EKG ja sykemittari: 7 vaihetta (kuvilla)

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:44

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.

Yksi tärkeimmistä diagnostiikkatyökaluista, joita käytetään näiden sairauksien havaitsemiseen, on EKG (elektrokardiogrammi). Elektrokardiogrammi toimii seuraamalla sähköistä impulssia sydämesi läpi ja siirtämällä se takaisin koneeseen [1]. Signaali poimitaan runkoon sijoitetuista elektrodeista. Elektrodien sijoittaminen on ratkaisevan tärkeää fysiologisten signaalien keräämisessä, koska ne toimivat tallentamalla potentiaaliero koko kehossa. Elektrodien vakio sijoitus on Einthovenin kolmion käyttö. Tässä yksi elektrodi asetetaan oikeaan käsivarteen, vasen käsi ja vasen jalka. Vasen jalka toimii maana elektrodeille ja se kerää taajuuskohinan kehosta. Oikeassa käsivarressa on negatiivinen elektrodi ja vasemmassa positiivinen elektrodi, joka laskee mahdollisen eron rinnan yli ja ottaa siten sähköenergian sydämestä [2]. EKG -signaalin ja toistaa signaalin selvästi ilman kohinaa ja lisäämällä sykemittauksen.

Vaihe 1: Materiaalit ja työkalut

• Erilaisia vastuksia ja kondensaattoreita
• Leipälauta
• Toimintogeneraattori
• Oskilloskooppi
• DC -virtalähde
• Op-vahvistimet
• Tietokone, johon on asennettu LABView
• BNC -kaapelit
• DAQ -avustaja

Vaihe 2: Rakenna instrumenttivahvistin

Jotta biosähköinen signaali vahvistettaisiin riittävästi, kaksivaiheisen instrumentointivahvistimen kokonaisvahvistuksen tulisi olla 1000. Jokainen vaihe kerrotaan kokonaisvahvistuksen saamiseksi ja yksittäisten vaiheiden laskemiseen käytetyt yhtälöt on esitetty alla.

Vaiheen 1 vahvistus: K1 = 1+2*R2/R1 Vaiheen 2 vahvistus: K2 = -R4/R3

Käyttämällä yllä olevia yhtälöitä käyttämämme vastuksen arvot olivat R1 = 10 kΩ, R2 = 150 kΩ, R3 = 10 kΩ ja R4 = 33 kΩ. Varmistaaksesi, että nämä arvot tuottavat halutun lähdön, voit simuloida sitä verkossa tai testata sitä oskilloskoopilla fyysisen vahvistimen rakentamisen jälkeen.

Kun olet liittänyt valitut vastukset ja leipälevyn op-vahvistimet, sinun on syötettävä ± 15 V: n op-vahvistimet tasavirtalähteestä. Liitä seuraavaksi toimintogeneraattori instrumenttivahvistimen tuloon ja oskilloskooppi lähtöön.

Yllä oleva kuva näyttää, että valmis instrumentointivahvistin näyttää leipälevyltä. Tarkistaaksesi, että se toimii oikein, aseta toimintogeneraattori tuottamaan siniaalto 1 kHz: n taajuudella 20 mV: n huippu- ja huippuamplitudilla. Oskilloskoopin vahvistimen lähdön amplitudin huippusta huippuun tulisi olla 20 V, koska vahvistin on 1000, jos se toimii oikein.

Vaihe 3: Rakenna lovisuodatin

Voimajohdon kohinan vuoksi suodatin tarvittiin suodattamaan melua taajuudella 60 Hz, joka on voimajohdon kohina Yhdysvalloissa. Käytettiin lovisuodatinta, koska se suodattaa tietyn taajuuden. Seuraavia yhtälöitä käytettiin vastuksen arvojen laskemiseen. Laadullinen tekijä (Q) 8 toimi hyvin ja kondensaattorin arvot 0,1 uF valittiin rakentamisen helpottamiseksi. Yhtälöiden taajuus (kuvattu w: nä) on lovitaajuus 60 Hz kerrottuna 2π.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Käyttämällä yllä olevia yhtälöitä käyttämämme vastuksen arvot olivat R1 = 1,5 kΩ, R2 = 470 kΩ ja R3 = 1,5 kΩ. Varmistaaksesi, että nämä arvot tuottavat halutun lähdön, voit simuloida sitä verkossa tai testata sitä oskilloskoopilla fyysisen vahvistimen rakentamisen jälkeen.

