ECG Automatik Mudah (1 Penguat, 2 Penapis): 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Elektrokardiogram (ECG) mengukur dan memaparkan aktiviti elektrik jantung menggunakan elektrod berbeza yang diletakkan pada kulit. EKG dapat dibuat dengan menggunakan penguat instrumen, saringan takik, dan saringan lulus rendah. Terakhir, isyarat yang disaring dan diperkuat dapat divisualisasikan menggunakan perisian LabView. LabView juga menggunakan frekuensi masuk isyarat untuk mengira degupan jantung subjek manusia. Penguat instrumentasi yang dibangun berhasil mengambil isyarat kecil badan dan memperkuatnya menjadi 1 V, sehingga dapat dilihat di komputer menggunakan LabView. Penapis takik dan hantaran rendah berjaya mengurangkan bunyi 60 Hz dari bekalan kuasa dan mengganggu isyarat melebihi 350 Hz. Denyutan jantung ketika rehat diukur menjadi 75 bpm, dan 137 bpm setelah lima minit melakukan senaman yang intens. ECG yang dibina dapat mengukur degupan jantung pada nilai realistik dan menggambarkan komponen yang berbeza dari bentuk gelombang ECG yang khas. Di masa depan, ECG ini dapat diperbaiki dengan mengubah nilai pasif pada saringan takik untuk mengurangkan lebih banyak kebisingan sekitar 60 Hz.

Langkah 1: Buat Penguat Instrumentasi

Anda memerlukan: LTSpice (atau perisian visualisasi litar lain)

Penguat instrumentasi dibuat untuk meningkatkan ukuran isyarat sehingga dapat dilihat dan memungkinkan untuk analisis bentuk gelombang.

Dengan menggunakan R1 = 3.3k ohm, R2 = 33k ohm, R3 = 1k ohm, R4 = 48 ohm, keuntungan X dicapai. Keuntungan = - R4 / R3 (1 + R2 / R1) = -47k / 1k (1- (33k / 3.3k)) = -1008

Kerana pada op amp terakhir isyarat masuk ke pin pembalik, keuntungannya adalah 1008. Reka bentuk ini dibuat di LTSpice kemudian disimulasikan dengan sapuan AC dari 1 hingga 1kHz dengan 100 titik per dekad untuk input gelombang sinus dengan amplitud AC 1V.

Kami memeriksa bahawa keuntungan kami adalah keuntungan yang diharapkan. Dari grafik kami dapati Gain = 10 ^ (60/20) = 1000 yang cukup dekat dengan keuntungan 1008 yang kami mahukan.

Langkah 2: Buat Notch Filter

Anda memerlukan: LTSpice (atau perisian visualisasi litar lain)

Saringan takik adalah jenis penapis lulus rendah diikuti oleh penapis lulus tinggi untuk menghilangkan frekuensi tertentu. Suatu takik digunakan untuk menghilangkan kebisingan yang dihasilkan oleh semua alat elektronik yang terdapat pada 60Hz.

Nilai pasif dikira: C =.1 uF (nilai dipilih) 2C =.2 uF (digunakan.22 uF kapasitor)

Faktor AQ 8 akan digunakan: R1 = 1 / (2 * Q * 2 * pi * f * C) = 1 / (2 * 8 * 2 * 3.14159 * 60 *.1E-6) = 1.66 kOhm (1.8 kOhm telah digunakan) R2 = 2Q / (2 * pi * f * C) = (2 * 8) / (60 Hz * 2 * 3.14159 *.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm ialah terpakai) Bahagian Voltan: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1.8 kOhm * 423 kOhm / (1.8 kOhm + 423 kOhm) = 1.79 kOhm (1.8 kOhm digunakan)

Reka bentuk penapis ini mempunyai keuntungan 1, yang bermaksud tidak ada sifat penguat.

Memasukkan nilai pasif dan mensimulasikan pada LTSpice dengan Sapu AC dan isyarat input gelombang sinus 0.1 V dengan frekuensi AC 1 kHz menghasilkan plot bode yang dilampirkan.

