EKG dhe Monitori dixhital i Rrahjeve të Zemrës: 7 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:28

Një elektrokardiogram, ose EKG, është një metodë shumë e vjetër e matjes dhe analizimit të shëndetit të zemrës. Sinjali që lexohet nga një EKG mund të tregojë një zemër të shëndetshme ose një sërë problemesh. Një dizajn i besueshëm dhe i saktë është i rëndësishëm sepse nëse sinjali i EKG -së tregon një formë valore të deformuar ose rrahje të pasakta të zemrës, një person mund të diagnostikohet gabimisht. Qëllimi është të hartohet një qark EKG që është në gjendje të marrë, amplifikojë dhe filtrojë sinjalin EKG. Pastaj, shndërroni atë sinjal përmes një konvertuesi A/D në Labview për të prodhuar një grafik në kohë reale dhe rrahje zemre në BPM të sinjalit EKG. Forma e valës dalëse duhet të duket si kjo imazh.

"Kjo nuk është një pajisje mjekësore. Kjo është për qëllime edukative vetëm duke përdorur sinjale të simuluara. Nëse përdorni këtë qark për matje të vërteta të EKG-së, ju lutemi sigurohuni që qarku dhe lidhjet qark-instrument të përdorin teknikat e duhura të izolimit."

Hapi 1: Dizajnimi i qarkut

Qarku duhet të jetë i aftë të marrë dhe amplifikojë një sinjal EKG. Për ta bërë këtë, ne do të kombinojmë tre filtra aktivë; një përforcues instrumentesh, një filtër të rendit të dytë Butterworth me kalim të ulët dhe një filtër Notch. Dizajni i këtyre qarqeve mund të shihet në imazhe. Ne do të shkojmë edhe një nga një, pastaj do t'i bashkojmë për të përfunduar qarkun e plotë.

Hapi 2: Përforcuesi i instrumenteve

Fitimi i amplifikatorit të instrumenteve duhet të jetë 1000 V/V në mënyrë që të marrë një sinjal të mirë. Përforcimi përmes amplifikatorit të instrumenteve ndodh në dy faza. Faza e parë përbëhet nga dy amps op në të majtë dhe rezistenca R1 dhe R2 dhe faza e dytë e amplifikimit përbëhet nga amplifikatori op në të djathtë dhe rezistorët R3 dhe R4. Fitimi (amplifikimi) për fazën 1 dhe fazën 2 jepet në ekuacionin (1) dhe (2).

Faza 1 Fitimi: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

Faza 2 Fitimi: K2 = R4/R3 (2)

Një shënim i rëndësishëm për fitimin në qarqe është ai shumëzues; p.sh. fitimi i qarkut të përgjithshëm në Figurën 2 është K1*K2. Këto ekuacione prodhojnë vlerat e paraqitura në skemë. Materialet e nevojshme për këtë filtër janë tre amper op LM741, tre rezistorë 1k ohm, dy rezistorë 24,7 kohm dhe dy rezistorë 20 kohm.

Hapi 3: Filtri i nivelit

Faza tjetër është një filtër Notch për të zvogëluar zhurmën në 60 Hz. Kjo frekuencë duhet të ndërpritet sepse ka shumë zhurmë shtesë në 60 Hz për shkak të ndërhyrjes në linjën e energjisë, por nuk do të nxjerrë asgjë domethënëse nga sinjali i EKG -së. Vlerat për përbërësit e përdorur në qark bazohen në frekuencën që dëshironi të filtroni, në këtë rast 60 Hz (377 rad/s). Ekuacionet përbërëse janë si më poshtë

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Materialet e kërkuara për këtë ishin një amp LM741 op, tre rezistorë me vlera 1658 ohm, 424.4 kohm dhe 1651 ohms dhe 3 kondensatorë, dy në 100 nF dhe një në 200 nF.

Hapi 4: Filtri me kalim të ulët

Faza përfundimtare është një filtër i rendit të dytë Butterworth me kalim të ulët me një frekuencë ndërprerje prej 250 Hz. Kjo është frekuenca e ndërprerjes sepse një sinjal EKG shkon vetëm në një maksimum prej 250 Hz. Ekuacionet për vlerat e përbërësve në filtër përcaktohen në ekuacionet e mëposhtme:

R1 = 2/ (1571 (1.4C2 + lloj (1.4^2 * C2^2 - 4C1C2))))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1.4^2) / 4

Materialet e kërkuara për këtë filtër ishin një amp LM741 op, dy rezistorë 15.3 kohm dhe 25.6 kohm, dhe dy kondensatorë prej 47 nF dhe 22 nF.

Pasi të tre fazat janë projektuar dhe ndërtuar, qarku përfundimtar duhet të duket si fotografia.

