Bina ECG Sendiri !: 10 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. Sekiranya menggunakan litar ini untuk pengukuran ECG sebenar, pastikan rangkaian dan sambungan litar-ke-instrumen menggunakan teknik pengasingan yang betul

Denyutan jantung terdiri daripada kontraksi berirama yang diatur oleh penyajian spontan depolarisasi elektrik pada miokosit jantung (sel otot jantung). Aktiviti elektrik seperti itu dapat ditangkap dengan meletakkan elektrod rakaman yang tidak invasif di sepanjang kedudukan badan yang berlainan. Walaupun dengan pemahaman pengenalan mengenai litar dan bioelektrik, isyarat ini dapat ditangkap dengan mudah. Dalam Instructable ini kami memperkenalkan metodologi simplistik yang dapat digunakan untuk menangkap isyarat elektrokardiografi dengan peralatan praktikal dan murah. Sepanjang ini, kami akan menyoroti pertimbangan penting dalam memperoleh isyarat tersebut, dan mempersembahkan teknik untuk analisis isyarat terprogram.

Langkah 1: Gambaran Keseluruhan Ciri

Peranti yang anda bina akan berfungsi melalui ciri berikut:

1. Rakaman elektrod
2. Penguat instrumen
3. Penapis takik
4. Penapis lorong rendah
5. Penukaran analog ke digital
6. Analisis isyarat menggunakan LabView

Beberapa komponen utama yang anda perlukan:

1. NI LabView
2. Papan pemerolehan data NI (untuk input ke LabView)
3. Bekalan kuasa DC (untuk menguatkan penguat operasi)
4. Pad elektrod kulit untuk rakaman elektrod
5. ATAU penjana fungsi yang dapat membuat isyarat ECG yang disimulasikan

Mari kita mulakan!

Langkah 2: Reka Penapis lulus rendah

ECG normal mengandungi ciri yang dapat dikenal pasti dalam bentuk gelombang isyarat yang disebut gelombang P, kompleks QRS, dan gelombang T. Semua ciri ECG akan muncul dalam julat frekuensi di bawah 250 Hz, dan dengan itu, penting untuk menangkap hanya ciri yang menarik semasa merakam ECG dari elektrod. Penapis lulus rendah dengan frekuensi pemotongan 250 Hz akan memastikan bahawa tidak ada bunyi frekuensi tinggi yang ditangkap dalam isyarat

Langkah 3: Reka Saringan Notch

Penapis takik pada frekuensi 60 Hz berguna untuk mengeluarkan bunyi dari sebarang bekalan kuasa yang berkaitan dengan rakaman ECG. Frekuensi pemotongan antara 56.5 Hz dan 64 Hz akan membolehkan isyarat dengan frekuensi di luar julat itu dapat dilalui. Faktor kualiti 8 digunakan pada penapis. Kapasiti 0.1 uF dipilih. Perintang eksperimen dipilih seperti berikut: R1 = R3 = 1.5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Nilai-nilai ini digunakan untuk membina saringan takik.

Langkah 4: Reka bentuk Penguat Instrumentasi

Penguat instrumentasi dengan keuntungan 1000 V / V akan menguatkan semua isyarat yang disaring untuk memudahkan pengukuran. Penguat menggunakan satu siri penguat operasi dan dibahagikan kepada dua peringkat (kiri dan kanan) dengan gandaan masing-masing K1 dan K2. Gambar di atas memaparkan skema litar yang dapat mencapai hasil ini dan Gambar 6 memperincikan pengiraan yang dibuat.

Langkah 5: Sambungkan Semua Bersama

Tiga tahap penguatan dan penyaringan digabungkan dalam Rajah 7 di bawah. Penguat instrumentasi menguatkan input frekuensi sinusoidal dengan keuntungan 1000V / V. Seterusnya, penekan takik menghilangkan semua frekuensi isyarat 60 Hz dengan faktor kualiti 8. Akhirnya, isyarat melewati penapis lulus rendah yang melemahkan isyarat melebihi frekuensi 250 Hz. Gambar di atas memaparkan sistem penuh yang dibuat secara eksperimen.

