EKG gyűjtő áramkör: 5 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

FIGYELEM: Ez nem orvosi eszköz. Ez csak oktatási célokat szolgál, szimulált jelek használatával. Ha ezt az áramkört valós EKG-mérésekhez használja, győződjön meg arról, hogy az áramkör és az áramkör-műszer kapcsolatok megfelelő szigetelési technikákat alkalmaznak

A mai egészségügyi iparág talán legelterjedtebb fiziológiai mérése az elektrokardiogram (EKG/EKG). Nehéz végigmenni a kórházon vagy a sürgősségi osztályon anélkül, hogy meghallotta volna a pulzusmérő hagyományos „sípolását”, vagy látta volna, hogy az EKG -hullámforma végiggördül a képernyőn a beteg szobájában. De vajon mi ez a mérés, amely annyira összekapcsolódott a modern egészségügyi ellátással?

Az elektrokardiogramot gyakran összetévesztik a szív fizikai aktivitásának rögzítésével, azonban, amint a neve is sugallja, valójában a szívizmok elektromos aktivitásának, depolarizációjának és repolarizációjának rögzítése. A rögzített hullámforma elemzésével az orvosok betekintést nyerhetnek a szív elektromos rendszerének viselkedésébe. Néhány gyakori diagnózis az EKG adatok alapján: szívinfarktus, tüdőembólia, aritmiák és AV blokkok.

A következő Instructable ismerteti az alapvető elektromos áramkör kialakításának folyamatát és elveit, amelyek képesek egyszerű EKG -gyűjtésre, egyszerű felületi elektródák használatával, mint a kórházakban.

1. lépés: Tervezzen egy műszeres erősítőt

Az EKG jel rögzítéséhez szükséges első áramköri elem egy műszeres erősítő. Ennek az erősítőnek két hatása van.

1. Elektronikus puffert hoz létre a rögzítőelektródák és az áramkör többi része között. Ez gyakorlatilag nullára csökkenti a szükséges áramfelvételt az elektródákról. Lehetővé teszi a jelgyűjtést nagyon kis torzítással, amelyet a bemeneti impedancia okoz.

2. Különböző módon erősíti a rögzített jelet. Ez azt jelenti, hogy a két rögzítőelektródon közös jel nem lesz erősítve, míg a különbségek (a fontos részek) igen.

Az EKG felszíni elektróda felvételei általában a millivolt tartományban vannak. Ezért ahhoz, hogy ezt a jelet egy tartományba juttassuk, 1000 V/V erősítéssel (K) dolgozhatunk.

A fent bemutatott erősítő irányító egyenletei a következők:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, ez az 1. fokú erősítés

K2 = - R4/R3, ez a 2. fokozatú erősítés

Megjegyezzük, hogy ideális esetben K1 és K2 megközelítőleg egyenlőnek kell lennie, és a kívánt erősítés eléréséhez K1 * K2 = 1000

Az áramkörünkben használt végső értékek….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

2. lépés: Vágószűrő tervezése

Valószínűleg a modern világban az EKG gyűjtése más elektronikus eszközök közelében történik, vagy akár csak egy olyan épületben, amely helyi áramvezetékekről kap áramot. Sajnos a rendelkezésre álló áram nagyfeszültségű és oszcilláló jellege azt jelenti, hogy nagy mennyiségű elektromos "zajt" fog előállítani gyakorlatilag minden, a közelében lévő vezető anyagban; ide tartoznak az EKG gyűjtőkörünk felépítéséhez használt vezetékek és áramköri elemek.

Ennek leküzdése érdekében minden olyan jelet, amelynek frekvenciája megegyezik a helyi áramellátás által generált zaj frekvenciájával (az úgynevezett hálózati zúgás), egyszerűen ki lehet szűrni és lényegében eltávolítani. Az Egyesült Államokban az elektromos hálózat 110-120 V feszültséget biztosít 60 Hz frekvenciával. Ezért ki kell szűrnünk minden 60 Hz frekvenciájú jelkomponenst. Szerencsére ezt már sokszor megtették, és csak egy bevágásos szűrő kialakítását igényli (a fenti képen).

A szűrőt szabályozó egyenletek….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

ahol wc2 a magas határfrekvencia, w2 az alacsony határfrekvencia, w a határfrekvencia rad/sec -ban, és Q minőségi tényező

Vegye figyelembe, hogy C egy szabadon választható érték. Az áramkörünkben a következő értékeket használtuk:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sec

3. lépés: Aluláteresztő szűrő

Az EKG jelek frekvenciája körülbelül 0-150 Hz. Annak érdekében, hogy ez a tartomány nagyobb frekvenciájú dolgokból ne legyen nagyobb zaj a jelre kapcsolva, egy másodrendű aluláteresztő, 150 Hz -es határértékű ButterWorth szűrőt alkalmaztak annak érdekében, hogy csak az EKG jel áramoljon át az áramkörön. Ahelyett, hogy azonnal választott volna egy könnyen hozzáférhető kondenzátor értéket, mint az előző komponensek, az első kondenzátor értéket, a C2 -t az alábbi képlet alapján választottuk. Ebből az értékből az összes többi komponens érték kiszámítható, majd hozzáadható az áramkörhöz, miközben az erősítést ismét 1V/V értéken tartja.

