Monitor digital ECG și ritm cardiac: 7 pași (cu imagini)

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

O electrocardiogramă sau ECG este o metodă foarte veche de măsurare și analiză a sănătății inimii. Semnalul care este citit dintr-un ECG poate indica o inimă sănătoasă sau o serie de probleme. Un design fiabil și precis este important, deoarece dacă semnalul ECG prezintă o formă de undă deformată sau bătăi inimii incorecte, o persoană poate fi diagnosticată greșit. Scopul este de a proiecta un circuit ECG care să poată dobândi, amplifica și filtra semnalul ECG. Apoi, convertiți semnalul respectiv printr-un convertor A / D în Labview pentru a produce un grafic în timp real și bătăile inimii în BPM a semnalului ECG. Forma de undă de ieșire ar trebui să arate ca această imagine.

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: Proiectarea circuitului

Circuitul trebuie să fie capabil să dobândească și să amplifice un semnal ECG. Pentru a face acest lucru, vom combina trei filtre active; un amplificator de instrumentație, un filtru low-pass Butterworth de ordinul al doilea și un filtru Notch. Proiectarea acestor circuite poate fi văzută în imagini. Vom merge de la ei la rând, apoi le vom pune împreună pentru a finaliza circuitul complet.

Pasul 2: Amplificator de instrumentație

Câștigul amplificatorului de instrumentare trebuie să fie de 1000 V / V pentru a obține un semnal bun. Amplificarea prin amplificatorul de instrumentare are loc în două etape. Prima etapă constă din cele două amplificatoare op din stânga și rezistorul R1 și R2, iar a doua etapă de amplificare constă din amplificatorul op din dreapta și rezistențele R3 și R4. Câștigul (amplificarea) pentru etapa 1 și etapa 2 sunt date în ecuația (1) și (2).

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

Câștigul etapei 2: K2 = R4 / R3 (2)

O notă importantă despre câștigul în circuite este că este multiplicativă; de exemplu. câștigul circuitului general din figura 2 este K1 * K2. Aceste ecuații produc valorile prezentate în schemă. Materialele necesare pentru acest filtru sunt trei amplificatoare op LM741, trei rezistențe de 1k ohm, două rezistențe de 24,7 kohm și două rezistențe de 20 kohm.

Pasul 3: Filtru de notch

Următoarea etapă este un filtru Notch pentru a reduce zgomotul la 60 Hz. Această frecvență trebuie întreruptă, deoarece există o mulțime de zgomot suplimentar la 60 Hz din cauza interferenței liniei electrice, dar nu va scoate nimic semnificativ din semnalul ECG. Valorile pentru componentele utilizate în circuit se bazează pe frecvența pe care doriți să o filtrați, în acest caz 60 Hz (377 rad / s). Ecuațiile componente sunt următoarele

R1 = 1 / (6032 * C)

R2 = 16 / (377 * C)

R3 = (R1R2) / (R1 + R2)

Materialele necesare pentru aceasta au fost un amplificator opțional LM741, trei rezistențe cu valori 1658 ohm, 424,4 kohm și 1651 ohmi și 3 condensatori, doi la 100 nF și unul la 200 nF.

Pasul 4: Filtru de trecere redusă

Etapa finală este un filtru low-pass Butterworth de ordinul doi cu o frecvență de întrerupere de 250 Hz. Aceasta este frecvența de întrerupere, deoarece un semnal ECG variază doar la un maxim de 250 Hz. Ecuațiile pentru valorile componentelor din filtru sunt definite în următoarele ecuații:

R1 = 2 / (1571 (1.4C2 + sortare (1.4 ^ 2 * C2 ^ 2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571 * C1 * C2 * R1)

C1 <(C2 * 1.4 ^ 2) / 4

Materialele necesare pentru acest filtru au fost un amplificator op LM741, două rezistențe de 15,3 kohm și 25,6 kohm și doi condensatori de 47 nF și 22 nF.

Odată ce toate cele trei etape sunt proiectate și construite, circuitul final ar trebui să arate ca fotografia.

