EKG -keräyspiiri: 5 vaihetta

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

HUOMAUTUS: Tämä ei ole lääketieteellinen laite. Tämä on tarkoitettu vain opetustarkoituksiin käyttäen simuloituja signaaleja. Jos käytät tätä piiriä todellisiin EKG-mittauksiin, varmista, että piiri ja piirin ja laitteen väliset liitännät käyttävät oikeita eristystekniikoita

Ehkä yleisin fysiologinen mittaus nykypäivän terveydenhuoltoteollisuudessa on EKG/EKG. On vaikea kävellä sairaalassa tai päivystyksessä kuulematta sykemittarin perinteistä "piippausta" tai näkemättä EKG -aaltomuotoa rullaamassa potilaan huoneen näytön poikki. Mutta mikä on tämä mittaus, joka on tullut niin yhdistyneeksi nykyaikaiseen terveydenhuoltoon?

Elektrokardiogrammia pidetään usein virheellisenä sydämen fyysisen toiminnan kirjaamiseen, mutta kuten nimestä voi päätellä, se on itse asiassa tallenne sydämen lihasten sähköisestä toiminnasta, depolarisaatiosta ja repolarisaatiosta. Analysoimalla tallennettua aaltomuotoa lääkärit voivat saada käsityksen sydämen sähköjärjestelmän käyttäytymisestä. Joitakin yleisiä EKG -tiedoista tehtyjä diagnooseja ovat: sydäninfarkti, keuhkoembolia, rytmihäiriöt ja AV -lohkot.

Seuraavassa ohjeessa kuvataan prosessi ja periaatteet, joita käytetään rakennettaessa perusvirtapiiri, joka pystyy keräämään EKG: n käyttämällä yksinkertaisia pintaelektrodeja, kuten tehdään sairaaloissa.

Vaihe 1: Suunnittele instrumenttivahvistin

Ensimmäinen EKG -signaalin tallentamiseen tarvittava piirielementti on instrumentointivahvistin. Tällä vahvistimella on kaksi vaikutusta.

1. Se luo elektronisen puskurin tallennuselektrodien ja muun piirin väliin. Tämä vähentää vaaditun virranoton elektrodeista käytännössä nollaan. Sallii signaalin keräämisen hyvin pienellä tuloimpedanssin aiheuttamalla vääristymällä.

2. Se vahvistaa eri tavalla tallennettua signaalia. Tämä tarkoittaa, että molemmissa tallennuselektrodeissa yhteistä signaalia ei vahvisteta, kun taas erot (tärkeät osat) vahvistuvat.

Tyypillisesti EKG: n pintaelektroditallenteet ovat millivoltin alueella. Siksi tämän signaalin saamiseksi alueelle voimme työskennellä 1000 V/V vahvistuksella (K).

Edellä kuvatut vahvistimen hallitsevat yhtälöt ovat:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, tämä on vaiheen 1 vahvistus

K2 = - R4/R3, tämä on vaiheen 2 vahvistus

Huomaa, että ihannetapauksessa K1: n ja K2: n tulisi olla suunnilleen yhtä suuret ja halutun vahvistuksen saavuttamiseksi K1 * K2 = 1000

Piirissämme käytetyt lopulliset arvot olivat….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

Vaihe 2: Lovisuodattimen suunnittelu

Nykymaailmassa on todennäköistä, että EKG kerätään lähellä muita elektronisia laitteita tai jopa vain rakennuksessa, joka saa sähköä paikallisista voimalinjoista. Valitettavasti toimitetun tehon korkeajännite ja värähtely luonne tarkoittaa, että se tuottaa suuren määrän sähköistä "kohinaa" käytännössä mihin tahansa sen lähellä olevaan johtavaan materiaaliin; tämä sisältää johdot ja piirielementit, joita käytetään EKG -keräyspiirin rakentamiseen.

Tämän torjumiseksi kaikki signaalit, joiden taajuus on sama kuin paikallisen virtalähteen tuottama melu (nimeltään verkkovirhe), voidaan yksinkertaisesti suodattaa pois ja poistaa olennaisesti. Yhdysvalloissa sähköverkkoon syötetään 110-120 V taajuudella 60 Hz. Siksi meidän on suodatettava pois kaikki signaalikomponentit, joiden taajuus on 60 Hz. Onneksi tämä on tehty monta kertaa ennen ja vaatii vain lovisuodattimen suunnittelun (kuvassa yllä).

