Madaling Automated ECG (1 Amplifier, 2 Filter): 7 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Ang isang electrocardiogram (ECG) ay sumusukat at nagpapakita ng aktibidad ng kuryente ng puso gamit ang iba't ibang mga electrode na nakalagay sa balat. Ang isang ECG ay maaaring malikha gamit ang isang instrumentation amplifier, notch filter, at low pass filter. Panghuli, ang nai-filter at pinalakas na signal ay maaaring mailarawan gamit ang software ng LabView. Gumagamit din ang LabView ng papasok na dalas ng signal upang makalkula ang tibok ng puso ng paksa ng tao. Ang built ng instrumentation amplifier ay matagumpay sa pagkuha ng maliit na signal ng katawan at pinalalakas ito sa 1 V, kaya't ito ay matingnan sa computer gamit ang LabView. Ang mga bingaw at mababang pass filter ay matagumpay na binawasan ang ingay na 60 Hz mula sa mga power supply at nakagagambalang signal sa itaas ng 350 Hz. Ang pintig ng puso sa pamamahinga ay sinusukat na 75 bpm, at 137 bpm pagkatapos ng limang minuto ng matinding ehersisyo. Ang ECG na binuo ay nakasukat sa mga pintig ng puso sa mga makatotohanang halaga at mailarawan ang iba't ibang mga bahagi ng isang tipikal na ECG waveform. Sa hinaharap, ang ECG na ito ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagbabago ng mga passive na halaga sa notch filter upang mabawasan ang mas maraming ingay sa paligid ng 60 Hz.

Hakbang 1: Lumikha ng Instrumentation Amplifier

Kakailanganin mo ang: LTSpice (o ibang circuit visualization software)

Ang amplifier ng instrumentation ay nilikha upang madagdagan ang laki ng signal upang ito ay makikita at payagan ang pagtatasa ng waveform.

Sa pamamagitan ng paggamit ng R1 = 3.3k ohms, R2 = 33k ohms, R3 = 1k ohms, R4 = 48 ohms isang nakamit na X ay nakakamit. Makuha = - R4 / R3 (1 + R2 / R1) = -47k / 1k (1- (33k / 3.3k)) = -1008

Sapagkat sa huling op amp ang signal ay napupunta sa invertting pin, ang nakuha ay 1008. Ang disenyo na ito ay nilikha sa LTSpice pagkatapos ay gayahin sa isang AC sweep mula 1 hanggang 1kHz na may 100 puntos bawat dekada para sa isang input ng sine wave na may AC amplitude na 1V.

Sinuri namin na ang aming nakuha ay katulad ng inilaan na kita. Mula sa grap nakita namin ang Gain = 10 ^ (60/20) = 1000 na sapat na malapit sa aming nilalayon na makakuha ng 1008.

Hakbang 2: Lumikha ng Filter ng Notch

Kakailanganin mo ang: LTSpice (o ibang circuit visualization software)

Ang isang notch filter ay isang tukoy na uri ng low pass filter na sinusundan ng isang high pass filter upang maalis ang isang tukoy na dalas. Ginagamit ang isang filter ng bingaw upang maalis ang ingay na ginawa ng lahat ng mga elektronikong aparato na nasa 60Hz.

Ang mga passive na halaga ay kinakalkula: C =.1 uF (napili ang halaga) 2C =.2 uF (ginamit.22 uF capacitor)

Gagamitin ang AQ factor na 8: R1 = 1 / (2 * Q * 2 * pi * f * C) = 1 / (2 * 8 * 2 * 3.14159 * 60 *.1E-6) = 1.66 kOhm (1.8 kOhm ginamit) R2 = 2Q / (2 * pi * f * C) = (2 * 8) / (60 Hz * 2 * 3.14159 *.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm ay ginamit) Division ng Boltahe: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1.8 kOhm * 423 kOhm / (1.8 kOhm + 423 kOhm) = 1.79 kOhm (1.8 kOhm ang ginamit)

Ang disenyo ng filter na ito ay may nakuha na 1, na nangangahulugang walang mga amplifying na katangian.

Ang pag-plug sa mga passive na halaga at pag-simulate sa LTSpice gamit ang isang AC Sweep at isang input signal na 0.1 V sine wave na may dalas ng AC na 1 kHz ay nagreresulta sa naka-attach na plot ng bode.

