Ehita oma EKG!: 10 sammu

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

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

Südamelöögid koosnevad rütmilistest kokkutõmbumistest, mida reguleerivad südame müotsüütides (südame lihasrakud) esinevad elektrilised depolarisatsioonid. Sellist elektrilist aktiivsust saab tabada, paigutades mitteinvasiivsed salvestuselektroodid keha erinevatesse asenditesse. Isegi kui sissejuhatav arusaam vooluringidest ja bioelektrilisusest, saab neid signaale suhteliselt hõlpsalt jäädvustada. Selles juhendis tutvustame lihtsustatud metoodikat, mida saab kasutada elektrokardiograafilise signaali püüdmiseks praktiliste ja odavate seadmetega. Kogu aja jooksul toome esile selliste signaalide hankimisel olulised kaalutlused ja tutvustame programmilise signaalianalüüsi tehnikaid.

Samm: funktsioonide ülevaade

Ehitatav seade töötab järgmiste funktsioonide kaudu:

1. Elektroodide salvestused
2. Instrumentide võimendi
3. Sälgufilter
4. Madalpääsfilter
5. Analoog-digitaalmuundamine
6. Signaali analüüs LabView abil

Mõned põhikomponendid, mida vajate:

1. NI LabView
2. NI andmete hankimise plaat (LabView sisendite jaoks)
3. Alalisvoolu toide (operatsioonivõimendite toiteks)
4. Naha elektroodipadjad elektroodide salvestamiseks
5. VÕI funktsioonigeneraator, mis suudab luua simuleeritud EKG signaali

Alustame!

2. samm: kujundage madalpääsfilter

Tavaline EKG sisaldab tuvastatavaid tunnuseid signaali lainekujus, mida nimetatakse P -laineks, QRS -kompleksiks ja T -laineks. Kõik EKG funktsioonid kuvatakse sagedusvahemikus alla 250 Hz ja sellisena on oluline elektroodidelt EKG salvestamisel jäädvustada ainult huvipakkuvad funktsioonid. 250 Hz piirsagedusega madalpääsfilter tagab, et signaal ei jäädvusta kõrgsageduslikku müra

3. samm: kujundage sälkfilter

60 Hz sagedusega sälkfilter on kasulik, et eemaldada müra igast toiteallikast, mis on seotud EKG salvestamisega. Lõikesagedused vahemikus 56,5 Hz kuni 64 Hz võimaldavad signaale, mille sagedus on väljaspool seda vahemikku, läbida. Filtrile rakendati kvaliteeditegurit 8. Valiti mahtuvus 0,1 uF. Katse takistid valiti järgmiselt: R1 = R3 = 1,5 kOhm, R2 = 502 kOhm. Neid väärtusi kasutati sälkfiltri koostamiseks.

4. samm: kavandage instrumendivõimendi

Mõõteriistade võimendus võimendusega 1000 V/V võimendab kõiki filtreeritud signaale. Võimendi kasutab operatsioonivõimendeid ja on jagatud kaheks etapiks (vasak ja parem), millel on vastav võimendus K1 ja K2. Ülaltoodud pildil on skeem skeemidest, mis võivad selle tulemuse saavutada, ja joonis 6 kirjeldab tehtud arvutusi.

Samm: ühendage see kõik kokku

Võimenduse ja filtreerimise kolm etappi on kombineeritud joonisel 7. Seadmevõimendi võimendab siinusageduslikku sisendit võimendusega 1000V/V. Seejärel eemaldab sälgufilter kogu signaali sageduse 60 Hz kvaliteediteguriga 8. Lõpuks läbib signaal madalpääsfiltri, mis summutab signaale, mis ületavad sagedust 250 Hz. Ülaltoodud joonis näitab kogu eksperimentaalselt loodud süsteemi.

