Rakenna oma EKG!: 10 vaihetta

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

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

Sydämenlyönti koostuu rytmisistä supistuksista, joita säätelee sydämen myosyyttien (sydämen lihassolujen) sähköinen depolarisaatio. Tällainen sähköinen aktiivisuus voidaan kaapata sijoittamalla ei -invasiiviset tallennuselektrodit kehon eri asentoihin. Vaikka piirit ja biosähkö on aluksi ymmärretty, nämä signaalit voidaan kaapata suhteellisen helposti. Tässä Instructable -esittelyssä esittelemme yksinkertaistetun menetelmän, jota voidaan käyttää elektrokardiografisen signaalin sieppaamiseen käytännöllisillä ja edullisilla laitteilla. Koko ajan korostamme olennaisia näkökohtia tällaisten signaalien hankinnassa ja esittelemme tekniikoita ohjelmalliseen signaalianalyysiin.

Vaihe 1: Yleiskatsaus ominaisuuksiin

Rakennettava laite toimii seuraavien ominaisuuksien kautta:

1. Elektroditallenteet
2. Mittarivahvistin
3. Lovisuodatin
4. Alipäästösuodatin
5. Analogia-digitaalimuunnos
6. Signaalin analyysi LabView -ohjelmalla

Joitakin keskeisiä komponentteja tarvitset:

1. NI LabView
2. NI -tiedonkeruukortti (LabView -tuloille)
3. DC -virtalähde (operatiivisten vahvistimien virtalähteeksi)
4. Ihoelektrodityyny elektrodien tallennukseen
5. TAI toimintogeneraattori, joka voi luoda simuloidun EKG -signaalin

Aloitetaan!

Vaihe 2: Suunnittele alipäästösuodatin

Normaali EKG sisältää tunnistettavia piirteitä signaalin aaltomuodossa, nimeltään P -aalto, QRS -kompleksi ja T -aalto. Kaikki EKG: n ominaisuudet näkyvät alle 250 Hz: n taajuusalueella, ja siksi on tärkeää kaapata vain kiinnostavat ominaisuudet, kun EKG tallennetaan elektrodeista. Alipäästösuodatin, jonka rajataajuus on 250 Hz, varmistaa, että signaaliin ei tallennu korkeataajuista kohinaa

Vaihe 3: Suunnittele lovisuodatin

60 Hz: n taajuudella oleva lovisuodatin on hyödyllinen melun poistamiseksi kaikesta EKG -tallennukseen liittyvästä virtalähteestä. Katkaisutaajuudet välillä 56,5 Hz ja 64 Hz sallivat signaalien, joiden taajuudet ovat alueen ulkopuolella, kulkea läpi. Suodattimeen sovellettiin laatukerrointa 8. Valittiin kapasitanssi 0,1 uF. Kokeelliset vastukset valittiin seuraavasti: R1 = R3 = 1,5 kOhm, R2 = 502 kOhm. Näitä arvoja käytettiin lovisuodattimen rakentamiseen.

Vaihe 4: Suunnittele instrumenttivahvistin

Mittarivahvistin, jonka vahvistus on 1000 V/V, vahvistaa kaikki suodatetut signaalit mittauksen helpottamiseksi. Vahvistin käyttää sarjaa operaatiovahvistimia ja on jaettu kahteen vaiheeseen (vasen ja oikea) vastaavalla vahvistuksella K1 ja K2. Yllä oleva kuva näyttää kaavion piiristä, jolla tämä tulos voidaan saavuttaa, ja kuvassa 6 kuvataan yksityiskohtaisesti tehdyt laskelmat.

Vaihe 5: Yhdistä kaikki

Vahvistuksen ja suodatuksen kolme vaihetta yhdistetään alla olevassa kuvassa 7. Mittarivahvistin vahvistaa sinimuotoisen taajuustulon 1000V/V vahvistuksella. Seuraavaksi lovisuodatin poistaa kaiken 60 Hz: n signaalitaajuuden laatukertoimella 8. Lopuksi signaali kulkee alipäästösuodattimen läpi, joka vaimentaa 250 Hz: n taajuuden ylittävät signaalit. Yllä oleva kuva näyttää koko järjestelmän, joka on luotu kokeellisesti.

