EKG ja pulsikell: 7 sammu (piltidega)

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.

Üks olulisemaid diagnostilisi vahendeid nende seisundite tuvastamiseks on elektrokardiogramm (EKG). Elektrokardiogramm jälgib elektrilist impulssi läbi südame ja edastab selle masinasse tagasi [1]. Signaal võetakse kehale asetatud elektroodidelt. Elektroodide paigutus on füsioloogiliste signaalide vastuvõtmisel ülioluline, kuna need töötavad, registreerides kogu keha potentsiaali erinevuse. Elektroodide standardne paigutus on Einthoveni kolmnurga kasutamine. See on koht, kus üks elektrood asetatakse paremale käele, vasakule käele ja vasakule jalale. Vasak jalg toimib elektroodide maandusena ja see võtab kehas vastu sagedusmüra. Paremal käel on negatiivne elektrood ja vasakul positiivne elektrood, et arvutada potentsiaalne erinevus rindkere vahel ja seega võtta elektrienergia südamest [2]. Selle projekti eesmärk oli luua seade, mis suudab edukalt omandada EKG signaali ja taastab signaali selgelt ilma mürata ja lisades südame löögisageduse mõõtmise.

Samm: materjalid ja tööriistad

• Erinevad takistid ja kondensaatorid
• Leivalaud
• Funktsiooni generaator
• Ostsilloskoop
• Alalisvoolu toide
• Op-võimendid
• Arvuti, kuhu on installitud LABView
• BNC kaablid
• DAQ assistent

2. samm: ehitage instrumendivõimendi

Bioelektrilise signaali piisavaks võimendamiseks peaks kaheastmelise mõõteriistvõimendi koguvõimendus olema 1000. Kogu astme saamiseks korrutatakse iga astet ja allpool on näidatud võrrandid, mida kasutatakse üksikute astmete arvutamiseks.

1. etapi võimendus: K1 = 1+2*R2/R1 2. astme võimendus: K2 = -R4/R3

Ülaltoodud võrrandite abil olid meie kasutatud takisti väärtused R1 = 10 kΩ, R2 = 150 kΩ, R3 = 10 kΩ ja R4 = 33 kΩ. Tagamaks, et need väärtused tagavad soovitud väljundi, saate seda simuleerida võrgus või katsetada seda pärast füüsilise võimendi ehitamist ostsilloskoobi abil.

Pärast valitud takistite ja leivaplaadis olevate op-võimendite ühendamist peate toiteallikaks toiteallikaks ± 15 V alalisvoolu toiteallikast. Seejärel ühendage funktsioonigeneraator mõõteriistade võimendi sisendiga ja ostsilloskoop väljundiga.

Ülaltoodud foto näitab, et valminud mõõteriistade võimendi näeb välja nagu leivaplaadil. Et kontrollida, kas see töötab korralikult, seadistage funktsioonigeneraator tekitama siinuslaine sagedusel 1 kHz, mille tipp -tipp amplituud on 20 mV. Ostsilloskoobi võimendi väljund peaks olema maksimaalse amplituudiga 20 V, kuna võimendus on 1000, kui see töötab korralikult.

3. samm: ehitage sälgufilter

Elektriliini müra tõttu oli vaja filtrit, et filtreerida müra sagedusel 60 Hz, mis on USA elektriliini müra. Kasutati sälkfiltrit, kuna see filtreerib kindla sageduse. Takisti väärtuste arvutamiseks kasutati järgmisi võrrandeid. Kvalitatiivne tegur (Q) 8 töötas hästi ja konstruktsiooni hõlbustamiseks valiti kondensaatori väärtused 0,1 uF. Sagedus võrrandites (kujutatud kui w) on sälgu sagedus 60Hz korrutatuna 2π -ga.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Ülaltoodud võrrandite abil kasutasime takisti väärtusi R1 = 1,5 kΩ, R2 = 470 kΩ ja R3 = 1,5 kΩ. Tagamaks, et need väärtused tagavad soovitud väljundi, saate seda simuleerida võrgus või katsetada seda pärast füüsilise võimendi ehitamist ostsilloskoobi abil.

