EKG -monitor: 8 trinn

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

MERKNAD: 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.

Elektrokardiografi er prosessen med å registrere elektriske signaler generert av hjertet til en pasient for å få informasjon om hjertets aktivitet. For at det elektriske signalet skal bli fanget opp effektivt, må det filtreres og forsterkes gjennom elektriske komponenter. Informasjonen må også presenteres for en bruker på en klar og effektiv måte.

Følgende instrukser beskriver hvordan du bygger forsterknings-/filtreringskretsene samt et brukergrensesnitt. Det innebærer å bygge en instrumenteringsforsterker, et hakkfilter, et lavpassfilter og et brukergrensesnitt i LabVIEW.

Det første trinnet i prosessen er å definere kravene til den analoge kretsen. Etter å ha definert kravene, tas beslutninger om hvilke primære komponenter som skal utgjøre kretsen. Senere blir mindre detaljer adressert om egenskapene til disse hovedkomponentene, og til slutt avsluttes kretsens designfase med å definere de eksakte verdiene for hver motstand og kondensator i kretsen.

Trinn 1: Definere krav og primære komponenter

Kretsens jobb er å forsterke EKG -signalet som genereres av pasienten, og filtrere ut all tilhørende støy. Råsignalet består av en kompleks bølgeform med en maksimal amplitude på omtrent 2 mV og frekvenskomponenter i området 100 Hz til 250 Hz i QRS -komplekset. Dette er signalet som skal forsterkes og registreres.

På toppen av det signalet av interesse, blir det produsert støy fra flere kilder. Strømforsyninger genererer 60 Hz støy og pasientbevegelse produserer artefakter i området mindre enn 1 Hz. Mer høyfrekvent støy blir introdusert fra bakgrunnsstråling og telekommunikasjonssignaler som mobiltelefoner og trådløst internett. Denne samlingen av støy er signalet som skal filtreres.

Kretsen må først forsterke råsignalet. Den må deretter filtrere ut 60 Hz støy og annen støy over 160 Hz. Filtrering av lavfrekvent støy assosiert med pasientbevegelse anses som unødvendig, ettersom pasienten ganske enkelt kan instrueres om å holde stille.

Fordi signalet måles som potensialforskjellen mellom to elektroder på pasienten, oppnås forsterkning ved bruk av en instrumenteringsforsterker. En enkel differensialforsterker kan også brukes, men instrumenteringsforsterkere fungerer ofte bedre når det gjelder støyavvisning og toleranser. 60 Hz filtrering oppnås ved bruk av et hakkfilter, og resten av høyfrekvent filtrering oppnås ved bruk av et lavpassfilter. Disse tre elementene utgjør hele den analoge kretsen.

Når man kjenner de tre elementene i kretsen, kan man definere mindre detaljer om forsterkninger, avbruddsfrekvenser og båndbredder til komponentene.

Instrumenteringsforsterkeren vil bli satt til en forsterkning på 670. Denne er stor nok til å registrere et lite EKG-signal, men også lite nok til å sikre at op-forsterkere oppfører seg innenfor sitt lineære område når de tester kretsen med signaler nær 20 mV, som er minimum på noen funksjonsgeneratorer.

Hakkfilteret vil være sentrert på 60 Hz.

Lavpassfilteret vil ha en cutoff -frekvens på 160 Hz. Dette bør fortsatt fange opp flertallet av QRS-komplekset og avvise høyfrekvent bakgrunnsstøy.

Trinn 2: Instrumentasjonsforsterker

Skjemaene ovenfor beskriver instrumenteringsforsterkeren.

Forsterkeren har to trinn. Den første fasen består av de to op-forsterkerne til venstre på bildene ovenfor, og den andre fasen består av den eneste op-forsterkeren til høyre. Gevinsten av hver av disse kan moduleres som man vil, men vi har bestemt oss for å bygge den med en forsterkning på 670 V/V. Dette kan oppnås med følgende motstandsverdier:

R1: 100 ohm

R2: 3300 ohm

R3: 100 ohm

R4: 1000 ohm

Trinn 3: Hakkfilter

Skjemaene ovenfor beskriver hakkfilteret. Dette er et aktivt filter, så vi kan velge å få det til å forsterke eller dempe et signal hvis vi ønsker det, men vi har allerede oppnådd all nødvendig forsterkning, så vi velger en gevinst på en for denne op-amp. Senterfrekvensen bør være 60 Hz og kvalitetsfaktoren skal være 8. Dette kan oppnås med følgende komponentverdier:

R1: 503 ohm

R2: 128612 ohm

R3: 503 Ohm

C: 0,33 mikroFarader

Trinn 4: Lavpassfilter

Igjen, dette er et aktivt filter, så vi kan velge hvilken gevinst vi vil, men vi vil velge 1. Dette oppnås ved å gjøre R4 ovenfor til en kortslutning, og R3 til en åpen krets. Resten oppnås, som med de andre komponentene, ved å bruke våre tidligere definerte krav i kombinasjon med likningene som styrer kretsene for å oppnå individuelle elementverdier:

R1: 12056 Ohm

R2: 19873,6 Ohm

C1: 0,047 microFarads

C2: 0,1 microFarads

Trinn 5: Design Full Circuit Virtually

Å designe en krets i en virtuell kretsbyggingsprogramvare som PSPICE kan være svært nyttig for å fange opp feil og størkne planer før du går videre til ekte analog kretsproduksjon. På dette tidspunktet kan man fange vekselstrømssvep i kretsen for å sikre at alt oppfører seg etter planen.

Trinn 6: Bygg full krets

Kretsen kan bygges på hvilken måte du vil, men et brødbrett ble valgt for denne saken.

Montering på et brødbrett anbefales fordi det er lettere enn lodding, men lodding vil gi mer holdbarhet. Det anbefales også å plassere en bypass -kondensator på 0,1 microFarad til jord parallelt med strømkilden, da dette bidrar til å eliminere uønskede avvik fra konstant effekt.

Trinn 7: LabVIEW brukergrensesnitt

LabVIEW -brukergrensesnittet er et middel for å konvertere fra analoge signaler til visuelle og numeriske representasjoner av EKG -signalet som er enkle for en bruker å tolke. Et DAQ -kort brukes til å konvertere signalet fra analogt til digitalt, og dataene importeres til LabVIEW.

Programvaren er et objektbasert program som hjelper til med databehandling og grensesnittopprettelse. Dataene blir først visuelt representert av grafen, og deretter utføres noen signalbehandling for å bestemme frekvensen av hjerteslag slik at den kan vises ved siden av grafen.

For å bestemme pulsfrekvensen må man oppdage hjerteslag. Dette kan oppnås med Lab VIEWs toppdeteksjonsobjekt. Objektet sender ut indeksene for topper i den mottatte datatypen, som deretter kan brukes i beregninger for å bestemme tiden som går mellom hjerteslag.

Fordi LabVIEW -detaljer ville være en helt annen Instructable, overlater vi detaljene til en annen kilde. Den nøyaktige virkemåten til programmet kan sees i blokkdiagrammet presentert ovenfor.

Trinn 8: LabVIEW sluttbrukergrensesnitt

Det endelige brukergrensesnittet viser et forsterket, filtrert, konvertert og behandlet signal sammen med hjertefrekvensavlesning i slag per minutt