Tee oma elektrokardiogrammi (EKG): 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

ILMOITUS:

Tämä ei ole lääketieteellinen laite. Tämä on tarkoitettu vain opetustarkoituksiin simuloitujen signaalien avulla. Jos käytät tätä piiriä todellisiin EKG-mittauksiin, varmista, että piiri ja piirin ja laitteen väliset liitännät käyttävät akkuvirtaa ja muita asianmukaisia eristystekniikoita.

[Kuva otettu osoitteesta

Vaihe 1: Tunne tavarasi

EKG (elektrokardiogrammi) on tärkeä lääkäreiden työkalu sydämen sähköisen toiminnan seuraamiseen. Se on hyödyllinen tallentamaan kaikkea epänormaaleista sydämen rytmeistä lämpöhäiriön diagnosointiin. Noudattamalla tätä ohjetta voit rakentaa laitteen, joka näyttää vain EKP: n perusleipätaitoja käyttävän henkilön elektrokardiogrammin, ja yleisen elektroniikan laboratoriovälineet. Kun signaalilähtö on hyvä, voit käyttää samaa signaalia sykkeen laskemiseen tai muun mielenkiintoisen mittarin mikrokontrollerilla.

-

Jos et tiedä mitä EKG on, se on yksinkertaisesti tallenne sydämen toiminnasta. Sydämen supistusten sähköisen luonteen vuoksi jännitteen muutos voidaan tallentaa asettamalla elektrodit iholle ja käsittelemällä signaali. Näiden jännitteiden kaaviota kutsutaan elektrokardiogrammiksi (lyhyt EKG). EKG: tä käytetään tyypillisesti erilaisten sydämen vajaatoimintojen diagnosointiin tai potilaan stressin passiiviseen seurantaan. Terveellä EKG: llä on erityispiirteitä, jotka ovat yleisiä ihmisten välillä. (Tämä sisältää P-aallon, Q-aallon, R-aallon, S-aallon, T-aallon ja QRS-kompleksin.) Olen toimittanut yksinkertaistetun EKG-kaavion sydämen vastaavalla reaktiolla.

-

Huomaa, että jokainen sydämen hermoissa tapahtuva sähkötapahtuma vastaa fyysistä tapahtumaa, joka tapahtuu näin ollen lihaskudoksessa, ja kun yksi sydämen osa supistuu, muut osat rentouttavat. Tällä tavalla sähköisten signaalien ajoitus on erittäin tärkeä sydämessä, mikä tekee EKG: stä erittäin tehokkaan työkalun sydämen terveyden mittaamiseen.

-

Jotta voisimme tallentaa todellisen EKG: n, monet logistiset kysymykset vaikuttavat esimerkiksi signaalin kokoon, muun kehon melun määrään ja ympäristön meluun. Tämän kompensoimiseksi suunnittelemme piirin, joka koostuu kolmesta osasta: differentiaalivahvistin, joka lisää signaalimme kokoa, alipäästösuodatin korkeataajuisten signaalien kohinan poistamiseksi ja lovisuodatin 60 Hz: n kohinan poistamiseksi on aina läsnä rakennuksissa, joissa on verkkovirta. Seuraavassa kuvailen yksityiskohtaisesti näiden vaiheiden seurantaa.

[Kuva otettu osoitteesta

Vaihe 2: Kerää tarvikkeesi

Tätä projektia varten tarvitset:

- 1 iso leipälauta (2 tai enemmän on mukavampaa)

- 5 yleiskäyttöistä vahvistinta

(Käytin UA741 ++15 V jännitteellä, varmista vain, että valitsemasi kykenevät käsittelemään 15 volttia, muuten sinun on säädettävä passiivisten komponenttien arvoja ja sinun on tyytyttävä pienempään vahvistukseen)

Vastukset

tai 2x 165 ohmia

tai 3x 1k ohmia

o 2x 15k ohmia

o 2x 33k ohmia

o 1x 42k ohmia

tai 2x 60k ohmia

Kondensaattorit

o 2x 22 nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Lukuisia tai hyppyjohtimia

- DC-jännitelähde, joka pystyy tarjoamaan +-15 V

- Toimintogeneraattori ja oskilloskooppi (pääasiassa vianetsintään)

- Vähintään kolme tahmeaa elektrodia, jos aiot tallentaa todellisen EKG: n

- Kaapeleita riittää yhdistämään kaikki tämä hölynpöly

- Vakaa ymmärrys piireistä, tehovahvistimista ja kokemus leipälautailusta.

