ECG Circuit: 7 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:15

Ang isang ECG ay isang pagsubok na sumusukat sa aktibidad ng kuryente ng puso sa pamamagitan ng pagtatala ng ritmo at aktibidad ng puso. Gumagana ito sa pamamagitan ng pagkuha at pagbabasa ng mga signal mula sa puso gamit ang mga lead na nakakabit sa isang electrocardiograph machine. Ipapakita sa iyo ng Instructable na ito kung paano bumuo ng isang circuit na nagtatala, nagsala, at nagpapakita ng senyas ng bioelectric ng puso. Hindi ito isang aparatong medikal. 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.

Naglalaman ang circuit na ito ng tatlong magkakaibang yugto na wired magkasama sa serye na may isang programa ng LabView. Ang mga resistors sa instrumentation amplifier ay kinakalkula sa pagkakaroon ng 975 upang matiyak na ang maliliit na signal mula sa puso ay maaari pa ring kunin ang circuit. Ang filter ng bingaw ay naglalabas ng ingay na 60 Hz mula sa outlet ng kuryente sa dingding. Tinitiyak ng low pass filter na ang ingay ng mataas na dalas ay inalis mula sa circuit para sa mas mahusay na pagtuklas ng signal.

Bago simulan ang Instructable na ito, makakatulong na pamilyarin ang iyong sarili sa uA741 Pangkalahatang Layunin sa Operational Amplifier. Ang magkakaibang mga pin sa op-amp ay may iba't ibang mga layunin at ang circuit ay hindi gagana kung hindi sila konektado nang hindi tama. Ang pagkonekta ng mga pin sa breadboard nang hindi tama ay isang madaling paraan din upang iprito ang op-amp at gawin itong hindi gumagana. Ang link sa ibaba ay naglalaman ng eskematiko na ginamit para sa mga op-amp sa itinuturo na ito.

Pinagmulan ng Imahe:

Hakbang 1: Mangolekta ng Mga Materyal

Mga materyal na kinakailangan para sa lahat ng 3 yugto ng filter:

• Oscilloscope
• Pag-andar ng generator
• Suplay ng kuryente (+ 15V, -15V)
• Solderless breadboard
• Iba't ibang mga banana cable at alligator clip
• Mga sticker ng ECG Electrode
• Iba't ibang mga wire ng lumulukso

Instrumentation amplifier:

• 3 Op-amps (uA741)

• Mga lumalaban:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Filter ng Notch:

• 1 Op-amp (uA741)

• Mga lumalaban:

  • 1.6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Mga Capacitor:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Filter ng Mababang Pass:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Mga lumalaban:

  • 23.8 kΩ
  • 43 kΩ

• Mga Capacitor:

  • 22 nF
  • 47 nF

Hakbang 2: Bumuo ng Instrumentation Amplifier

Ang mga signal ng biological ay madalas na output voltages lamang sa pagitan ng 0.2 at 2 mV [2]. Ang mga voltages na ito ay masyadong maliit upang masuri sa oscilloscope kaya kailangan namin upang bumuo ng isang amplifier.

Matapos maitayo ang iyong circuit, subukan upang matiyak na gumagana ito nang tama sa pamamagitan ng pagsukat ng boltahe sa Vout (ipinakita bilang node 2 sa imahe sa itaas). Ginamit namin ang generator ng pagpapaandar upang magpadala ng isang sine wave na may isang input amplitude boltahe na 20 mV sa aming instrumentation amplifier. Anumang masyadong malayo sa itaas ay hindi bibigyan ka ng mga resulta na iyong hinahanap dahil ang mga op amp ay nakakakuha lamang ng isang tiyak na halaga ng lakas na -15 at +15 V. Paghambingin ang output ng function generator sa output ng iyong instrumentation amplifier at tumingin para sa isang nakuha ng malapit sa 1000 V. (Ang Vout / Vin ay dapat na malapit sa 1000).

Tip para sa pag-troubleshoot: Siguraduhin na ang lahat ng mga resistor ay nasa saklaw ng kΩ.

[2] "High Performance Electrocardiogram (ECG) Signal Conditioning | Edukasyon | Mga Analog Device. " [Online]. Magagamit: https://www.analog.com/en/edukasyon/edukasyon-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Na-access: 10-Dis-2017].]

Hakbang 3: Bumuo ng Filter ng Notch

Ang aming filter ng bingaw ay idinisenyo upang salain ang dalas sa 60 Hz. Nais naming i-filter ang 60 Hz mula sa aming signal dahil iyon ang dalas ng alternating kasalukuyang matatagpuan sa mga outlet ng kuryente.

