Circuit ng Koleksyon ng ECG: 5 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

PAUNAWA: Hindi ito isang medikal na aparato. Ito ay para sa mga layuning pang-edukasyon na gumagamit lamang ng mga simulate signal. Kung ginagamit ang circuit na ito para sa totoong mga sukat ng ECG, mangyaring tiyakin na ang circuit at ang mga koneksyon sa circuit-to-instrument ay gumagamit ng wastong mga diskarte sa paghihiwalay

Marahil ang pinakalaganap na pagsukat ng pisyolohikal sa industriya ng pangangalagang pangkalusugan ngayon ay ang Electrocardiogram (ECG / EKG). Mahirap maglakad sa isang ospital o emergency room nang hindi naririnig ang tradisyonal na "beep" ng isang monitor ng rate ng puso o nakikita ang ECG waveform na lumiligid sa screen sa silid ng pasyente. Ngunit, ano ang pagsukat na ito na naging naiugnay sa modernong pangangalaga ng kalusugan?

Ang electrocardiogram ay madalas na nagkakamali para sa pagtatala ng pisikal na aktibidad ng puso, gayunpaman, dahil ang pangalan ay nagpapahiwatig na ito ay talagang isang pagrekord ng aktibidad na elektrikal, ang pagkawala ng depolarization at repolarization, ng mga kalamnan ng puso. Sa pamamagitan ng pag-aaral ng naitala na form ng alon, nakakuha ang mga manggagamot ng pananaw sa pag-uugali ng sistemang elektrikal ng puso. Ang ilang mga karaniwang diagnosis na ginawa mula sa data ng ECG ay kinabibilangan ng: myocardial infarction, pulmonary embolism, arrhythmias, at AV blocks.

Ang sumusunod na Instructable ay magbabalangkas sa proseso at mga prinsipyong ginamit upang makabuo ng isang pangunahing electric circuit na may kakayahang mangolekta ng isang ECG sa paggamit ng mga simpleng electrode sa ibabaw tulad ng ginagawa sa mga ospital.

Hakbang 1: Magdisenyo ng isang Instrumentation Amplifier

Ang unang elemento ng circuit na kinakailangan upang maitala ang signal ng ECG ay isang amplifier ng instrumentation. Ang amplifier na ito ay may dalawang epekto.

1. Lumilikha ito ng isang elektronikong buffer sa pagitan ng mga recording electrode at ang natitirang circuit. Binabawasan nito ang kinakailangang kasalukuyang pagguhit mula sa mga electrode hanggang sa halos zero. Pinapayagan ang koleksyon ng signal na may napakakaunting pagbaluktot na sanhi ng input impedance.

2. Iba-iba nitong pinalalaki ang signal na naitala. Nangangahulugan iyon na ang anumang senyas na karaniwang sa parehong recording electrodes ay hindi mapalalakas, habang ang mga pagkakaiba (ang mahahalagang bahagi) ay magiging.

Karaniwan sa mga record ng electrode sa ibabaw para sa isang ECG ay nasa saklaw na milliVolt. Samakatuwid, upang makuha ang signal na ito sa isang saklaw maaari kaming gumana sa isang amplification (K) na 1000 V / V ay magiging naaangkop.

Ang mga equation na namamahala para sa amplifier na nakalarawan sa itaas ay:

K1 = 1 + 2 * R2 / R1, ito ang nakuha sa yugto 1

K2 = - R4 / R3, ito ang nakuha sa yugto 2

Tandaan na perpekto, ang K1 at K2 ay dapat na humigit-kumulang pantay at upang makamit ang nais na amplification K1 * K2 = 1000

Ang huling halagang ginamit sa aming circuit ay….

R1 = 6.5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3.17 kOhm

R4 = 100 kOhm

Hakbang 2: Pagdidisenyo ng isang Filter ng Notch

Malamang sa modernong mundo na ang koleksyon ng ECG ay gagawin malapit sa ilang iba pang mga elektronikong aparato, o kahit na sa isang gusali na ibinibigay ng kuryente mula sa mga lokal na linya ng kuryente. Sa kasamaang palad, ang mataas na boltahe at oscillating na likas na katangian ng kuryente na ibinigay ay nangangahulugang makagawa ito ng isang malaking halaga ng "ingay" elektrikal sa halos anumang kondaktibong materyal na malapit dito; kasama dito ang mga wires at circuit na elemento na ginamit upang maitayo ang aming circuit ng koleksyon ng ECG.

Upang labanan ito, ang anumang senyas na may dalas na katumbas ng ingay na nabuo ng lokal na supply ng kuryente (tinatawag na mains hum) ay maaaring ma-filter at mahalagang matanggal. Sa Estados Unidos, ang power grid ay naghahatid ng 110-120V na may dalas na 60 Hz. Samakatuwid, kailangan nating salain ang anumang bahagi ng signal na may dalas na 60 Hz. Sa kabutihang palad, nagawa ito nang maraming beses bago at nangangailangan lamang ng disenyo ng isang notch filter (nakalarawan sa itaas).

Ang mga equation na namamahala sa filter na ito ay ….

