Monitor ECG: 8 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.

Elektrokardiografi adalah proses merakam isyarat elektrik yang dihasilkan oleh jantung pesakit untuk mendapatkan maklumat mengenai aktiviti jantung. Agar isyarat elektrik dapat ditangkap dengan berkesan, ia mesti disaring dan diperkuat melalui komponen elektrik. Maklumat juga mesti disampaikan kepada pengguna dengan cara yang jelas dan berkesan.

Instructable berikut menggariskan bagaimana membina litar penguatan / penapisan serta antara muka pengguna. Ini melibatkan pembinaan penguat instrumen, saringan takik, saringan lulus rendah, dan antara muka pengguna di LabVIEW.

Langkah pertama dalam proses ini adalah menentukan keperluan litar analog. Setelah menentukan keperluan, keputusan dibuat mengenai komponen utama apa yang akan membentuk litar. Kemudian, perincian yang lebih kecil diberikan mengenai ciri-ciri komponen utama ini, dan akhirnya fasa reka bentuk litar disimpulkan dengan menentukan nilai tepat setiap perintang dan kapasitor dalam litar.

Langkah 1: Menentukan Keperluan dan Komponen Utama

Tugas litar adalah memperkuat isyarat ECG yang dihasilkan oleh pesakit, dan menyaring semua bunyi yang berkaitan. Isyarat mentah terdiri daripada bentuk gelombang kompleks dengan amplitud maksimum kira-kira 2 mV dan komponen frekuensi dalam julat 100 Hz hingga 250 Hz di kompleks QRS. Ini adalah isyarat untuk diperkuat dan direkodkan.

Di atas isyarat minat itu, bunyi dihasilkan dari beberapa sumber. Bekalan kuasa menghasilkan bunyi 60 Hz dan pergerakan pesakit menghasilkan artifak dalam lingkungan kurang dari 1 Hz. Bunyi frekuensi tinggi lebih banyak diperkenalkan dari sinaran latar belakang dan isyarat telekomunikasi seperti telefon bimbit dan internet tanpa wayar. Pengumpulan bunyi ini adalah isyarat untuk disaring.

Litar mesti menguatkan isyarat mentah terlebih dahulu. Ia kemudian mesti menyaring kebisingan 60 Hz, dan bunyi lain di atas 160 Hz. Menyaring kebisingan frekuensi rendah yang berkaitan dengan pergerakan pesakit dianggap tidak perlu, kerana pesakit hanya dapat diperintahkan untuk berhenti diam.

Kerana isyarat diukur sebagai perbezaan potensi antara dua elektrod yang terletak pada pasien, penguatan dicapai melalui penggunaan penguat instrumen. Penguat perbezaan sederhana juga dapat digunakan, tetapi penguat instrumen sering berkinerja lebih baik dalam hal penolakan dan toleransi kebisingan. Penyaringan 60 Hz dicapai melalui penggunaan saringan takik, dan penapisan frekuensi tinggi selebihnya dicapai melalui penggunaan penapis lorong rendah. Ketiga elemen ini membentuk keseluruhan litar analog.

Mengetahui tiga elemen litar, perincian yang lebih kecil dapat ditentukan mengenai keuntungan, frekuensi pemotongan, dan lebar jalur komponen.

Instrumentasi amp akan diatur ke keuntungan 670. Ini cukup besar untuk merakam isyarat ECG kecil, tetapi juga cukup kecil untuk memastikan bahawa op-amp berperilaku dalam julat linier mereka ketika menguji litar dengan isyarat dekat 20 mV, sebagai adalah minimum pada beberapa penjana fungsi.

Penapis takik akan berpusat pada 60 Hz.

Penapis lulus rendah akan mempunyai frekuensi pemotongan 160 Hz. Ini masih boleh menangkap sebahagian besar kompleks QRS dan menolak kebisingan latar frekuensi tinggi.

Langkah 2: Penguat Instrumentasi

Skema di atas menerangkan penguat instrumentasi.

