EKG -versamelingskring: 5 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

KENNISGEWING: Dit is nie 'n mediese toestel nie. Dit is slegs vir opvoedkundige doeleindes met behulp van gesimuleerde seine. As u hierdie kring vir werklike EKG-metings gebruik, moet u seker maak dat die stroombaan en die kring-tot-instrumentverbindings die regte isolasie tegnieke gebruik

Die elektrokardiogram (EKG/EKG) is miskien die mees algemene fisiologiese meting in die huidige gesondheidsorgbedryf. Dit is moeilik om deur 'n hospitaal of noodkamer te loop sonder om die tradisionele "piep" van 'n hartklopmonitor te hoor of die EKG -golfvorm oor die skerm in die pasiënt se kamer te sien rol. Maar wat is hierdie meting wat so verband hou met moderne gesondheidsorg?

Die elektrokardiogram word dikwels verkeerdelik as die opname van die fisiese aktiwiteit van die hart, maar soos die naam aandui, is dit eintlik 'n opname van die elektriese aktiwiteit, die depolarisasie en repolarisasie van die hartspiere. Deur die aangetekende golfvorm te ontleed, kan dokters insig kry in die gedrag van die hart se elektriese stelsel. Enkele algemene diagnoses wat op EKG -data gemaak word, sluit in: miokardiale infarksie, longembolie, aritmieë en AV -blokke.

Die volgende instruksies gee 'n uiteensetting van die proses en beginsels wat gebruik word om 'n basiese elektriese stroombaan te bou wat 'n EKG kan opneem met behulp van eenvoudige oppervlakelektrode, soos in hospitale gedoen word.

Stap 1: Ontwerp 'n instrumentversterker

Die eerste kringelement wat nodig is om die EKG -sein op te neem, is 'n instrumentasie versterker. Hierdie versterker het twee effekte.

1. Dit skep 'n elektroniese buffer tussen die opname -elektrodes en die res van die stroombaan. Dit verminder die vereiste stroomafname van die elektrodes tot feitlik nul. Laat seinversameling toe met baie min vervorming wat veroorsaak word deur invoerimpedansie.

2. Dit versterk die aangetekende sein differensiaal. Dit beteken dat enige sein wat algemeen voorkom in beide opname -elektrodes nie versterk sal word nie, terwyl die verskille (die belangrike dele) sal wees.

Gewoonlik sal oppervlakelektrode -opnames vir 'n EKG in die milliVolt -reeks wees. Om hierdie sein in 'n bereik te kry, kan ons dus met 'n versterking (K) van 1000 V/V werk.

Die regulerende vergelykings vir die versterker hierbo geïllustreer is:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, dit is die fase 1 -wins

K2 = - R4/R3, dit is die fase 2 -wins

Let daarop dat K1 en K2 ideaal gelyk moet wees en om die gewenste versterking te bereik K1 * K2 = 1000

Die finale waardes wat in ons kring gebruik is, was….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3,17 kOhm

R4 = 100 kOhm

Stap 2: Ontwerp 'n kerffilter

Dit is waarskynlik in die moderne wêreld dat die EKG versamel sal word naby ander elektroniese toestelle, of selfs net in 'n gebou wat van elektrisiteit van plaaslike kragdrade voorsien word. Ongelukkig beteken die hoë spanning en die ossillerende aard van die krag dat dit 'n groot hoeveelheid elektriese "geraas" sal produseer in feitlik enige geleidende materiaal wat daar naby is; dit sluit die drade en kringelemente in wat gebruik word om ons EKG -versamelingskring te bou.

Om dit te bekamp, kan enige sein met 'n frekwensie gelykstaande aan die van die geraas wat deur die plaaslike kragtoevoer (genaamd netsnoer) opgewek word, eenvoudig gefiltreer en in wese verwyder word. In die Verenigde State lewer die kragnet 110-120V met 'n frekwensie van 60 Hz. Daarom moet ons enige seinkomponent met 'n frekwensie van 60 Hz uitfilter. Gelukkig is dit al baie keer gedoen en vereis net die ontwerp van 'n kerffilter (foto hierbo).

