EKG e lehtë e automatizuar (1 amplifikator, 2 filtra): 7 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Një elektrokardiogram (EKG) mat dhe shfaq aktivitetin elektrik të zemrës duke përdorur elektroda të ndryshme të vendosura në lëkurë. Një EKG mund të krijohet duke përdorur një përforcues instrumentesh, filtër të nivelit dhe filtër me kalim të ulët. Së fundmi, sinjali i filtruar dhe i përforcuar mund të vizualizohet duke përdorur softuerin LabView. LabView gjithashtu përdor frekuencën hyrëse të sinjalit për të llogaritur rrahjet e zemrës së subjektit njerëzor. Përforcuesi i instrumenteve të ndërtuar ishte i suksesshëm në marrjen e sinjalit të vogël të trupit dhe përforcimin e tij në 1 V, kështu që mund të shihet në kompjuter duke përdorur LabView. Filtrat e nivelit të ulët dhe të kalimit të ulët ishin të suksesshëm në zvogëlimin e zhurmës 60 Hz nga burimet e energjisë dhe ndërhyrjen e sinjaleve mbi 350 Hz. Rrahjet e zemrës në pushim u matën si 75 rrahje në minutë dhe 137 rrahje në minutë pas pesë minutash stërvitje intensive. EKG e ndërtuar ishte në gjendje të maste rrahjet e zemrës me vlera realiste dhe të vizualizonte përbërësit e ndryshëm të një forme valore tipike të EKG -së. Në të ardhmen, kjo EKG mund të përmirësohet duke ndryshuar vlerat pasive në filtrin e nivelit për të zvogëluar më shumë zhurmë rreth 60 Hz.

Hapi 1: Krijoni Amplifikatorin e Instrumentacionit

Do t'ju duhet: LTSpice (ose një softuer tjetër i vizualizimit të qarkut)

Përforcuesi i instrumenteve u krijua për të rritur madhësinë e sinjalit në mënyrë që të jetë i dukshëm dhe të lejojë analizën e formës së valës.

Duke perdorur R1 = 3.3k ohms, R2 = 33k ohms, R3 = 1k ohms, R4 = 48 ohms arrihet nje fitim i X. Fitimi = -R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k (1- (33k/3.3k)) = -1008

Për shkak se në amplifikatorin përfundimtar të sinjalit shkon në kunjin përmbysës, përfitimi është 1008. Ky dizajn u krijua në LTSpice më pas u simulua me një spastrim AC nga 1 në 1kHz me 100 pikë në dekadë për një hyrje të valës sinusiale me amplituda AC 1V Me

Ne kontrolluam që fitimi ynë ishte fitim i ngjashëm i synuar. Nga grafiku gjetëm Gain = 10^(60/20) = 1000 i cili është mjaft afër fitimit tonë të synuar prej 1008.

Hapi 2: Krijoni filtrin Notch

Do t'ju duhet: LTSpice (ose një softuer tjetër i vizualizimit të qarkut)

Një filtër i nivelit është një lloj specifik i filtrit me kalim të ulët i ndjekur nga një filtër me kalim të lartë për të eleminuar një frekuencë specifike. Një filtër i nivelit përdoret për të eleminuar zhurmën e prodhuar nga të gjitha pajisjet elektronike e cila është e pranishme në 60Hz.

Vlerat pasive janë llogaritur: C =.1 uF (vlera është zgjedhur) 2C =.2 uF (përdoret.22 kondensator uF)

Do të përdoret faktori AQ prej 8: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3.14159*60*.1E-6) = 1.66 kOhm (1.8 kOhm u përdor) R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3.14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm ishte e përdorur) Ndarja e tensionit: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1.8 kOhm * 423 kOhm / (1.8 kOhm + 423 kOhm) = 1.79 kOhm (u përdor 1.8 kOhm)

Ky dizajn filtri ka një përfitim prej 1, që do të thotë se nuk ka veti përforcuese.

Futja e vlerave pasive dhe simulimi në LTSpice me një Fshirje AC dhe një sinjal hyrës prej 0.1 V valë sinusale me një frekuencë AC 1 kHz rezulton në komplotin e bashkangjitur të bodës.