C2 ≈ 10/fc uf, ahol fc a határfrekvencia (ebben az esetben 150 Hz).

Ezután a fennmaradó értékek kiszámíthatók az ebben a lépésben második képként szereplő táblázat szerint.

A fenti vázlatban használt végső értékek a következők:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

4. lépés: A LabVIEW előkészítése

Az EKG-gyűjtemény ezen részéhez csak egy Windows-számítógép szükséges, amely 64 bites LabVIEW-példánnyal és a National Instruments Signal Conditioning Board () egyetlen bemeneti moduljával van felszerelve. A LabVIEW -n belüli funkcionális blokkdiagramot a következő módon kell elkészíteni. Kezdje egy üres funkcionális blokkdiagram megnyitásával.

Helyezzen be egy DAQ Assistant blokkot, és módosítsa a beállításokat az alábbiak szerint:

Mérés: analóg → feszültség

Mód: RSE

Mintavétel: Folyamatos mintavétel

Gyűjtött minták: 2500

Mintavételi sebesség: 1000 / sec

Az összegyűjtött hullámformát adja ki egy hullámforma gráfnak. Ezenkívül számítsa ki az aktuális hullámforma adatok maximális értékét. Szorozzuk meg a hullám maximális értékét egy értékkel, például 0,8, hogy létrehozzunk egy küszöbértéket a csúcsérzékeléshez, ez az érték a jelben lévő zajszint alapján állítható be. Adja meg az előző lépés termékét küszöbként, és a nyersfeszültség tömböt a „Peak Detection” funkció adataként. Ezután vegye ki a csúcsérzékelő tömb „Hely” kimenetét, és vonja le az első és a második értéket. Ez a kezdeti tömb két csúcsának index értékei közötti különbséget jelenti. Ezt azután időkülönbséggé alakíthatjuk úgy, hogy az értéket elosztjuk a mintavételi gyakorisággal, például ez 1000 /sec. Végül vegye ennek az értéknek az inverzét (Hz -et adva), és szorozza meg 60 -mal, hogy megkapja a pulzusszámot ütés / perc BPM -ben. Az utolsó blokkdiagramnak ehhez a lépéshez a fejléc képéhez kell hasonlítania.

5. lépés: Teljes rendszerintegráció

Most, hogy minden alkatrészt egyedileg gyártottak, itt az ideje, hogy összeállítsuk a bevásárlóközpontot. Ezt úgy teheti meg, hogy egyszerűen csatlakoztatja az egyik szakasz kimenetét a következő szegmens bemenetéhez. A szakaszokat ugyanabban a sorrendben kell bekötni, mint ahogyan ebben az utasításban szerepelnek. Az utolsó szakaszban, a ButterWorth szűrőben, annak bemenetét a jelkondicionáló tábla bemeneti moduljának két vezetékének egyikéhez kell csatlakoztatni. A modul másik vezetékét a közös földeléshez kell csatlakoztatni.

A műszeres erősítő két vezetékét egy EKG/EKG elektródához kell csatlakoztatni. Ez könnyen elvégezhető két aligátor klip használatával. Ezután helyezzen egy elektródát minden csuklójára. Győződjön meg arról, hogy az áramkör összes szegmense csatlakoztatva van, és hogy a LabVIEW VI fut, és a rendszernek egy hullámforma grafikont kell kiadnia a LabVIEW ablakban.

A kimenetnek hasonlónak kell lennie az ebben a lépésben megadott második képhez. Ha nem hasonló, előfordulhat, hogy az áramkör értékeit módosítani kell. Az egyik gyakori probléma az, hogy a bevágásszűrő nem lesz közvetlenül középen 60 Hz -en, és kissé magas/alacsony lehet. Ezt tesztelheti, ha létrehoz egy bode -diagramot a szűrő számára. Ideális esetben a bevágásos szűrő legalább 20 dB csillapítással rendelkezik 60 Hz -en. Hasznos lehet annak ellenőrzése is, hogy a helyi áramellátás 60 Hz -en történik. Nem ritka, hogy egyes területeken 50 Hz -es váltakozó áramú tápellátás van, ezért szükség lenne a bevágásszűrő ezen érték köré történő központosítására.