Hapi 5: Testimi i qarkut

Pasi të jetë ndërtuar qarku, duhet të testohet për të siguruar që po funksionon siç duhet. Një spastrim AC duhet të ekzekutohet në secilin filtër duke përdorur një sinjal hyrës kardiak në 1 Hz nga një gjenerator i tensionit. Përgjigja e madhësisë në dB duhet të duket si imazhet. Nëse rezultatet nga spastrimi AC janë të sakta, qarku është i përfunduar dhe gati për t'u përdorur. Nëse përgjigjet nuk janë të sakta, qarku duhet të korrigjohet. Filloni duke kontrolluar të gjitha lidhjet dhe hyrjet e energjisë për të siguruar që gjithçka ka një lidhje të mirë. Nëse kjo nuk e zgjidh problemin, përdorni ekuacionet për përbërësit e filtrave për të rregulluar vlerat e rezistencave dhe kondensatorëve sipas nevojës derisa dalja të jetë aty ku duhet të jetë.

Hapi 6: Ndërtimi i një VUI në Labview

Labview është një softuer dixhital i marrjes së të dhënave që lejon një përdorues të krijojë një VUI, ose ndërfaqe virtuale të përdoruesit. Një bord DAQ është një konvertues A/D që mund të konvertojë dhe transmetojë sinjalin EKG në Labview. Duke përdorur këtë softuer, sinjali i EKG -së mund të vizatohet në një grafik amplitudë kundrejt kohës për të lexuar qartë sinjalin dhe më pas konvertuar sinjalin në një rrahje zemre në BPM. Gjëja e parë që kërkohet për këtë është një bord DAQ i cili merr të dhëna dhe i konverton ato në një sinjal dixhital për ta dërguar në Labview në kompjuter. Gjëja e parë që duhej shtuar në dizajnin e Labview ishte DAQ Assistant, i cili merr sinjalin nga bordi DAQ dhe përcakton parametrat e kampionimit. Hapi tjetër është lidhja e një grafiku të formës valore me daljen e asistentit DAQ në modelin VUI i cili vizaton sinjalin e EKG -së që tregon formën e valës së EKG -së. Tani që grafiku i formës valore është i plotë, të dhënat gjithashtu duhet të konvertohen për të prodhuar një dalje numerike të rrahjeve të zemrës. Hapi i parë në këtë llogaritje ishte gjetja e maksimumit të të dhënave të EKG -së duke lidhur elementin max/min me daljen e të dhënave DAQ në VUI, dhe pastaj duke e nxjerrë këtë në një element tjetër të quajtur zbulimi i pikut dhe në një element i cili do të gjente ndryshimi në kohë i quajtur dt. Elementi i zbulimit të pikut gjithashtu kishte nevojë për një prag nga max/min i cili u llogarit duke marrë maksimumin nga elementi max min dhe duke e shumëzuar me.8, për të gjetur 80% të vlerës maksimale, pastaj futur në elementin e zbulimit të pikut. Ky prag lejoi që elementi i zbulimit të pikut të gjente maksimumin e valës R dhe vendndodhjen në të cilën max ndodhi duke injoruar majat e tjera të sinjalit. Vendndodhjet e majave më pas u dërguan në një element të grupit të indeksit të shtuar më pas në VUI. Elementi i grupit të indeksit u vendos për të ruajtur në grup me dhe indeks duke filluar nga 0, dhe pastaj një tjetër duke filluar me një indeks prej 1. Pastaj, këto u zbritën nga njëri -tjetri për të gjetur ndryshimin e dy vendndodhjeve të pikut, që korrespondon me numrin të pikave midis secilës majë. Numri i pikëve shumëzuar me diferencën kohore midis secilës pikë siguron kohën që duhet për secilën goditje të ndodhë. Kjo u arrit duke shumëzuar daljen nga elementi dt dhe daljen nga zbritja e dy vargjeve. Ky numër më pas u nda me 60, për të gjetur rrahjet në minutë, dhe më pas doli duke përdorur një element tregues numerik në VUI. Konfigurimi i modelit VUI në Labview është treguar në Figurë.

Hapi 7: Vendosini të gjitha së bashku

Pasi VUI të përfundojë në Labview, hapi i fundit është lidhja e qarkut me tabelën DAQ, kështu që sinjali kalon nëpër qark, në tabelë, pastaj në Labview. Nëse gjithçka funksionon siç duhet, një sinjal 1 Hz duhet të prodhojë formën e valës të treguar në figurë dhe një rrahje zemre prej 60 rrahje në minutë. Tani ju keni një EKG funksionale dhe Monitor dixhital të rrahjeve të zemrës.