Die vergelykings vir hierdie filter is….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

Q = w / B

waar wc2 die hoë afsnyfrekwensie is, w2 die lae afsnyfrekwensie, w die afsnyfrekwensie in rad/sek, en Q 'n kwaliteitsfaktor

Let daarop dat C 'n waarde is wat vrylik gekies kan word. Die volgende waardes wat in ons kring gebruik is, was:

R1 = 1,65 kOhm

R2 = 424,5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad/sek

Stap 3: Laagdeurlaatfilter

EKG -seine het 'n frekwensie van ongeveer 0 - 150Hz. Om te verhoed dat meer geraas aan die sein koppel van dinge met 'n hoër frekwensie as hierdie reeks, is 'n tweede -orde lae -deur ButterWorth -filter met 'n afsny van 150Hz geïmplementeer om slegs die EKG -sein deur die kring te laat gaan. In plaas daarvan om onmiddellik 'n maklik beskikbare kapasitorwaarde te kies, soos die vorige komponente, is die eerste kapasitorwaarde, C2, gekies op grond van die formule hieronder. Vanuit die waarde kon alle ander komponentwaardes bereken word en dan by die stroombaan gevoeg word terwyl die wins weer op 1V/V gehou word.

C2 ≈ 10/fc uf, waar fc die afsnyfrekwensie is (150 Hz vir hierdie geval).

Die oorblywende waardes kan dan bereken word soos getoon in die tabel wat as die tweede prent in hierdie stap ingesluit is.

Finale waardes wat voorheen in die skema hierbo geplaas is, is:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22,47 kOhm

R2 = 22,56 kOhm

Stap 4: LabVIEW -voorbereiding

Die enigste materiaal wat benodig word vir hierdie afdeling van die EKG-versameling, is 'n Windows-rekenaar wat toegerus is met 'n 64-bis kopie van LabVIEW en 'n National Instruments Signal Conditioning Board () met 'n enkele invoermodule. Die funksionele blokdiagram in LabVIEW moet dan op die volgende manier saamgestel word. Begin deur 'n leë funksionele blokdiagram oop te maak.

Voeg 'n DAQ Assistant -blok in en pas die instellings aan op die volgende:

Meting: Analoog → Spanning

Modus: RSE

Steekproefneming: Deurlopende monsterneming

Monsters ingesamel: 2500

Monstertempo: 1000 / sek

Stel die versamelde golfvorm na 'n golfvormgrafiek toe. Bereken ook die maksimum waarde van die huidige golfvormdata. Vermenigvuldig die maksimum waarde van die golf met 'n waarde soos.8 om 'n drempel vir piekopsporing te skep, hierdie waarde kan aangepas word op grond van die geraasvlak binne die sein. Voer die produk van die vorige stap in as die drempel en die ruwe spanningsreeks as die data vir die funksie "Piekopsporing". Neem vervolgens die "Location" -uitset van die piekopsporingsreeks en trek die eerste en tweede waardes af. Dit verteenwoordig die verskil in indekswaardes van die twee pieke in die aanvanklike skikking. Dit kan dan omgeskakel word in 'n tydsverskil deur die waarde te deel deur die monstertempo, in die voorbeeld is dit 1000 /sek. Laastens, neem die inverse van hierdie waarde (gee Hz) en vermenigvuldig met 60 om die hartklop in slae per minuut BPM te kry. Die finale blokdiagram hiervoor moet lyk soos die kop prentjie vir hierdie stap.

Stap 5: Volledige stelselintegrasie

Noudat alle komponente individueel gekonstrueer is, is dit tyd om die winkelsentrum saam te stel. Dit kan gedoen word deur eenvoudig die uitset van een afdeling aan die insette van die volgende segment te koppel. Die fases moet in dieselfde volgorde as wat dit in hierdie instruksie verskyn, bedraad wees. Vir die laaste fase, die ButterWorth -filter, moet die invoer daarvan aan een van die twee leidings op die ingangsmodule van die seinkonditioneringskaart geheg word. Die ander kabel van hierdie module moet aan die stroombane gemonteer word.

Vir die instrumentasie versterker moet sy twee leidrade elk aan 'n EKG/EKG -elektrode gekoppel word. Dit word maklik gedoen met die gebruik van twee krokodilleklemme. Plaas dan een elektrode op elke pols. Maak seker dat alle segmente van die stroombaan verbind is en dat die LabVIEW VI werk en dat die stelsel 'n golfvormgrafiek in die LabVIEW -venster moet uitgee.

Die uitset moet soortgelyk lyk aan die tweede beeld wat in hierdie stap verskaf word. As dit nie soortgelyk is nie, moet die waardes van u kring moontlik aangepas word. Een algemene probleem is dat die kerffilter nie direk by 60 Hz gesentreer is nie en effens tot hoog/laag kan wees. Dit kan getoets word deur 'n voorspelling vir die filter te skep. Ideaal gesproke het die kerffilter minstens 20 dB demping by 60 Hz. Dit kan ook handig wees om te kyk of u plaaslike krag by 60 Hz voorsien word. Dit is nie ongewoon dat sommige gebiede 50 Hz wisselstroomtoevoer het nie, dit sou noodsaaklik wees om die kerffilter rondom hierdie waarde te sentreer.