Pada frekuensi sekitar 60 Hz, isyarat mencapai voltan terendah. Penapis berjaya mengeluarkan bunyi 60 Hz ke voltan yang tidak dapat diperhatikan 0,01 V dan memberikan keuntungan 1, kerana voltan masukan adalah 0,1 V.

Langkah 3: Buat Penapis Lulus Rendah

Anda memerlukan: LTSpice (atau perisian visualisasi litar lain)

Penapis lulus rendah dibuat untuk menghilangkan isyarat di atas ambang minat yang akan mengandungi isyarat ECG. Ambang minat adalah antara 0 - 350Hz.

Nilai kapasitor dipilih menjadi.1 uF. Rintangan yang diperlukan dikira untuk frekuensi pemotongan tinggi 335 Hz: C = 0.1 uF R = 1 / (2pi * 0.1 * (10 ^ -6) * 335 Hz) = 4.75 kOhm (4.7 kOhm digunakan)

Memasukkan nilai pasif dan mensimulasikan pada LTSpice dengan Sapu AC dan isyarat input gelombang sinus 0.1 V dengan frekuensi AC 1 kHz menghasilkan plot bode yang dilampirkan.

Langkah 4: Buat Litar di Breadboard

Anda memerlukan: perintang dengan nilai yang berbeza, kapasitor dengan nilai yang berbeza, penguat operasi UA 471, kabel pelompat, papan roti, kabel sambungan, bekalan kuasa atau bateri 9 V

Sekarang anda telah mensimulasikan litar anda, inilah masanya untuk membuatnya di papan roti. Sekiranya anda tidak mempunyai nilai yang tepat, gunakan apa yang anda ada atau gabungkan perintang dan kapasitor untuk membuat nilai yang anda perlukan. Jangan lupa untuk menghidupkan papan roti anda menggunakan bateri 9 Volt atau bekalan kuasa DC. Setiap op op memerlukan sumber voltan positif dan negatif.

Langkah 5: Siapkan Persekitaran LabView

Anda memerlukan: perisian LabView, komputer

Untuk mengautomasikan tampilan bentuk gelombang dan perhitungan detak jantung, LabView digunakan. LabView adalah program yang digunakan untuk memvisualisasikan dan menganalisis data. Keluaran litar ECG adalah input untuk LabView. Data dimasukkan, grafik dan dianalisis berdasarkan gambarajah blok yang dirancang di bawah.

Pertama, Pembantu DAQ mengambil isyarat analog dari litar. Arahan pensampelan disediakan di sini. Kadar persampelan adalah 1k sampel per saat dan selang 3k ms, oleh itu selang masa yang dilihat dalam Gelombang Bentuk ialah 3 saat. Grafik Gelombang menerima data dari Pembantu DAQ kemudian memplotnya di tetingkap panel depan. Bahagian bawah rajah blok merangkumi pengiraan kadar denyutan jantung. Maksimum dan minimum gelombang diukur terlebih dahulu. Kemudian, pengukuran amplitud ini digunakan untuk menentukan apakah puncak berlaku yang ditakrifkan sebagai 95% dari amplitud maksimum, dan jika demikian titik waktu dicatat. Setelah puncak dikesan, amplitud dan titik waktu disimpan dalam tatasusunan. Kemudian bilangan puncak / saat ditukar menjadi minit dan dipaparkan di panel depan. Panel depan menunjukkan bentuk gelombang dan rentak seminit.

Litar dihubungkan ke LabVIEW melalui National Instruments ADC seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Penjana fungsi menghasilkan isyarat ECG yang disimulasikan dimasukkan ke dalam ADC yang memindahkan data ke LabView untuk grafik dan analisis. Selain itu, setelah BPM dihitung di LabVIEW, Numeric Indicator digunakan untuk mencetak nilai tersebut di panel depan aplikasi di sepanjang sisi grafik gelombang, seperti yang terlihat pada gambar 2.

