Egyszerű EKG rögzítő áramkör és LabVIEW pulzusmérő: 5 lépés

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

Ez nem orvosi eszköz. Ez csak oktatási célokat szolgál, csak szimulált jeleket használ. Ha ezt az áramkört használja valódi EKG-mérésekhez, győződjön meg arról, hogy az áramkör és az áramkör-műszer kapcsolatok megfelelő szigetelési technikákat alkalmaznak

A modern egészségügy egyik legalapvetőbb eleme az a képesség, hogy szívhullámot rögzítsünk EKG -val vagy elektrokardiogrammal. Ez a technika felszíni elektródákat használ a szívből kibocsátott különböző elektromos minták mérésére, így a kimenet diagnosztikai eszközként használható a szív- és tüdőbetegségek diagnosztizálására, mint például a tachycardia, az elágazás blokkja és a hipertrófia különböző formái. Ezen állapotok diagnosztizálásához a kimeneti hullámformát összehasonlítják a normál EKG -jellel.

Ahhoz, hogy létrehozzunk egy olyan rendszert, amely képes az EKG -hullámforma megszerzésére, a jelet először erősíteni kell, majd megfelelően szűrni kell a zaj eltávolítása érdekében. Ennek érdekében háromfokozatú áramkört lehet építeni OP erősítők használatával.

Ez az utasítás tartalmazza az egyszerű áramkör megtervezéséhez és felépítéséhez szükséges információkat, amelyek képesek felületi elektródák segítségével EKG -jelet rögzíteni, majd ezt a jelet szűrni további feldolgozás és elemzés céljából. Ezenkívül ez az utasítás leír egy technikát, amelyet a jel elemzésére használnak az áramkör kimenetének grafikus ábrázolása érdekében, valamint egy módszert a pulzusszám EKG hullámforma áramkör kimenetéből történő kiszámítására.

Megjegyzés: az egyes szakaszok tervezésekor feltétlenül végezzen váltakozó áramú söprést kísérletileg és szimulációk útján is, hogy biztosítsa a kívánt áramköri viselkedést.

Lépés: Tervezze meg és készítse el a műszeres erősítőt

Az EKG áramkör első szakasza egy műszeres erősítő, amely három OP erősítőből áll. Az első két OP erősítő pufferelt bemenet, amelyeket ezután egy harmadik OP erősítőhöz táplálnak, amely differenciális erősítőként működik. A test jeleit pufferelni kell, különben a kimenet csökkenni fog, mivel a test nem tud nagy áramot biztosítani. A differenciálerősítő a két bemeneti forrás közötti különbséget méri, hogy mérhető potenciálkülönbséget biztosítson, ugyanakkor megszünteti a közös zajt. Ennek a szakasznak az erősítése is 1000, ami a tipikus mV -t olvashatóbb feszültségre erősíti.

A műszeres erősítő 1000 -es áramerősítését a bemutatott egyenletek alapján számítják ki. A műszeres erősítő 1. fokozatú erősítését a (2), a műszeres erősítő 2. fokozatú erősítését pedig (3) számítja ki. A K1 és K2 értékeket úgy számították ki, hogy ne térjenek el egymástól 15 értéknél.

1000 nyereség esetén a K1 40 -re, a K2 pedig 25 -re állítható. Az ellenállás értékei mind kiszámíthatók, de ez a műszererősítő az alábbi ellenállásértékeket használta:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

2. lépés: Tervezze meg és készítse el a hornyos szűrőt

A következő lépés egy bevágásos szűrő, amely eltávolítja a hálózati csatlakozóaljzatból érkező 60 Hz -es jelet.

A bevágásos szűrőben az R1 ellenállásértékét (4), az R2 értékét (5), az R3 értékét (6) számítja ki. Az áramkör minőségi tényezője, Q, 8 -ra van állítva, mert ez ésszerű hibahatárt ad, miközben reálisan pontos. A Q érték kiszámítható (7). A sávszélesség kiszámításához a bevágási szűrő utolsó szabályozó egyenletét használják, és ezt a (8) írja le. A 8 -as minőségi tényező mellett a bevágásos szűrőn más tervezési előírások is szerepeltek. Ezt a szűrőt 1 erősítésre tervezték, hogy ne változtassa meg a jelet, miközben eltávolítja a 60 Hz -es jelet.

