Ako zostaviť digitálny monitor EKG a srdcovej frekvencie: 6 krokov

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

Elektrokardiogram (EKG) meria elektrickú aktivitu srdcového tepu a ukazuje, ako rýchlo srdce bije, ako aj jeho rytmus. Elektrický impulz, známy tiež ako vlna, prechádza srdcom, aby srdcový sval pri každom údere pumpoval krv. Pravá a ľavá predsieň vytvárajú prvú vlnu P a pravá a ľavá dolná komora tvoria komplex QRS. Konečná vlna T je z elektrického zotavenia do pokojového stavu. Lekári používajú signály EKG na diagnostiku srdcových chorôb, preto je dôležité získať jasné obrázky.

Cieľom tohto pokynu je získať a filtrovať signál z elektrokardiogramu (EKG) kombináciou prístrojového zosilňovača, zárezového filtra a dolnopriepustného filtra v obvode. Potom signály prejdú cez A/D prevodník do LabView, aby vytvorili graf v reálnom čase a srdcový tep v BPM.

"Toto nie je zdravotnícke zariadenie. Toto je iba na vzdelávacie účely s použitím simulovaných signálov. Ak používate tento obvod na skutočné meranie EKG, uistite sa, že zapojenie obvodu a obvodu k prístroju používa správnu izolačnú techniku."

Krok 1: Navrhnite zosilňovač prístrojov

Na stavbu zosilňovača prístrojov potrebujeme 3 operačné zosilňovače a 4 rôzne odpory. Prístrojový zosilňovač zvyšuje zosilnenie výstupnej vlny. Pri tomto návrhu sme sa zamerali na zisk 1000 V, aby sme získali dobrý signál. Nasledujúce rovnice použite na výpočet príslušných rezistorov, kde K1 a K2 sú zosilnenie.

Fáza 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Fáza 2: K2 = -(R4/R3)

Pre tento návrh boli použité R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Krok 2: Navrhnite filter zárezu

Za druhé, musíme vytvoriť zárezový filter pomocou operačného zosilňovača, odporov a kondenzátorov. Cieľom tohto komponentu je odfiltrovať šum pri 60 Hz. Chceme filtrovať presne pri 60 Hz, takže všetko pod a nad touto frekvenciou prejde, ale amplitúda tvaru vlny bude najnižšia pri 60 Hz. Na stanovenie parametrov filtra sme použili zisk 1 a faktor kvality 8. Na výpočet príslušných hodnôt odporu použite nižšie uvedené rovnice. Q je faktor kvality, w = 2*pi*f, f je stredová frekvencia (Hz), B je šírka pásma (rad/s) a wc1 a wc2 sú medzné frekvencie (rad/s).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Krok 3: Navrhnite dolnopriepustný filter

Účelom tejto súčasti je odfiltrovať frekvencie nad určitou medznou frekvenciou (wc), v podstate im neumožňuje prejsť. Rozhodli sme sa filtrovať pri frekvencii 250 Hz, aby sme sa vyhli prerezaniu príliš blízko priemernej frekvencie používanej na meranie signálu EKG (150 Hz). Na výpočet hodnôt, ktoré použijeme pre tento komponent, použijeme nasledujúce rovnice:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/medzná frekvencia (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

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

Zosilnenie nastavíme na 1, takže R3 sa stane otvoreným obvodom (bez odporu) a R4 sa stane skratom (iba drôtom).

Krok 4: Otestujte obvod

Na stanovenie účinnosti filtra sa pre každú zložku vykoná striedavé striedanie. AC sweep meria veľkosť súčiastky pri rôznych frekvenciách. Očakávate, že uvidíte rôzne tvary v závislosti od komponentu. Dôležitosť cyklu striedavého prúdu je zabezpečiť, aby obvod po vybudovaní správne fungoval. Ak chcete vykonať tento test v laboratóriu, jednoducho zaznamenajte Vout/Vin pri rôznych frekvenciách. V prípade zosilňovača prístrojov sme testovali od 50 do 1 000 Hz, aby sme získali široký rozsah. V prípade zárezového filtra sme testovali od 10 do 90 Hz, aby sme získali dobrú predstavu o tom, ako komponent reaguje okolo 60 Hz. Pri dolnopriepustnom filtri sme testovali od 50 do 500 Hz, aby sme pochopili, ako obvod reaguje, keď má prechádzať a kedy sa má zastaviť.

Krok 5: Okruh EKG v LabView

Ďalej chcete v LabView vytvoriť blokový diagram, ktorý simuluje signál EKG prostredníctvom A/D prevodníka a potom vykreslí signál na počítači. Začali sme nastavením parametrov signálu našej dosky DAQ určením, aký priemerný srdcový tep sme očakávali; vybrali sme 60 úderov za minútu. Potom pomocou frekvencie 1 kHz sme boli schopní určiť, že potrebujeme zobraziť zhruba 3 sekundy, aby sme získali 2-3 vrcholy EKG v grafe priebehu. Zobrazili sme 4 sekundy, aby sme zaistili zachytenie dostatku píkov EKG. Blokový diagram bude čítať prichádzajúci signál a pomocou detekcie píkov určiť, ako často dochádza k úplnému tlkotu srdca.

Krok 6: EKG a srdcová frekvencia

Pomocou kódu zo blokového diagramu sa v poli tvaru vlny zobrazí EKG a vedľa neho sa zobrazia údery za minútu. Teraz máte funkčný monitor srdcového tepu! Ak sa chcete ešte viac vyzvať, skúste použiť svoj obvod a elektródy na zobrazenie srdcovej frekvencie v reálnom čase!