Egyszerűen automatizált EKG (1 erősítő, 2 szűrő): 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:41

Az elektrokardiogram (EKG) méri és megjeleníti a szív elektromos aktivitását a bőrre helyezett különböző elektródák segítségével. Az EKG műszeres erősítő, bevágásos szűrő és aluláteresztő szűrő használatával hozható létre. Végül a szűrt és erősített jel megjeleníthető a LabView szoftver segítségével. A LabView a jel bejövő frekvenciáját is felhasználja az emberi alany szívverésének kiszámításához. A beépített műszererősítő sikeresen vette a test kis jelét és 1 V -ra erősítette, így a számítógépen megtekinthető volt a LabView segítségével. A bemetszéses és aluláteresztő szűrők sikeresen csökkentették a tápegységekből származó 60 Hz -es zajt és a 350 Hz feletti zavaró jeleket. A szívverés nyugalmi állapotban 75 ütés / perc volt, és öt perc intenzív edzés után 137 ütés / perc. Az épített EKG képes volt reális értékeken mérni a szívveréseket és megjeleníteni egy tipikus EKG hullámforma különböző összetevőit. A jövőben ezt az EKG -t javítani lehetne a bevágásos szűrő passzív értékeinek megváltoztatásával, hogy csökkentse a 60 Hz körüli zajt.

1. lépés: Hozza létre a műszeres erősítőt

Szüksége lesz: LTSpice (vagy más áramkör -vizualizáló szoftver)

A műszeres erősítőt azért hozták létre, hogy növelje a jel méretét, hogy láthatóvá váljon, és lehetővé tegye a hullámforma elemzését.

R1 = 3,3 k ohm, R2 = 33 k ohm, R3 = 1 k ohm, R4 = 48 ohm használatával X erősítés érhető el. Nyereség = -R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k (1- (33k/3.3k)) = -1008

Mivel az utolsó erősítőben a jel az invertáló csapba megy, a nyereség 1008. Ezt a konstrukciót az LTSpice -ben hozták létre, majd 1-1 kHz -es váltakozó áramú áramkörrel szimulálták 100 pontonként évtizedenként 1 V -os amplitúdójú szinuszhullámú bemenetre..

Ellenőriztük, hogy nyereségünk hasonló volt -e a tervezett nyereséghez. A grafikonon azt találtuk, hogy a nyereség = 10^(60/20) = 1000, ami kellően közel van az általunk tervezett 1008 nyereséghez.

2. lépés: Hozza létre a bevágás szűrőt

Szüksége lesz: LTSpice (vagy más áramkör -vizualizáló szoftver)

A bemetszéses szűrő egy bizonyos típusú aluláteresztő szűrő, amelyet egy felüláteresztő szűrő követ, hogy megszüntesse egy adott frekvenciát. Egy bevágásos szűrőt használnak a 60 Hz -en jelen lévő összes elektronikus eszköz által okozott zaj kiküszöbölésére.

A passzív értékeket kiszámítottuk: C =.1 uF (az értéket választottuk) 2C =.2 uF (használt.22 uF kondenzátor)

AQ 8-as tényezőt kell használni: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3,14159*60*.1E-6) = 1,66 kOhm (1,8 kOhm R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3,14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm volt Feszültségosztás: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1,8 kOhm * 423 kOhm / (1,8 kOhm + 423 kOhm) = 1,79 kOhm (1,8 kOhm -ot használtunk)

Ennek a szűrőnek 1 erősítése van, ami azt jelenti, hogy nincsenek erősítő tulajdonságok.

A passzív értékek csatlakoztatása és szimulálása LTSpice -en AC Sweep és 0,1 V -os szinuszhullámú bemeneti jel mellett, 1 kHz AC frekvenciával a mellékelt bode -diagramot eredményezi.

