Litar Rakaman ECG Ringkas dan Monitor Denyut Jantung LabVIEW: 5 Langkah

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

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

Salah satu aspek yang paling asas dalam penjagaan kesihatan moden, adalah kemampuan menangkap gelombang jantung menggunakan ECG, atau elektrokardiogram. Teknik ini menggunakan elektrod permukaan untuk mengukur pelbagai corak elektrik yang dikeluarkan dari jantung, sehingga output dapat digunakan sebagai alat diagnostik untuk mendiagnosis keadaan jantung dan paru-paru seperti pelbagai bentuk takikardia, blok cawangan, dan hipertrofi. Untuk mendiagnosis keadaan ini, bentuk gelombang output dibandingkan dengan isyarat ECG biasa.

Untuk membuat sistem yang dapat memperoleh bentuk gelombang EKG, isyarat mesti terlebih dahulu diperkuat, dan kemudian disaring dengan tepat untuk menghilangkan kebisingan. Untuk melakukan ini, litar tiga peringkat boleh dibina menggunakan OP amp.

Instructable ini akan memberikan maklumat yang diperlukan untuk merancang dan kemudian membina litar sederhana yang mampu merakam isyarat ECG menggunakan elektrod permukaan, dan kemudian menyaring isyarat itu untuk pemprosesan dan analisis selanjutnya. Sebagai tambahan, Instructable ini akan menggariskan satu teknik yang digunakan untuk menganalisis isyarat itu untuk membuat gambaran grafik output litar, serta kaedah untuk mengira kadar denyut jantung dari output litar bentuk gelombang ECG.

Catatan: semasa merancang setiap peringkat, pastikan untuk melakukan penyapu AC secara eksperimen, dan melalui simulasi untuk memastikan tingkah laku litar yang diinginkan.

Langkah 1: Reka dan Bina Penguat Instrumentasi

Tahap pertama dalam litar ECG ini adalah penguat instrumentasi, yang terdiri daripada tiga amp OP. Dua amp OP pertama adalah input buffered, yang kemudian dimasukkan ke dalam amp OP ketiga yang berfungsi sebagai penguat pembezaan. Isyarat dari badan mesti disangga atau tidak, outputnya akan berkurang kerana badan tidak dapat memberikan banyak arus. Pembezaan amp mengambil perbezaan antara dua sumber input untuk memberikan perbezaan potensi yang dapat diukur, dan pada masa yang sama membatalkan kebisingan biasa. Tahap ini juga mempunyai keuntungan 1000, memperkuat mV khas ke voltan yang lebih mudah dibaca.

Keuntungan litar 1000 untuk penguat instrumentasi dikira dengan persamaan yang ditunjukkan. Keuntungan tahap 1 penguat instrumentasi dihitung oleh (2), dan keuntungan tahap 2 penguat instrumentasi dikira oleh (3). K1 dan K2 dikira sehingga tidak berbeza antara satu sama lain dengan nilai lebih dari 15.

Untuk keuntungan 1000, K1 dapat diatur ke 40 dan K2 dapat diatur ke 25. Nilai resistor semuanya dapat dikira, tetapi penguat instrumentasi khusus ini menggunakan nilai resistor di bawah:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

Langkah 2: Reka dan Bina Penapis Notch

Tahap seterusnya adalah penekan takik untuk mengeluarkan isyarat 60 Hz yang berasal dari saluran kuasa.

Dalam saringan takik, nilai perintang R1 dikira oleh (4), nilai R2 oleh (5), dan nilai R3 oleh (6). Faktor kualiti litar, Q, ditetapkan ke 8 kerana memberikan margin ralat yang munasabah dan tepat secara realistik. Nilai Q boleh dikira dengan (7). Persamaan pengatur terakhir penekan takik digunakan untuk mengira lebar jalur, dan dijelaskan oleh (8). Sebagai tambahan kepada faktor kualiti 8, saringan takik mempunyai spesifikasi reka bentuk lain. Penapis ini dirancang untuk memperoleh keuntungan 1 sehingga tidak mengubah isyarat, sementara mengeluarkan isyarat 60 Hz.

