EKG -näyttö: 8 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.

Elektrokardiografia on prosessi, jossa tallennetaan potilaan sydämen tuottamat sähköiset signaalit saadakseen tietoa sydämen toiminnasta. Jotta sähköinen signaali voidaan kaapata tehokkaasti, se on suodatettava ja vahvistettava sähkökomponenttien läpi. Tiedot on myös esitettävä käyttäjälle selkeästi ja tehokkaasti.

Seuraavassa ohjeessa kuvataan, miten vahvistus-/suodatuspiiri ja käyttöliittymä rakennetaan. Se sisältää instrumentointivahvistimen, lovisuodattimen, alipäästösuodattimen ja käyttöliittymän rakentamisen LabVIEW -ohjelmaan.

Ensimmäinen vaihe prosessissa on määritellä analogisen piirin vaatimukset. Vaatimusten määrittelyn jälkeen päätetään, mitkä ensisijaiset komponentit muodostavat piirin. Myöhemmin käsitellään pienempiä yksityiskohtia näiden pääkomponenttien ominaisuuksista, ja lopuksi piirisuunnitteluvaihe päätetään määrittelemällä piirin jokaisen vastuksen ja kondensaattorin tarkat arvot.

Vaihe 1: Vaatimusten ja ensisijaisten komponenttien määrittäminen

Piirin tehtävä on vahvistaa potilaan tuottamaa EKG -signaalia ja suodattaa pois kaikki siihen liittyvät melut. Raakasignaali koostuu monimutkaisesta aaltomuodosta, jonka suurin amplitudi on noin 2 mV, ja taajuuskomponenteista alueella 100 Hz - 250 Hz QRS -kompleksissa. Tämä on vahvistettava ja tallennettava signaali.

Tämän kiinnostavan signaalin lisäksi melu syntyy useista lähteistä. Virtalähteet tuottavat 60 Hz kohinaa ja potilaan liike tuottaa artefakteja alle 1 Hz: n alueella. Taustasäteilystä ja tietoliikennesignaaleista, kuten matkapuhelimista ja langattomasta internetistä, tulee lisää korkeataajuista kohinaa. Tämä kohinakokoelma on suodatettava signaali.

Piirin on ensin vahvistettava raakasignaali. Sen on sitten suodatettava pois 60 Hz: n melu ja kaikki muut yli 160 Hz: n kohina. Potilaan liikkumiseen liittyvän matalataajuisen kohinan suodattamista pidetään tarpeettomana, koska potilas voidaan yksinkertaisesti neuvoa pysymään paikallaan.

Koska signaali mitataan potentiaalierona kahden potilaassa olevan elektrodin välillä, vahvistus saavutetaan käyttämällä instrumenttivahvistinta. Yksinkertaista erovahvistinta voitaisiin myös käyttää, mutta instrumenttivahvistimet toimivat usein paremmin melunvaimennuksen ja toleranssien suhteen. 60 Hz: n suodatus saavutetaan lovisuodattimen avulla, ja muu suurtaajuussuodatus saavutetaan alipäästösuodattimen avulla. Nämä kolme elementtiä muodostavat koko analogisen piirin.

Kun tunnetaan piirin kolme elementtiä, voidaan määritellä pienempiä yksityiskohtia komponenttien vahvistuksista, rajataajuuksista ja kaistanleveyksistä.

Mittarivahvistimen vahvistukseksi asetetaan 670. Tämä on riittävän suuri pienen EKG-signaalin tallentamiseen, mutta myös riittävän pieni varmistamaan, että op-vahvistimet toimivat lineaarisella alueellaan, kun testataan piiriä lähellä 20 mV: n signaaleja, kuten on joidenkin toimintogeneraattoreiden minimi.

Lokasuodatin keskitetään taajuudelle 60 Hz.

Alipäästösuodattimen rajataajuus on 160 Hz. Tämän pitäisi silti kaapata suurin osa QRS-kompleksista ja hylätä korkeataajuinen taustamelu.

Vaihe 2: Instrumentation Amplifier

Yllä olevat kaaviot kuvaavat instrumenttivahvistinta.

