EKG a monitor srdečního tepu: 6 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

Elektrokardiogram, také nazývaný EKG, je test, který detekuje a zaznamenává elektrickou aktivitu lidského srdce. Detekuje srdeční frekvenci a sílu a načasování elektrických impulsů procházejících každou částí srdce, což je schopno identifikovat srdeční problémy, jako jsou srdeční infarkty a arytmie. EKG v nemocnicích zahrnuje dvanáct elektrod na kůži na hrudi, pažích a nohou. V tomto neřešitelném používáme pouze tři elektrody, jednu pro každé zápěstí jako dvě záznamová místa a jednu pro pravý kotník jako zem. Je důležité si uvědomit, že se nejedná o zdravotnický prostředek. Toto je pouze pro vzdělávací účely pomocí simulovaných signálů. Pokud používáte tento obvod pro skutečná měření EKG, zajistěte, aby obvod a připojení mezi obvodem a přístrojem používaly správné izolační techniky.

Abychom získali a analyzovali signál lidského EKG, potřebujeme přístrojový zesilovač, který zesiluje vstupní signál o 1000, zářezový filtr, který odstraňuje šum střídavého proudu (60 Hz) a dolní propust, která filtruje další zvuky nad 250 Hz. Používá se mezní hodnota 250 Hz, protože frekvenční rozsah lidského EKG je mezi 0-250 Hz

Krok 1: Materiály

Generátor funkcí, napájecí zdroj, osciloskop, prkénko.

Rezistory: 1k - 500k ohm

Kondenzátory: 20 - 100 nF

Operační zesilovač x5 (UA741)

Krok 2: Sestavte přístrojový zesilovač

S odkazem na obvod a rovnice zesilovače instrumentace. Nejprve musíme vypočítat správné hodnoty odporu. Protože má přístrojový zesilovač 2 stupně, existují dva oddělené zisky, k1 a k2. Protože potřebujeme zisk 1000, vynásobení k1 k2 by se mělo rovnat tisícům. V tomto tutoriálu jsme použili následující hodnoty. Pokud nemáte širokou škálu odporů, můžete tyto hodnoty změnit.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω tedy, K1 = 1+(2*15000)/1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω proto, K2 = 32000/1000 = 32

Nyní, když víte, jaké hodnoty odporu potřebujete, pokračujte a vytvořte obvod.

Chcete -li otestovat přístrojový zesilovač, můžete použít generátor funkcí ke generování sinusové vlny se známou amplitudou, připojit ji ke vstupu obvodu a připojit výstup zesilovače k osciloskopu, měli byste vidět sinusovou vlnu s amplitudou 1000krát větší než vstupní sinusová vlna

Krok 3: Vytvořte filtr Notch

Podobně jako u přístrojového zesilovače vyhledejte příslušné hodnoty komponent v obvodu a rovnicích. Víme, že v tomto zářezovém filtru potřebujeme omezit frekvence 60 Hz, proto f0 je 60 Hz, použijeme také faktor kvality 8, který by nám poskytl dobrou přesnost. Pomocí těchto hodnot nyní můžeme najít vhodné hodnoty komponent:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2*pi*60 = 120pi

R1 = 1/(2*8*120*pi*100*10^-9) = 1658Ω

R2 = (2*8)/(120*pi*100*10^-9) = 424 kΩ

R3 = (1658*424000)/(1658+424000) = 1651Ω

Nyní, když znáte hodnoty komponent, které potřebujete, pokračujte a postavte obvod. Ne, že byste mohli používat rezistory paralelně nebo v sérii, abyste dostali hodnoty co nejblíže potřebným hodnotám.

Chcete -li testovat zářezový filtr, můžete provést frekvenční rozmítání. Zadejte sinusovou vlnu s amplitudou 0,5 V a měňte frekvenci. Podívejte se, jak se mění amplituda výstupu připojeného k osciloskopu, když se přiblížíte k 60 Hz. Když je například frekvence nižší než 50 nebo vyšší než 70, měli byste vidět výstupní signál podobný vstupu, ale čím blíže se dostanete k 60 Hz, amplituda by se měla snížit. Pokud se tak nestane, zkontrolujte obvod a ujistěte se, že jste použili správné hodnoty odporu.

Krok 4: Vytvořte Butterworthův filtr druhého řádu

Použitý typ dolní propusti je aktivní druhého řádu. Tento filtr se používá, protože nám poskytuje dostatečně dobrou přesnost a přestože vyžaduje výkon, ale výkon je lepší. Filtr je navržen tak, aby omezoval frekvence nad 250 Hz. Je to proto, že signál EKG má jinou frekvenční složku, která je mezi nulou a 250 Hz a jakýkoli signál s frekvencí nad 250 Hz by byl považován za šum. První obrázek ukazuje schéma dolního propusti se všemi správnými hodnotami odporu. (Všimněte si, že R7 by mělo být 25632Ω místo 4kΩ). Druhý obrázek obsahuje všechny rovnice, které byste mohli použít k výpočtu hodnot komponent sami.

Chcete -li otestovat dolní propust, použijte generátor funkcí ke generování sinusové vlny s amplitudou 0,5V. Při zadávání frekvencí pod 250 Hz byste měli vidět výstup podobný vstupu, ale čím větší po 250 Hz získáte, tím by se měl výstup zmenšit a nakonec se skutečně přiblížit nule.

Krok 5: Dejte to všechno dohromady

Jakmile dokončíte stavbu tří stupňů, spojte je dohromady vložením zesilovače přístrojů, následujte zářezový filtr a poté dolní propust. Váš obvod by měl vypadat podobně jako na tomto obrázku.

Krok 6: Testování celého obvodu

Pomocí generátoru funkcí vložte na vstup zesilovače přístrojů libovolný signál EKG s amplitudou ne větší než 15 mV. Připojte výstup dolní propusti k osciloskopu. Měli byste získat výstup podobný tomuto obrázku. Zelený signál je výstup desky a žlutý signál je vstupním signálem do obvodu. Můžete také měřit srdeční frekvenci získáním frekvence pomocí osciloskopu a vynásobením tohoto čísla 60.

Pokud chcete měřit vlastní signál EKG, můžete tak učinit připojením dvou vstupů zesilovače přístrojů ke každému zápěstí pomocí elektrody a uzemněním nohy. Jen se držte uprostřed, než to uděláte, zajistěte, aby obvod a spojení mezi obvodem a přístrojem používaly správné izolační techniky.