Construiți-vă propriul ECG !: 10 pași

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

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

Bătăile inimii constau în contracții ritmice reglementate de prezentarea spontană a depolarizărilor electrice în miocitele cardiace (celulele musculare ale inimii). O astfel de activitate electrică poate fi capturată prin plasarea electrozilor de înregistrare neinvazivi de-a lungul diferitelor poziții ale corpului. Chiar și cu o înțelegere introductivă a circuitelor și a bioelectricității, aceste semnale pot fi captate cu relativă ușurință. În acest Instructable introducem o metodologie simplistă care poate fi utilizată pentru a captura un semnal electrocardiografic cu echipamente practice și ieftine. De-a lungul timpului, vom evidenția considerațiile esențiale în achiziționarea unor astfel de semnale și vom prezenta tehnici pentru analiza semnalului programatic.

Pasul 1: o prezentare generală a caracteristicilor

Dispozitivul pe care îl construiți va funcționa prin următoarele caracteristici:

1. Înregistrări cu electrozi
2. Amplificator de instrumentatie
3. Filtru cu crestături
4. Filtru trece-jos
5. Conversie analog-digital
6. Analiza semnalului folosind LabView

Unele componente cheie de care veți avea nevoie:

1. NI LabView
2. Placă de achiziție de date NI (pentru intrări în LabView)
3. Alimentare DC (pentru alimentarea amplificatoarelor operaționale)
4. Plăcuțe de electrod pentru piele pentru înregistrarea electrodului
5. SAU un generator de funcții care poate crea un semnal ECG simulat

Să începem!

Pasul 2: Proiectați un filtru low-pass

Un ECG normal conține caracteristici identificabile în forma de undă a semnalului numită undă P, complex QRS și undă T. Toate caracteristicile ECG vor apărea în intervalul de frecvență sub 250 Hz și, ca atare, este important să captați numai caracteristicile de interes atunci când înregistrați un ECG din electrozi. Un filtru trece-jos cu o frecvență de întrerupere de 250 Hz va asigura că nu se captează zgomot de înaltă frecvență în semnal

Pasul 3: Proiectați un filtru Notch

Un filtru cu crestături la o frecvență de 60 Hz este util pentru a elimina zgomotul de la orice sursă de alimentare asociată cu înregistrarea ECG. Frecvențele de întrerupere între 56,5 Hz și 64 Hz vor permite trecerea semnalelor cu frecvențe în afara acelei zone. Un factor de calitate de 8 a fost aplicat filtrului. A fost aleasă o capacitate de 0,1 uF. Rezistoarele experimentale au fost selectate după cum urmează: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Aceste valori au fost folosite pentru a construi filtrul de notch.

Pasul 4: Proiectați un amplificator de instrumentație

Un amplificator de instrumentație cu un câștig de 1000 V / V va amplifica toate semnalele filtrate pentru a permite o măsurare ușoară. Amplificatorul folosește o serie de amplificatoare operaționale și este împărțit în două trepte (stânga și dreapta) cu câștigul respectiv K1 și K2. Imaginea de mai sus afișează o schemă a circuitelor care pot obține acest rezultat și Figura 6 detaliază calculele făcute.

Pasul 5: conectați totul împreună

Cele trei etape de amplificare și filtrare sunt combinate în Figura 7 de mai jos. Amplificatorul de instrumentație amplifică intrarea de frecvență sinusoidală cu un câștig de 1000V / V. Apoi, filtrul de notch elimină toată frecvența semnalului de 60 Hz cu un factor de calitate de 8. În cele din urmă, semnalul trece printr-un filtru trece jos care atenuează semnalele peste o frecvență de 250 Hz. Figura de mai sus afișează întregul sistem creat experimental.