Menurut persamaan tersebut, R1 = 11.0524 kΩ, R2 = 2.829 MΩ, R3 = 11.009 kΩ, dan C1 = 15 nF

Langkah 3: Reka dan Bina Penapis Lulus Rendah Butterworth 2nd Order

Tahap terakhir, adalah penapis lulus rendah untuk membuang semua isyarat yang boleh berlaku di atas komponen frekuensi tertinggi gelombang ECG, seperti bunyi bising WiFi, dan isyarat ambien lain yang mungkin mengalihkan perhatian dari isyarat minat. Titik -3dB untuk tahap ini harus sekitar atau hampir 150 Hz, kerana julat isyarat standard yang terdapat dalam gelombang ECG berkisar antara 0,05 Hz hingga 150 Hz.

Semasa merancang saringan Butterworth pesanan kedua low-pass, litar sekali lagi ditetapkan untuk memperoleh 1, yang memungkinkan untuk reka bentuk litar yang lebih sederhana. Sebelum melakukan pengiraan lebih lanjut, penting untuk diperhatikan bahawa frekuensi pemotongan penapis lulus rendah yang diatur ditetapkan pada 150 Hz. Paling mudah dimulakan dengan mengira nilai kapasitor 2, C2, kerana persamaan lain bergantung pada nilai ini. C2 boleh dikira dengan (9). Dari pengiraan C2, C1 dapat dikira dengan (10). Dalam kes penapis lulus rendah ini, pekali a dan b ditentukan di mana a = 1.414214, dan b = 1. Nilai perintang R1 dikira oleh (11), dan nilai perintang R2 dikira oleh (12).

Nilai-nilai berikut telah digunakan:

R1 = 13.842kΩ

R2 = 54.36kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

Langkah 4: Siapkan Program LabVIEW yang Digunakan untuk Pemerolehan dan Analisis Data

Seterusnya, program komputer LabView dapat digunakan untuk membuat tugas yang akan membuat gambaran grafik denyut jantung dari isyarat EKG, dan menghitung denyut jantung dari isyarat yang sama. Program LabView mencapainya dengan terlebih dahulu menerima input analog dari papan DAQ, yang juga bertindak sebagai penukar analog ke digital. Isyarat digital ini kemudian dianalisis dan diplot lebih jauh, di mana plot menunjukkan gambaran grafik isyarat yang dimasukkan ke dalam papan DAQ. Bentuk gelombang isyarat dianalisis dengan mengambil 80% dari nilai maksimum isyarat digital yang diterima, dan kemudian menggunakan fungsi pengesan puncak untuk mengesan puncak isyarat ini. Pada masa yang sama, program ini mengambil bentuk gelombang dan mengira perbezaan masa antara puncak bentuk gelombang. Pengesanan puncak digabungkan dengan nilai yang menyertainya sama ada 1 atau 0, di mana 1 mewakili puncak untuk membuat indeks lokasi puncak, dan indeks ini kemudian digunakan bersamaan dengan perbezaan waktu antara puncak untuk menghitung denyut jantung secara matematis di rentak seminit (BPM). Gambarajah blok yang digunakan dalam program LabView ditunjukkan.

Langkah 5: Perhimpunan Penuh

Setelah anda membina semua litar dan program LabVIEW dan memastikan bahawa semuanya berfungsi dengan baik, anda sudah bersedia untuk merakam isyarat EKG. Bergambar adalah kemungkinan skema pemasangan sistem litar penuh.

Sambungkan elektrod positif ke pergelangan tangan kanan dan salah satu input penguat instrumentasi yang dilingkari, dan elektrod negatif ke pergelangan tangan kiri dan input penguat instrumentasi lain seperti yang digambarkan. Urutan input elektrod tidak menjadi masalah. Akhirnya, letakkan elektrod tanah di pergelangan kaki anda, dan sambungkan ke tanah di litar anda. Tahniah, anda telah menyelesaikan semua langkah yang diperlukan untuk merakam dan memberi isyarat EKG.