EKG és pulzusmérő: 7 lépés (képekkel)

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 egyik legfontosabb diagnosztikai eszköz ezen állapotok kimutatására az elektrokardiogram (EKG). Az elektrokardiogram úgy működik, hogy nyomon követi az elektromos impulzust a szívén, és továbbítja azt a géphez [1]. A jelet a testre helyezett elektródákról veszik fel. Az elektródák elhelyezése döntő fontosságú az élettani jelek felvételéhez, mivel ezek a testen belüli potenciálkülönbség rögzítésével működnek. Az elektródák szabványos elhelyezése az Einthoven -háromszög használata. Itt helyezik el az egyik elektródát a jobb karon, a bal karon és a bal lábon. A bal láb földként szolgál az elektródák számára, és felveszi a frekvenciazajt a testben. A jobb kar negatív elektródával, a bal pedig pozitív elektródával számítja ki a potenciális különbséget a mellkason, és így szívja fel az elektromos energiát a szívből [2]. A projekt célja egy olyan eszköz létrehozása volt, amely sikeresen képes EKG jelet, és egyértelműen reprodukálja a jelet zaj nélkül és pulzusméréssel.

Lépés: Anyagok és eszközök

• Különféle ellenállások és kondenzátorok
• Kenyeretábla
• Funkciógenerátor
• Oszcilloszkóp
• DC tápegység
• Op-erősítők
• Számítógép LABView telepítéssel
• BNC kábelek
• DAQ asszisztens

2. lépés: Készítse el a műszeres erősítőt

A bioelektromos jel megfelelő felerősítése érdekében a kétfokozatú műszeres erősítő teljes nyereségének 1000 -nek kell lennie. Minden fokozatot meg kell szorozni, hogy megkapjuk a teljes erősítést, és az egyes fokozatok kiszámításához használt egyenletek az alábbiakban láthatók.

1. szakasz erősítése: K1 = 1+2*R2/R1 2. erősítés: K2 = -R4/R3

A fenti egyenleteket használva az ellenállás értékeit használtuk: R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ és R4 = 33kΩ. Annak érdekében, hogy ezek az értékek biztosítsák a kívánt kimenetet, szimulálhatja online, vagy tesztelheti oszcilloszkóppal a fizikai erősítő építése után.

A kiválasztott ellenállások és az op-erősítők csatlakoztatása után a kenyértáblán ± 15 V-os tápegységet kell táplálni egyenáramú tápegységről. Ezután csatlakoztassa a funkciógenerátort a műszer -erősítő bemenetéhez, az oszcilloszkópot pedig a kimenethez.

A fenti fotó azt mutatja, hogy a kész műszeres erősítő úgy fog kinézni, mint a kenyértáblán. A megfelelő működés ellenőrzéséhez állítsa be a funkciógenerátort, hogy szinuszhullámot állítson elő 1 kHz -en, csúcs -csúcs amplitúdója 20 mV. Az oszcilloszkóp erősítőjének kimenetének 20 V -os csúcs -csúcs amplitúdóval kell rendelkeznie, mivel 1000 erősítés van, ha megfelelően működik.

3. lépés: Készítse el a bevágás szűrőt

A tápvezeték zaja miatt szűrőre volt szükség a 60 Hz -es zaj szűréséhez, ami az Egyesült Államokban a tápvezeték zaja. Egy bevágásos szűrőt használtak, mivel egy bizonyos frekvenciát szűr. A következő egyenleteket használták az ellenállás értékek kiszámításához. A 8 -as minőségi tényező (Q) jól működött, és a kondenzátor értékeit 0,1uF választottuk a könnyű felépítés érdekében. Az egyenletek frekvenciája (w -ként ábrázolva) a 60 Hz -es bevágási frekvencia szorozva 2π -vel.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

A fenti egyenleteket használva az ellenállás értékei R1 = 1,5 kΩ, R2 = 470 kΩ és R3 = 1,5 kΩ voltak. Annak érdekében, hogy ezek az értékek biztosítsák a kívánt kimenetet, szimulálhatja online, vagy tesztelheti oszcilloszkóppal a fizikai erősítő építése után.

