EKG -krets: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:25

EKG er en test som måler hjertets elektriske aktivitet ved å registrere hjertets rytme og aktivitet. Det fungerer ved å ta og lese signaler fra hjertet ved hjelp av elektroder som er festet til en elektrokardiografmaskin. Denne instruksen viser deg hvordan du bygger en krets som registrerer, filtrerer og viser hjertets bioelektriske signal. Dette er ikke et medisinsk utstyr. Dette er kun for utdanningsformål ved bruk av simulerte signaler. Hvis du bruker denne kretsen for ekte EKG-målinger, må du kontrollere at kretsen og krets-til-instrument-tilkoblingene bruker riktige isolasjonsteknikker.

Denne kretsen inneholder tre forskjellige stadier koblet sammen i serie med et LabView -program. Motstandene i instrumenteringsforsterkeren ble beregnet med en forsterkning på 975 for å sikre at de små signalene fra hjertet fortsatt kan plukke opp kretsen. Hakkfilteret tar ut 60 Hz -støyen fra stikkontakten i veggen. Lavpassfilteret sørger for at høyfrekvent støy fjernes fra kretsen for bedre signaldeteksjon.

Før du starter denne instruksjonsboken, vil det være nyttig å gjøre deg kjent med uA741 operasjonsforsterker for generelle formål. De forskjellige pinnene i op-amp har forskjellige formål, og kretsen vil ikke fungere hvis de er feil tilkoblet. Å koble pinnene til brødbrettet feil er også en enkel måte å steke op-forsterkeren på og gjøre den ikke-funksjonell. Lenken nedenfor inneholder skjematikken som brukes for op-forsterkere i denne instruksjonsboken.

Bildekilde:

Trinn 1: Samle materialer

Materialer som trengs for alle tre trinn i filteret:

• Oscilloskop
• Funksjonsgenerator
• Strømforsyning (+15V, -15V)
• Loddefritt brødbrett
• Ulike banankabler og krokodilleklipp
• EKG -elektrodeklistremerker
• Ulike hoppetråder

Instrumenteringsforsterker:

• 3 op-forsterkere (uA741)

• Motstander:

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

Hakkfilter:

• 1 op-forsterker (uA741)

• Motstander:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondensatorer:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Lavpassfilter:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Motstander:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondensatorer:

  • 22 nF
  • 47 nF

Trinn 2: Bygg instrumentforsterker

Biologiske signaler sender ofte bare ut spenninger mellom 0,2 og 2 mV [2]. Disse spenningene er for små til å bli analysert på oscilloskopet, så vi trengte å bygge en forsterker.

Etter at kretsen din er bygget, må du teste for å sikre at den fungerer som den skal ved å måle spenningen ved Vout (vist som node 2 på bildet ovenfor). Vi brukte funksjonsgeneratoren til å sende en sinusbølge med en inngangspenning på 20 mV til instrumentforsterkeren vår. Alt for langt over dette vil ikke gi deg resultatene du leter etter, fordi forsterkerne bare fikk en viss effekt på -15 og +15 V. Sammenlign utgangen til funksjonsgeneratoren med utgangen til instrumentforsterkeren og se etter en gevinst på nær 1000 V. (Vout/Vin bør være veldig nær 1000).

Tips for feilsøking: Kontroller at alle motstandene er i kΩ -området.

[2] “High Performance Electrocardiogram (ECG) Signal Conditioning | Utdanning | Analoge enheter.” [På nett]. Tilgjengelig: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Tilgang: 10-desember-2017].]

Trinn 3: Bygg hakkfilter

Hakkfilteret vårt var designet for å filtrere ut en frekvens ved 60 Hz. Vi ønsker å filtrere ut 60 Hz fra signalet vårt fordi det er frekvensen til vekselstrømmen som finnes i stikkontakter.

Når du tester hakkfilteret, måler du topp-til-topp-forholdet mellom inndata og utgangsgrafer. Ved 60 Hz bør det være et forhold på -20 dB eller bedre. Dette er fordi ved -20 dB er utgangsspenningen i hovedsak 0V, noe som betyr at du har filtrert ut signalet ved 60 Hz! Test også frekvenser rundt 60 Hz for å sikre at ingen andre frekvenser filtreres ut ved et uhell.

Tips for feilsøking: Hvis du ikke kan få nøyaktig -20dB ved 60 Hz, velger du en motstand og endrer den litt til du får de ønskede resultatene. Vi måtte leke med verdien av R2 til vi fikk de resultatene vi ønsket.

Trinn 4: Bygg lavpassfilter

Lavpassfilteret vårt ble designet med en cutoff -frekvens på 150 Hz. Vi valgte denne avbruddet fordi det bredeste diagnostiske området for et EKG er 0,05 Hz - 150 Hz, forutsatt et ubevegelig og lite støymiljø [3]. Lavpassfilteret kan kvitte seg med høyfrekvent støy fra muskler eller andre deler av kroppen [4].

For å teste denne kretsen for å sikre at den fungerer som den skal, måler du Vout (vist som node 1 i kretsdiagrammet). Ved 150 Hz bør amplituden til utgangssignalet være 0,7 ganger amplituden til inngangssignalet. Vi brukte et inngangssignal på 1V for enkelt å kunne se at utgangen vår skulle være 0,7 ved 150 Hz.

Tips for feilsøking: så lenge avbruddsfrekvensen er innenfor noen få Hz på 150 Hz, bør kretsen din fortsatt fungere. Vår cutoff endte opp med å bli 153 Hz. Rekkevidden for biologiske signaler vil svinge litt i kroppen, så så lenge du ikke er på mer enn noen få Hz, bør kretsen din fortsatt fungere.

[3] “EKG -filtre | MEDTEQ.” [På nett]. Tilgjengelig: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Tilgang: 10-desember-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson og S. J. Asirvatham, "Signaler og signalbehandling for elektrofysiologen: Del I: Elektrogram -oppkjøp," Circ. Arytmi Electrophysiol., Vol. 4, nei. 6, s. 965–973, desember 2011.

Trinn 5: Lag LabView -program

[5] “BME 305 Design Lab Project“(høsten 2017).

Dette labview -blokkdiagrammet er designet for å analysere signalet som går gjennom programmet, oppdage EKG -topper, samle tidsforskjellen mellom toppene og beregne BPM matematisk. Den sender også ut en graf over EKG -bølgeformen.

Trinn 6: Koble til alle tre trinnene

Koble alle tre kretsene i serie ved å koble utgangen fra instrumenteringsforsterkeren til inngangen til hakkfilteret og utgangen til hakkfilteret til inngangen til lavpassfilteret. Koble utgangen til lavpassfilteret til DAQ -assistenten og koble DAQ -assistenten til datamaskinen. Når du kobler kretsene sammen, må du sørge for at strømlistene for hvert brødbrett er koblet til og at jordlistene er koblet til den samme jordklemmen.

I instrumenteringsforsterkeren må den andre op-forsterkeren være ujordet, slik at to elektrodeledninger som er koblet til testpersonen, hver kan koble til en annen op-forsterker i det første trinnet av filteret.

Trinn 7: Få signaler fra et menneskelig testemne

Ett elektrodeklistremerke skal plasseres på hvert håndledd, og en på anklen for bakken. Bruk krokodilleklips for å koble de to håndledselektrodene til inngangene til instrumenteringsforsterkeren og ankelen til bakken. Når du er klar, klikker du "kjør" på LabView -programmet og ser pulsen og EKG på skjermen!