Samm:… ja veenduge, et see töötab

Kui teil on funktsioonigeneraator, peaksite õige reageerimise tagamiseks koostama sagedusreaktsiooni kõvera. Ülaltoodud pilt näitab kogu süsteemi ja sagedusreaktsiooni kõverat, mida peaksite ootama. Kui tundub, et teie süsteem töötab, olete valmis liikuma järgmise sammu juurde: teisendama analoogsignaali digitaalseks!

Samm 7: (valikuline) Visualiseerige oma EKG -d ostsilloskoobil

EKG salvestab kahe elektroodiga signaali ja kasutab maandusena kolmandat elektroodi. Sisestage oma EKG salvestuselektroodidega üks mõõteriistade võimendi ühte sisendisse, teine teise mõõtevõimendi sisendisse ja ühendage kolmas oma leivaplaadiga. Seejärel asetage üks elektrood ühele randmele, teine teisele randmele ja maandage pahkluu külge. See on EKG juhtiv 1 konfiguratsioon. Ostsilloskoobi signaali visualiseerimiseks kasutage ostsilloskoobi sondi, et mõõta oma kolmanda astme väljundit.

8. samm: andmete hankimine National Instruments DAQ abil

Kui soovite oma signaali LabView'is analüüsida, vajate mingil viisil analoogandmete kogumist oma EKG -st ja nende arvutisse edastamist. Andmete hankimiseks on igasuguseid viise! National Instruments on ettevõte, mis on spetsialiseerunud andmete kogumise seadmetele ja andmete analüüsiseadmetele. Need on hea koht andmete kogumiseks tööriistade otsimiseks. Samuti saate osta oma odava analoog -digitaalmuunduri kiibi ja kasutada oma signaali edastamiseks Raspberry Pi! See on ilmselt odavam variant. Sel juhul oli meil juba kodus NI DAQ moodul, NI ADC ja LabView, seega jäime rangelt National Instrumentsi riist- ja tarkvara juurde.

9. samm: andmete importimine LabVIEW -i

Analoogvõimendus-/filtreerimissüsteemist kogutud andmete analüüsimiseks kasutati visuaalset programmeerimiskeelt LabVIEW. Andmed koguti NI DAQ üksusest koos DAQ Assistantiga, mis on LabVIEW sisseehitatud andmete kogumise funktsioon. LabView juhtelementide abil määrati programmiliselt proovide arv ja proovide kogumise aeg. Juhtelemendid on käsitsi reguleeritavad, võimaldades kasutajal sisendparameetreid hõlpsalt peenhäälestada. Kui proovide koguarv ja aja kestus olid teada, loodi ajavektor, kusjuures iga indeksi väärtus esindas jäädvustatud signaali iga proovi vastavat aega.

Samm: vormindage, analüüsige ja olete valmis

DAQ assistendi funktsiooni andmed teisendati kasutatavasse vormingusse. Signaal loodi uuesti 1D kahekordse massiivina, teisendades esmalt DAQ väljundandmetüübi lainekuju andmetüübiks ja seejärel teisendades (X, Y) rühmitatud paarispaariks. Iga Y väärtus paarist (X, Y) valiti ja sisestati silmusstruktuuri abil algselt tühja 1D paarismassiivi. Kahekordse ja vastava ajavektori 1D massiiv joonistati XY graafikule. Samaaegselt tuvastati kahekordse massiivi 1D maksimaalne väärtus maksimaalse väärtuse tuvastamise funktsiooniga. Kuus kümnendikku maksimaalsest väärtusest kasutati LabView sisseehitatud tippude tuvastamise algoritmi künnisena. Kahekordse 1D massiivi tippväärtused tuvastati piigi tuvastamise funktsiooniga. Kui piikide asukohad on teada, arvutati iga piigi ajaline erinevus. See ajavahe, sekundiühikutes piigi kohta, teisendati piikideks minutis. Saadud väärtust peeti südame löögisageduseks löökides minutis.

See on kõik! Olete nüüd EKG signaali kogunud ja analüüsinud!