Sa dalas ng halos 60 Hz, ang signal ay umabot sa pinakamababang boltahe. Ang filter ay matagumpay sa pag-alis ng 60 Hz na ingay sa isang hindi napapansin na boltahe na 0.01 V at nagbibigay ng isang nakuha na 1, dahil ang input boltahe ay.1 V.

Hakbang 3: Lumikha ng Filter ng Mababang Pass

Kakailanganin mo ang: LTSpice (o ibang circuit visualization software)

Ang isang mababang pass filter ay nilikha upang alisin ang mga signal sa itaas ng threshold ng interes na naglalaman ng ECG signal. Ang threshold ng interes ay nasa pagitan ng 0 - 350Hz.

Ang halaga ng capacitor ay pinili upang maging.1 uF. Ang kinakailangang paglaban ay kinakalkula para sa isang mataas na dalas ng cutoff na 335 Hz: C = 0.1 uF R = 1 / (2pi * 0.1 * (10 ^ -6) * 335 Hz) = 4.75 kOhm (4.7 kOhm ang ginamit)

Ang pag-plug sa mga passive na halaga at pag-simulate sa LTSpice gamit ang isang AC Sweep at isang input signal na 0.1 V sine wave na may AC frequency na 1 kHz ay nagreresulta sa naka-attach na plot ng bode.

Hakbang 4: Lumikha ng Circuit sa isang Breadboard

Kakailanganin mo: mga resistor ng iba't ibang mga halaga, capacitor ng iba't ibang mga halaga, UA 471 pagpapatakbo amplifiers, jumper cables, isang breadboard, mga cable na koneksyon, isang supply ng kuryente o 9 V na baterya

Ngayon na na-simulate mo ang iyong circuit, oras na upang maitayo ito sa isang breadboard. Kung wala kang eksaktong nakalista na mga halaga, gamitin ang mayroon ka o pagsamahin ang mga resistors at capacitor upang gawin ang mga halagang kailangan mo. Alalahaning paandarin ang iyong board ng tinapay gamit ang isang 9 Volt na baterya o DC power supply. Ang bawat op amp ay nangangailangan ng positibo at negatibong mapagkukunan ng boltahe.

Hakbang 5: I-setup ang Kapaligiran ng LabView

Kakailanganin mo ang: LabView software, isang computer

Upang ma-automate ang pagpapakita ng waveform at ang pagkalkula ng rate ng puso, ginamit ang LabView. Ang LabView ay isang program na ginamit upang mailarawan at pag-aralan ang data. Ang output ng ECG circuit ay ang input para sa LabView. Ang data ay input, graphed at pinag-aralan batay sa block diagram na idinisenyo sa ibaba.

Una, ang DAQ Assistant ay kumukuha ng analog signal mula sa circuit. Ang mga tagubilin sa sampling ay naka-set up dito. Ang sampling rate ay 1k mga sample bawat segundo at ang agwat ay 3k ms, samakatuwid ang agwat ng oras na nakikita sa Waveform Graph ay 3 segundo. Ang Waveform Graph ay nakatanggap ng data mula sa DAQ Assistant pagkatapos ay isinalansan ito sa window ng front panel. Ang mas mababang seksyon ng diagram ng block ay sumasaklaw sa pagkalkula ng rate ng puso. Una ang maximum at minimum ng alon ay sinusukat. Pagkatapos, ang mga sukat ng amplitude na ito ay ginagamit upang matukoy kung nangyayari ang mga tuktok na tinukoy bilang 95% ng maximum na amplitude, at kung gayon ang oras ng oras ay naitala. Kapag nakita ang mga tuktok, ang amplitude at oras ng punto ay nakaimbak sa mga arrays. Pagkatapos ang bilang ng mga taluktok / segundo ay na-convert sa minuto at ipinapakita sa harap ng panel. Ipinapakita ng front panel ang form ng alon at mga beats bawat minuto.

Ang circuit ay konektado sa LabVIEW sa pamamagitan ng isang National Instruments ADC tulad ng ipinakita sa figure sa itaas. Ginawa ng function generator ang simulate na ECG signal ay input sa ADC na naglipat ng data sa LabView para sa graphing at analysis. Bukod pa rito, sa sandaling nakalkula ang BPM sa LabVIEW, ginamit ang Numeric tagapagpahiwatig upang mai-print ang halagang iyon sa harap na panel ng application kasama ang gilid ng grapform graph, tulad ng nakikita sa pigura 2.