Vaihe 6:… ja varmista, että se toimii

Jos sinulla on toimintogeneraattori, sinun tulee rakentaa taajuusvastekäyrä oikean vasteen varmistamiseksi. Yllä oleva kuva näyttää koko järjestelmän ja taajuusvastekäyrän, jota sinun pitäisi odottaa. Jos järjestelmäsi näyttää toimivan, olet valmis siirtymään seuraavaan vaiheeseen: analogisen signaalin muuntaminen digitaaliseksi!

Vaihe 7: (Valinnainen) Visualisoi EKG: si oskilloskoopilla

EKG tallentaa signaalin kahdella elektrodilla ja käyttää kolmatta elektrodia maadoituksena. Aseta EKG -tallennuselektrodillasi toinen instrumentointivahvistimen yhteen tuloon, toinen instrumenttivahvistimen tuloon ja kolmas maadoituslevyyn. Aseta seuraavaksi yksi elektrodi toiselle ranteelle, toinen toiselle ranteelle ja maata nilkkaasi. Tämä on EKG: n Lead 1 -konfiguraatio. Jos haluat visualisoida oskilloskoopin signaalin, käytä oskilloskooppianturia kolmannen vaiheen ulostulon mittaamiseen.

Vaihe 8: Tietojen hankkiminen National Instruments DAQ: n avulla

Jos haluat analysoida signaalisi LabView'ssa, tarvitset jonkin tavan kerätä analogisia tietoja EKG: stä ja siirtää ne tietokoneeseen. Tietojen hankkimiseen on kaikenlaisia tapoja! National Instruments on tiedonkeruulaitteisiin ja tietojen analysointilaitteisiin erikoistunut yritys. Ne ovat hyvä paikka etsiä työkaluja tietojen keräämiseen. Voit myös ostaa oman halvan analogisesta digitaaliseen muunninsirun ja käyttää Raspberry Pi -signaalia signaalisi lähettämiseen! Tämä on luultavasti halvin vaihtoehto. Tässä tapauksessa meillä oli jo talossa NI DAQ -moduuli, NI ADC ja LabView, joten pysyimme tiukasti National Instruments -laitteiston ja -ohjelmiston varassa.

Vaihe 9: Tuo tiedot LabVIEW -palveluun

Visuaalisen ohjelmointikielen LabVIEW avulla analysoitiin analogisesta vahvistus-/suodatusjärjestelmästä kerättyjä tietoja. Tiedot kerättiin NI DAQ -yksiköstä DAQ Assistantilla, LabVIEWin sisäänrakennetulla tiedonkeruutoiminnolla. LabView -ohjausobjektien avulla näytteiden määrä ja näytteenottoaika määritettiin ohjelmallisesti. Säätimet ovat manuaalisesti säädettävissä, jolloin käyttäjä voi hienosäätää syöttöparametreja helposti. Kun näytteiden kokonaismäärä ja ajan kesto olivat tiedossa, luotiin aikavektori, jossa jokainen indeksiarvo edusti vastaavaa aikaa kussakin otoksessa tallennetussa signaalissa.

Vaihe 10: Alusta, analysoi ja olet valmis

DAQ -avustajatoiminnon tiedot muutettiin käyttökelpoiseksi muotoksi. Signaali luotiin uudelleen 1D -kaksoisjoukkona muuntamalla ensin DAQ -lähtötietotyyppi aaltomuodon tietotyypiksi ja muuntamalla sitten (X, Y) -klusteroituun kaksoispariksi. Jokainen Y -arvo (X, Y) -parista valittiin ja lisättiin alun perin tyhjään 1D -kaksoisjoukkoon silmukkarakenteen avulla. Kaksinkertaisten 1D -taulukko ja vastaava aikavektori piirrettiin XY -kaavioon. Samanaikaisesti 1D -kaksoisjoukon maksimiarvo tunnistettiin maksimiarvon tunnistustoiminnolla. Kuusi kymmenesosaa enimmäisarvosta käytettiin kynnyksenä LabView'n sisäänrakennetulle piikin havaitsemisalgoritmille. 1D -kaksoisjoukon huippuarvot tunnistettiin piikin havaitsemistoiminnolla. Kun huippujen sijainnit ovat tiedossa, kunkin huipun välinen aikaero laskettiin. Tämä aikaero, sekuntia yksikköä piikkiä kohden, muutettiin huippuiksi minuutissa. Tuloksena olevan arvon katsottiin edustavan sykettä lyönteinä minuutissa.

Se siitä! Olet nyt kerännyt ja analysoinut EKG -signaalin!