Ezen egyenletek szerint R1 = 11,0524 kΩ, R2 = 2,829 MΩ, R3 = 11,009 kΩ és C1 = 15 nF

3. lépés: Tervezze meg és készítse el a 2. rendű Butterworth aluláteresztő szűrőt

Az utolsó szakasz egy aluláteresztő szűrő, amely eltávolítja az EKG-hullám legmagasabb frekvenciájú komponense fölött előforduló jeleket, például a WiFi-zajt és más környezeti jeleket, amelyek elvonhatják a figyelmet az érdeklődő jelről. A -3dB pont ebben a szakaszban 150 Hz körül vagy annak közelében kell lennie, mivel az EKG hullámtartományban a jelek szabványos tartománya 0,05 Hz és 150 Hz között van.

Az aluláteresztő másodrendű Butterworth szűrő tervezésekor az áramkör ismét 1 erősítésre van állítva, ami lehetővé tette az egyszerűbb áramköri kialakítást. További számítások elvégzése előtt fontos megjegyezni, hogy az aluláteresztő szűrő kívánt vágási frekvenciája 150 Hz -re van beállítva. A legegyszerűbb a 2, C2 kondenzátor értékének kiszámításával kezdeni, mivel más egyenletek ettől az értéktől függenek. A C2 kiszámítható a (9) számítással. A C2 számításából kiindulva a C1 kiszámítható (10). Ennek az aluláteresztő szűrőnek az a és b együtthatóit határozzuk meg, ahol a = 1,414214 és b = 1. Az R1 ellenállási értékét (11), az R2 ellenállási értékét pedig (12).

A következő értékeket használták:

R1 = 13,842 kΩ

R2 = 54,36 kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

4. lépés: Állítsa be az adatgyűjtéshez és elemzéshez használt LabVIEW programot

Ezután a LabView számítógépes program segítségével létrehozható egy olyan feladat, amely EKG -jelből grafikusan ábrázolja a szívverést, és ugyanezen jelből kiszámítja a pulzusszámot. A LabView program ezt úgy éri el, hogy először elfogad egy analóg bemenetet egy DAQ kártyáról, amely analóg -digitális konverterként is működik. Ezt a digitális jelet ezután tovább elemzik és ábrázolják, ahol a diagram a DAQ kártyára bevitt jel grafikus ábrázolását mutatja. A jel hullámformáját úgy analizálják, hogy az elfogadott digitális jel max. Ezzel egyidejűleg a program felveszi a hullámformát, és kiszámítja a hullámforma csúcsai közötti időkülönbséget. A csúcsérzékelést 1 vagy 0 érték kíséri, ahol az 1 csúcsot jelent a csúcsok helyének indexének létrehozásához, és ezt az indexet a csúcsok közötti időkülönbséggel együtt használják a pulzusszám matematikai kiszámításához ütés / perc (BPM). A LabView programban használt blokkdiagram látható.

5. lépés: Teljes összeszerelés

Miután felépítette az összes áramkört és a LabVIEW programot, és megbizonyosodott arról, hogy minden megfelelően működik, készen áll az EKG jel rögzítésére. A képen a teljes áramkörű rendszer lehetséges összeállítása látható.

Csatlakoztassa a pozitív elektródát a jobb csuklójához és az egyik körberajzolt műszer -erősítő bemenethez, a negatív elektródát pedig a bal csuklójához, és a másik műszer -erősítő bemenetét a képen látható módon. Az elektróda bemenetének sorrendje nem számít. Végül helyezzen egy földelő elektródát a bokájára, és csatlakoztassa a földhöz az áramkörben. Gratulálunk, elvégezte az EKG jel rögzítéséhez és rögzítéséhez szükséges lépéseket.