EKG un sirdsdarbības mērītājs: 7 soļi (ar attēliem)

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.

Viens no svarīgākajiem diagnostikas instrumentiem, ko izmanto šo apstākļu noteikšanai, ir elektrokardiogramma (EKG). Elektrokardiogramma darbojas, izsekojot elektriskajam impulsam caur jūsu sirdi un nosūtot to atpakaļ uz mašīnu [1]. Signāls tiek uztverts no elektrodiem, kas novietoti uz ķermeņa. Elektrodu novietošanai ir izšķiroša nozīme fizioloģisko signālu uztveršanā, jo tie darbojas, reģistrējot potenciāla atšķirību visā ķermenī. Elektrodu standarta izvietojums ir izmantot Einthovena trīsstūri. Šeit viens elektrods ir novietots uz labās rokas, kreisās rokas un kreisās kājas. Kreisā kāja darbojas kā zeme elektrodiem, un tā uztver frekvences troksni ķermenī. Labajā rokā ir negatīvs elektrods, bet kreisajā - pozitīvs elektrods, lai aprēķinātu potenciālo starpību krūtīs un tādējādi uzņemtu elektroenerģiju no sirds [2]. Šī projekta mērķis bija izveidot ierīci, kas varētu veiksmīgi iegūt EKG signālu un skaidri reproducē signālu bez trokšņa un pievienojot sirdsdarbības mērījumu.

1. darbība: materiāli un instrumenti

• Dažādi rezistori un kondensatori
• Maizes dēlis
• Funkciju ģenerators
• Osciloskops
• Līdzstrāvas barošanas avots
• Op-amp
• Dators ar instalētu LABView
• BNC kabeļi
• DAQ palīgs

2. darbība: izveidojiet instrumentālo pastiprinātāju

Lai pienācīgi pastiprinātu bioelektrisko signālu, divpakāpju instrumentu pastiprinātāja kopējam pastiprinājumam vajadzētu būt 1000. Katrs posms tiek reizināts, lai iegūtu kopējo pieaugumu, un zemāk ir parādīti vienādojumi, ko izmanto atsevišķu posmu aprēķināšanai.

1. posma pastiprinājums: K1 = 1+2*R2/R1 2. posma pieaugums: K2 = -R4/R3

Izmantojot iepriekš minētos vienādojumus, mūsu izmantotās rezistora vērtības bija R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ un R4 = 33kΩ. Lai nodrošinātu, ka šīs vērtības nodrošinās vēlamo izvadi, varat to simulēt tiešsaistē vai pēc fiziskā pastiprinātāja izveidošanas pārbaudīt, izmantojot osciloskopu.

Pēc tam, kad ir pievienoti izvēlētie rezistori un op-amp maizes panelī, op-ampēri jāpadara ± 15 V no līdzstrāvas barošanas avota. Pēc tam pievienojiet funkciju ģeneratoru instrumentu pastiprinātāja ieejai un osciloskopu izejai.

Iepriekš redzamajā fotoattēlā redzams, ka pabeigtais instrumentu pastiprinātājs izskatīsies maizes dēļā. Lai pārbaudītu, vai tas darbojas pareizi, iestatiet funkciju ģeneratoru, lai tas radītu sinusa vilni 1 kHz frekvencē ar maksimālo amplitūdu 20 mV. Osciloskopa pastiprinātāja izejai jābūt ar amplitūdu no maksimuma līdz maksimālajai 20 V, jo, ja tā darbojas pareizi, ir ieguvums 1000.

3. darbība: izveidojiet iecirtuma filtru

Elektrolīnijas trokšņa dēļ bija nepieciešams filtrs, lai filtrētu troksni pie 60 Hz, kas ir elektrolīnijas troksnis Amerikas Savienotajās Valstīs. Tika izmantots iecirtuma filtrs, jo tas filtrē noteiktu frekvenci. Lai aprēķinātu rezistora vērtības, tika izmantoti šādi vienādojumi. Kvalitatīvais koeficients (Q) 8 strādāja labi, un kondensatora vērtības 0,1uF tika izvēlētas konstrukcijas ērtībai. Frekvence vienādojumos (attēlota kā w) ir 60 Hz iecirtuma frekvence, kas reizināta ar 2π.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Izmantojot iepriekš minētos vienādojumus, mūsu izmantotās rezistora vērtības bija R1 = 1,5 kΩ, R2 = 470 kΩ un R3 = 1,5 kΩ. Lai nodrošinātu, ka šīs vērtības nodrošinās vēlamo izvadi, varat to simulēt tiešsaistē vai pēc fiziskā pastiprinātāja izveidošanas pārbaudīt, izmantojot osciloskopu.

