EKG -monitor: 8 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.

Az elektrokardiográfia a páciens szíve által generált elektromos jelek rögzítésének folyamata, hogy információkat szerezzen a szív tevékenységéről. Annak érdekében, hogy az elektromos jelet hatékonyan rögzítsék, azt szűrni és erősíteni kell az elektromos alkatrészeken. Az információkat világos és hatékony módon is el kell juttatni a felhasználóhoz.

A következő utasítás leírja, hogyan kell felépíteni az erősítő/szűrő áramkört, valamint a felhasználói felületet. Ez magában foglal egy műszeres erősítőt, egy bevágásos szűrőt, egy aluláteresztő szűrőt és egy felhasználói felületet a LabVIEW -ban.

A folyamat első lépése az analóg áramkör követelményeinek meghatározása. A követelmények meghatározása után döntenek arról, hogy milyen elsődleges komponensek alkotják az áramkört. Később kisebb részletekkel foglalkozunk e fő komponensek jellemzőivel kapcsolatban, és végül az áramkör tervezési fázisát úgy fejezzük be, hogy meghatározzuk az áramkör minden ellenállásának és kondenzátorának pontos értékeit.

1. lépés: Követelmények és elsődleges összetevők meghatározása

Az áramkör feladata, hogy felerősítse a beteg által generált EKG jelet, és kiszűrje az összes kapcsolódó zajt. A nyers jel egy komplex hullámformából áll, amelynek maximális amplitúdója nagyjából 2 mV, és a QRS komplexben 100 Hz és 250 Hz közötti frekvenciakomponensekből áll. Ezt a jelet kell erősíteni és rögzíteni.

Ezen az érdekes jelzésen kívül több forrásból is zaj keletkezik. A tápegységek 60 Hz -es zajt generálnak, és a beteg mozgása 1 Hz -nél kisebb tartományban hoz létre műtermékeket. A háttérsugárzásból és a távközlési jelekből, például mobiltelefonokból és vezeték nélküli internetből több nagyfrekvenciás zaj érkezik. Ez a zajgyűjtés a szűrni kívánt jel.

Az áramkörnek először erősítenie kell a nyers jelet. Ezután ki kell szűrnie a 60 Hz -es zajt és minden más 160 Hz feletti zajt. A beteg mozgásához kapcsolódó alacsony frekvenciájú zaj szűrése feleslegesnek tekinthető, mivel a páciens egyszerűen utasítható arra, hogy tartsa mozdulatlanul.

Mivel a jelet a páciensen elhelyezett két elektróda közötti potenciálkülönbségként mérik, az erősítést műszeres erősítő használatával érik el. Egy egyszerű differenciálerősítőt is lehet használni, de a műszeres erősítők gyakran jobban teljesítenek a zajkibocsátás és a tűrések tekintetében. A 60 Hz-es szűrést egy bevágásos szűrő, a többi nagyfrekvenciás szűrést aluláteresztő szűrő használatával érik el. Ez a három elem alkotja a teljes analóg áramkört.

Az áramkör három elemének ismeretében kisebb részleteket lehet meghatározni a nyereségre, a határfrekvenciákra és az alkatrészek sávszélességére vonatkozóan.

A műszer erősítő 670 erősítésre lesz állítva. Ez elég nagy ahhoz, hogy kis EKG jelet rögzítsen, de elég kicsi ahhoz is, hogy az op-erősítők a lineáris tartományukon belül viselkedjenek, amikor az áramkört 20 mV közeli jelekkel tesztelik, mint pl. ez a minimum néhány funkciógenerátoron.

A bemetszéses szűrő középen 60 Hz lesz.

Az aluláteresztő szűrő határfrekvenciája 160 Hz lesz. Ennek még a QRS komplexum nagy részét kell rögzítenie, és el kell utasítania a nagyfrekvenciás háttérzajt.

2. lépés: Műszeres erősítő

A fenti vázlatok a műszeres erősítőt írják le.