Vahvistimessa on kaksi vaihetta. Ensimmäinen vaihe koostuu kahdesta op-vahvistimesta yllä olevien kuvien vasemmalla puolella ja toinen vaihe yhdellä op-vahvistimella oikealla. Näiden vahvistusta voidaan moduloida haluamallasi tavalla, mutta olemme päättäneet rakentaa sen 670 V/V vahvistuksella. Tämä voidaan saavuttaa seuraavilla vastusarvoilla:

R1: 100 ohmia

R2: 3300 ohmia

R3: 100 ohmia

R4: 1000 ohmia

Vaihe 3: Lovisuodatin

Yllä olevat kaaviot kuvaavat lovisuodatinta. Tämä on aktiivinen suodatin, joten voisimme halutessamme antaa sen vahvistaa tai vaimentaa signaalia, mutta olemme jo saavuttaneet kaiken tarvittavan vahvistuksen, joten valitsemme yhden vahvistuksen tälle op-vahvistimelle. Keskitaajuuden tulisi olla 60 Hz ja laatukertoimen on oltava 8. Tämä voidaan saavuttaa seuraavilla komponenttiarvoilla:

R1: 503 ohmia

R2: 128612 ohmia

R3: 503 ohmia

C: 0,33 mikroFaradia

Vaihe 4: Alipäästösuodatin

Tämä on jälleen aktiivinen suodatin, joten voisimme valita minkä tahansa vahvistuksen, jonka haluamme, mutta valitsemme 1. Tämä saavutetaan kääntämällä edellä oleva R4 oikosuluksi ja R3 avoimeksi piiriksi. Loput, kuten muutkin komponentit, saavutetaan käyttämällä aiemmin määriteltyjä vaatimuksiamme yhdessä piirejä säätelevien yhtälöiden kanssa yksittäisten elementtien arvojen saamiseksi:

R1: 12056 ohmia

R2: 19873.6 ohmia

C1: 0,047 mikroFaradia

C2: 0,1 mikroFaradia

Vaihe 5: Suunnittele koko piiri virtuaalisesti

Piirin suunnittelu virtuaalipiirin rakentamisohjelmistossa, kuten PSPICE, voi olla erittäin hyödyllistä virheiden havaitsemisessa ja suunnitelmien vahvistamisessa ennen kuin siirrytään todelliseen analogiseen piirinvalmistukseen. Tässä vaiheessa voidaan kaapata piirin AC -pyyhkäisyjä varmistaakseen, että kaikki toimii suunnitellusti.

Vaihe 6: Rakenna koko piiri

Piiri voidaan rakentaa haluamallasi tavalla, mutta tässä tapauksessa valittiin leipälauta.

Kokoonpano leipälevylle on suositeltavaa, koska se on juottamista helpompaa, mutta juottaminen antaisi enemmän kestävyyttä. On myös suositeltavaa sijoittaa 0,1 mikroFaradin ohituskondensaattori maahan rinnakkain virtalähteen kanssa, koska tämä auttaa poistamaan ei -toivotut poikkeamat jatkuvasta tehosta.

Vaihe 7: LabVIEW -käyttöliittymä

LabVIEW -käyttöliittymä on tapa muuntaa analogisista signaaleista EKG -signaalin visuaalisia ja numeerisia esityksiä, joita käyttäjä on helppo tulkita. DAQ -korttia käytetään signaalin muuntamiseen analogisesta digitaaliseksi, ja tiedot tuodaan LabVIEW -järjestelmään.

Ohjelmisto on objektipohjainen ohjelma, joka auttaa tietojen käsittelyssä ja käyttöliittymän luomisessa. Kaavio esittää tiedot ensin visuaalisesti, ja sitten suoritetaan jonkinlainen signaalinkäsittely sydämenlyöntitiheyden määrittämiseksi, jotta se voidaan näyttää kaavion vieressä.

Syketaajuuden määrittämiseksi on tunnistettava syke. Tämä voidaan tehdä Lab VIEW: n huipputunnistusobjektilla. Objekti tulostaa vastaanotetun datamatriisin huippujen indeksit, joita voidaan sitten käyttää laskelmissa sydämenlyöntien välisen ajan määrittämiseen.

Koska LabVIEW -tiedot olisivat täysin erilainen Instructable, jätämme tiedot toiselle lähteelle. Ohjelman tarkka toiminta näkyy yllä olevassa lohkokaaviossa.

Vaihe 8: LabVIEW -lopullinen käyttöliittymä

Lopullinen käyttöliittymä näyttää vahvistetun, suodatetun, muunnetun ja käsitellyn signaalin sekä sykkeen lukeman lyönteinä minuutissa