Yllä oleva kuva näyttää, miltä valmis lovisuodatin näyttää leipätaululla. Op-vahvistimien asetukset ovat samat kuin instrumentointivahvistimessa, ja toimintogeneraattori on nyt asetettava tuottamaan siniaalto 1 kHz: n taajuudella, jonka amplitudi huipusta huippuun on 1 V. Jos suoritat AC -pyyhkäisyn, sinun pitäisi pystyä varmistamaan, että noin 60 Hz: n taajuudet suodatetaan pois.

Vaihe 4: Rakenna alipäästösuodatin

Suurtaajuisen melun, joka ei liity EKG: hen, suodattamiseksi luotiin alipäästösuodatin, jonka rajataajuus oli 150 Hz.

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

Käyttämällä yllä olevia yhtälöitä käyttämämme vastuksen arvot olivat R1 = 12 kΩ, R2 = 135 kΩ, C1 = 0,01 µF ja C2 = 0,068 µF. R3: n ja R4: n arvot olivat lopulta nolla, koska halusimme suodattimen vahvistuksen K olla nolla, joten käytimme johtoja vastusten sijasta tässä fyysisessä kokoonpanossa. Varmistaaksesi, että nämä arvot tuottavat halutun lähdön, voit simuloida sitä verkossa tai testata sitä oskilloskoopilla fyysisen vahvistimen rakentamisen jälkeen.

Fyysisen suodattimen rakentamiseksi liitä valitut vastukset ja kondensaattorit op-vahvistimeen kaavion mukaisesti. Käynnistä op-vahvistin ja kytke toimintogeneraattori ja oskilloskooppi samalla tavalla kuin edellisissä vaiheissa on kuvattu. Aseta toimintogeneraattori tuottamaan siniaalto taajuudella 150 Hz ja huippu-huippu-amplitudin ollessa noin 1 V. Tämä kertoo, onko suodatin asennettu oikein.

Vaihe 5: Yhdistä kaikki komponentit yhteen

Kun jokainen komponentti on rakennettu ja testattu erikseen, ne voidaan kytkeä sarjaan. Kytke toimintogeneraattori instrumenttivahvistimen tuloon ja liitä sen ulostulo lovisuodattimen tuloon. Tee tämä uudelleen liittämällä lovisuodattimen ulostulo alipäästösuodattimen tuloon. Alipäästösuodattimen lähdön tulee sitten liittää oskilloskooppi.

Vaihe 6: Asenna LabVIEW

EKG: n sykkeen aaltomuoto kaapattiin DAQ -avustajan ja LabView -ohjelman avulla. DAQ -avustaja hankkii analogisia signaaleja ja määrittää näytteenottoparametrit. Kytke DAQ -avustaja funktiogeneraattoriin, joka lähettää arb -sydänsignaalin, ja tietokoneeseen LabView -ohjelmalla. Asenna LabView yllä olevan kaavion mukaisesti. DAQ -avustaja tuo sydämen aallon toimintageneraattorista. Lisää aaltomuotokaavio LabView -asetukseesi myös nähdäksesi kaavion. Aseta numeeristen operaattoreiden avulla kynnys maksimiarvoon. Esitetyssä kaaviossa käytettiin 80%. Huippuanalyysiä tulisi käyttää myös huippukohtien löytämiseen ja linkittämiseen ajan muutokseen. Kerro huipputaajuus 60: lla laskeaksesi lyöntejä minuutissa, ja tämä luku annettiin kaavion viereen.

Vaihe 7: Voit nyt tallentaa EKG: n

[1] "Elektrokardiogrammi - Texas Heart Institute Heart Information Center." [Online]. Saatavilla: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Käytetty: 09.12.2017].

[2] "EKG -johdot, napaisuus ja Einthovenin kolmio - opiskelijafysiologi." [Online]. Saatavilla: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Käytetty: 10.12.2017].