Kā izveidot EKG un sirdsdarbības digitālo monitoru: 6 soļi

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

Elektrokardiogramma (EKG) mēra sirdsdarbības elektrisko aktivitāti, lai parādītu sirdsdarbības ātrumu un ritmu. Pastāv elektrisks impulss, kas pazīstams arī kā vilnis, kas pārvietojas pa sirdi, lai sirds muskuļi ar katru sitienu izsūknētu asinis. Labais un kreisais priekškambaris rada pirmo P vilni, un labais un kreisais apakšējais ventriklis padara QRS kompleksu. Pēdējais T vilnis ir no elektriskās atgūšanas līdz miera stāvoklim. Ārsti sirds slimību diagnosticēšanai izmanto EKG signālus, tāpēc ir svarīgi iegūt skaidrus attēlus.

Šīs pamācības mērķis ir iegūt un filtrēt elektrokardiogrammas (EKG) signālu, ķēdē apvienojot instrumentālo pastiprinātāju, iecirtuma filtru un zemas caurlaidības filtru. Pēc tam signāli caur A/D pārveidotāju nonāks LabView, lai izveidotu reāllaika grafiku un sirdsdarbību BPM.

"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."

1. darbība: izstrādājiet instrumentālo pastiprinātāju

Lai izveidotu instrumentālo pastiprinātāju, mums nepieciešami 3 op pastiprinātāji un 4 dažādi rezistori. Instrumentu pastiprinātājs palielina izejas viļņa pieaugumu. Šim dizainam mēs centāmies iegūt 1000V, lai iegūtu labu signālu. Izmantojiet šādus vienādojumus, lai aprēķinātu atbilstošos rezistorus, kur K1 un K2 ir ieguvums.

1. posms: K1 = 1 + (2R2/R1)

2. posms: K2 = -(R4/R3)

Šim dizainam tika izmantoti R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

2. darbība: izveidojiet iecirtuma filtru

Otrkārt, mums ir jāizveido iecirtuma filtrs, izmantojot op pastiprinātāju, rezistorus un kondensatorus. Šī komponenta mērķis ir filtrēt troksni pie 60 Hz. Mēs vēlamies filtrēt tieši pie 60 Hz, tāpēc viss zem un virs šīs frekvences pāries, bet viļņu formas amplitūda būs zemākā pie 60 Hz. Lai noteiktu filtra parametrus, mēs izmantojām pastiprinājumu 1 un kvalitātes koeficientu 8. Izmantojiet tālāk redzamos vienādojumus, lai aprēķinātu atbilstošās rezistora vērtības. Q ir kvalitātes faktors, w = 2*pi*f, f ir centra frekvence (Hz), B ir joslas platums (rad/sek), un wc1 un wc2 ir robežfrekvences (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

3. darbība: izveidojiet zemas caurlaidības filtru

Šī komponenta mērķis ir filtrēt frekvences, kas pārsniedz noteiktu robežfrekvenci (wc), būtībā neļaujot tām iziet. Mēs nolēmām filtrēt ar 250 Hz frekvenci, lai izvairītos no griešanas pārāk tuvu vidējai frekvencei, ko izmanto EKG signāla mērīšanai (150 Hz). Lai aprēķinātu vērtības, kuras izmantosim šim komponentam, mēs izmantosim šādus vienādojumus:

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

C2 = 10/robežfrekvence (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)

Mēs iestatīsim pastiprinājumu kā 1, tāpēc R3 kļūst par atvērtu ķēdi (bez rezistora) un R4 kļūst par īssavienojumu (tikai vadu).

4. solis: pārbaudiet ķēdi

Katram komponentam tiek veikta maiņstrāvas slaucīšana, lai noteiktu filtra efektivitāti. Maiņstrāvas slaucīšana mēra komponenta lielumu dažādās frekvencēs. Jūs sagaidāt dažādas formas atkarībā no komponenta. Maiņstrāvas slaucīšanas nozīme ir pārliecināties, vai ķēde pēc uzbūvēšanas darbojas pareizi. Lai veiktu šo pārbaudi laboratorijā, vienkārši ierakstiet Vout/Vin frekvenču diapazonā. Mērinstrumentu pastiprinātājam mēs pārbaudījām no 50 līdz 1000 Hz, lai iegūtu plašu diapazonu. Izgriezuma filtram mēs pārbaudījām no 10 līdz 90 Hz, lai iegūtu labu priekšstatu par to, kā komponents reaģē aptuveni 60 Hz. Zemas caurlaidības filtram mēs pārbaudījām no 50 līdz 500 Hz, lai saprastu, kā ķēde reaģē, kad tai ir jāiet garām un kad tā ir jāaptur.

5. darbība: EKG ķēde LabView

Pēc tam LabView vēlaties izveidot blokshēmu, kas simulē EKG signālu caur A/D pārveidotāju un pēc tam attēlo signālu datorā. Mēs sākām, nosakot mūsu DAQ paneļa signāla parametrus, nosakot, kādu vidējo sirdsdarbības ātrumu mēs gaidījām; mēs izvēlējāmies 60 sitienus minūtē. Tad, izmantojot 1 kHz frekvenci, mēs varējām noteikt, ka mums ir jāparāda aptuveni 3 sekundes, lai iegūtu 2-3 EKG virsotnes viļņu formas diagrammā. Mēs parādījām 4 sekundes, lai nodrošinātu pietiekamu EKG pīķu uzņemšanu. Bloku diagramma nolasīs ienākošo signālu un izmantos maksimuma noteikšanu, lai noteiktu, cik bieži notiek pilna sirdsdarbība.

6. darbība: EKG un sirdsdarbība

Izmantojot bloka diagrammas kodu, viļņu formas lodziņā parādīsies EKG, un blakus tam tiks parādīti sitieni minūtē. Tagad jums ir strādājošs sirdsdarbības monitors! Lai vēl vairāk izaicinātu sevi, mēģiniet izmantot savu ķēdi un elektrodus, lai parādītu reālā laika sirdsdarbības ātrumu!