Pasul 5: Testarea circuitului

După ce circuitul este construit, acesta trebuie testat pentru a se asigura că funcționează corect. Trebuie să se ruleze o curgere alternativă pe fiecare filtru utilizând un semnal de intrare cardiacă la 1 Hz de la un generator de tensiune. Răspunsul la magnitudine în dB ar trebui să arate ca imaginile. În cazul în care rezultatele obținute de la curentul alternativ sunt corecte, circuitul este terminat și gata de utilizare. Dacă răspunsurile nu sunt corecte, circuitul trebuie depanat. Începeți prin a verifica toate conexiunile și intrările de alimentare pentru a vă asigura că totul are o conexiune bună. Dacă acest lucru nu rezolvă problema, utilizați ecuațiile pentru componentele filtrelor pentru a regla valorile rezistențelor și condensatoarelor, după cum este necesar, până când ieșirea este acolo unde ar trebui să fie.

Pasul 6: Construirea unui VUI în Labview

Labview este un software de achiziție de date digitale care permite unui utilizator să proiecteze un VUI sau o interfață de utilizator virtuală. O placă DAQ este un convertor A / D care poate converti și transmite semnalul ECG în Labview. Folosind acest software, semnalul ECG poate fi reprezentat pe un grafic amplitudine vs. Primul lucru necesar pentru aceasta este o placă DAQ care achiziționează date și le convertește într-un semnal digital pentru a le trimite la Labview de pe computer. Primul lucru care trebuia adăugat la designul Labview a fost DAQ Assistant, care capătă semnalul de pe placa DAQ și definește parametrii de eșantionare. Următorul pas este conectarea unui grafic al formei de undă la ieșirea asistentului DAQ pe designul VUI care trasează semnalul ECG care arată forma de undă ECG. Acum că graficul de formă de undă este complet, datele trebuie, de asemenea, convertite pentru a produce o ieșire numerică a ritmului cardiac. Primul pas în acest calcul a fost găsirea maximului datelor ECG prin conectarea elementului max / min la ieșirea datelor DAQ în VUI, și apoi trimiterea acestuia la un alt element numit detectare de vârf și la un element care ar găsi schimbare de timp numită dt. Elementul de detectare a vârfurilor avea, de asemenea, nevoie de un prag de la max / min, care a fost calculat luând maximul din elementul maxim min și înmulțindu-l cu.8, pentru a găsi 80% din valoarea maximă, apoi introdus în elementul de detectare a vârfurilor. Acest prag a permis elementului de detectare a vârfurilor să găsească maximul undei R și locația la care a avut loc maxima, ignorând celelalte vârfuri ale semnalului. Locațiile vârfurilor au fost apoi trimise către un element de matrice index adăugat în continuare pe VUI. Elementul matricei index a fost setat pentru a stoca pe matrice cu și indexul începând de la 0, apoi un altul începând cu un indice 1. Apoi, acestea au fost scăzute unele de altele pentru a găsi diferența dintre cele două locații de vârf, care corespunde numărului de puncte dintre fiecare vârf. Numărul de puncte înmulțit cu diferența de timp dintre fiecare punct oferă timpul necesar pentru fiecare bataie. Acest lucru a fost realizat prin înmulțirea ieșirii din elementul dt și a ieșirii din scăderea celor două matrice. Acest număr a fost apoi împărțit la 60, pentru a găsi bătăile pe minut, și apoi a fost trimis folosind un element indicator numeric de pe VUI. Configurarea designului VUI în Labview este prezentată în figură.

Pasul 7: Puneți totul împreună

Odată ce VUI este terminat pe Labview, ultimul pas este conectarea circuitului la placa DAQ, astfel încât semnalul să treacă prin circuit, în placa, apoi la Labview. Dacă totul funcționează corect, un semnal de 1 Hz ar trebui să producă forma de undă prezentată în figură și o bătăi de inimă de 60 de bătăi pe minut. Acum aveți un monitor digital ECG și ritm cardiac funcțional.