Izveidojiet savu EKG!: 10 soļi

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

Šī nav medicīnas 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

Sirdsdarbība sastāv no ritmiskām kontrakcijām, ko regulē spontāna elektrisko depolarizāciju parādīšanās sirds miocītos (sirds muskuļu šūnās). Šādu elektrisko aktivitāti var fiksēt, novietojot neinvazīvus ierakstīšanas elektrodus dažādās ķermeņa pozīcijās. Pat iepazīstinot ar shēmu un bioelektrību, šos signālus var uztvert salīdzinoši viegli. Šajā pamācībā mēs ieviešam vienkāršotu metodiku, ko var izmantot, lai uztvertu elektrokardiogrāfisko signālu ar praktisku un lētu aprīkojumu. Visā laikā mēs uzsvērsim būtiskus apsvērumus šādu signālu iegūšanā un iepazīstināsim ar programmatiskās signālu analīzes metodēm.

1. darbība: funkciju pārskats

Jūsu izveidotā ierīce darbosies, izmantojot šādas funkcijas:

1. Elektrodu ieraksti
2. Instrumentu pastiprinātājs
3. Griezuma filtrs
4. Zemas caurlaidības filtrs
5. Analoga-digitāla pārveidošana
6. Signālu analīze, izmantojot LabView

Jums būs nepieciešamas dažas galvenās sastāvdaļas:

1. NI LabView
2. NI datu ieguves tāfele (ievadīšanai LabView)
3. Līdzstrāvas barošana (operatīvo pastiprinātāju barošanai)
4. Ādas elektrodu paliktņi elektrodu ierakstīšanai
5. VAI funkciju ģenerators, kas var izveidot simulētu EKG signālu

Sāksim!

2. darbība: izveidojiet zemas caurlaidības filtru

Parastā EKG satur identificējamas pazīmes signāla viļņu formā, ko sauc par P vilni, QRS kompleksu un T vilni. Visas EKG funkcijas parādīsies frekvenču diapazonā zem 250 Hz, un tādēļ, ierakstot EKG no elektrodiem, ir svarīgi uztvert tikai interesējošās funkcijas. Zemas caurlaidības filtrs ar ierobežojuma frekvenci 250 Hz nodrošinās, ka signālā netiek uztverts augstfrekvences troksnis

3. darbība: izveidojiet iecirtuma filtru

Izgriezuma filtrs ar frekvenci 60 Hz ir noderīgs, lai novērstu troksni no jebkura elektroenerģijas padeves, kas saistīta ar EKG ierakstīšanu. Izslēgšanas frekvences no 56,5 Hz līdz 64 Hz ļaus iziet signāliem, kuru frekvences atrodas ārpus šī diapazona. Filtram tika piemērots kvalitātes koeficients 8. Tika izvēlēta 0,1 uF kapacitāte. Eksperimentālie rezistori tika izvēlēti šādi: R1 = R3 = 1,5 kOhm, R2 = 502 kOhm. Šīs vērtības tika izmantotas, lai izveidotu iecirtuma filtru.

4. solis: izveidojiet instrumentālo pastiprinātāju

Instrumentu pastiprinātājs ar pastiprinājumu 1000 V/V pastiprinās visus filtrētos signālus, lai atvieglotu mērīšanu. Pastiprinātājs izmanto virkni operatīvo pastiprinātāju un ir sadalīts divos posmos (pa kreisi un pa labi) ar atbilstošu pastiprinājumu K1 un K2. Iepriekš redzamajā attēlā parādīta shēmas shēma, ar kuru var sasniegt šo rezultātu, un 6. attēlā ir sīki izklāstīti veiktie aprēķini.

5. solis: savienojiet to visu kopā

Trīs pastiprināšanas un filtrēšanas posmi ir apvienoti 7. attēlā. Instrumentu pastiprinātājs pastiprina sinusoidālās frekvences ieeju ar pastiprinājumu 1000V/V. Pēc tam iecirtuma filtrs noņem visu signāla frekvenci 60 Hz ar kvalitātes koeficientu 8. Visbeidzot, signāls iziet caur zemas caurlaidības filtru, kas vājina signālus, kas pārsniedz 250 Hz frekvenci. Iepriekš redzamajā attēlā redzama visa eksperimentāli izveidotā sistēma.