Në një frekuencë prej rreth 60 Hz, sinjali arrin tensionin e tij më të ulët. Filtri është i suksesshëm në heqjen e zhurmës 60 Hz në një tension të padukshëm prej 0.01 V dhe siguron një përfitim prej 1, pasi tensioni i hyrjes është.1 V.

Hapi 3: Krijoni filtrin me kalim të ulët

Do t'ju duhet: LTSpice (ose një softuer tjetër i vizualizimit të qarkut)

Një filtër me kalim të ulët u krijua për të hequr sinjalet mbi pragun e interesit që do të përmbante sinjalin EKG. Pragu i interesit ishte midis 0 - 350Hz.

Vlera e kondensatorit u zgjodh të jetë.1 uF. Rezistenca e nevojshme llogaritet për një frekuencë të lartë ndërprerjeje prej 335 Hz: C = 0.1 uF R = 1/(2pi*0.1*(10^-6)*335 Hz) = 4.75 kOhm (u përdor 4.7 kOhm)

Futja e vlerave pasive dhe simulimi në LTSpice me një Fshirje AC dhe një sinjal hyrës prej 0.1 V valë sinusale me një frekuencë AC 1 kHz rezulton në komplotin e bashkangjitur të bodës.

Hapi 4: Krijoni qarkun në një tabelë me bukë

Ju do të keni nevojë: rezistorë me vlera të ndryshme, kondensatorë me vlera të ndryshme, amplifikatorë operacionalë UA 471, kabllo kërcyes, një tabelë, kabllo lidhës, një furnizim me energji elektrike ose bateri 9 V.

Tani që keni simuluar qarkun tuaj, është koha për ta ndërtuar atë në një dërrasë buke. Nëse nuk i keni vlerat e sakta të listuara, përdorni atë që keni ose kombinoni rezistorët dhe kondensatorët për të bërë vlerat që ju nevojiten. Mos harroni të fuqizoni tabelën tuaj të bukës duke përdorur një bateri 9 Volt ose furnizim me rrymë DC. Çdo përforcues op ka nevojë për një burim tensioni pozitiv dhe negativ.

Hapi 5: Konfiguroni LabView Environment

Do t'ju duhet: Softueri LabView, një kompjuter

Për të automatizuar shfaqjen e formës së valës dhe llogaritjen e rrahjeve të zemrës, u përdor LabView. LabView është një program i përdorur për të vizualizuar dhe analizuar të dhënat. Dalja e qarkut EKG është hyrja për LabView. Të dhënat futen, grafikohen dhe analizohen bazuar në bllok -diagramin e krijuar më poshtë.

Së pari, Asistenti DAQ merr sinjalin analog nga qarku. Udhëzimet për marrjen e mostrave janë vendosur këtu. Shkalla e marrjes së mostrave ishte 1k mostra në sekondë dhe intervali ishte 3k ms, prandaj intervali kohor i parë në Grafikun e Formës Vale është 3 sekonda. Grafiku i Valaformës mori të dhëna nga Asistenti DAQ dhe më pas i vendos në dritaren e panelit të përparmë. Seksioni i poshtëm i bllok diagramës përfshin llogaritjen e rrahjeve të zemrës. Së pari maten maksimumi dhe minimumi i valës. Pastaj, këto matje të amplitudës përdoren për të përcaktuar nëse po ndodhin majat të cilat përcaktohen si 95% e amplitudës maksimale, dhe nëse është kështu, koha e regjistruar. Pasi të zbulohen majat, amplituda dhe pika kohore ruhen në vargje. Pastaj numri i pikave/ sekondave konvertohet në minuta dhe shfaqet në panelin e përparmë. Paneli i përparmë tregon formën e valës dhe rrahjet në minutë.

Qarku ishte i lidhur me LabVIEW përmes një ADC të Instrumenteve Kombëtare siç tregohet në figurën e mësipërme. Gjeneratori i funksionit i prodhuar sinjali i simuluar i EKG -së u fut në ADC i cili transferoi të dhënat në LabView për grafikimin dhe analizën. Për më tepër, pasi BPM u llogarit në LabVIEW, Treguesi Numerik u përdor për të printuar atë vlerë në panelin e përparmë të aplikacionit përgjatë grafikut të formës së valës, siç shihet në figurën 2.

