EKG áramkör: 7 lépés

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

Az EKG olyan teszt, amely a szív ritmusát és aktivitását rögzítve méri a szív elektromos aktivitását. Úgy működik, hogy a szívből érkező jeleket veszi és olvassa elektrokardiográf géphez csatlakoztatott vezetékek segítségével. Ez az utasítás megmutatja, hogyan lehet olyan áramkört felépíteni, amely rögzíti, szűri és megjeleníti a szív bioelektromos jelét. 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.

Ez az áramkör három különböző szakaszt tartalmaz, amelyek sorba vannak kötve egy LabView programmal. A műszeres erősítő ellenállásait 975 erősítéssel számítottuk ki annak érdekében, hogy a szívből érkező kis jelek továbbra is felvegyék az áramkört. A hornyos szűrő eltávolítja a 60 Hz -es zajt a fali konnektorból. Az aluláteresztő szűrő biztosítja a nagyfrekvenciás zaj eltávolítását az áramkörből a jobb jelérzékelés érdekében.

Ennek az utasításnak a megkezdése előtt hasznos lenne megismerkedni az uA741 általános célú működési erősítővel. Az op-erősítő különböző csapjai különböző célokat szolgálnak, és az áramkör nem fog működni, ha helytelenül vannak csatlakoztatva. A csapok helytelen csatlakoztatása a kenyértáblához szintén egyszerű módja az erősítő megsütésének és működésképtelenné tételének. Az alábbi link tartalmazza az utasításban szereplő op-erősítők sémáját.

A kép forrása:

Lépés: Gyűjtse össze az anyagokat

A szűrő mindhárom szakaszához szükséges anyagok:

• Oszcilloszkóp
• Funkciógenerátor
• Tápegység (+15V, -15V)
• Forrasztás nélküli kenyeretábla
• Különféle banán kábelek és aligátor klipek
• EKG elektróda matricák
• Különféle jumper vezetékek

Műszeres erősítő:

• 3 oper erősítő (uA741)

• Ellenállások:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Vágásszűrő:

• 1 Op-amp (uA741)

• Ellenállások:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondenzátorok:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Aluláteresztő szűrő:

• 1 Op. Erősítő (uA741)

• Ellenállások:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondenzátorok:

  • 22 nF
  • 47 nF

2. lépés: Készítse el a műszeres erősítőt

A biológiai jelek gyakran csak 0,2 és 2 mV közötti feszültséget adnak ki [2]. Ezek a feszültségek túl kicsik ahhoz, hogy az oszcilloszkópon elemezzék őket, ezért erősítőt kellett építenünk.

Az áramkör felépítése után ellenőrizze, hogy megfelelően működik -e, mérve a Vout feszültségét (a fenti képen a 2. csomópont látható). A függvénygenerátor segítségével 20 mV bemeneti amplitúdójú szinuszhullámot küldtünk műszeres erősítőnkre. Ha ez túl messze van, akkor nem kapja meg a keresett eredményt, mivel az op erősítők csak bizonyos mennyiségű, -15 és +15 V teljesítményt kaptak. Hasonlítsa össze a funkciógenerátor kimenetét a műszererősítő kimenetével és keresse meg az 1000 V közeli erősítést (Vout/Vin legyen nagyon közel az 1000 -hez).

Tipp a hibaelhárításhoz: Győződjön meg arról, hogy minden ellenállás kΩ tartományban van.

[2] „Nagy teljesítményű elektrokardiogram (EKG) jel kondicionálása | Oktatás | Analóg eszközök.” [Online]. Elérhető: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Hozzáférés: 2017. december 10].]

3. lépés: Készítse el a bevágás szűrőt

Vágószűrőnket úgy terveztük, hogy kiszűrje a 60 Hz -es frekvenciát. A 60 Hz -et ki akarjuk szűrni a jelünkből, mert ez az elektromos aljzatokban található váltakozó áram frekvenciája.

