Circuit ECG: 7 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

Un ECG este un test care măsoară activitatea electrică a inimii prin înregistrarea ritmului și activității inimii. Funcționează prin preluarea și citirea semnalelor din inimă folosind cabluri atașate la un aparat electrocardiograf. Acest instructable vă va arăta cum să construiți un circuit care înregistrează, filtrează și afișează semnalul bioelectric al inimii. Acesta nu este un dispozitiv medical. Aceasta este în scopuri educaționale numai folosind semnale simulate. Dacă utilizați acest circuit pentru măsurători reale ECG, vă rugăm să vă asigurați că circuitul și conexiunile circuit-instrument folosesc tehnici de izolare adecvate.

Acest circuit conține trei etape diferite conectate în serie cu un program LabView. Rezistențele din amplificatorul de instrumentație au fost calculate cu un câștig de 975 pentru a se asigura că semnalele mici din inimă pot fi preluate în continuare în circuit. Filtrul cu crestături elimină zgomotul de 60 Hz de la priza electrică din perete. Filtrul trece jos asigură eliminarea zgomotului de înaltă frecvență din circuit pentru o mai bună detectare a semnalului.

Înainte de a începe acest instructabil, ar fi util să vă familiarizați cu amplificatorul operațional de uz general uA741. Diferitele pini din amplificatorul operațional au scopuri diferite și circuitul nu va funcționa dacă sunt conectate incorect. Conectarea incorectă a pinilor la placa de măsurare este, de asemenea, o modalitate ușoară de a prăji op-amp-ul și de a-l face nefuncțional. Link-ul de mai jos conține schema utilizată pentru amplificatoarele operaționale în acest instructable.

Sursa imaginii:

Pasul 1: Colectați materiale

Materiale necesare pentru toate cele 3 etape ale filtrului:

• Osciloscop
• Generator de funcții
• Alimentare (+ 15V, -15V)
• Pană de sudură fără sudură
• Diverse cabluri de banane și cleme de aligator
• Autocolante pentru electrod ECG
• Diverse fire jumper

Amplificator instrumentatie:

• 3 amplificatoare operaționale (uA741)

• Rezistențe:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Filtru de crestătură:

• 1 amplificator operațional (uA741)

• Rezistențe:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Condensatoare:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Filtru trece jos:

• 1 amplificator operațional (uA741)

• Rezistențe:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Condensatoare:

  • 22 nF
  • 47 nF

Pasul 2: Construiți un amplificator de instrumentație

Semnalele biologice deseori produc doar tensiuni cuprinse între 0,2 și 2 mV [2]. Aceste tensiuni sunt prea mici pentru a fi analizate pe osciloscop, așa că a trebuit să construim un amplificator.

După ce circuitul dvs. este construit, testați pentru a vă asigura că funcționează corect măsurând tensiunea la Vout (prezentată ca nodul 2 în imaginea de mai sus). Am folosit generatorul de funcții pentru a trimite o undă sinusoidală cu o tensiune de amplitudine de intrare de 20 mV către amplificatorul nostru de instrumente. Orice lucru mult peste acest lucru nu vă va oferi rezultatele pe care le căutați, deoarece amplificatoarele operaționale obțineau doar o anumită cantitate de putere de -15 și +15 V. Comparați ieșirea generatorului de funcții cu ieșirea amplificatorului de instrumentare și căutați un câștig de aproape 1000 V. (Vout / Vin ar trebui să fie foarte aproape de 1000).

Sfat pentru depanare: Asigurați-vă că toate rezistențele sunt în domeniul kΩ.

[2] „Condiționarea semnalului cu electrocardiogramă de înaltă performanță (ECG) | Educație | Dispozitive analogice.” [Pe net]. Disponibil: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Accesat: 10 decembrie 2017].]

Pasul 3: Creați un filtru de notch

Filtrul nostru de notch a fost conceput pentru a filtra o frecvență la 60 Hz. Vrem să filtrăm 60 Hz din semnalul nostru, deoarece aceasta este frecvența curentului alternativ găsit în prizele electrice.