Hapi 6: Testoni qarkun duke përdorur funksionin e gjeneratorit

Ju do të keni nevojë: qark në tabelën e bukës, kabllo lidhës, një furnizim me energji elektrike ose bateri 9 V, National Instruments ADC, LabView Software, një kompjuter

Për të testuar instrumentin LabView, një EKG e simuluar u fut në qark dhe dalja e qarkut u lidh me LabView përmes ADC të Instrumenteve Kombëtare. Së pari një sinjal prej 20mVpp në 1Hz u fut në qark për të simuluar rrahjet e zemrës në pushim. Paneli i përparmë i LabView është treguar në imazhin më poshtë. Vala P, T, U dhe kompleksi QRS janë të gjitha të dukshme. BMP llogaritet saktë dhe shfaqet në treguesin numerik. Ekziston një fitim prej rreth 8 V/0.02 V = 400 përmes qarkut i cili është i ngjashëm me atë që pamë kur qarku ishte ngjitur në oshiloskop. Një fotografi e rezultatit në LabView është bashkangjitur. Tjetra, për të simuluar një rrahje të ngritur të zemrës për shembull gjatë stërvitjes, një sinjal prej 20mVpp në 2Hz u fut në qark. Kishte një fitim të krahasueshëm me testin në rrahjet e zemrës në pushim. Poshtë formës së valës shihet të ketë të gjitha pjesët e njëjta si më parë me një ritëm më të shpejtë. Ritmi i zemrës llogaritet dhe shfaqet në treguesin numerik dhe ne shohim 120 BPM të pritshme.

Hapi 7: Provoni qarkun duke përdorur lëndën njerëzore

Ju do të keni nevojë: qark në tabelën e bukës, kabllo lidhës, një furnizim me energji elektrike ose bateri 9 V, National Instruments ADC, LabView Software, një kompjuter, elektroda (të paktën tre), një subjekt njerëzor

Së fundmi, qarku po testohej me një subjekt njerëzor EKG çon hyrje në qark dhe dalje të qarkut që shkon në LabView. Tre elektroda u vendosën në një subjekt për të marrë një sinjal të vërtetë. Elektrodat u vendosën në të dyja kyçet e dorës dhe kyçin e djathtë. Kyçi i djathtë ishte kontributi pozitiv, kyçi i majtë ishte negativ dhe kyçin e këmbës ishte i tokëzuar. Përsëri të dhënat u futën në LabView për përpunim. Konfigurimi i elektrodës është i bashkangjitur si një fotografi.

Së pari, sinjali i EKG -së në pushim i subjektit u shfaq dhe u analizua. Në pushim, subjekti kishte një rrahje zemre afërsisht 75 rrahje në minutë. Subjekti më pas mori pjesë në aktivitet fizik intensiv për 5 minuta. Subjekti u lidh përsëri dhe sinjali i ngritur u regjistrua. Ritmi i zemrës ishte afërsisht 137 rrahje në minutë pas aktivitetit. Ky sinjal ishte më i vogël dhe kishte më shumë zhurmë. Elektrodat u vendosën në të dy kyçet e dorës dhe kyçin e djathtë. Kyçi i djathtë ishte kontributi pozitiv, kyçi i majtë ishte negativ dhe kyçin e këmbës ishte i tokëzuar. Përsëri të dhënat u futën në LabView për përpunim.

Një person mesatar ka një sinjal EKG prej rreth 1mV. Fitimi ynë i pritshëm ishte rreth 1000, prandaj do të prisnim një tension dalës prej 1V. Nga regjistrimi në pushim i parë në imazhin XX, amplituda e kompleksit QRS është afërsisht (-0.7)-(-1.6) = 0.9 V. Kjo prodhon një gabim 10%. (1-0.9)/1*100 = 10% Ritmi i zemrës në pushim i një njeriu standard është 60, i matur ishte rreth 75, kjo prodhon | 60-75 |*100/60 = 25% gabim. Ritmi i ngritur i zemrës i një njeriu standard është 120, i matur ishte rreth 137, kjo prodhon | 120-137 |*100/120 = 15% gabim.

Urime! Tani keni ndërtuar EKG tuaj të automatizuar.