Hakbang 6: Pagsubok sa Circuit Gamit ang Function Generator

Kakailanganin mo: circuit sa breadboard, mga cable ng koneksyon, isang supply ng kuryente o 9 V na baterya, National Instruments ADC, LabView Software, isang computer

Upang subukan ang instrumento ng LabView isang simulate na ECG ang nai-input sa circuit at ang output ng circuit ay konektado sa LabView sa pamamagitan ng National Instruments ADC. Una ang isang senyas ng 20mVpp sa 1Hz ay na-input sa circuit upang gayahin ang resting heart beat. Ang front panel ng LabView ay ipinapakita sa imahe sa ibaba. Ang P, T, U alon at QRS complex ay nakikita lahat. Ang BMP ay wastong kinakalkula at ipinakita sa tagapagpahiwatig ng bilang. Mayroong isang nakuha ng tungkol sa 8 V / 0.02 V = 400 sa pamamagitan ng circuit na kung saan ay katulad ng kung ano ang nakita namin kapag ang circuit ay nakakabit sa oscilloscope. Ang isang larawan ng resulta sa LabView ay nakakabit. Susunod, upang gayahin ang isang itinaas na pintig ng puso halimbawa sa panahon ng pag-eehersisyo, isang senyas na 20mVpp sa 2Hz ang na-input sa circuit. Mayroong isang maihahambing na nakuha sa pagsubok sa pamamahinga rate ng puso. Sa ibaba ang waveform ay nakikita na mayroong lahat ng parehong mga bahagi tulad ng dati sa isang mas mabilis na rate. Ang rate ng puso ay kinakalkula at ipinapakita sa tagapagpahiwatig ng bilang at nakikita namin ang inaasahang 120 BPM.

Hakbang 7: Pagsubok sa Circuit Gamit ang Paksa ng Tao

Kakailanganin mo: circuit sa breadboard, mga cable ng koneksyon, isang supply ng kuryente o 9 V na baterya, National Instruments ADC, LabView Software, isang computer, electrodes (hindi bababa sa tatlo), isang paksa ng tao

Panghuli, ang circuit ay pagsubok sa isang paksa ng tao ECG humahantong input sa circuit at output ng circuit pagpunta sa LabView. Tatlong mga electrode ang inilagay sa isang paksa upang makakuha ng isang tunay na signal. Ang mga electrode ay inilagay sa parehong pulso at kanang bukung-bukong. Ang kanang pulso ay ang positibong input, ang kaliwang pulso ay negatibo at ang bukung-bukong ay na-ground. Muli ang data ay na-input sa LabView para sa pagproseso. Ang pagsasaayos ng electrode ay nakakabit bilang isang larawan.

Una, ang natitirang signal ng ECG ng paksa ay ipinakita at nasuri. Sa pamamahinga, ang paksa ay may rate ng puso na humigit-kumulang na 75 bpm. Sumali ang paksa sa matinding pisikal na aktibidad sa loob ng 5 minuto. Nakakonekta muli ang paksa at naitala ang nakataas na signal. Ang rate ng puso ay halos 137 bpm pagkatapos ng aktibidad. Ang signal na ito ay mas maliit at mas maraming ingay. Ang mga electrode ay inilagay sa parehong pulso at kanang bukung-bukong. Ang kanang pulso ay ang positibong input, ang kaliwang pulso ay negatibo at ang bukung-bukong ay na-ground. Muli ang data ay na-input sa LabView para sa pagproseso.

Ang isang average na tao ay may isang senyas ng ECG na halos 1mV. Ang aming inaasahan na makakuha ay tungkol sa 1000, samakatuwid ay inaasahan namin ang isang output boltahe ng 1V. Mula sa pag-record sa pahinga na nakikita sa imaheng XX, ang amplitude ng QRS complex ay halos (-0.7) - (-1.6) = 0.9 V. Gumagawa ito ng 10% error. (1-0.9) / 1 * 100 = 10% Ang natitirang rate ng puso ng isang karaniwang tao ay 60, ang sinusukat ay halos 75, gumagawa ito | 60-75 | * 100/60 = 25% error. Ang tumaas na rate ng puso ng isang karaniwang tao ay 120, ang sinusukat ay halos 137, gumagawa ito | 120-137 | * 100/120 = 15% na error.

Congrats! Nakagawa ka na ngayon ng iyong sariling awtomatikong ECG.