K2 arvutati nii, et need ei erineks üksteisest rohkem kui 15.

1000 võimenduse korral võiks K1 seada väärtuseks 40 ja K2 väärtuseks 25. Takisti väärtused saab kõik arvutada, kuid see konkreetne mõõteriistade võimendi kasutas alltoodud takisti väärtusi:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

2. samm: kujundage ja konstrueerige sälkfilter

Järgmine etapp on sälgufilter, mis eemaldab vooluvõrgust tuleva 60 Hz signaali.

Sälkfiltris arvutatakse takisti väärtus R1 (4), R2 väärtus (5) ja R3 väärtus (6). Vooluahela kvaliteeditegur Q on seatud väärtusele 8, kuna see annab mõistliku veamäära, olles samas realistlikult täpne. Q väärtuse saab arvutada (7) abil. Ribafiltri viimast reguleerivat võrrandit kasutatakse ribalaiuse arvutamiseks ja seda kirjeldab (8). Lisaks kvaliteeditegurile 8 olid sälgufiltril ka muud konstruktsioonilised spetsifikatsioonid. Selle filtri võimendus on 1, nii et see ei muuda signaali, eemaldades samal ajal 60 Hz signaali.

Nende võrrandite kohaselt on R1 = 11,0524 kΩ, R2 = 2,829 MΩ, R3 = 11,009 kΩ ja C1 = 15 nF

3. samm: kavandage ja konstrueerige teise järgu Butterworthi madalpääsfilter

Viimane etapp on madalpääsfilter, mis eemaldab kõik signaalid, mis võivad esineda EKG laine kõrgeima sagedusega komponendi kohal, näiteks WiFi-müra ja muud ümbritsevad signaalid, mis võivad huvipakkuva signaali tähelepanu kõrvale juhtida. Selle etapi -3dB punkt peaks olema umbes 150 Hz või selle lähedal, kuna standardne signaalivahemik EKG lainevahemikus 0,05 Hz kuni 150 Hz.

Madalpääsu teise järgu Butterworthi filtri projekteerimisel seadistatakse vooluahela võimenduseks 1, mis võimaldas lihtsamat vooluahela konstruktsiooni. Enne edasiste arvutuste tegemist on oluline märkida, et madalpääsfiltri soovitud katkestussagedus on seatud väärtusele 150 Hz. Kõige lihtsam on alustada kondensaatori 2, C2 väärtuse arvutamisega, kuna sellest väärtusest sõltuvad ka teised võrrandid. C2 saab arvutada (9). C2 arvutamisel võib C1 arvutada (10). Selle madalpääsfiltri puhul on koefitsiendid a ja b määratletud, kus a = 1,414214 ja b = 1. Takisti väärtus R1 arvutatakse (11) ja takisti väärtus R2 arvutatakse (12) abil.

Kasutati järgmisi väärtusi:

R1 = 13,842 kΩ

R2 = 54,36 kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

Samm: seadistage andmete hankimiseks ja analüüsimiseks kasutatav programm LabVIEW

Järgmisena saab arvutiprogrammi LabView abil luua ülesande, mis loob EKG signaalist südamelöögi graafilise esituse ja arvutab pulsi sama signaali põhjal. Programm LabView saavutab selle, aktsepteerides esmalt DAQ -plaadilt analoogsisendit, mis toimib ka analoog -digitaalmuundurina. Seejärel analüüsitakse ja joonistatakse seda digitaalsignaali edasi, kus graafik näitab DAQ -plaadile sisestatud signaali graafilist kujutist. Signaali lainekuju analüüsitakse, võttes 80% vastuvõetava digitaalsignaali maksimumväärtustest ja seejärel kasutatakse signaali piikide tuvastamiseks piikdetektori funktsiooni. Samaaegselt võtab programm lainekuju ja arvutab lainekuju tippude vahelise ajavahe. Piigi tuvastamisega kaasnevad kaasnevad väärtused kas 1 või 0, kus 1 tähistab piiki, et luua piikide asukoha indeks, ja seda indeksit kasutatakse seejärel koos piikide vahelise ajavahega, et matemaatiliselt arvutada südame löögisagedus lööki minutis (BPM). Kuvatud on LabView programmis kasutatud plokkskeem.

Samm: täielik kokkupanek

Kui olete kõik oma ahelad ja LabVIEW programmi üles ehitanud ning veendunud, et kõik töötab korralikult, olete valmis EKG signaali salvestama. Pildil on täielik vooluahelasüsteemi kokkupaneku võimalik skeem.

Ühendage positiivne elektrood oma parema randme ja ühe ringjoonega mõõteriistade võimendi sisendiga ning negatiivne elektrood vasaku randme ja teise instrumendi võimendi sisendiga, nagu pildil. Elektroodi sisendi järjekord pole oluline. Lõpuks asetage maanduselektroon oma pahkluule ja ühendage vooluahela maandusega. Palju õnne, olete lõpetanud kõik vajalikud toimingud EKG signaali salvestamiseks ja salvestamiseks.