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

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

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

Q = w / B

kung saan ang wc2 ay ang mataas na dalas ng cutoff, w2 ang mababang dalas ng cutoff, ang dalas ng cutoff sa rad / sec, at Q isang kalidad na kadahilanan

Tandaan na ang C ay isang halaga na maaaring malayang mapili. Ang mga sumusunod na halagang ginamit sa aming circuit ay:

R1 = 1.65 kOhm

R2 = 424.5 kOhm

Q = 8

w = 120 * pi rad / sec

Hakbang 3: Filter na Mababang-Pass

Ang mga signal ng ECG ay mayroong dalas na halos 0 - 150Hz. Upang maiwasan ang higit na ingay mula sa pagkabit sa signal mula sa mga bagay na may mas mataas na dalas kaysa sa saklaw na ito, isang pangalawang order na mababang pumasa sa filter na ButterWorth na may cutoff na 150Hz ay ipinatupad upang payagan lamang ang signal ng ECG na dumaan sa circuit. Sa halip na agad na pumili ng isang madaling magagamit na halaga ng capacitor, tulad ng mga nakaraang bahagi, ang unang halaga ng capacitor, C2, ay pinili batay sa formula na matatagpuan sa ibaba. Mula sa halagang iyon, ang lahat ng iba pang mga halaga ng bahagi ay maaaring kalkulahin at pagkatapos ay idagdag sa circuit habang pinapanatili muli ang nakuha sa 1V / V.

C2 ≈ 10 / fc uf, kung saan ang fc ay ang dalas ng cutoff (150 Hz para sa kasong ito).

Pagkatapos, ang natitirang mga halaga ay maaaring kalkulahin tulad ng ipinakita sa talahanayan na kasama bilang pangalawang imahe sa hakbang na ito.

Ang mga huling halagang ginamit upang mailagay sa eskematiko sa itaas ay:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22.47 kOhm

R2 = 22.56 kOhm

Hakbang 4: Paghahanda ng LabVIEW

Ang mga materyal na kinakailangan lamang para sa seksyong ito ng koleksyon ng ECG ay isang computer sa Windows na nilagyan ng isang 64-bit na kopya ng LabVIEW at isang National Instruments Signal Conditioning Board () na may isang solong module ng pag-input. Ang functional diagram ng block sa loob ng LabVIEW ay dapat na itinayo sa sumusunod na pamamaraan. Magsimula sa pamamagitan ng pagbubukas ng isang blangko Functional Block Diagram.

Magpasok ng isang bloke ng DAQ Assistant at ayusin ang mga setting sa sumusunod:

Pagsukat: Analog → Boltahe

Mode: RSE

Sampling: Patuloy na Sampling

Mga Sampol na Kinolekta: 2500

Rate ng Sampling: 1000 / sec

I-output ang nakolektang form ng alon sa isang graph na form ng alon. Bilang karagdagan, kalkulahin ang maximum na halaga ng kasalukuyang data ng form ng alon. I-multiply ang maximum na halaga ng alon sa pamamagitan ng isang halaga tulad ng.8 upang lumikha ng isang threshold para sa tuktok na pagtuklas, ang halagang ito ay maaaring iakma batay sa antas ng ingay sa loob ng signal. Pakainin ang produkto ng nakaraang hakbang bilang threshold at ang hilaw na boltahe na hanay bilang data para sa pagpapaandar na "Peak Detection". Susunod, kunin ang output na "Lokasyon" ng ranggo ng tuktok ng pagtuklas at ibawas ang una at pangalawang halaga. Kinakatawan nito ang pagkakaiba sa mga halaga ng index ng dalawang mga tuktok sa paunang hanay. Pagkatapos ay maaari itong mai-convert sa isang pagkakaiba sa oras sa pamamagitan ng paghahati ng halaga sa rate ng sample, para sa halimbawa ng kaso na ito ay 1000 / sec. Panghuli, gawin ang kabaligtaran ng halagang ito (pagbibigay ng Hz) at i-multiply ng 60 upang makuha ang rate ng puso sa mga beats bawat minuto na BPM. Ang huling diagram ng block para sa mga ito ay dapat maging katulad ng larawan ng header para sa hakbang na ito.

Hakbang 5: Pagsasama ng Buong System

Ngayon na ang lahat ng mga bahagi ay naitayo nang isa-isa, oras na upang pagsamahin ang mall. Maaari itong magawa sa pamamagitan lamang ng mga kable ng output ng isang seksyon sa input ng sumusunod na segment. Ang mga yugto ay dapat na wired sa parehong pagkakasunud-sunod na lilitaw sa Ituturo na ito. Para sa huling yugto, ang filter ng ButterWorth, ang pag-input nito ay dapat na nakakabit sa isa sa dalawang lead sa input module ng signal conditioning board. Ang iba pang tingga mula sa modyul na ito ay dapat na naka-attach sa mga circuit na karaniwang lupa.

Para sa amplifier ng instrumentation, ang dalawang lead nito ay dapat na bawat isa ay nakakabit sa isang ECG / EKG electrode. Madali itong magagawa sa paggamit ng dalawang mga clip ng buaya. Pagkatapos, ilagay ang isang elektrod sa bawat pulso. Siguraduhin na ang lahat ng mga segment ng circuit ay konektado at ang LabVIEW VI ay tumatakbo at ang system ay dapat na outputting isang waveform graph sa window ng LabVIEW.

Ang output ay dapat magmukhang katulad sa pangalawang imaheng ibinigay sa hakbang na ito. Kung hindi ito katulad, ang mga halaga ng iyong circuit ay maaaring kailanganin upang ayusin. Ang isang karaniwang isyu ay ang filter ng bingaw ay hindi direktang nakasentro sa 60 Hz at maaaring bahagyang mataas / mababa. Maaari itong masubukan sa pamamagitan ng paglikha ng isang bode plot para sa filter. Sa isip, ang filter ng bingaw ay magkakaroon ng hindi bababa sa 20 dB pagpapalambing sa 60 Hz. Maaari ding maging kapaki-pakinabang upang suriin na ang iyong lokal na lakas ay ibinibigay sa 60 Hz. Hindi bihira para sa ilang mga lugar na magkaroon ng 50 Hz AC supplies, kakailanganin nitong isentro ang notch filter sa paligid ng halagang ito.