Langkah 6: … dan Pastikan Ia Berfungsi

Sekiranya anda mempunyai penjana fungsi, anda harus membina keluk respons frekuensi untuk memastikan tindak balas yang betul. Gambar di atas menunjukkan sistem penuh dan keluk tindak balas frekuensi yang anda harapkan. Sekiranya sistem anda kelihatan berfungsi, maka anda sudah bersedia untuk beralih ke langkah seterusnya: menukar isyarat analog ke digital!

Langkah 7: (Pilihan) Bayangkan ECG anda pada Osiloskop

ECG merakam isyarat dengan dua elektrod dan menggunakan elektrod ketiga sebagai tanah. Dengan elektrod rakaman ECG anda, masukkan satu ke satu input penguat instrumentasi, yang lain ke input amp instrumentasi yang lain, dan sambungkan yang ketiga ke tanah di papan roti anda. Seterusnya, letakkan satu elektrod di satu pergelangan tangan, yang lain di pergelangan tangan yang lain, dan tanah di pergelangan kaki anda. Ini adalah konfigurasi Lead 1 untuk ECG. Untuk memvisualisasikan isyarat pada osiloskop anda, gunakan probe osiloskop untuk mengukur output tahap ketiga anda.

Langkah 8: Memperoleh Data Dengan Instrumen Nasional DAQ

Sekiranya anda ingin menganalisis isyarat anda di LabView, anda memerlukan beberapa kaedah untuk mengumpulkan data analog dari ECG anda dan memindahkannya ke komputer. Terdapat pelbagai cara untuk memperoleh data! National Instruments adalah syarikat yang mengkhususkan diri dalam peranti pemerolehan data dan peranti analisis data. Mereka adalah tempat yang baik untuk mencari alat untuk mengumpulkan data. Anda juga boleh membeli cip penukar analog ke digital anda sendiri dan menggunakan Raspberry Pi untuk menghantar isyarat anda! Ini mungkin pilihan yang lebih murah. Dalam kes ini, kami sudah mempunyai modul NI DAQ, NI ADC dan LabView, jadi kami terus menggunakan perkakasan dan perisian National Instruments.

Langkah 9: Import Data ke LabVIEW

LabVIEW bahasa pengaturcaraan visual digunakan untuk menganalisis data yang dikumpulkan dari sistem penguatan / penyaringan analog. Data dikumpulkan dari unit NI DAQ dengan DAQ Assistant, fungsi pengumpulan data terbina dalam di LabVIEW. Dengan menggunakan kawalan LabView, jumlah sampel dan jangka masa untuk pengumpulan sampel ditentukan secara terprogram. Kawalan boleh disesuaikan secara manual, membolehkan pengguna menyesuaikan parameter input dengan mudah. Dengan jumlah sampel dan jangka masa yang diketahui, vektor waktu dibuat dengan setiap nilai indeks mewakili masa yang sesuai pada setiap sampel dalam isyarat yang diambil.

Langkah 10: Format, Analisis, dan Anda Selesai

Data dari fungsi pembantu DAQ diubah menjadi format yang boleh digunakan. Isyarat dibuat semula sebagai array 1D ganda dengan terlebih dahulu menukar jenis data keluaran DAQ ke jenis data bentuk gelombang dan kemudian menukar menjadi pasangan berkembar (X, Y). Setiap nilai Y dari pasangan (X, Y) dipilih dan dimasukkan ke dalam array 1D ganda awal yang kosong dengan bantuan struktur gelung. Susunan 1D ganda dan vektor masa yang sesuai diplotkan pada graf XY. Pada masa yang sama, nilai maksimum array 1D ganda dikenal pasti dengan fungsi pengenal nilai maksimum. Enam sepersepuluh dari nilai maksimum digunakan sebagai ambang untuk algoritma pengesanan puncak yang dibina di LabView. Nilai puncak array 1D ganda dikenal pasti dengan fungsi pengesanan puncak. Dengan lokasi puncak diketahui, perbezaan waktu antara setiap puncak dihitung. Perbezaan waktu ini, dalam satuan detik per puncak, diubah menjadi puncak per minit. Nilai yang dihasilkan dianggap mewakili degupan jantung dalam denyutan seminit.

Itu sahaja! Anda kini telah mengumpulkan dan menganalisis isyarat ECG!