Cum să construiți un monitor digital ECG și ritm cardiac: 6 pași

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

O electrocardiogramă (ECG) măsoară activitatea electrică a bătăilor inimii pentru a arăta cât de repede bate inima, precum și ritmul acesteia. Există un impuls electric, cunoscut și sub numele de undă, care se deplasează prin inimă pentru a face mușchiul inimii să pompeze sânge la fiecare bătaie. Atriile din dreapta și stânga creează prima undă P, iar ventriculii din dreapta și din stânga fac complexul QRS. Unda T finală este de la recuperarea electrică la o stare de repaus. Medicii folosesc semnale ECG pentru a diagnostica afecțiunile cardiace, deci este important să obțineți imagini clare.

Scopul acestui instructabil este de a achiziționa și filtra un semnal de electrocardiogramă (ECG) prin combinarea unui amplificator de instrumentație, filtru de notch și filtru trece-jos într-un circuit. Apoi semnalele vor trece printr-un convertor A / D în LabView pentru a produce un grafic în timp real și bătăile inimii în BPM.

"Acesta nu este un dispozitiv medical. Acesta este doar în scopuri educaționale, utilizând numai 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."

Pasul 1: Proiectați un amplificator de instrumentație

Pentru a construi un amplificator de instrumentație, avem nevoie de 3 amperi op și 4 rezistențe diferite. Un amplificator de instrumentație crește câștigul undei de ieșire. Pentru acest design, am urmărit un câștig de 1000V pentru a obține un semnal bun. Folosiți următoarele ecuații pentru a calcula rezistențele adecvate în care K1 și K2 sunt câștigul.

Etapa 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)

Etapa 2: K2 = - (R4 / R3)

Pentru acest design s-au folosit R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Pasul 2: Proiectați un filtru Notch

În al doilea rând, trebuie să construim un filtru de notch folosind un amplificator op, rezistențe și condensatori. Scopul acestei componente este de a filtra zgomotul la 60 Hz. Vrem să filtrăm exact la 60 Hz, deci totul sub și peste această frecvență va trece, dar amplitudinea formei de undă va fi cea mai mică la 60 Hz. Pentru a determina parametrii filtrului, am folosit un câștig de 1 și un factor de calitate de 8. Folosiți ecuațiile de mai jos pentru a calcula valorile corespunzătoare ale rezistorului. Q este factorul de calitate, w = 2 * pi * f, f este frecvența centrală (Hz), B este lățimea de bandă (rad / sec), iar wc1 și wc2 sunt frecvențele de tăiere (rad / sec).

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (wC)

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

Q = w / B

B = wc2 - wc1

Pasul 3: Proiectați un filtru low-pass

Scopul acestei componente este de a filtra frecvențe peste o anumită frecvență de întrerupere (wc), în mod esențial, nepermițându-le să treacă. Am decis să filtrăm la frecvența de 250 Hz pentru a evita tăierea prea aproape de frecvența medie utilizată pentru măsurarea unui semnal ECG (150 Hz). Pentru a calcula valorile pe care le vom folosi pentru această componentă, vom folosi următoarele ecuații:

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

C2 = 10 / frecvența de întrerupere (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)

Vom seta câștigul ca 1, astfel încât R3 devine un circuit deschis (fără rezistență) și R4 devine un scurtcircuit (doar un fir).

Pasul 4: Testați circuitul

Pentru fiecare componentă se efectuează o măturare de curent alternativ pentru a determina eficacitatea filtrului. Măturarea AC măsoară magnitudinea componentei la diferite frecvențe. Vă așteptați să vedeți diferite forme în funcție de componentă. Importanța curățării de curent alternativ este de a vă asigura că circuitul funcționează corect odată construit. Pentru a efectua acest test în laborator, pur și simplu înregistrați Vout / Vin la o gamă de frecvențe. Pentru amplificatorul de instrumentație am testat de la 50 la 1000 Hz pentru a obține o gamă largă. Pentru filtrul cu crestături, am testat de la 10 la 90 Hz pentru a ne face o idee bună despre cum reacționează componenta în jurul a 60 Hz. Pentru filtrul trece jos, am testat de la 50 la 500 Hz pentru a înțelege modul în care reacționează circuitul atunci când se intenționează să treacă și când se intenționează să se oprească.

Pasul 5: Circuit ECG pe LabView

Apoi, doriți să creați o diagramă bloc în LabView care simulează un semnal ECG printr-un convertor A / D și apoi să semnalizeze semnalul pe computer. Am început prin setarea parametrilor semnalului nostru de pe placa DAQ, determinând la ce frecvență cardiacă medie ne așteptam; am ales 60 de bătăi pe minut. Apoi, folosind o frecvență de 1kHz, am putut determina că trebuie să afișăm aproximativ 3 secunde pentru a obține 2-3 vârfuri ECG în graficul de formă de undă. Am afișat 4 secunde pentru a ne asigura că captăm suficiente vârfuri ECG. Diagrama bloc va citi semnalul de intrare și va utiliza detectarea vârfurilor pentru a determina cât de des are loc o bătăi cardiace complete.

Pasul 6: ECG și ritm cardiac

Folosind codul din diagrama bloc, ECG va apărea în caseta de formă de undă, iar bătăile pe minut vor fi afișate lângă el. Acum aveți un monitor de ritm cardiac funcțional! Pentru a vă provoca și mai mult, încercați să utilizați circuitul și electrozii pentru a afișa ritmul cardiac în timp real!