A fenti kép azt mutatja, hogy a kész bevágás szűrő hogyan fog kinézni a kenyértáblán. Az op-erősítők beállítása megegyezik a műszeres erősítő beállításával, és a funkciógenerátort most úgy kell beállítani, hogy szinuszhullámot állítson elő 1 kHz-en, 1V-os csúcs-csúcs amplitúdóval. Ha váltakozó áramú sweepet hajt végre, akkor ellenőriznie kell, hogy a 60 Hz körüli frekvenciákat kiszűri -e.

4. lépés: Készítsen aluláteresztő szűrőt

Az EKG-hoz nem kapcsolódó nagyfrekvenciás zajok kiszűrése érdekében létrehoztunk egy 150 Hz-es határfrekvenciás aluláteresztő szűrőt.

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

A fenti egyenleteket használva az ellenállás értékeit használtuk: R1 = 12 kΩ, R2 = 135 kΩ, C1 = 0,01 µF és C2 = 0,068 µF. Az R3 és R4 értékek végül nulla értékűek voltak, mivel azt akartuk, hogy a szűrő nyeresége, K, nulla legyen, ezért itt a fizikai beállításban vezetékeket használtunk ellenállások helyett. Annak érdekében, hogy ezek az értékek biztosítsák a kívánt kimenetet, szimulálhatja online, vagy tesztelheti oszcilloszkóppal a fizikai erősítő építése után.

A fizikai szűrő felépítéséhez csatlakoztassa a kiválasztott ellenállásokat és kondenzátorokat az op-erősítőhöz, ahogyan az az ábrán látható. Kapcsolja be az op-erősítőt, és csatlakoztassa a funkciógenerátort és az oszcilloszkópot az előző lépésekben leírt módon. Állítsa be a függvénygenerátort, hogy szinuszhullámot állítson elő 150 Hz-en, és a csúcs-csúcs amplitúdója körülbelül 1 V. Mivel 150 Hz-nek kell lennie a határfrekvenciának, és ha a szűrő megfelelően működik, akkor a nagyságnak 3dB-nak kell lennie ezen a frekvencián. Ez megmondja, hogy a szűrő megfelelően van -e beállítva.

5. lépés: Csatlakoztassa egymáshoz az összes alkatrészt

Az egyes alkatrészek felépítése és külön tesztelése után mindegyiket sorba lehet kötni. Csatlakoztassa a funkciógenerátort a műszeres erősítő bemenetéhez, majd annak kimenetét a bemetszéses szűrő bemenetéhez. Ismételje meg ezt úgy, hogy a bemetszéses szűrő kimenetét az aluláteresztő szűrő bemenetéhez csatlakoztatja. Az aluláteresztő szűrő kimenetének ezután csatlakoznia kell az oszcilloszkóphoz.

6. lépés: A LabVIEW beállítása

Az EKG szívverés hullámformáját ezután DAQ asszisztens és LabView segítségével rögzítettük. A DAQ asszisztens analóg jeleket kap és meghatározza a mintavételi paramétereket. Csatlakoztassa a DAQ asszisztenst a függvénygenerátorhoz, amely arb szívjelet ad ki, és a számítógéphez a LabView segítségével. Állítsa be a LabView -t a fenti vázlat szerint. A DAQ asszisztens behozza a szívhullámot a funkciógenerátorból. A grafikon megtekintéséhez adja hozzá a hullámforma grafikont a LabView beállításához. Használjon numerikus operátorokat a maximális érték küszöbértékének beállításához. A bemutatott vázlatban 80% -ot használtunk. A csúcsanalízist is fel kell használni a csúcshelyek megkeresésére és az idő változásával való összekapcsolására. A percenkénti ütések kiszámításához szorozzuk meg a csúcsfrekvenciát 60 -cal, és ezt a számot a grafikon mellett adtuk meg.

7. lépés: Most rögzítheti az EKG -t

[1] „Elektrokardiogram - Texas Heart Institute Heart Information Center.” [Online]. Elérhető: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Hozzáférés: 2017. december 09].

[2] „Az EKG -vezetések, a polaritás és az Einthoven -háromszög - A hallgatói fiziológus.” [Online]. Elérhető: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Hozzáférés: 2017. december 10].