60 Hz körüli frekvencián a jel eléri a legalacsonyabb feszültséget. A szűrő sikeresen eltávolítja a 60 Hz -es zajt egy észrevehetetlen 0,01 V feszültségre, és 1 erősítést biztosít, mivel a bemeneti feszültség 0,1 V.

3. lépés: Hozza létre az aluláteresztő szűrőt

Szüksége lesz: LTSpice (vagy más áramkör -vizualizáló szoftver)

Létrehoztak egy aluláteresztő szűrőt, hogy eltávolítsák azokat a jeleket, amelyek meghaladják az EKG jelet. Az érdeklődési küszöb 0 és 350 Hz között volt.

A kondenzátor értékét 1 uF -ra választottuk. A szükséges ellenállást nagy, 335 Hz-es határfrekvenciára számítjuk ki: C = 0,1 uF R = 1/(2pi*0,1*(10^-6)*335 Hz) = 4,75 kOhm (4,7 kOhm-ot használtunk)

A passzív értékek csatlakoztatása és szimulálása LTSpice -en AC Sweep és 0,1 V -os szinuszhullámú bemeneti jel mellett, 1 kHz AC frekvenciával a mellékelt bode -diagramot eredményezi.

4. lépés: Hozza létre az áramkört egy kenyértáblán

Szüksége lesz: különböző értékű ellenállásokra, különböző értékű kondenzátorokra, UA 471 operációs erősítőkre, áthidaló kábelekre, kenyérsütő táblára, csatlakozókábelekre, tápegységre vagy 9 V -os elemre

Most, hogy szimulálta az áramkört, itt az ideje, hogy egy kenyérlapra építse. Ha nem rendelkezik a felsorolt pontos értékekkel, használja a rendelkezésre álló értékeket, vagy kombinálja az ellenállásokat és a kondenzátorokat a szükséges értékek megadásához. Ne felejtse el a kenyérsütő tápellátását 9 voltos akkumulátorral vagy egyenáramú tápegységgel ellátni. Mindegyik erősítőnek pozitív és negatív feszültségforrásra van szüksége.

5. lépés: A LabView környezet beállítása

Szüksége lesz: LabView szoftverre, számítógépre

A hullámforma megjelenítésének és a pulzusszámítás automatizálásához LabView -t használtunk. A LabView az adatok vizualizálására és elemzésére használt program. Az EKG áramkör kimenete a LabView bemenete. Az adatok bevitele, ábrázolása és elemzése az alábbi blokkdiagram alapján történik.

Először a DAQ Assistant veszi az analóg jelet az áramkörből. A mintavételi utasítások itt találhatók. A mintavételi sebesség 1k minta másodpercenként, az intervallum pedig 3k ms volt, ezért a hullámforma grafikonon látható időintervallum 3 másodperc. A Waveform Graph adatokat kapott a DAQ Assistant -től, majd megjelenítette azokat az előlapi ablakban. A blokkdiagram alsó része a pulzusszámítást tartalmazza. Először meg kell mérni a hullám maximumát és minimumát. Ezután ezekkel az amplitúdó -mérésekkel határozzák meg, hogy előfordulnak -e olyan csúcsok, amelyek a maximális amplitúdó 95% -ának vannak meghatározva, és ha igen, akkor rögzítik az időpontot. A csúcsok észlelése után az amplitúdót és az időpontot tömbökben tárolják. Ezután a csúcsok/ másodpercek száma percre konvertálódik, és megjelenik az előlapon. Az előlapon megjelenik a hullámforma és a percenkénti ütések száma.

Az áramkört a National Instruments ADC -n keresztül csatlakoztatta a LabVIEW -hez, amint az a fenti ábrán látható. A funkciógenerátor előállította a szimulált EKG jelet az ADC -be, amely továbbította az adatokat a LabView -hoz grafikonok és elemzések céljából. Ezenkívül, miután a BPM -et kiszámították a LabVIEW programban, a numerikus indikátor segítségével kinyomtatták ezt az értéket az alkalmazás előlapján a hullámforma grafikon mellett, amint az a 2. ábrán látható.

