Litar Pengumpulan ECG: 5 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:12

PEMBERITAHUAN: Ini bukan alat perubatan. Ini untuk tujuan pendidikan hanya menggunakan isyarat simulasi. Sekiranya menggunakan litar ini untuk pengukuran ECG sebenar, pastikan rangkaian dan sambungan litar-ke-instrumen menggunakan teknik pengasingan yang betul

Mungkin pengukuran fisiologi yang paling meluas dalam industri penjagaan kesihatan masa kini adalah Elektrokardiogram (ECG / EKG). Sukar untuk berjalan melalui hospital atau bilik kecemasan tanpa mendengar "bunyi bip" monitor denyut jantung tradisional atau melihat bentuk gelombang ECG bergelombang di skrin di bilik pesakit. Tetapi, apakah pengukuran ini yang dikaitkan dengan penjagaan kesihatan moden?

Elektrokardiogram sering disalah anggap sebagai rakaman aktiviti fizikal jantung, namun, seperti namanya, ia sebenarnya merupakan rakaman aktiviti elektrikal, depolarisasi dan repolarisasi otot-otot jantung. Dengan menganalisis bentuk gelombang yang direkodkan, doktor dapat memperoleh gambaran mengenai tingkah laku sistem elektrik jantung. Beberapa diagnosis biasa yang dibuat dari data ECG termasuk: infark miokard, embolisme paru, aritmia, dan blok AV.

Instructable berikut akan menguraikan proses dan prinsip yang digunakan untuk membina litar elektrik asas yang mampu mengumpulkan ECG dengan penggunaan elektrod permukaan sederhana seperti yang dilakukan di hospital.

Langkah 1: Reka bentuk Penguat Instrumentasi

Elemen litar pertama yang diperlukan untuk merakam isyarat ECG adalah penguat instrumentasi. Penguat ini mempunyai dua kesan.

1. Ia membuat penyangga elektronik antara elektrod rakaman dan litar lain. Ini mengurangkan tarikan arus yang diperlukan dari elektrod menjadi hampir sifar. Membolehkan pengumpulan isyarat dengan sedikit penyelewengan yang disebabkan oleh impedans input.

2. Ia secara berbeza menguatkan isyarat yang dirakam. Ini bermaksud bahawa sebarang isyarat yang biasa di kedua-dua elektrod rakaman tidak akan diperkuat, sementara perbezaan (bahagian-bahagian penting) adalah.

Biasanya rakaman elektrod permukaan untuk ECG akan berada dalam julat milliVolt. Oleh itu, untuk mendapatkan isyarat ini dalam julat kita dapat bekerja dengan penguatan (K) 1000 V / V akan sesuai.

Persamaan yang mengatur untuk penguat yang digambarkan di atas adalah:

K1 = 1 + 2 * R2 / R1, ini adalah kenaikan tahap 1

K2 = - R4 / R3, ini adalah kenaikan tahap 2

Perhatikan bahawa idealnya, K1 dan K2 harus lebih kurang sama dan untuk mencapai penguatan yang diinginkan K1 * K2 = 1000

Nilai akhir yang digunakan dalam litar kami adalah….

R1 = 6.5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3.17 kOhm

R4 = 100 kOhm

Langkah 2: Merancang Penapis Notch

Kemungkinan di dunia moden pengumpulan ECG akan dilakukan di dekat beberapa alat elektronik lain, atau hanya di sebuah bangunan yang dibekalkan dengan elektrik dari talian elektrik tempatan. Malangnya, sifat voltan tinggi dan berayun dari daya yang diberikan bermaksud ia akan menghasilkan banyak "bunyi" elektrik dalam hampir semua bahan konduktif yang berada di dekatnya; ini merangkumi wayar dan elemen litar yang digunakan untuk membina litar pengumpulan ECG kami.

Untuk mengatasi ini, sebarang isyarat dengan frekuensi yang sama dengan kebisingan yang dihasilkan oleh bekalan kuasa tempatan (disebut mains hum) hanya boleh disaring dan pada dasarnya dikeluarkan. Di Amerika Syarikat, grid kuasa membekalkan 110-120V dengan frekuensi 60 Hz. Oleh itu, kita perlu menyaring sebarang komponen isyarat dengan frekuensi 60 Hz. Nasib baik, ini telah dilakukan berkali-kali sebelum ini dan hanya memerlukan reka bentuk penekan takik (gambar di atas).