Tätä suodatinta koskevat yhtälöt ovat….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

R3 = (R1 * R2) / (R1 + R2)

Q = w / B

missä wc2 on korkea rajataajuus, w2 matala rajataajuus, w rajataajuus rad/sek ja Q laatukerroin

Huomaa, että C on arvo, joka voidaan vapaasti valita. Seuraavat piirissämme käytetyt arvot olivat:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sek

Vaihe 3: Alipäästösuodatin

EKG -signaalien taajuus on noin 0 - 150 Hz. Jotta estettäisiin enemmän kohinaa kytkemästä signaaliin asioista, joiden taajuus on tätä aluetta korkeampi, otettiin käyttöön toisen asteen alipäästösuodatin ButterWorth, jonka raja -arvo on 150 Hz, jotta vain EKG -signaali voisi kulkea piirin läpi. Sen sijaan, että valitsisimme heti helposti saatavilla olevan kondensaattorin arvon, kuten edelliset komponentit, ensimmäinen kondensaattorin arvo C2 valittiin alla olevan kaavan perusteella. Tästä arvosta voitaisiin laskea kaikki muut komponenttien arvot ja lisätä ne sitten piiriin pitäen vahvistus jälleen 1 V/V: ssa.

C2 ≈ 10/fc uf, jossa fc on rajataajuus (150 Hz tässä tapauksessa).

Loput arvot voidaan sitten laskea taulukon mukaisesti, joka on tässä vaiheessa toisena kuvana.

Lopulliset arvot, joita käytettiin yllä olevassa kaaviossa, ovat:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

Vaihe 4: LabVIEW -valmistelu

Ainoat tähän EKG-kokoelman osioon tarvittavat materiaalit ovat Windows-tietokone, jossa on 64-bittinen LabVIEW-kopio ja National Instruments Signal Conditioning Board (), jossa on yksi syöttömoduuli. Toiminnallinen lohkokaavio LabVIEW -ohjelmassa tulisi sitten rakentaa seuraavalla tavalla. Aloita avaamalla tyhjä toiminnallinen lohkokaavio.

Lisää DAQ Assistant -lohko ja säädä asetukset seuraavasti:

Mittaus: Analoginen → Jännite

Tila: RSE

Näytteenotto: Jatkuva näytteenotto

Näytteet kerätty: 2500

Näytteenottotaajuus: 1000 / sek

Tulosta kerätty aaltomuoto aaltomuodon kuvaajalle. Laske lisäksi nykyisten aaltomuototietojen maksimiarvo. Kerro aallon enimmäisarvo arvolla, esimerkiksi 0,8, kynnyksen luomiseksi huippuilmaisuun, tätä arvoa voidaan säätää signaalin kohinatason perusteella. Syötä edellisen vaiheen tuote kynnykseksi ja raakajännitejärjestelmä "Peak Detection" -toiminnon tiedoksi. Ota seuraavaksi huipputunnistusryhmän "Sijainti" -lähtö ja vähennä ensimmäinen ja toinen arvo. Tämä edustaa alkuperäisen taulukon kahden huipun indeksiarvojen eroa. Tämä voidaan muuntaa aikaeroksi jakamalla arvo näytteenottotaajuudella, esimerkkitapauksessa tämä on 1000 /sek. Ota lopuksi käänteinen arvo (Hz) ja kerro 60: llä, jotta saat sykkeen lyönteinä minuutissa. Tämän viimeisen lohkokaavion pitäisi muistuttaa tämän vaiheen otsikkokuvaa.

Vaihe 5: Koko järjestelmän integrointi

Nyt kun kaikki komponentit on rakennettu erikseen, on aika koota ostoskeskus. Tämä voidaan tehdä yksinkertaisesti kytkemällä yhden osan ulostulo seuraavan segmentin tuloon. Vaiheet on kytkettävä samassa järjestyksessä kuin ne ovat tässä oppaassa. Viimeisessä vaiheessa, ButterWorth -suodattimessa, sen tulo on kiinnitettävä toiseen signaalikäsittelykortin tulomoduulin johtoon. Tämän moduulin toinen johto on kiinnitettävä piirien yhteiseen maahan.

Instrumenttivahvistimen molemmat johdot on kiinnitettävä EKG/EKG -elektrodiin. Tämä on helppo tehdä käyttämällä kahta alligaattoripidikettä. Aseta sitten yksi elektrodi kumpaankin ranteeseen. Varmista, että kaikki piirin segmentit on kytketty ja että LabVIEW VI on käynnissä, ja järjestelmän pitäisi lähettää aaltomuotokaavio LabVIEW -ikkunassa.

Tuloksen pitäisi näyttää samanlaiselta kuin tässä vaiheessa annettu toinen kuva. Jos se ei ole samanlainen, piirisi arvoja on ehkä muutettava. Yksi yleinen ongelma on, että lovisuodatin ei keskity suoraan taajuudelle 60 Hz ja voi olla hieman liian korkea/matala. Tämä voidaan testata luomalla suodattimelle bode -kuvaaja. Ihannetapauksessa lovesuodattimen vaimennus on vähintään 20 dB taajuudella 60 Hz. Voi myös olla hyödyllistä tarkistaa, että paikallinen virtalähde on 60 Hz: n taajuudella. Ei ole harvinaista, että joillakin alueilla on 50 Hz: n AC -virtalähde, joten lovisuodatin tulisi keskittää tämän arvon ympärille.