Obvod EKG: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

EKG je test, ktorý meria elektrickú aktivitu srdca zaznamenaním srdcového rytmu a aktivity. Funguje tak, že odoberá a číta signály zo srdca pomocou elektród, ktoré sú pripojené k elektrokardiografickému prístroju. Tento návod vám ukáže, ako vytvoriť obvod, ktorý zaznamenáva, filtruje a zobrazuje bioelektrický signál srdca. Toto nie je zdravotnícka pomôcka. Toto je len na vzdelávacie účely pomocou simulovaných signálov. Ak používate tento obvod na skutočné merania EKG, uistite sa, že obvod a pripojenia obvodu k prístroju používajú správnu izolačnú techniku.

Tento obvod obsahuje tri rôzne stupne zapojené do série s programom LabView. Odpory v prístrojovom zosilňovači boli vypočítané so ziskom 975, aby sa zabezpečilo, že malé signály zo srdca môžu byť stále zachytené v obvode. Zárezový filter odstraňuje 60 Hz šum z elektrickej zásuvky v stene. Dolnopriepustný filter zaisťuje odstránenie vysokofrekvenčného šumu z obvodu pre lepšiu detekciu signálu.

Pred spustením tohto návodu na obsluhu by bolo užitočné zoznámiť sa s operačným zosilňovačom na všeobecný účel uA741. Rôzne piny v operačnom zosilňovači majú rôzne účely a obvod nebude fungovať, ak sú nesprávne zapojené. Nesprávne pripojenie pinov k doske na chlieb je tiež jednoduchý spôsob, ako opiecť zosilňovač a urobiť ho nefunkčným. Nasledujúci odkaz obsahuje schému použitú pre operačné zosilňovače v tomto návode.

Zdroj obrázku:

Krok 1: Zbierajte materiály

Materiály potrebné pre všetky 3 stupne filtra:

• Osciloskop
• Generátor funkcií
• Napájanie (+15V, -15V)
• Nepájkovateľné nepájivé pole
• Rôzne banánové káble a aligátorové spony
• EKG nálepky na elektródy
• Rôzne prepojovacie vodiče

Zosilňovač prístrojov:

• 3 operačné zosilňovače (uA741)

• Rezistory:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Zárezový filter:

• 1 operačný zosilňovač (uA741)

• Rezistory:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondenzátory:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Dolnopriepustný filter:

• 1 operačný zosilňovač (uA741)

• Rezistory:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondenzátory:

  • 22 nF
  • 47 nF

Krok 2: Zostavte zosilňovač prístrojov

Biologické signály často produkujú iba napätie medzi 0,2 a 2 mV [2]. Tieto napätia sú príliš malé na to, aby sa dali analyzovať na osciloskope, takže sme potrebovali postaviť zosilňovač.

Potom, čo je váš obvod zostavený, vyskúšajte a uistite sa, že funguje správne meraním napätia na Vout (zobrazené ako uzol 2 na obrázku vyššie). Funkčný generátor sme použili na odoslanie sínusovej vlny so vstupným amplitúdovým napätím 20 mV do nášho prístrojového zosilňovača. Čokoľvek príliš ďaleko nad týmto vám neposkytne požadované výsledky, pretože operačné zosilňovače dosahovali iba určité množstvo výkonu -15 a +15 V. Porovnajte výstup generátora funkcií s výstupom vášho prístrojového zosilňovača a hľadajte zisk blízky 1000 V. (Vout/Vin by mal byť veľmi blízko 1000).

Tip na riešenie problémov: Uistite sa, že všetky odpory sú v rozsahu kΩ.

[2] „Kondicionovanie signálu vysokovýkonného elektrokardiogramu (EKG) | Vzdelávanie | Analógové zariadenia. " [Online]. K dispozícii: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Prístup: 10. decembra 2017].]

Krok 3: Vytvorte filter Notch

Náš zárezový filter bol navrhnutý tak, aby odfiltroval frekvenciu pri 60 Hz. Chceme odfiltrovať 60 Hz z nášho signálu, pretože to je frekvencia striedavého prúdu nachádzajúceho sa v elektrických zásuvkách.