Persamaan yang mengatur penapis ini adalah….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

di mana wc2 adalah frekuensi cutoff tinggi, w2 frekuensi cutoff rendah, w frekuensi cutoff dalam rad / saat, dan Q faktor kualiti

Perhatikan bahawa C adalah nilai yang dapat dipilih secara bebas. Nilai berikut yang digunakan dalam litar kami adalah:

R1 = 1.65 kOhm

R2 = 424.5 kOhm

S = 8

w = 120 * pi rad / saat

Langkah 3: Penapis Laluan Rendah

Isyarat ECG mempunyai frekuensi sekitar 0 - 150Hz. Untuk mengelakkan lebih banyak bunyi daripada bergabung ke isyarat dari sesuatu dengan frekuensi yang lebih tinggi daripada julat ini, penapis ButterWorth lulus rendah pesanan kedua dengan pemotongan 150Hz dilaksanakan untuk hanya membenarkan isyarat ECG melewati litar. Daripada segera memilih nilai kapasitor yang sedia ada, seperti komponen sebelumnya, nilai kapasitor pertama, C2, dipilih berdasarkan formula yang terdapat di bawah. Dari nilai itu, semua nilai komponen lain dapat dikira dan kemudian ditambahkan ke litar sambil mengekalkan kenaikannya menjadi 1V / V.

C2 ≈ 10 / fc uf, di mana fc adalah frekuensi pemotongan (150 Hz untuk kes ini).

Kemudian, nilai yang tinggal dapat dikira seperti yang ditunjukkan dalam jadual yang disertakan sebagai gambar kedua dalam langkah ini.

Nilai akhir yang digunakan untuk meletakkan skema di atas adalah:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22.47 kOhm

R2 = 22.56 kOhm

Langkah 4: Persediaan LabVIEW

Satu-satunya bahan yang diperlukan untuk bahagian koleksi ECG ini ialah komputer Windows yang dilengkapi dengan salinan LabVIEW 64-bit dan Papan Penyusun Isyarat Instrumen Nasional () dengan satu modul input. Gambarajah blok fungsional dalam LabVIEW hendaklah dibina dengan cara berikut. Mulakan dengan membuka Diagram Blok Fungsi kosong.

Masukkan blok Pembantu DAQ dan sesuaikan tetapannya dengan yang berikut:

Pengukuran: Analog → Voltan

Mod: RSE

Persampelan: Persampelan Berterusan

Sampel yang Dikumpulkan: 2500

Kadar Persampelan: 1000 / saat

Keluarkan bentuk gelombang yang dikumpulkan ke grafik bentuk gelombang. Selain itu, kirakan nilai maksimum data bentuk gelombang semasa. Gandakan nilai maksimum gelombang dengan nilai seperti.8 untuk membuat ambang untuk pengesanan puncak, nilai ini dapat disesuaikan berdasarkan tahap kebisingan dalam isyarat. Masukkan produk dari langkah sebelumnya sebagai ambang dan susunan voltan mentah sebagai data untuk fungsi "Peak Detection". Seterusnya, ambil output "Lokasi" dari array pengesanan puncak dan tolak nilai pertama dan kedua. Ini mewakili perbezaan nilai indeks dari dua puncak dalam array awal. Ini kemudian boleh ditukar menjadi perbezaan waktu dengan membahagikan nilainya dengan kadar sampel, untuk contohnya ini adalah 1000 / saat. Akhirnya, ambil kebalikan dari nilai ini (memberi Hz) dan kalikan dengan 60 untuk mendapatkan degupan jantung dalam denyutan per minit BPM. Gambarajah blok terakhir untuk ini harus menyerupai gambar tajuk untuk langkah ini.

Langkah 5: Integrasi Sistem Penuh

Sekarang semua komponen telah dibina secara individu, inilah masanya untuk menyatukan pusat membeli-belah. Ini dapat dilakukan dengan hanya memasukkan output satu bahagian ke input segmen berikut. Tahap-tahap harus disusun mengikut urutan yang sama seperti yang dipaparkan dalam Instructable ini. Untuk peringkat terakhir, penapis ButterWorth, inputnya harus dilekatkan pada salah satu daripada dua petunjuk pada modul input papan penyekat isyarat. Sambungan lain dari modul ini harus dilekatkan pada landasan litar bersama.

Untuk penguat instrumentasi, kedua-dua petunjuknya masing-masing harus dipasang pada elektrod ECG / EKG. Ini mudah dilakukan dengan penggunaan dua klip buaya. Kemudian, letakkan satu elektrod pada setiap pergelangan tangan. Pastikan semua segmen litar dihubungkan dan LabVIEW VI berjalan dan sistem harus mengeluarkan grafik bentuk gelombang di tetingkap LabVIEW.

Keluarannya akan kelihatan serupa dengan gambar kedua yang disediakan dalam langkah ini. Sekiranya tidak serupa, nilai litar anda mungkin perlu disesuaikan. Satu masalah umum ialah penekan takik tidak akan berpusat langsung pada 60 Hz dan mungkin sedikit hingga tinggi / rendah. Ini dapat diuji dengan membuat plot bode untuk penapis. Sebaik-baiknya, saringan takik akan mempunyai pelemahan sekurang-kurangnya 20 dB pada 60 Hz. Mungkin berguna untuk memeriksa bahawa kuasa tempatan anda dibekalkan pada 60 Hz. Tidak jarang sesetengah kawasan mempunyai bekalan AC 50 Hz, ini memerlukan pemusat penekanan takaran di sekitar nilai ini.