Ülaltoodud pilt näitab, kuidas valmis sälkfilter leivaplaadil välja näeb. Op-ampri seadistus on sama mis mõõteriistade võimendi ja funktsioonigeneraator tuleks nüüd seadistada tekitama siinuslaine sagedusel 1 kHz, mille amplituud piik-tipp on 1 V. Kui teete vahelduvvoolu pühkimist, peaksite saama kontrollida, et sagedused umbes 60 Hz on välja filtreeritud.

4. samm: ehitage madalpääsfilter

EKG-ga mitteseotud kõrgsagedusmüra filtreerimiseks loodi 150 Hz piirsagedusega madalpääsfilter.

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

Ülaltoodud võrrandite abil kasutasime takisti väärtusi R1 = 12 kΩ, R2 = 135 kΩ, C1 = 0,01 µF ja C2 = 0,068 µF. R3 ja R4 väärtused olid lõpuks null, kuna soovisime, et filtri võimendus K oleks null, seetõttu kasutasime siin füüsilises seadistuses takistite asemel juhtmeid. Tagamaks, et need väärtused tagavad soovitud väljundi, saate seda simuleerida võrgus või katsetada seda pärast füüsilise võimendi ehitamist ostsilloskoobi abil.

Füüsilise filtri ehitamiseks ühendage valitud takistid ja kondensaatorid op-võimendiga, nagu on näidatud skemaatiliselt. Lülitage op-amp sisse ja ühendage funktsioonigeneraator ja ostsilloskoop samamoodi nagu eelmistes sammudes kirjeldatud. Seadistage funktsioonigeneraator tekitama siinuslaine sagedusel 150 Hz ja tipp-tipp-amplituudiga umbes 1 V. Kuna 150 Hz peaks olema katkestussagedus, peaks filtri korraliku töö korral olema selle sageduse suurusjärk 3dB. See annab teile teada, kas filter on õigesti seadistatud.

Samm: ühendage kõik komponendid kokku

Pärast iga komponendi ehitamist ja eraldi katsetamist saab neid kõiki järjestikku ühendada. Ühendage funktsioonigeneraator mõõteriistade võimendi sisendiga, seejärel ühendage selle väljund sälkfiltri sisendiga. Tehke seda uuesti, ühendades sälgufiltri väljundi madalpääsfiltri sisendiga. Seejärel peaks madalpääsfiltri väljund olema ühendatud ostsilloskoobiga.

Samm: seadistage LabVIEW

Seejärel jäädvustati EKG südame löögisageduse lainekuju DAQ assistendi ja LabView abil. DAQ assistent saab analoogsignaale ja määrab proovivõtuparameetrid. Ühendage DAQ assistent funktsioonigeneraatoriga, mis väljastab arbi südame signaali, ja arvutiga LabView abil. Seadistage LabView vastavalt ülaltoodud skeemile. DAQ assistent toob funktsioonigeneraatorist kaasa südamelaine. Graafiku vaatamiseks lisage lainekuju graafik ka LabView seadistusse. Maksimaalse väärtuse läve määramiseks kasutage numbrilisi operaatoreid. Näidatud skeemil kasutati 80%. Tippanalüüsi tuleks kasutada ka tippkohtade leidmiseks ja nende sidumiseks aja muutumisega. Löökide minutis arvutamiseks korrutage tippsagedus 60 -ga ja see arv esitati graafiku kõrval.

Samm: saate nüüd EKG salvestada

[1] "Elektrokardiogramm - Texase südameinstituudi südameinfo keskus." [Internetis]. Saadaval: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Kasutatud: 09-dets-2017].

[2] "EKG juhtmed, polaarsus ja Einthoveni kolmnurk - üliõpilase füsioloog." [Internetis]. Kättesaadav: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Kasutatud: 10. detsember 2017].