Pri testovaní zárezového filtra zmerajte pomer špičky a špičky medzi vstupnými a výstupnými grafmi. Pri 60 Hz by mal byť pomer -20 dB alebo lepší. Dôvodom je, že pri -20 dB je výstupné napätie v podstate 0V, čo znamená, že ste úspešne odfiltrovali signál pri 60 Hz! Otestujte tiež frekvencie okolo 60 Hz, aby ste sa presvedčili, že omylom neboli odfiltrované žiadne iné frekvencie.

Tip na riešenie problémov: Ak nemôžete dosiahnuť presne -20 dB pri 60 Hz, vyberte jeden odpor a mierne ho meňte, kým nedosiahnete požadované výsledky. Museli sme hrať s hodnotou R2, kým sme nedosiahli požadované výsledky.

Krok 4: Vytvorte dolnopriepustný filter

Náš dolnopriepustný filter bol navrhnutý s medznou frekvenciou 150 Hz. Túto hranicu sme vybrali, pretože najširší diagnostický rozsah pre EKG je 0,05 Hz - 150 Hz, za predpokladu nehybného a nízkošumového prostredia [3]. Dolnopriepustný filter je schopný zbaviť sa vysokofrekvenčného šumu pochádzajúceho zo svalov alebo iných častí tela [4].

Aby ste otestovali tento obvod, aby ste sa uistili, že funguje správne, zmerajte Vout (zobrazený ako uzol 1 na schéme zapojenia). Pri 150 Hz by mala byť amplitúda výstupného signálu 0,7 -násobok amplitúdy vstupného signálu. Použili sme vstupný signál 1 V, aby sme mohli ľahko vidieť, že náš výstup by mal byť 0,7 pri 150 Hz.

Tipy na riešenie problémov: Pokiaľ je vaša medzná frekvencia v rozmedzí niekoľkých Hz až 150 Hz, váš obvod by mal stále fungovať. Naše prerušenie skončilo na 153 Hz. Rozsah biologických signálov bude v tele trochu kolísať, takže pokiaľ nie ste mimo viac ako niekoľko Hz, váš obvod by mal stále fungovať.

[3] „Filtre EKG | MEDTEQ.” [Online]. K dispozícii: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Prístup: 10. decembra 2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson a S. J. Asirvatham, „Signals and Signal Processing for the Electrophysiologist: Part I: Electrogram Acquisition,“Circ. Arytmia Electrophysiol., Zv. 4, č. 6, s. 965–973, december 2011.

Krok 5: Vytvorte program LabView

[5] „Projekt BME 305 Design Lab“(jeseň 2017).

Tento blokový diagram labview je navrhnutý tak, aby analyzoval signál prechádzajúci programom, detekoval vrcholy EKG, zbieral časový rozdiel medzi vrcholmi a matematicky vypočítal BPM. Tiež produkuje graf priebehu EKG.

Krok 6: Pripojte všetky tri etapy

Pripojte všetky tri obvody do série prepojením výstupu zosilňovača prístrojov so vstupom zárezového filtra a výstupom zárezového filtra so vstupom dolnopriepustného filtra. Pripojte výstup dolnopriepustného filtra k asistentovi DAQ a pripojte asistenta DAQ k počítaču. Pri spájaní obvodov dohromady dbajte na to, aby boli napájacie prúžky pre každú dosku zapojené a uzemňovacie lišty boli zapojené do tej istej uzemňovacej svorky.

V prístrojovom zosilňovači musí byť druhý operačný zosilňovač neuzemnený, aby sa dva elektródové vodiče, ktoré sú pripojené k testovanému subjektu, mohli každý pripojiť k inému operačnému zosilňovaču v prvom stupni tohto filtra.

Krok 7: Získajte signály od subjektu testovaného na ľuďoch

Na každé zápästie by mala byť umiestnená jedna nálepka na elektródu a na členok na zem. Aligátorové svorky prepojte dve zápästové elektródy so vstupmi zosilňovača prístrojov a členkom so zemou. Keď ste pripravení, kliknite na „spustiť“v programe LabView a na obrazovke uvidíte svoj srdcový tep a EKG!