Jak vytvořit EKG a digitální monitor srdečního tepu: 6 kroků

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Elektrokardiogram (EKG) měří elektrickou aktivitu srdečního tepu a ukazuje, jak rychle srdce bije, a také jeho rytmus. Existuje elektrický impuls, také známý jako vlna, který prochází srdcem, aby srdeční sval pumpoval krev s každým úderem. Pravá a levá síň vytvářejí první vlnu P a pravá a levá dolní komora tvoří komplex QRS. Poslední vlna T je z elektrického zotavení do klidového stavu. Lékaři používají signály EKG k diagnostice srdečních chorob, proto je důležité získat jasný obraz.

Cílem této instrukce je získat a filtrovat signál elektrokardiogramu (EKG) kombinací přístrojového zesilovače, zářezového filtru a nízkoprůchodového filtru v obvodu. Poté signály projdou A/D převodníkem do LabView a vytvoří graf v reálném čase a srdeční tep v BPM.

"Toto není lékařské zařízení. Toto je pouze pro vzdělávací účely pomocí simulovaných signálů. Pokud používáte tento obvod pro skutečné měření EKG, zajistěte, aby obvod a připojení mezi obvodem a přístrojem používaly správné izolační techniky."

Krok 1: Navrhněte přístrojový zesilovač

K vybudování přístrojového zesilovače potřebujeme 3 operační zesilovače a 4 různé odpory. Zesilovač instrumentace zvyšuje zisk výstupní vlny. U tohoto návrhu jsme usilovali o zisk 1000 V, abychom získali dobrý signál. Následující rovnice použijte k výpočtu příslušných odporů, kde K1 a K2 jsou zisk.

Fáze 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Fáze 2: K2 = -(R4/R3)

Pro tento návrh byly použity R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Krok 2: Navrhněte zářezový filtr

Za druhé, musíme vytvořit zářezový filtr pomocí operačního zesilovače, rezistorů a kondenzátorů. Účelem této komponenty je odfiltrovat šum při 60 Hz. Chceme filtrovat přesně na 60 Hz, takže vše pod a nad touto frekvencí projde, ale amplituda průběhu bude nejnižší při 60 Hz. K určení parametrů filtru jsme použili zisk 1 a faktor kvality 8. Pomocí níže uvedených rovnic vypočítejte příslušné hodnoty odporu. Q je faktor kvality, w = 2*pi*f, f je střední frekvence (Hz), B je šířka pásma (rad/s) a wc1 a wc2 jsou mezní frekvence (rad/s).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Krok 3: Navrhněte dolní propust

Účelem této složky je odfiltrovat frekvence nad určitou mezní frekvencí (wc), v podstatě jim nedovolit projít. Rozhodli jsme se filtrovat na frekvenci 250 Hz, abychom se vyhnuli příliš blízkému průměrné frekvenci používané k měření signálu EKG (150 Hz). Pro výpočet hodnot, které pro tuto součást použijeme, použijeme následující rovnice:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/mezní frekvence (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

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

Zisk nastavíme jako 1, takže R3 se stane otevřeným obvodem (bez odporu) a R4 se stane zkratem (jen vodič).

Krok 4: Otestujte obvod

Pro určení účinnosti filtru se provede AC rozmítání pro každou složku. Tažení AC měří velikost složky na různých frekvencích. Očekáváte, že uvidíte různé tvary v závislosti na komponentě. Důležitou fází střídání je zajistit, aby obvod po vybudování správně fungoval. Chcete -li provést tento test v laboratoři, jednoduše zaznamenejte Vout/Vin v rozsahu frekvencí. Pro přístrojový zesilovač jsme testovali od 50 do 1 000 Hz, abychom získali široký rozsah. U zářezového filtru jsme testovali od 10 do 90 Hz, abychom získali dobrou představu o tom, jak součást reaguje kolem 60 Hz. U dolní propusti jsme testovali od 50 do 500 Hz, abychom pochopili, jak obvod reaguje, když má projít a kdy se má zastavit.

Krok 5: Obvod EKG na LabView

Dále chcete v LabView vytvořit blokové schéma, které simuluje signál EKG prostřednictvím A/D převodníku a poté vykreslí signál na počítači. Začali jsme nastavením parametrů signálu naší desky DAQ určením, jaký průměrný srdeční tep jsme očekávali; vybrali jsme 60 tepů za minutu. Poté jsme pomocí frekvence 1kHz dokázali určit, že potřebujeme zobrazit zhruba 3 sekundy, abychom získali 2-3 vrcholy EKG v grafu průběhu. Zobrazovali jsme 4 sekundy, abychom zajistili, že zachytíme dostatek vrcholů EKG. Blokový diagram bude číst příchozí signál a pomocí detekce špiček určit, jak často dochází k plnému srdečnímu tepu.

Krok 6: EKG a srdeční frekvence

Pomocí kódu ze blokového diagramu se v poli křivky zobrazí EKG a vedle něj se zobrazí údery za minutu. Nyní máte funkční monitor srdečního tepu! Chcete-li se ještě více vyzvat, zkuste pomocí svého obvodu a elektrod zobrazit svůj srdeční tep v reálném čase!