A bemetszés szűrő tesztelésekor mérje meg a csúcs-csúcs arányt a bemeneti és kimeneti grafikonok között. 60 Hz -en -20 dB vagy jobb aránynak kell lennie. Ez azért van, mert -20 dB -nél a kimeneti feszültség lényegében 0V, vagyis sikeresen kiszűrte a jelet 60 Hz -en! Teszteljen 60 Hz körüli frekvenciákat is, hogy megbizonyosodjon arról, hogy más frekvenciákat nem szűr ki véletlenül.

Tipp a hibaelhárításhoz: Ha nem tud pontosan -20 dB -t kapni 60 Hz -en, válasszon egy ellenállást, és változtassa meg kissé, amíg meg nem kapja a kívánt eredményt. Addig kellett játszanunk az R2 értékkel, amíg meg nem kaptuk a kívánt eredményt.

4. lépés: Készítse el az aluláteresztő szűrőt

Aluláteresztő szűrőnket 150 Hz -es határfrekvenciával terveztük. Azért választottuk ezt a határértéket, mert az EKG legszélesebb diagnosztikai tartománya 0,05 Hz - 150 Hz, feltételezve a mozdulatlan és alacsony zajszintet [3]. Az aluláteresztő szűrő képes megszabadulni az izmokból vagy más testrészekből származó nagyfrekvenciás zajoktól [4].

Annak érdekében, hogy ellenőrizze ezt az áramkört annak biztosítása érdekében, hogy megfelelően működik, mérje meg a Vout értéket (az áramköri diagramon az 1. csomópont látható). 150 Hz -en a kimeneti jel amplitúdója 0,7 -szerese legyen a bemeneti jel amplitúdójának. 1V bemeneti jelet használtunk annak érdekében, hogy könnyen lássuk, hogy a kimenetünk 150 Hz -en 0,7 legyen.

Tippek a hibaelhárításhoz: mindaddig, amíg a határfrekvenciája néhány Hz -en belül van 150 Hz -en, az áramkörnek továbbra is működnie kell. A határértékünk végül 153 Hz volt. A biológiai jelek tartománya kissé ingadozni fog a szervezetben, így amíg nem vagy több Hz -en kívül, az áramkörnek továbbra is működnie kell.

[3] „EKG szűrők | MEDTEQ.” [Online]. Elérhető: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Hozzáférés: 2017. december 10].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson és S. J. Asirvatham: „Signals and Signal Processing for the Electrophysiologist: I. Part: Electrogram Acquisition, Circ. Aritmia Electrophysiol., Vol. 4, nem. 6., 965–973., 2011. dec.

5. lépés: Hozza létre a LabView programot

[5] „BME 305 Design Lab Project” (2017. ősz).

Ez a labornézet blokkdiagramja a programon áthaladó jel elemzésére, az EKG -csúcsok észlelésére, a csúcsok közötti időkülönbség összegyűjtésére és a BPM matematikai kiszámítására szolgál. Az EKG hullámforma grafikonját is megjeleníti.

6. lépés: Csatlakoztassa mind a három lépést

Csatlakoztassa mindhárom áramkört sorba úgy, hogy a műszererősítő kimenetét a bemetszéses szűrő bemenetéhez, a bevágásszűrő kimenetét pedig az aluláteresztő szűrő bemenetéhez köti. Csatlakoztassa az aluláteresztő szűrő kimenetét a DAQ asszisztenshez, és csatlakoztassa a DAQ asszisztenst a számítógéphez. Az áramkörök összekötésekor győződjön meg arról, hogy az egyes kenyértáblák tápcsatlakozói csatlakoztatva vannak, és a földelő csíkok ugyanahhoz a földelőcsatlakozóhoz vannak csatlakoztatva.

A műszeres erősítőben a második op-erősítőt földelni kell, hogy a vizsgálati alanyhoz csatlakoztatott két elektróda-vezeték mindegyike csatlakozzon egy másik op erősítőhöz a szűrő első szakaszában.

7. lépés: Szerezzen jeleket emberi tesztalanyról

Egy elektróda matricát kell elhelyezni minden csuklóján, egyet pedig a bokán kell elhelyezni. Alligátorkapcsokkal csatlakoztassa a két csuklóelektródát a műszer erősítő bemenetéhez, a bokát pedig a földhöz. Ha kész, kattintson a „Run” gombra a LabView programban, és nézze meg pulzusát és EKG -jét a képernyőn!