EKG monitors: 8 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

PIEZĪME: Šī nav medicīniska ierīce. Tas ir paredzēts tikai izglītojošiem mērķiem, izmantojot simulētus signālus. Ja izmantojat šo shēmu reāliem EKG mērījumiem, lūdzu, pārliecinieties, ka ķēde un ķēdes un instrumenta savienojumi izmanto pareizas izolācijas metodes.

Elektrokardiogrāfija ir pacienta sirds ģenerēto elektrisko signālu ierakstīšanas process, lai iegūtu informāciju par sirds darbību. Lai elektrisko signālu varētu uztvert efektīvi, tas jāfiltrē un jāpastiprina caur elektriskajām sastāvdaļām. Informācija arī lietotājam ir jāsniedz skaidri un efektīvi.

Tālāk sniegtajā instrukcijā ir aprakstīts, kā izveidot pastiprināšanas/filtrēšanas shēmu, kā arī lietotāja saskarni. Tas ietver instrumentu pastiprinātāja, iecirtuma filtra, zemas caurlaidības filtra un lietotāja saskarnes izveidi LabVIEW.

Pirmais solis šajā procesā ir definēt analogās shēmas prasības. Pēc prasību noteikšanas tiek pieņemti lēmumi par to, kādi primārie komponenti veidos ķēdi. Vēlāk tiek aplūkota mazāka informācija par šo galveno komponentu īpašībām, un visbeidzot ķēdes projektēšanas posms tiek noslēgts, nosakot precīzas katra ķēdes rezistora un kondensatora vērtības.

1. darbība. Prasību un primāro komponentu noteikšana

Ķēdes uzdevums ir pastiprināt pacienta ģenerēto EKG signālu un filtrēt visus saistītos trokšņus. Neapstrādāts signāls sastāv no sarežģītas viļņu formas ar maksimālo amplitūdu aptuveni 2 mV un frekvenču komponentiem diapazonā no 100 Hz līdz 250 Hz QRS kompleksā. Tas ir signāls, kas jāpastiprina un jāreģistrē.

Papildus šim interesējošajam signālam troksnis tiek radīts no vairākiem avotiem. Barošanas avoti rada 60 Hz troksni, un pacienta kustība rada artefaktus, kuru diapazons ir mazāks par 1 Hz. Vairāk augstfrekvences trokšņa tiek radīts no fona starojuma un telekomunikāciju signāliem, piemēram, mobilajiem tālruņiem un bezvadu interneta. Šī trokšņa kolekcija ir filtrējamais signāls.

Ķēdei vispirms jāpastiprina neapstrādāts signāls. Tam jāfiltrē 60 Hz troksnis un jebkurš cits troksnis virs 160 Hz. Zemas frekvences trokšņa filtrēšana, kas saistīta ar pacienta kustību, tiek uzskatīta par nevajadzīgu, jo pacientam var vienkārši dot norādījumu nekustēties.

Tā kā signālu mēra kā potenciāla starpību starp diviem elektrodiem, kas atrodas uz pacienta, pastiprināšana tiek panākta, izmantojot instrumentālo pastiprinātāju. Var izmantot arī vienkāršu atšķirības pastiprinātāju, taču instrumentālie pastiprinātāji bieži darbojas labāk attiecībā uz trokšņa noraidīšanu un pielaidēm. 60 Hz filtrēšana tiek panākta, izmantojot iecirtuma filtru, bet pārējā augstfrekvences filtrēšana tiek panākta, izmantojot zemas caurlaidības filtru. Šie trīs elementi veido visu analogo ķēdi.

Zinot trīs ķēdes elementus, var noteikt mazākas detaļas attiecībā uz komponentu ieguvumiem, robežfrekvencēm un joslas platumiem.

Mērinstrumentu pastiprinātājs tiks iestatīts uz pastiprinājumu 670. Tas ir pietiekami liels, lai ierakstītu nelielu EKG signālu, bet arī pietiekami mazs, lai nodrošinātu, ka op-amp darbojas lineārajā diapazonā, pārbaudot ķēdi ar signāliem, kas ir tuvu 20 mV, ir minimums dažiem funkciju ģeneratoriem.

Izgriezuma filtrs tiks centrēts uz 60 Hz.

Zemfrekvences filtra ierobežojuma frekvence ir 160 Hz. Tam joprojām vajadzētu uztvert lielāko daļu QRS kompleksa un noraidīt augstfrekvences fona troksni.

2. solis: Instrumentu pastiprinātājs

Iepriekš redzamajā shēmā ir aprakstīts instrumentu pastiprinātājs.