6. lépés: Az áramkör tesztelése a funkciógenerátor használatával

Szüksége lesz a következőkre: áramkör a kenyértáblán, csatlakozókábelek, tápegység vagy 9 V -os elem, National Instruments ADC, LabView szoftver, számítógép

A LabView műszerek teszteléséhez egy szimulált EKG -t vezettünk be az áramkörbe, és az áramkör kimenetét a National Instruments ADC -n keresztül a LabView -hoz kötöttük. Először 20 mVpp jelet adtak be 1 Hz -en az áramkörbe, hogy szimulálják a nyugalmi szívverést. A LabView előlapja az alábbi képen látható. A P, T, U hullám és a QRS komplex mind látható. A BMP helyesen van kiszámítva és megjelenik a numerikus kijelzőn. Az áramkörön keresztül körülbelül 8 V/0,02 V = 400 erősítés érhető el, amely hasonló ahhoz, amit az áramkör oszcilloszkóphoz való csatlakoztatásakor láttunk. A LabView eredményének képe csatolva. Ezt követően, például edzés közbeni megemelt szívverés szimulálásához 20 mVpp jelet adtak be 2 Hz -en az áramkörbe. A nyugalmi pulzusszámhoz hasonló nyereség volt a teszthez képest. A hullámforma alatt látható, hogy ugyanazok az alkatrészek, mint korábban, csak gyorsabban. A pulzusszám kiszámításra kerül és megjelenik a numerikus indikátorban, és látjuk a várható 120 BPM -et.

7. lépés: Vizsgálati áramkör emberi alany segítségével

Szüksége lesz a következőkre: áramkör a kenyértáblán, csatlakozókábelek, tápegység vagy 9 V -os elem, National Instruments ADC, LabView szoftver, számítógép, elektródák (legalább három), ember

Végül az áramkör emberi alany EKG vezetékeinek bemenetét tesztelte az áramkörbe, és az áramkör kimenetét a LabView -ba. Három elektródát helyeztek egy tárgyra, hogy valódi jelet kapjanak. Mindkét csuklóra és a jobb bokára elektródákat helyeztek. A jobb csukló volt a pozitív bemenet, a bal csukló negatív, a bokája pedig le van csiszolva. Ismét az adatokat bevittük a LabView -ba feldolgozásra. Az elektróda konfigurációját képként csatoljuk.

Először az alany nyugalmi EKG jelét jelenítették meg és elemezték. Nyugalomban az alany pulzusa nagyjából 75 ütés / perc volt. Az alany ezután 5 percig intenzív fizikai aktivitásban vett részt. A témát újra csatlakoztatta, és a felemelt jelet rögzítette. A pulzus nagyjából 137 ütés / perc volt az aktivitás után. Ez a jel kisebb volt, és nagyobb volt a zaj. Mindkét csuklóra és a jobb bokára elektródákat helyeztek. A jobb csukló volt a pozitív bemenet, a bal csukló negatív, a bokája pedig le van csiszolva. Az adatokat ismét bevittük a LabView -ba feldolgozásra.

Egy átlagos ember EKG jele körülbelül 1 mV. Várható nyereségünk körülbelül 1000 volt, ezért 1V kimeneti feszültséget várnánk. A XX. Képen látható nyugalmi felvételből a QRS komplex amplitúdója nagyjából (-0,7)-(-1,6) = 0,9 V. Ez 10% -os hibát eredményez. (1-0,9)/1*100 = 10% Egy normál ember nyugalmi pulzusszáma 60, a mért érték körülbelül 75 volt, ez | 60-75 |*100/60 = 25% hibát eredményez. A normál ember szívfrekvenciája 120, a mért érték körülbelül 137 volt, ez | 120-137 |*100/120 = 15% hibát eredményez.

Gratula! Most elkészítette saját automatizált EKG -jét.