EKG -piiri: 7 vaihetta

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

EKG on testi, joka mittaa sydämen sähköistä toimintaa tallentamalla sydämen rytmin ja toiminnan. Se toimii ottamalla ja lukemalla signaaleja sydämestä käyttäen sähkökardiografikoneeseen kiinnitettyjä johtimia. Tämä opastettava opastaa rakentamaan piirin, joka tallentaa, suodattaa ja näyttää sydämen biosähköisen signaalin. 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.

Tämä piiri sisältää kolme eri vaihetta, jotka on kytketty sarjaan LabView -ohjelman kanssa. Instrumenttivahvistimen vastukset laskettiin 975: n vahvistuksella sen varmistamiseksi, että sydämen pienet signaalit voidaan silti ottaa vastaan piiristä. Lokasuodatin poistaa 60 Hz: n melun seinän pistorasiasta. Alipäästösuodatin varmistaa, että korkeataajuinen kohina poistetaan piiristä signaalin paremman havaitsemiseksi.

Ennen tämän opetusohjelman aloittamista on hyödyllistä tutustua uA741 -yleiskäyttöiseen vahvistimeen. Op-vahvistimen eri nastoilla on eri tarkoitukset, ja piiri ei toimi, jos ne on kytketty väärin. Tappien liittäminen leipälevyyn väärin on myös helppo tapa paistaa op-vahvistin ja tehdä siitä toimimaton. Alla oleva linkki sisältää tämän ohjeen op-vahvistimien kaavion.

Kuvan lähde:

Vaihe 1: Kerää materiaaleja

Suodattimen kaikissa kolmessa vaiheessa tarvittavat materiaalit:

• Oskilloskooppi
• Toimintogeneraattori
• Virtalähde (+15V, -15V)
• Juoton leipälauta
• Erilaisia banaanikaapeleita ja alligaattoripidikkeitä
• EKG -elektroditarrat
• Erilaisia hyppyjohtimia

Mittarivahvistin:

• 3 op-vahvistinta (uA741)

• Vastukset:

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

Lovisuodatin:

• 1 op-vahvistin (uA741)

• Vastukset:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondensaattorit:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Alipäästösuodatin:

• 1 op-vahvistin (uA741)

• Vastukset:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondensaattorit:

  • 22 nF
  • 47 nF

Vaihe 2: Rakenna instrumenttivahvistin

Biologiset signaalit antavat usein vain 0,2–2 mV: n jännitteitä [2]. Nämä jännitteet ovat liian pieniä analysoitavaksi oskilloskoopilla, joten meidän oli rakennettava vahvistin.

Kun piiri on rakennettu, testaa ja varmista, että se toimii oikein mittaamalla jännite Voutissa (näkyy solmuna 2 yllä olevassa kuvassa). Käytimme funktiogeneraattoria lähettämään siniaallon, jonka tuloamplitudijännite on 20 mV, instrumenttivahvistimeemme. Kaikki liian korkea tämän yläpuolella ei anna sinulle etsimiäsi tuloksia, koska op -vahvistimet saivat vain tietyn määrän tehoa -15 ja +15 V. etsiä lähes 1000 V: n vahvistusta (Vout/Vin pitäisi olla hyvin lähellä 1000).

Vinkki vianetsintään: Varmista, että kaikki vastukset ovat kΩ -alueella.

[2]”Suorituskykyisen elektrokardiogrammin (EKG) signaalin kunnostus | Koulutus | Analogiset laitteet.” [Online]. Saatavilla: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Käytetty: 10.12.2017].]

Vaihe 3: Rakenna lovisuodatin

Lovisuodattimemme on suunniteltu suodattamaan 60 Hz: n taajuus. Haluamme suodattaa pois 60 Hz signaalistamme, koska se on pistorasioissa esiintyvän vaihtovirran taajuus.