Pastiprinātājam ir divi posmi. Pirmais posms sastāv no diviem op-ampiem, kas atrodas augšējā attēlā pa kreisi, un otrais posms sastāv no viena op-amp labajā pusē. Katra no tiem palielinājumu var modulēt pēc saviem ieskatiem, bet mēs esam nolēmuši to veidot ar 670 V/V pieaugumu. To var panākt ar šādām pretestības vērtībām:

R1: 100 omi

R2: 3300 omi

R3: 100 omi

R4: 1000 omi

3. darbība: iecirtuma filtrs

Iepriekš redzamajā shēmā ir aprakstīts iecirtuma filtrs. Šis ir aktīvs filtrs, tāpēc mēs varētu izvēlēties, lai tas pastiprinātu vai vājinātu signālu, ja mēs to vēlētos, bet mēs jau esam sasnieguši visu nepieciešamo pastiprinājumu, tāpēc šim op-amp pastiprinātājam izvēlamies pastiprinājumu. Centra frekvencei jābūt 60 Hz, bet kvalitātes faktoram - 8. To var panākt, izmantojot šādas komponentu vērtības:

R1: 503 omi

R2: 128612 omi

R3: 503 omi

C: 0,33 mikroFarads

4. solis: zemas caurlaides filtrs

Atkal, tas ir aktīvs filtrs, tāpēc mēs varētu izvēlēties jebkuru vēlamo ieguvumu, bet mēs izvēlēsimies 1. Tas tiek panākts, pārvēršot R4 iepriekš par īssavienojumu un R3 par atvērtu ķēdi. Pārējais, tāpat kā ar citiem komponentiem, tiek sasniegts, izmantojot mūsu iepriekš noteiktās prasības kombinācijā ar vienādojumiem, kas regulē ķēdes, lai iegūtu atsevišķu elementu vērtības:

R1: 12056 omi

R2: 19873.6 omi

C1: 0,047 mikroFarads

C2: 0,1 mikroFarads

5. solis: Virtuāli projektējiet pilnu ķēdi

Ķēdes projektēšana virtuālās shēmas veidošanas programmatūrā, piemēram, PSPICE, var būt ļoti noderīga kļūdu novēršanā un plānu nostiprināšanā, pirms pāriet pie reālas analogās shēmas izgatavošanas. Šajā brīdī var uzņemt ķēdes maiņstrāvas, lai nodrošinātu, ka viss darbojas saskaņā ar plānu.

6. darbība: izveidojiet pilnu ķēdi

Shēmu var veidot jebkurā jums patīkamā veidā, taču šim gadījumam tika izvēlēta maizes dēlis.

Ieteicams montēt uz maizes dēļa, jo tas ir vieglāk nekā lodēt, bet lodēšana sniegtu lielāku izturību. Ieteicams paralēli strāvas avotam novietot zemē 0,1 mikroFarad apvedceļa kondensatoru, jo tas palīdz novērst nevēlamas novirzes no pastāvīgas jaudas.

7. darbība. LabVIEW lietotāja interfeiss

LabVIEW lietotāja saskarne ir veids, kā no analogiem signāliem pārvērst EKG signāla vizuālos un skaitliskos attēlojumos, kurus lietotājam ir viegli interpretēt. Lai pārveidotu signālu no analogā uz ciparu, tiek izmantota DAQ plate, un dati tiek importēti uz LabVIEW.

Programmatūra ir uz objektiem balstīta programma, kas palīdz datu apstrādē un saskarnes izveidē. Vispirms datus vizuāli attēlo grafiks, un pēc tam tiek veikta dažu signālu apstrāde, lai noteiktu sirdspukstu biežumu, lai tos varētu parādīt blakus diagrammai.

Lai noteiktu sirdsdarbības biežumu, ir jānosaka sirdsdarbība. To var paveikt, izmantojot laboratorijas VIEW maksimuma noteikšanas objektu. Objekts izvada saņemto datu masīva pīķu indeksus, kurus pēc tam var izmantot aprēķinos, lai noteiktu laiku, kas paiet starp sirdspukstiem.

Tā kā LabVIEW informācija būtu pavisam cita instrukcija, mēs atstāsim informāciju citam avotam. Precīzu programmas darbību var redzēt iepriekš sniegtajā blokshēmā.

8. darbība. LabVIEW gala lietotāja interfeiss

Gala lietotāja saskarnē tiek parādīts pastiprināts, filtrēts, pārveidots un apstrādāts signāls, kā arī sirds frekvences rādījums sitienos minūtē