Jos sait juuri leipälaudan syntymäpäivääsi ja haluat kokeilla tehdä siitä jotain siistiä, tee ainakin muutama yksinkertaisempi versio ennen kuin yrität tätä.

-

Vaihe 3: Rakenna differentiaalivahvistin

Differentiaalivahvistin vahvistaa tallennetun signaalimme käyttökelpoiselle tasolle näytettäväksi laajuudessa tai näytöllä. Tämä piirisuunnittelu ottaa jänniteeron kahdesta tuloelektrodista ja vahvistaa sitä. Tämä tehdään melun vähentämiseksi, koska yhteinen melu elektrodien välillä poistuu. EKG -signaalin amplitudi vaihtelee tallennuselektrodien sijainnin ja yksilön mukaan, mutta ne ovat tyypillisesti muutaman millivoltin luokkaa, kun tallennetaan ranteista. (Vaikka tämä ei ole välttämätöntä tässä asennuksessa, signaalin amplitudia voidaan lisätä asettamalla elektrodit rintaan, mutta kompromissi on keuhkojen liikkeen aiheuttama melu.)

-

Olen lisännyt kaavion asennuksesta. Kuvan piirin pitäisi vahvistaa signaalia ~ 1000 -kertaiseksi. Saatat joutua säätämään tätä riippuen käyttämästäsi op-vahvistimesta. Nopea tapa säätää tätä on muuttaa R1 -arvoa. Pienentämällä R1 -arvon puoleen, kaksinkertaistetaan lähtövahvistus ja päinvastoin.

-

Oletan, että useimmat teistä voivat kääntää tämän piirin leipälevylle, mutta olen kuitenkin lisännyt kaavion leipälevyn asetuksista prosessin virtaviivaistamiseksi ja toivottavasti lyhentämään vianmääritysaikaa. Olen lisännyt myös kuvan UA741 (tai LM741) -liitännästä avuksesi. (tarkoituksiasi varten et tarvitse nastoja 1, 5 tai 8) Op-vahvistimen V + ja V- nastat kytketään +15 V ja -15 V syöttöön. -15V ei ole sama kuin maa! Voit sivuuttaa leipälautani kondensaattorit. Ne ovat ohituskondensaattoreita, joiden tarkoitus on poistaa AC -kohinaa, mutta jälkikäteen ajateltuna ne eivät olleet vaivan arvoisia.

-

Suosittelen testaamaan jokaisen vaiheen, kun olet suorittanut sen vianmääritystä varten. Kuten piiri osoittaa, voit liittää yhden tuloista maahan ja toisen pieneen tasavirtalähteeseen vahvistuksen tarkistamiseksi. (muista syöttää <15 mV, muuten kyllästät op-vahvistimet). Jos sinun on vähennettävä voittoa testausta varten, älä hikoile sitä, mikä tahansa yli 500-kertainen voitto riittää tarkoituksiimme. Lisäksi, jos rakensit piirisi niin, että sen vahvistus on 1000 ja se näyttää vain 800, se ei ole maailman loppu, tarkka numero ei ole kriittinen.

-

Vaihe 4: Rakenna lovisuodatin

Nyt kun voimme vahvistaa signaaliamme, katsotaan sen puhdistamista. Jos liität elektrodit piirillemme juuri nyt, siinä on todennäköisesti tonni 60 Hz kohinaa. Tämä johtuu siitä, että useimmat rakennukset on kytketty 60 Hz: n vaihtovirralla, mikä aiheuttaa väistämättä suuria kohinasignaaleja. Tämän korjaamiseksi rakennamme 60 Hz: n lovisuodattimen. Lovisuodatin on suunniteltu vaimentamaan hyvin tiettyjä taajuuksia ja jättämään muut taajuudet koskemattomiksi; täydellinen 60 Hz: n kohinan poistamiseen.