Langkah 6: Litar Uji Menggunakan Fungsi Generator

Anda memerlukan: litar di papan roti, kabel sambungan, bekalan kuasa atau bateri 9 V, National Instruments ADC, LabView Software, komputer

Untuk menguji instrumentasi LabView, ECG simulasi dimasukkan ke litar dan output litar dihubungkan ke LabView melalui National Instruments ADC. Mula-mula isyarat 20mVpp pada 1Hz dimasukkan ke litar untuk mensimulasikan denyutan jantung rehat. Panel depan LabView ditunjukkan pada gambar di bawah. Kompleks gelombang P, T, U dan QRS semuanya kelihatan. BMP dikira dengan betul dan ditunjukkan dalam penunjuk angka. Terdapat keuntungan sekitar 8 V / 0,02 V = 400 melalui litar yang serupa dengan apa yang kita lihat ketika litar dipasang pada osiloskop. Gambar hasil carian di LabView dilampirkan. Selanjutnya, untuk mensimulasikan denyutan jantung yang meningkat misalnya semasa latihan, isyarat 20mVpp pada 2Hz dimasukkan ke rangkaian. Terdapat keuntungan setanding dengan ujian pada kadar denyutan jantung yang berehat. Di bawah bentuk gelombang dilihat mempunyai semua bahagian yang sama seperti sebelumnya pada kadar yang lebih pantas. Denyut jantung dikira dan ditunjukkan dalam penunjuk angka dan kita melihat 120 BPM yang diharapkan.

Langkah 7: Litar Uji Menggunakan Subjek Manusia

Anda memerlukan: litar di papan roti, kabel sambungan, bekalan kuasa atau bateri 9 V, National Instruments ADC, LabView Software, komputer, elektrod (sekurang-kurangnya tiga), subjek manusia

Terakhir, litar diuji dengan ECG subjek manusia memasukkan input ke litar dan output litar masuk ke LabView. Tiga elektrod diletakkan pada subjek untuk mendapatkan isyarat sebenar. Elektrod diletakkan di kedua pergelangan tangan dan pergelangan kaki kanan. Pergelangan tangan kanan adalah input positif, pergelangan tangan kiri negatif dan pergelangan kaki dibumikan. Sekali lagi data dimasukkan ke LabView untuk diproses. Konfigurasi elektrod dilampirkan sebagai gambar.

Pertama, isyarat ECG rehat subjek ditunjukkan dan dianalisis. Pada waktu rehat, subjek mempunyai degupan jantung kira-kira 75 bpm. Subjek kemudian mengambil bahagian dalam aktiviti fizikal yang sengit selama 5 minit. Subjek disambungkan semula dan isyarat yang dinaikkan dirakam. Denyut jantung kira-kira 137 bpm selepas aktiviti. Isyarat ini lebih kecil dan mempunyai lebih banyak bunyi. Elektrod diletakkan di kedua pergelangan tangan dan pergelangan kaki kanan. Pergelangan tangan kanan adalah input positif, pergelangan tangan kiri negatif dan pergelangan kaki dibumikan. Sekali lagi data dimasukkan ke LabView untuk diproses.

Rata-rata orang mempunyai isyarat ECG sekitar 1mV. Jangkaan keuntungan kami adalah sekitar 1000, oleh itu kami menjangkakan voltan output 1V. Dari rakaman semasa rehat yang dilihat pada gambar XX, amplitud kompleks QRS kira-kira (-0.7) - (-1.6) = 0.9 V. Ini menghasilkan ralat 10%. (1-0.9) / 1 * 100 = 10% Denyut jantung rehat manusia biasa adalah 60, diukur kira-kira 75, ini menghasilkan | 60-75 | * 100/60 = 25% ralat. Denyut jantung yang meningkat bagi manusia biasa adalah 120, yang diukur adalah sekitar 137, ini menghasilkan | 120-137 | * 100/120 = 15% ralat.

Tahniah! Anda kini telah membina ECG automatik anda sendiri.