Litar ECG: 7 Langkah

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

ECG adalah ujian yang mengukur aktiviti elektrik jantung dengan merakam irama dan aktiviti jantung. Ia berfungsi dengan mengambil dan membaca isyarat dari jantung menggunakan petunjuk yang dipasang pada mesin elektrokardiograf. Instructable ini akan menunjukkan cara membina litar yang merekod, menyaring, dan memaparkan isyarat bioelektrik jantung. 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.

Litar ini mengandungi tiga peringkat berbeza yang disatukan secara bersiri dengan program LabView. Perintang dalam penguat instrumentasi dihitung dengan keuntungan 975 untuk memastikan bahawa isyarat kecil dari jantung masih dapat diambil rangkaian. Penapis takik mengeluarkan bunyi 60 Hz dari saluran kuasa di dinding. Penapis lulus rendah memastikan bahawa bunyi frekuensi tinggi dikeluarkan dari litar untuk pengesanan isyarat yang lebih baik.

Sebelum memulakan Instructable ini, adalah berguna untuk membiasakan diri dengan Penguat Operasi Tujuan Umum uA741. Pin yang berbeza dalam op-amp mempunyai tujuan yang berbeza dan litar tidak akan berfungsi jika disambungkan dengan tidak betul. Menyambungkan pin ke papan roti dengan tidak betul juga merupakan kaedah mudah untuk menggoreng op-amp dan menjadikannya tidak berfungsi. Pautan di bawah mengandungi skema yang digunakan untuk op-amp dalam arahan ini.

Sumber Imej:

Langkah 1: Kumpulkan Bahan

Bahan yang diperlukan untuk ketiga-tiga peringkat penapis:

• Osiloskop
• Penjana fungsi
• Bekalan kuasa (+ 15V, -15V)
• Papan roti tanpa solder
• Pelbagai kabel pisang dan klip buaya
• Pelekat Elektrod ECG
• Pelbagai wayar pelompat

Penguat instrumen:

• 3 Op-amp (uA741)

• Perintang:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Penapis takik:

• 1 Op-amp (uA741)

• Perintang:

  • 1.6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kapasitor:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Penapis Pas Rendah:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Perintang:

  • 23.8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kapasitor:

  • 22 nF
  • 47 nF

Langkah 2: Bina Penguat Instrumentasi

Isyarat biologi selalunya hanya menghasilkan voltan antara 0.2 dan 2 mV [2]. Voltan ini terlalu kecil untuk dianalisis pada osiloskop sehingga kita perlu membina penguat.

Setelah litar anda dibina, uji untuk memastikan ia berfungsi dengan betul dengan mengukur voltan pada Vout (ditunjukkan sebagai nod 2 pada gambar di atas). Kami menggunakan generator generator untuk menghantar gelombang sinus dengan voltan amplitud input 20 mV ke penguat instrumentasi kami. Apa-apa yang terlalu jauh di atas ini tidak akan memberikan hasil yang anda cari kerana penguat operasi hanya mendapat sejumlah daya -15 dan +15 V. Bandingkan output penjana fungsi dengan output penguat instrumen anda dan cari keuntungan hampir 1000 V. (Vout / Vin semestinya hampir 1000).

Petua untuk menyelesaikan masalah: Pastikan semua perintang berada dalam julat kΩ.

[2] "Penyediaan Isyarat Elektrokardiogram Berprestasi Tinggi (ECG) | Pendidikan | Peranti Analog. " [Dalam talian]. Terdapat: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Diakses: 10-Dis-2017].]

Langkah 3: Bina Notch Filter

Penapis takik kami dirancang untuk menyaring frekuensi pada 60 Hz. Kami ingin menyaring 60 Hz dari isyarat kami kerana itulah frekuensi arus ulang-alik yang terdapat di saluran elektrik.

Semasa menguji saringan takik, ukur nisbah puncak ke puncak antara grafik input dan output. Pada 60 Hz, mesti ada nisbah -20 dB atau lebih baik. Ini kerana pada -20 dB, voltan keluaran pada dasarnya 0V, yang bermaksud bahawa anda berjaya menyaring isyarat pada 60 Hz! Uji frekuensi sekitar 60 Hz juga untuk memastikan bahawa tidak ada frekuensi lain yang disaring secara tidak sengaja.