Când testați filtrul de notch, măsurați raportul vârf-vârf între graficele de intrare și ieșire. La 60 Hz, ar trebui să existe un raport de -20 dB sau mai bun. Acest lucru se datorează faptului că la -20 dB, tensiunea de ieșire este în esență 0V, ceea ce înseamnă că ați filtrat cu succes semnalul la 60 Hz! Testați și frecvențele în jur de 60 Hz pentru a vă asigura că nu se filtrează alte frecvențe accidental.

Sfat pentru depanare: dacă nu puteți obține exact -20dB la 60 Hz, alegeți un rezistor și schimbați-l ușor până când obțineți rezultatele dorite. A trebuit să ne jucăm cu valoarea R2 până când am obținut rezultatele dorite.

Pasul 4: Construiți un filtru Low Pass

Filtrul nostru low-pass a fost proiectat cu o frecvență de întrerupere de 150 Hz. Am ales această limită deoarece cea mai largă gamă de diagnostic pentru un ECG este de 0,05 Hz - 150 Hz, presupunând un mediu nemișcat și cu zgomot redus [3]. Filtrul trece jos este capabil să scape de zgomotul de înaltă frecvență provenit de la mușchi sau alte părți ale corpului [4].

Pentru a testa acest circuit pentru a vă asigura că funcționează corect, măsurați Vout (prezentat ca nod 1 în diagrama circuitului). La 150 Hz, amplitudinea semnalului de ieșire trebuie să fie de 0,7 ori amplitudinea semnalului de intrare. Am folosit un semnal de intrare de 1V pentru a putea vedea cu ușurință că ieșirea noastră ar trebui să fie de 0,7 la 150 Hz.

Sfaturi pentru depanare: atâta timp cât frecvența de întrerupere este în câțiva Hz de 150 Hz, circuitul dvs. ar trebui să funcționeze în continuare. Limita noastră a ajuns să fie de 153 Hz. Intervalul pentru semnale biologice va fluctua puțin în corp, astfel încât atâta timp cât nu sunteți mai mult de câțiva Hz, circuitul dvs. ar trebui să funcționeze.

[3] „Filtre ECG | MEDTEQ.” [Pe net]. Disponibil: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Accesat: 10 decembrie 2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson și S. J. Asirvatham, „Semnalele și procesarea semnalelor pentru electrofiziolog: Partea I: Achiziția de electrograme”, Circ. Aritmie electrofiziol., Vol. 4, nr. 6, pp. 965–973, decembrie 2011.

Pasul 5: Creați programul LabView

[5] „BME 305 Design Lab Project“(toamna anului 2017).

Această diagramă bloc labview este concepută pentru a analiza semnalul care trece prin program, pentru a detecta vârfurile ECG, pentru a colecta diferența de timp dintre vârfuri și pentru a calcula matematic BPM. De asemenea, redă un grafic al formei de undă ECG.

Pasul 6: Conectați toate cele trei etape

Conectați toate cele trei circuite în serie conectând ieșirea amplificatorului de instrumentație la intrarea filtrului de notch și ieșirea filtrului de notch la intrarea filtrului de trecere jos. Conectați ieșirea filtrului trece jos la asistentul DAQ și conectați asistentul DAQ la computer. Când conectați circuitele împreună, asigurați-vă că benzile de alimentare pentru fiecare placă de panou sunt conectate și că benzile de masă sunt conectate la același terminal de masă.

În amplificatorul de instrumentație, al doilea amplificator operațional trebuie să fie deconectat, astfel încât doi conductori de electrod conectați la subiectul testat să se poată conecta fiecare la un amplificator operațional diferit în prima etapă a filtrului respectiv.

Pasul 7: Obțineți semnale de la un subiect de testare umană

Un autocolant cu electrod ar trebui să fie așezat pe fiecare încheietură și unul ar trebui să fie așezat pe gleznă pentru sol. Utilizați cleme de aligator pentru a conecta cei doi electrozi pentru încheietura mâinii la intrările amplificatorului de instrumentație și glezna la sol. Când sunteți gata, faceți clic pe „alergare” din programul LabView și vedeți ritmul cardiac și ECG pe ecran!