6. solis:… un pārliecinieties, ka tas darbojas

Ja jums ir funkciju ģenerators, jums vajadzētu izveidot frekvences reakcijas līkni, lai nodrošinātu pareizu reakciju. Augšējā attēlā ir redzama visa sistēma un frekvences reakcijas līkne, kas jums jāgaida. Ja šķiet, ka jūsu sistēma darbojas, tad esat gatavs pāriet uz nākamo soli: analogā signāla pārvēršana digitālā!

7. solis: (pēc izvēles) Vizualizējiet savu EKG osciloskopā

EKG reģistrē signālu ar diviem elektrodiem un kā zemējumu izmanto trešo elektrodu. Izmantojot EKG ierakstīšanas elektrodus, ievietojiet vienu instrumentu pastiprinātāja vienā ieejā, otru - mērinstrumentu pastiprinātāja ieejā un pievienojiet trešo zemei uz maizes dēļa. Pēc tam novietojiet vienu elektrodu uz vienas plaukstas locītavas, otru - uz otras plaukstas locītavas un piestipriniet pie potītes. Šī ir EKG 1. vadu konfigurācija. Lai vizualizētu osciloskopa signālu, izmantojiet osciloskopa zondi, lai izmērītu trešās pakāpes izvadi.

8. darbība: iegūstiet datus, izmantojot nacionālo instrumentu DAQ

Ja vēlaties analizēt savu signālu LabView, jums būs nepieciešams veids, kā savākt analogos datus no EKG un pārsūtīt tos uz datoru. Ir visādi veidi, kā iegūt datus! National Instruments ir uzņēmums, kas specializējas datu iegūšanas ierīcēs un datu analīzes ierīcēs. Tās ir laba vieta, kur meklēt rīkus datu vākšanai. Jūs varat arī iegādāties savu lēto analogo ciparu pārveidotāja mikroshēmu un izmantot Raspberry Pi signāla pārraidīšanai! Tas, iespējams, ir lētākais variants. Šajā gadījumā mums jau bija NI DAQ modulis, NI ADC un LabView, tāpēc mēs pieķērāmies stingri National Instruments aparatūrai un programmatūrai.

9. darbība: importējiet datus uz LabVIEW

Lai analizētu datus, kas savākti no analogās pastiprināšanas/filtrēšanas sistēmas, tika izmantota vizuālās programmēšanas valoda LabVIEW. Dati tika vākti no NI DAQ vienības ar DAQ Assistant, iebūvētu datu vākšanas funkciju LabVIEW. Izmantojot LabView vadīklas, paraugu skaits un paraugu savākšanas laiks tika noteikts programmatiski. Vadības ierīces ir manuāli regulējamas, ļaujot lietotājam viegli noregulēt ievades parametrus. Zinot kopējo paraugu skaitu un laika ilgumu, tika izveidots laika vektors ar katru indeksa vērtību, kas attēlo atbilstošo laiku katrā paraugā uztvertajā signālā.

10. darbība: formatējiet, analizējiet un esat pabeidzis

Dati no DAQ palīga funkcijas tika pārveidoti izmantojamā formātā. Signāls tika atjaunots kā divkāršs 1D masīvs, vispirms pārveidojot DAQ izvades datu tipu par viļņu formas datu tipu un pēc tam pārvēršot par (X, Y) klasteru dubultspēļu pāri. Katra Y vērtība no (X, Y) pāra tika atlasīta un ar cilpas struktūras palīdzību ievietota sākotnēji tukšā 1D divkāršu masīvā. 1D divkāršo masīvs un atbilstošais laika vektors tika attēlots XY grafikā. Vienlaikus dubultā 1D masīva maksimālā vērtība tika identificēta ar maksimālās vērtības identifikācijas funkciju. Sešas desmitdaļas no maksimālās vērtības tika izmantotas kā slieksnis maksimuma noteikšanas algoritmam, kas iebūvēts LabView. Dubultspēļu 1D masīva maksimālās vērtības tika identificētas ar pīķa noteikšanas funkciju. Tā kā ir zināmas pīķu vietas, tika aprēķināta laika starpība starp katru pīķi. Šī laika starpība, kas izteikta sekundēs vienībās uz pīķi, tika pārvērsta maksimumos minūtē. Tika uzskatīts, ka iegūtā vērtība atspoguļo sirdsdarbības ātrumu sitienos minūtē.

Tieši tā! Tagad esat savācis un analizējis EKG signālu!