Az erősítőnek két lépcsője van. Az első szakasz a fenti képek bal oldalán található két op-erősítőből áll, a második pedig a jobb oldali egyetlen erősítőből. Mindegyik nyeresége tetszés szerint modulálható, de úgy döntöttünk, hogy 670 V/V erősítéssel építjük fel. Ez a következő ellenállási értékekkel érhető el:

R1: 100 Ohm

R2: 3300 Ohm

R3: 100 ohm

R4: 1000 ohm

3. lépés: Vágásszűrő

A fenti vázlatok a hornyos szűrőt írják le. Ez egy aktív szűrő, így dönthettünk úgy, hogy erősítjük vagy gyengítjük a jelet, ha akarjuk, de már minden szükséges erősítést elértünk, ezért egy erősítést választunk ehhez az erősítőhöz. A középfrekvenciának 60 Hz -nek, a minőségi tényezőnek pedig 8 -nak kell lennie. Ez a következő komponensértékekkel érhető el:

R1: 503 Ohm

R2: 128612 ohm

R3: 503 Ohm

C: 0,33 mikroFarad

4. lépés: Aluláteresztő szűrő

Ismétlem, ez egy aktív szűrő, így bármelyik nyereséget választhattuk, de mi az 1 -et választjuk. Ezt úgy érjük el, hogy a fenti R4 -et rövidzárlattá, az R3 -at pedig nyitott áramkörré alakítjuk. A többi, a többi alkatrészhez hasonlóan, úgy érhető el, hogy a korábban meghatározott követelményeinket az áramköröket szabályozó egyenletekkel kombinálva egyedi elemértékeket kapunk:

R1: 12056 Ohm

R2: 19873.6 Ohm

C1: 0,047 mikroFarad

C2: 0,1 mikroFarad

5. lépés: Tervezze meg a teljes áramkört virtuálisan

Egy áramkör megtervezése egy virtuális áramkört építő szoftverben, mint például a PSPICE, nagyon hasznos lehet a hibák felderítésében és a tervek megszilárdításában, mielőtt áttérnénk az analóg áramkörök gyártására. Ezen a ponton rögzítheti az áramkör váltakozó áramú söprését, hogy minden a terv szerint viselkedjen.

6. lépés: Teljes kör létrehozása

Az áramkört tetszőleges módon felépítheti, de erre az esetre kenyérlapot választottak.

Kenyérsütő deszkára szerelhető, mert könnyebb, mint a forrasztás, de a forrasztás nagyobb tartósságot biztosít. A 0,1 mikroFarad bypass kondenzátornak az áramforrással párhuzamosan történő elhelyezése szintén ajánlott, mivel ez segít kiküszöbölni az állandó teljesítménytől való nem kívánt eltéréseket.

7. lépés: LabVIEW felhasználói felület

A LabVIEW felhasználói felület az analóg jelektől az EKG jel vizuális és numerikus ábrázolásaira való konvertálás eszköze, amelyet a felhasználó könnyen értelmezhet. A DAQ kártya segítségével a jel analógból digitálisra konvertálható, az adatokat pedig a LabVIEW -ba importálja.

A szoftver egy objektumalapú program, amely segíti az adatfeldolgozást és a felület létrehozását. Az adatokat először vizuálisan ábrázolja a grafikon, majd némi jelfeldolgozást hajtanak végre annak érdekében, hogy meghatározzák a szívverés gyakoriságát, hogy azok megjelenjenek a grafikon mellett.

A pulzusszám meghatározásához szívveréseket kell észlelni. Ezt a Lab VIEW csúcsérzékelő objektumával lehet elérni. Az objektum a fogadott adatsor csúcsainak indexeit adja ki, amelyek felhasználhatók a számítások során a szívverések közötti idő meghatározásához.

Mivel a LabVIEW részletei teljesen más utasításokat tartalmaznának, a részleteket más forrásra bízzuk. A program pontos működése a fentebb bemutatott blokkdiagramon látható.

8. lépés: LabVIEW végső felhasználói felület

A végső felhasználói felület felerősített, szűrt, átalakított és feldolgozott jelet jelenít meg a szívfrekvencia -leolvasással együtt, percenkénti ütemben