Augšējais attēls parāda, kā pabeigtais iecirtuma filtrs izskatīsies maizes dēļā. Op-amp pastiprinātāju iestatīšana ir tāda pati kā instrumentu pastiprinātājam, un funkciju ģeneratoram tagad jābūt iestatītam tā, lai tas radītu sinusoidālu viļņu 1 kHz frekvencē ar maksimālo amplitūdu 1V. Ja veicat maiņstrāvas slaucīšanu, jums vajadzētu būt iespējai pārbaudīt, vai frekvences ap 60 Hz ir filtrētas.

4. darbība: izveidojiet zemas caurlaidības filtru

Lai izfiltrētu augstfrekvences troksni, kas nav saistīts ar EKG, tika izveidots zemas caurlaidības filtrs ar ierobežojuma frekvenci 150 Hz.

R1 = 2/(w [aC2+kv. (A2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

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

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

Izmantojot iepriekš minētos vienādojumus, mūsu izmantotās rezistora vērtības bija R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0,01 µF un C2 = 0,068 µF. R3 un R4 vērtības galu galā bija nulle, jo mēs vēlējāmies, lai filtra ieguvums K būtu nulle, tāpēc fiziskajā iestatījumā šeit izmantojām vadus, nevis rezistorus. Lai nodrošinātu, ka šīs vērtības nodrošinās vēlamo izvadi, varat to simulēt tiešsaistē vai pēc fiziskā pastiprinātāja izveidošanas pārbaudīt, izmantojot osciloskopu.

Lai izveidotu fizisko filtru, pievienojiet izvēlētos rezistorus un kondensatorus op-amp, kā parādīts shēmā. Ieslēdziet pastiprinātāju un pievienojiet funkciju ģeneratoru un osciloskopu tādā pašā veidā, kā aprakstīts iepriekšējās darbībās. Iestatiet funkciju ģeneratoru, lai tas radītu sinusoidālu viļņu frekvenci pie 150 Hz un ar maksimālo amplitūdu no maksimuma līdz maksimumam 1 V. Tā kā 150 Hz jābūt robežfrekvencei, ja filtrs darbojas pareizi, lielumam šajā frekvencē jābūt 3dB. Tas jums pateiks, vai filtrs ir pareizi iestatīts.

5. darbība: savienojiet visus komponentus kopā

Pēc katra komponenta uzbūvēšanas un atsevišķas testēšanas tos visus var savienot virknē. Pievienojiet funkciju ģeneratoru instrumentu pastiprinātāja ieejai, pēc tam pievienojiet tā izeju iecirtuma filtra ieejai. Dariet to vēlreiz, pievienojot iecirtuma filtra izeju zemās caurlaidības filtra ieejai. Pēc tam zemas caurlaidības filtra izejai vajadzētu savienoties ar osciloskopu.

6. darbība: iestatiet LabVIEW

Pēc tam EKG sirdsdarbības viļņu forma tika uzņemta, izmantojot DAQ palīgu un LabView. DAQ palīgs iegūst analogos signālus un nosaka paraugu ņemšanas parametrus. Pievienojiet DAQ palīgu funkciju ģeneratoram, kas izvada sirds sirds signālu, un datoram, izmantojot LabView. Iestatiet LabView saskaņā ar iepriekš redzamo shēmu. DAQ palīgs ievedīs sirds viļņus no funkciju ģeneratora. Pievienojiet viļņu diagrammu arī LabView iestatījumiem, lai skatītu diagrammu. Izmantojiet ciparu operatorus, lai iestatītu maksimālās vērtības slieksni. Parādītajā shēmā tika izmantoti 80%. Maksimālā analīze jāizmanto arī, lai atrastu maksimālās vietas un saistītu tās ar laika izmaiņām. Reiziniet maksimālo frekvenci ar 60, lai aprēķinātu sitienus minūtē, un šis skaitlis tika izvadīts blakus diagrammai.

7. solis: tagad varat ierakstīt EKG

[1] “Elektrokardiogramma - Teksasas Sirds institūta sirds informācijas centrs.” [Tiešsaistē]. Pieejams: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Skatīts: 2017. gada 9. decembris].

[2] “EKG novirzes, polaritāte un Einthovena trīsstūris - studentu fiziologs.” [Tiešsaistē]. Pieejams: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Skatīts: 2017. gada 10. decembris].