Petua untuk menyelesaikan masalah: Sekiranya anda tidak dapat mendapatkan tepat -20dB pada 60 Hz, pilih satu perintang dan ubah sedikit sehingga anda mendapat hasil yang diinginkan. Kami terpaksa bermain-main dengan nilai R2 sehingga kami mendapat hasil yang kami mahukan.

Langkah 4: Bina Penapis Lulus Rendah

Penapis lulus rendah kami dirancang dengan frekuensi pemotongan 150 Hz. Kami memilih pemotongan ini kerana julat diagnostik terluas untuk ECG ialah 0,05 Hz - 150 Hz, dengan menganggap persekitaran tidak bergerak dan rendah bunyi [3]. Penapis lulus rendah dapat menghilangkan bunyi frekuensi tinggi yang datang dari otot atau bahagian badan yang lain [4].

Untuk menguji litar ini untuk memastikan ia berfungsi dengan betul, ukur Vout (ditunjukkan sebagai nod 1 dalam rajah litar). Pada 150 Hz, amplitud isyarat output hendaklah 0,7 kali ganda amplitud isyarat input. Kami menggunakan isyarat input 1V agar dapat dilihat dengan mudah bahawa output kami harus 0.7 pada 150 Hz.

Petua untuk menyelesaikan masalah: selagi frekuensi pemotongan anda berada dalam beberapa Hz 150 Hz litar anda masih boleh berfungsi. Potongan kami akhirnya menjadi 153 Hz. Julat untuk isyarat biologi akan turun naik sedikit di dalam badan sehingga selagi anda tidak berada lebih dari beberapa Hz, litar anda tetap berfungsi.

[3] "Penapis EKG | MEDTEQ. " [Dalam talian]. Terdapat: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Diakses: 10-Dis-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson, dan S. J. Asirvatham, "Pemprosesan Isyarat dan Isyarat untuk Ahli Elektrofisiologi: Bahagian I: Pemerolehan Elektrogram," Circ. Arrhythmia Electrophysiol., Jilid. 4, tidak. 6, hlm 965–973, Disember 2011.

Langkah 5: Buat Program LabView

[5] "Projek Makmal Reka Bentuk BME 305" (Kejatuhan 2017).

Gambarajah blok labview ini dirancang untuk menganalisis isyarat yang melalui program, mengesan puncak ECG, mengumpulkan perbezaan masa antara puncak, dan mengira BPM secara matematik. Ia juga menghasilkan grafik bentuk gelombang ECG.

Langkah 6: Sambungkan Ketiga-tiga Peringkat

Sambungkan ketiga-tiga rangkaian secara bersiri dengan menyambungkan output penguat instrumen ke input saringan takik dan output saringan takik ke input saringan lulus rendah. Sambungkan output penapis lulus rendah ke pembantu DAQ dan sambungkan pembantu DAQ ke komputer. Semasa memasang litar bersama-sama, pastikan jalur kuasa untuk setiap papan roti disambungkan dan jalur tanah semuanya disambungkan ke terminal tanah yang sama.

Dalam penguat instrumentasi, op-amp kedua tidak boleh dibumikan sehingga dua petunjuk elektrod yang disambungkan ke subjek ujian masing-masing dapat menyambung ke op amp yang berbeza pada peringkat pertama penapis itu.

Langkah 7: Dapatkan Isyarat Dari Subjek Ujian Manusia

Satu pelekat elektrod harus diletakkan di setiap pergelangan tangan, dan satu pelekat elektrod harus diletakkan di pergelangan kaki untuk tanah. Gunakan klip buaya untuk menyambungkan dua elektrod pergelangan tangan ke input penguat instrumentasi dan pergelangan kaki ke tanah. Setelah siap, klik "jalankan" pada program LabView dan lihat degupan jantung dan ECG anda di skrin!