Penguat mempunyai dua peringkat. Tahap pertama terdiri daripada dua op-amp di sebelah kiri gambar di atas, dan tahap kedua terdiri daripada op-amp tunggal di sebelah kanan. Keuntungan masing-masing dapat dimodulasi sesuai keinginan, tetapi kami telah memutuskan untuk membuatnya dengan keuntungan 670 V / V. Ini dapat dicapai dengan nilai rintangan berikut:

R1: 100 Ohm

R2: 3300 Ohm

R3: 100 Ohm

R4: 1000 Ohm

Langkah 3: Penapis Notch

Skema di atas menerangkan saringan takik. Ini adalah penapis aktif, jadi kami dapat memilih untuk membuatnya menguatkan atau melemahkan isyarat jika kami mahu, tetapi kami sudah mencapai semua penguatan yang diperlukan, jadi kami memilih satu untuk op-amp ini. Kekerapan Pusat hendaklah 60 Hz dan faktor kualiti harus 8. Ini dapat dicapai dengan nilai komponen berikut:

R1: 503 Ohm

R2: 128612 Ohm

R3: 503 Ohm

C: 0.33 mikroFarad

Langkah 4: Penapis Lulus Rendah

Sekali lagi, ini adalah penapis aktif, jadi kita dapat memilih keuntungan yang kita inginkan, tetapi kita akan memilih 1. Ini dicapai dengan mengubah R4 di atas menjadi litar pintas, dan R3 menjadi litar terbuka. Selebihnya, seperti komponen lain, dicapai dengan menggunakan keperluan yang telah ditentukan sebelumnya bersama dengan persamaan yang mengatur litar untuk mendapatkan nilai elemen individu:

R1: 12056 Ohm

R2: 19873.6 Ohm

C1: 0.047 mikroFarad

C2: 0.1 mikroFarad

Langkah 5: Reka Litar Penuh Secara Maya

Merancang litar dalam perisian pembinaan litar maya seperti PSPICE dapat sangat membantu menangkap kesalahan dan memantapkan rancangan sebelum beralih ke pembuatan litar analog sebenar. Pada ketika ini, seseorang dapat menangkap sapuan AC dari litar untuk memastikan semuanya berjalan mengikut rancangan.

Langkah 6: Bina Litar Penuh

Litar boleh dibina dengan cara yang anda suka, tetapi papan roti dipilih untuk kes ini.

Pemasangan di papan roti adalah disyorkan kerana lebih mudah daripada menyolder, tetapi pematerian akan memberi lebih daya tahan. Disarankan meletakkan kapasitor pintas 0.1 mikroFarad ke tanah selari dengan sumber kuasa juga, kerana ini membantu menghilangkan penyimpangan yang tidak diingini dari daya berterusan.

Langkah 7: Antara Muka Pengguna LabVIEW

Antara muka pengguna LabVIEW adalah kaedah untuk menukar dari isyarat analog ke gambaran visual dan numerik isyarat ECG yang mudah ditafsirkan oleh pengguna. Papan DAQ digunakan untuk menukar isyarat dari analog ke digital, dan data diimport ke LabVIEW.

Perisian ini adalah program berasaskan objek yang membantu dalam pemprosesan data dan pembuatan antara muka. Data pertama kali dilambangkan secara visual oleh grafik, dan kemudian beberapa pemprosesan isyarat dilakukan untuk menentukan frekuensi degupan jantung sehingga dapat ditampilkan di sebelah grafik.

Untuk menentukan frekuensi degupan jantung, seseorang mesti mengesan degupan jantung. Ini dapat dicapai dengan objek pengesanan puncak Lab VIEW. Objek mengeluarkan indeks puncak dalam array data yang diterima, yang kemudian dapat digunakan dalam perhitungan untuk menentukan waktu yang berlalu antara detak jantung.

Oleh kerana perincian LabVIEW akan menjadi Instruktif yang sama sekali berbeza, kami akan menyerahkan butirannya ke sumber lain. Cara kerja program yang tepat dapat dilihat pada gambarajah blok yang ditunjukkan di atas.

Langkah 8: Antaramuka Pengguna Akhir LabVIEW

Antara muka pengguna akhir memaparkan isyarat yang diperkuat, ditapis, ditukar, dan diproses bersama dengan pembacaan frekuensi jantung dalam denyutan seminit