Monitor ECG și ritm cardiac: 6 pași

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

Electrocardiograma, numită și ECG, este un test care detectează și înregistrează activitatea electrică a inimii umane. Acesta detectează ritmul cardiac și puterea și sincronizarea impulsurilor electrice care trec prin fiecare parte a inimii, care este capabilă să identifice problemele cardiace, cum ar fi atacurile de cord și aritmia. ECG-urile din spitale implică doisprezece electrozi pe piele pe piept, brațe și picioare. În acest caz intrat în joc, folosim doar trei electrozi, unul pentru fiecare încheietură drept două locații de înregistrare și unul pentru glezna dreaptă ca sol. Este important să rețineți că 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.

Pentru a achiziționa și analiza un semnal ECG uman, avem nevoie de un amplificator de instrumentație care amplifică semnalul de intrare cu 1000, un filtru de notch care elimină zgomotul de curent alternativ (60 Hz) și un filtru low-pass care filtrează alte zgomote peste 250 Hz. O cut-off de 250Hz este utilizată deoarece gama de frecvență a unui ECG uman este între 0-250Hz

Pasul 1: Materiale

Generator de funcții, sursă de alimentare, osciloscop, panou de calcul.

Rezistoare: 1k - 500k ohm

Condensatoare: 20 - 100 nF

Amplificator operațional x5 (UA741)

Pasul 2: Construiți amplificatorul pentru instrumentație

Referindu-ne la circuit și la ecuațiile amplificatorului de instrumentație. Mai întâi trebuie să calculăm valorile corecte ale rezistenței. Deoarece amplificatorul de instrumentare are 2 trepte, există două câștiguri separate, k1 și k2. Deoarece avem nevoie de un câștig de 1000, k1 înmulțit cu k2 ar trebui să fie egal cu o mie. În acest tutorial am folosit următoarele valori, nu ezitați să modificați aceste valori dacă nu aveți o gamă largă de rezistențe.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω, deci, K1 = 1 + (2 * 15000) / 1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω prin urmare, K2 = 32000/1000 = 32

Acum, că știți ce valori de rezistență aveți nevoie, continuați și creați circuitul.

Pentru a testa amplificatorul de instrumentație, puteți utiliza un generator de funcții pentru a genera o undă sinusoidală cu o amplitudine cunoscută, conectați-o la intrarea circuitului și conectați ieșirea amplificatorului la un osciloscop, ar trebui să vedeți o undă sinusoidală cu o amplitudine o de 1000 de ori mai mare decât unda sinusoidală de intrare

Pasul 3: Creați un filtru de notch

Similar cu amplificatorul de instrumentație, consultați circuitul și ecuațiile pentru a găsi valorile componente corespunzătoare. Știm că, în acest filtru de notch, trebuie să tăiem frecvențele de 60Hz, prin urmare f0 este de 60Hz, vom folosi, de asemenea, un factor de calitate de 8 care ne-ar oferi o precizie bună. Folosind aceste valori putem găsi acum valori componente adecvate:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2 * pi * 60 = 120pi

R1 = 1 / (2 * 8 * 120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 1658Ω

R2 = (2 * 8) / (120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 424kΩ

R3 = (1658 * 424000) / (1658 + 424000) = 1651Ω

Acum, că știți valorile componentelor de care aveți nevoie, continuați și construiți circuitul. Nu că ați putea folosi rezistențe în paralel sau în serie pentru a obține valori cât mai apropiate de valorile necesare.

Pentru a testa filtrul de crestături, puteți efectua o măturare a frecvenței. Introduceți o undă sinusoidală cu amplitudine de 0,5V și variați frecvența. Uită-te cum se modifică amplitudinea ieșirii conectate la un osciloscop când te apropii de 60Hz. De exemplu, atunci când frecvența este sub 50 sau peste 70 ar trebui să vedeți un semnal de ieșire similar cu intrarea, dar cu cât vă apropiați de 60Hz, amplitudinea ar trebui să scadă. Dacă acest lucru nu se întâmplă, verificați circuitul și asigurați-vă că ați utilizat valorile corecte ale rezistenței.

Pasul 4: Construiți filtrul Butterworth de a doua comandă

Tipul de filtru low-pass pe care l-am folosit este de ordinul doi activ. Acest filtru este utilizat deoarece ne oferă o precizie suficient de bună și, deși necesită putere, dar performanța este mai bună. Filtrul este conceput pentru a întrerupe frecvențele peste 250 Hz. Acest lucru se datorează faptului că un semnal ECG are o componentă de frecvență diferită, care este între zero și 250 Hz, iar orice semnal cu o frecvență de peste 250 Hz ar fi considerat zgomot. Prima imagine prezintă schema filtrului low-pass cu toate valorile corecte ale rezistorului (rețineți că R7 ar trebui să fie 25632Ω în loc de 4kΩ). A doua imagine include toate ecuațiile pe care le-ați putea folosi pentru a calcula singur valorile componentelor.

Pentru a testa filtrul low-pass, utilizați generatorul de funcții pentru a genera o undă sinusoidală cu o amplitudine de 0,5V. Când introduceți frecvențe sub 250Hz, ar trebui să vedeți o ieșire similară cu cea de intrare, dar cu cât veți crește după 250Hz, ieșirea ar trebui să devină mai mică și, în cele din urmă, să devină aproape de zero.

Pasul 5: Puneți totul împreună

După ce ați terminat de construit cele trei etape, puneți-le pe toate punând amplificatorul de instrumentație, urmat de un filtru de notch și apoi de un filtru low-pass. Circuitul dvs. ar trebui să arate similar cu această imagine.

Pasul 6: Testarea întregului circuit

Folosind un generator de funcții, introduceți un semnal ECG arbitrar cu o amplitudine nu mai mare de 15mV la intrarea amplificatorului de instrumentație. Conectați ieșirea filtrului trece jos la un osciloscop. Ar trebui să obțineți o ieșire similară cu această imagine. Semnalul verde este ieșirea plăcii, iar semnalul galben este semnalul de intrare în circuit. De asemenea, puteți măsura frecvența cardiacă dobândind frecvența utilizând osciloscopul și înmulțind numărul respectiv cu 60.

Rețineți că, dacă doriți să vă măsurați propriul semnal ECG, puteți face acest lucru conectând cele două intrări ale amplificatorului de instrumentație la fiecare dintre încheieturi folosind un electrod și împământând piciorul. Păstrați doar la mijloc înainte de a face acest lucru, asigurați-vă că circuitul și conexiunile circuit-instrument folosesc tehnici de izolare adecvate.