-

Kuten aiemmin, olen lisännyt piirikaavion, leipälevyn asennuksen ja oman piirini. Huomaa, että vaikka lovisuodatin on suhteellisen helppo vaihe rakentaa, kesti pisin ennen kuin pääsin töihin. Syöttöäni vaimennettiin hyvin, mutta 63 Hz: llä 60 Hz: n sijasta, mikä ei leikkaa sitä. Jos kohtaat saman ongelman, suosittelen, että muutat R14 -arvoasi. (R14: n kasvava vastus alentaa vaimennustaajuutta ja päinvastoin). Jos sinulla on muuttuva vastuskotelo, käytä sitä R14: n korvaamiseen ja sitten leluun, jolla on vastusarvot, selvittääksesi mikä toimii parhaiten, koska se on herkkä yksittäisen ohmin suuruisille muutoksille. Päädyin 175 ohmin R14: een, mutta teoriassa se toimii parhaiten R12: n kanssa.

-

Jälleen voit testata tämän vaiheen käyttämällä funktiogeneraattoria syöttämään 60 Hz: n siniaalto ja tallentamaan ulostulosi oskilloskoopilla. Lähtösi tulisi olla noin -20 dB tai 10% tulon amplitudista. Kuten aiemmin sanoin, voit tarkistaa optimoinnin lähellä olevista taajuuksista.

-

Vaihe 5: Rakenna alipäästösuodatin

Kuten aiemmin mainittiin, toinen tärkeä tekijä on kehon melun vähentäminen ja kaikki muu, mikä häiritsee tilaa, jossa olet. Alipäästösuodatin on hyvä tässä, koska signaalien osalta sydämesi lyö melko hitaasti. Tavoitteenamme alipäästösuodattimella on poistaa kaikki signaalit, jotka sisältävät EKG: tä korkeampia taajuuksia. Tätä varten meidän on nimettävä "rajataajuus". Meidän tapauksessamme haluamme eliminoida kaiken tämän taajuuden yläpuolella ja kaiken tämän taajuuden alapuolella. Vaikka sydämen syke esiintyy luokkaa 1-3 hertsiä, EKG: n muodostavat yksittäiset aaltomuodot koostuvat tätä korkeammista taajuuksista; lähellä 1-50 hertsiä. Tämän vuoksi valitsin 80 Hz: n rajataajuuden. Se on tarpeeksi korkea pitämään kaikki hyödylliset komponentit signaalissa, mutta silti poistaa melun HAM -radiosta, joka sinulla on viereisessä huoneessa.

-

Minulla ei ole tarkkoja neuvoja alipäästösuodattimesta, se on hyvin yksinkertainen muihin vaiheisiin verrattuna. Samoin kuin vahvistin, älä huolehdi tarkasta raja -arvosta 80 Hz: llä; tämä ei ole ratkaisevaa eikä tule toteutumaan. Kannattaa kuitenkin tarkistaa sen ulostulo funktiogeneraattorin avulla. Nyrkkisääntönä siniaallon tulisi kulkea suodattimen läpi koskemattomana 10 Hz: n taajuudella ja se tulisi leikata puoleen 130 Hz: llä.

-

Vaihe 6: Liitä se

Jos olet päässyt niin pitkälle, onnittelut! Sinulla on kaikki EKG: n komponentit. Sinun tarvitsee vain liittää ne yhteen, lyödä elektrodeja ja kytkeä ulostulo oskilloskooppiin nähdäksesi EKG: si!

-

Jos olet epävarma elektrodien asettamisesta, suosittelen kiinnittämään tuloelektrodit ranteisiisi (yksi kumpaankin ranteeseen) ja liittämään maadoituselektrodin jalkaan (kuva voi auttaa.) Muistutuksena, että jokaisen tuloelektrodin tulee mene positiiviseen tuloon vahvistimen op-vahvistimissa. (Se on maadoitettu piirikaaviossa vain simulointitarkoituksiin)

-

Kun olet muodostanut yhteyden, liitä alipäästösuodattimen ulostulo oskilloskooppiin ja ole ylpeä itsestäsi! Pyydä lapsiasi tulemaan elektrodien päälle ja katsomaan heidän sydämenlyöntejään. Ota ihmeessä naapurit mukaan kokeilemaan. Jos sinusta tuntuu erityisen motivoituneelta, kytke lähtö mikrokontrolleriin laskeaksesi sykkeen sinkusta. (Haluat todennäköisesti pienentää vahvistusta ennen kuin teet tämän, se voi paistaa käyttämäsi levyn). Siitä huolimatta onnittelut rakentamisesta ja onnellista tekemistä!

[Kuva otettu osoitteesta