Pasul 6:… și asigurați-vă că funcționează

Dacă aveți un generator de funcții, ar trebui să construiți o curbă de răspuns de frecvență pentru a asigura un răspuns adecvat. Imaginea de mai sus arată întregul sistem și curba de răspuns în frecvență la care ar trebui să vă așteptați. Dacă sistemul dvs. pare să funcționeze, atunci sunteți gata să treceți la pasul următor: convertirea semnalului analogic în digital!

Pasul 7: (Opțional) Vizualizați ECG-ul pe osciloscop

ECG înregistrează un semnal cu doi electrozi și folosește un al treilea electrod ca masă. Cu electrozii de înregistrare ECG, introduceți unul într-o intrare a amplificatorului de instrumentație, cealaltă în cealaltă intrare a amplificatorului de instrumentare și conectați-o pe a treia la masă pe placa dvs. de calcul. Apoi, așezați un electrod pe o încheietură, celălalt pe cealaltă încheietură și împământați pe gleznă. Aceasta este o configurație Lead 1 pentru un ECG. Pentru a vizualiza semnalul de pe osciloscopul dvs., utilizați o sondă de osciloscop pentru a măsura ieșirea treia etapă.

Pasul 8: Achiziționați date cu instrumentele naționale DAQ

Dacă doriți să vă analizați semnalul în LabView, veți avea nevoie de o modalitate de a colecta date analogice de la ECG și de a le transfera pe computer. Există tot felul de modalități de a obține date! National Instruments este o companie specializată în dispozitive de achiziție de date și dispozitive de analiză a datelor. Sunt un loc bun pentru a căuta instrumente de colectare a datelor. De asemenea, puteți cumpăra propriul cip convertor analogic digital ieftin și puteți utiliza un Raspberry Pi pentru a vă transmite semnalul! Aceasta este probabil opțiunea mai ieftină. În acest caz, am avut deja un modul NI DAQ, un NI ADC și LabView, așa că am rămas cu hardware și software strict National Instruments.

Pasul 9: Importați date în LabVIEW

Limbajul de programare vizual LabVIEW a fost utilizat pentru a analiza datele colectate de la sistemul analogic de amplificare / filtrare. Datele au fost colectate de la unitatea NI DAQ cu DAQ Assistant, o funcție încorporată de colectare a datelor în LabVIEW. Utilizând controalele LabView, numărul de eșantioane și durata de timp pentru colectarea eșantioanelor au fost specificate programatic. Comenzile sunt reglabile manual, permițând utilizatorului să regleze cu ușurință parametrii de intrare. Cu numărul total de eșantioane și durata de timp cunoscută, a fost creat un vector de timp cu fiecare valoare a indexului reprezentând timpul corespunzător la fiecare eșantion din semnalul capturat.

Pasul 10: Formatați, analizați și ați terminat

Datele din funcția asistent DAQ au fost convertite într-un format utilizabil. Semnalul a fost recreat ca o matrice 1D de duble prin conversia mai întâi a tipului de date de ieșire DAQ într-un tip de date de formă de undă și apoi convertirea într-o pereche de duble grupate (X, Y). Fiecare valoare Y din perechea (X, Y) a fost selectată și introdusă într-o matrice inițial goală 1D de duble cu ajutorul unei structuri de buclă. Matricea 1D de duble și vectorul timp corespunzător a fost reprezentată pe un grafic XY. În același timp, valoarea maximă a matricei 1D de duble a fost identificată cu o funcție de identificare a valorii maxime. Șase zecimi din valoarea maximă au fost utilizate ca prag pentru un algoritm de detectare a vârfurilor încorporat în LabView. Valorile de vârf ale matricei 1D de duble au fost identificate cu funcția de detectare a vârfurilor. Cu locațiile de vârf cunoscute, s-a calculat diferența de timp dintre fiecare vârf. Această diferență de timp, în unități de secunde pe vârf, a fost convertită în vârfuri pe minut. Valoarea rezultată a fost considerată a reprezenta ritmul cardiac în bătăi pe minut.

Asta e! Acum ați colectat și analizat un semnal ECG!