Lovisuodatinta testattaessa mitataan tulo- ja lähtökaavioiden huippu-huippu-suhde. 60 Hz: n taajuuden pitäisi olla -20 dB tai parempi. Tämä johtuu siitä, että -20 dB: n lähtöjännite on olennaisesti 0 V, mikä tarkoittaa, että olet onnistuneesti suodattanut signaalin taajuudella 60 Hz! Testaa myös noin 60 Hz: n taajuudet varmistaaksesi, ettei muita taajuuksia suodateta vahingossa.

Vinkki vianetsintään: Jos et saa tarkasti -20dB taajuudella 60 Hz, valitse yksi vastus ja vaihda sitä hieman, kunnes saat halutut tulokset. Meidän piti leikkiä R2 -arvon kanssa, kunnes saimme haluamamme tulokset.

Vaihe 4: Rakenna alipäästösuodatin

Alipäästösuodattimemme on suunniteltu 150 Hz: n rajataajuudella. Valitsimme tämän raja -arvon, koska EKG: n laajin diagnostinen alue on 0,05 Hz - 150 Hz, olettaen liikkumattoman ja hiljaisen ympäristön [3]. Alipäästösuodatin pystyy poistamaan lihaksista tai muista kehon osista tulevan korkeataajuisen melun [4].

Testaa tämä piiri varmistaaksesi, että se toimii oikein, mittaa Vout (näkyy piirikaaviossa solmuna 1). 150 Hz: n taajuudella lähtösignaalin amplitudin tulisi olla 0,7 kertaa tulosignaalin amplitudi. Käytimme 1 V: n tulosignaalia, jotta voisimme helposti nähdä, että ulostulomme tulisi olla 0,7 taajuudella 150 Hz.

Vinkkejä vianetsintään: niin kauan kuin katkaisutaajuus on muutaman Hz: n (150 Hz) sisällä, piirisi pitäisi silti toimia. Katkaisumme oli 153 Hz. Biologisten signaalien vaihteluväli vaihtelee hieman kehossa, joten niin kauan kuin et ole poissa yli muutaman Hz: n, piirisi pitäisi silti toimia.

[3] “EKG -suodattimet | MEDTEQ.” [Online]. Saatavilla: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Käytetty: 10.12.2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson ja S. J. Asirvatham, "Signals and Signal Processing for the Electrophysiologist: Part I: Electrogram Acquisition", Circ. Arrytmia Electrophysiol., Voi. 4, ei. 6, s. 965–973, joulukuu 2011.

Vaihe 5: Luo LabView -ohjelma

[5] "BME 305 Design Lab Project" (syksy 2017).

Tämä laboratorionäkymän lohkokaavio on suunniteltu analysoimaan ohjelman läpi kulkevaa signaalia, havaitsemaan EKG -piikit, keräämään huippujen välinen aikaero ja laskemaan matemaattisesti BPM. Se antaa myös EKG -aaltomuodon kuvaajan.

Vaihe 6: Yhdistä kaikki kolme vaihetta

Kytke kaikki kolme piiriä sarjaan kytkemällä instrumenttivahvistimen ulostulo lovisuodattimen tuloon ja lovisuodattimen ulostulo alipäästösuodattimen tuloon. Liitä alipäästösuodattimen lähtö DAQ -avustajaan ja DAQ -avustaja tietokoneeseen. Kun kytket piirit yhteen, varmista, että kunkin leipälevyn jatkojohdot on kytketty ja maadoitusliuskat on kytketty samaan maadoitusliittimeen.

Instrumenttivahvistimessa toisen op-vahvistimen on oltava maadoittamaton, jotta kaksi koehenkilöön kytkettyä elektrodijohtoa voivat kumpikin muodostaa yhteyden eri op-vahvistimeen kyseisen suodattimen ensimmäisessä vaiheessa.

Vaihe 7: Hanki signaaleja ihmisen koehenkilöltä

Yksi elektroditarra tulisi kiinnittää jokaiseen ranteeseen ja toinen nilkaan maata varten. Liitä kaksi ranne -elektrodia alligaattoripidikkeillä instrumenttivahvistimen tuloihin ja nilkka maahan. Kun olet valmis, napsauta "suorita" LabView -ohjelmassa ja katso sykkeesi ja EKG: si näytöllä!