Kapag sinusubukan ang filter ng bingaw, sukatin ang rurok ng rurok sa tuktok sa pagitan ng mga input at output na graph. Sa 60 Hz, dapat mayroong isang ratio ng -20 dB o mas mahusay. Ito ay dahil sa -20 dB, ang output boltahe ay mahalagang 0V, nangangahulugang matagumpay mong na-filter ang signal sa 60 Hz! Ang mga frequency ng pagsubok sa paligid ng 60 Hz din upang matiyak na walang iba pang mga frequency ay nai-filter nang hindi sinasadya.

Tip para sa pag-troubleshoot: Kung hindi ka makakakuha ng eksaktong -20dB sa 60 Hz, pumili ng isang risistor at baguhin ito nang bahagya hanggang makuha mo ang nais na mga resulta. Kailangan naming maglaro sa halagang R2 hanggang sa makuha namin ang mga nais naming resulta.

Hakbang 4: Bumuo ng Mababang Pass Filter

Ang aming low pass filter ay dinisenyo gamit ang isang cutoff frequency na 150 Hz. Pinili namin ang cutoff na ito dahil ang pinakamalawak na saklaw ng diagnostic para sa isang ECG ay 0.05 Hz - 150 Hz, sa pag-aakalang isang walang galaw at mababang kapaligiran sa ingay [3]. Ang low pass filter ay nagawang alisin ang ingay ng mataas na dalas na nagmumula sa mga kalamnan o iba pang mga bahagi ng katawan [4].

Upang masubukan ang circuit na ito upang matiyak na gumagana ito nang tama, sukatin ang Vout (ipinapakita bilang node 1 sa circuit diagram). Sa 150 Hz, ang amplitude ng output signal ay dapat na 0.7 beses ang amplitude ng input signal. Gumamit kami ng isang input signal ng 1V upang madaling makita na ang aming output ay dapat na 0.7 sa 150 Hz.

Mga tip para sa pag-troubleshoot: hangga't ang dalas ng iyong cutoff ay nasa loob ng ilang Hz ng 150 Hz dapat gumana pa rin ang iyong circuit. Ang aming cutoff ay nagtapos sa pagiging 153 Hz. Ang saklaw para sa mga biological signal ay magbabagu-bago ng kaunti sa katawan hangga't hindi ka lumalayo sa higit sa ilang Hz, dapat pa ring gumana ang iyong circuit.

[3] “Mga Filter ng ECG | MEDTEQ. " [Online]. Magagamit: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Na-access: 10-Dis-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson, at S. J. Asirvatham, "Mga Signal at Pagproseso ng Signal para sa Electrophysiologist: Bahagi I: Pagkuha ng Electrogram," Circ. Arrhythmia Electrophysiol., Vol. 4, hindi. 6, pp. 965–973, Dis. 2011.

Hakbang 5: Lumikha ng LabView Program

[5] "BME 305 Design Lab Project" (Taglagas 2017).

Ang diagram ng labview block na ito ay idinisenyo upang pag-aralan ang signal na dumaan sa programa, makita ang mga pagtaas ng ECG, kolektahin ang pagkakaiba sa oras sa pagitan ng mga tuktok, at matematika na kalkulahin ang BPM. Naglabas din ito ng isang graph ng ECG waveform.

Hakbang 6: Ikonekta ang Lahat ng Tatlong Yugto

Ikonekta ang lahat ng tatlong mga circuit sa serye sa pamamagitan ng pagkonekta sa output ng instrumentation amplifier sa input ng notch filter at ang output ng notch filter sa input ng low pass filter. Ikonekta ang output ng low pass filter sa DAQ assistant at ikonekta ang DAQ assistant sa computer. Kapag magkakabit ang mga circuit, tiyaking nakakonekta ang mga power strips para sa bawat breadboard at ang ground strips ay konektado sa parehong ground terminal.

Sa amplifier ng instrumentation, ang pangalawang op-amp ay kailangang ma-unground upang ang dalawang lead ng electrode na konektado sa paksa ng pagsubok ay maaaring kumonekta sa isang iba't ibang op amp sa unang yugto ng filter na iyon.

Hakbang 7: Kumuha ng Mga Sinyales Mula sa Paksa ng Pagsubok ng Tao

Ang isang electrode sticker ay dapat ilagay sa bawat pulso, at ang isa ay dapat ilagay sa bukung-bukong para sa lupa. Gumamit ng mga clip ng buaya upang ikonekta ang dalawang pulso na electrode sa mga input ng instrumentation amplifier at ang bukung-bukong sa lupa. Kapag handa na, i-click ang "patakbuhin" sa programa ng LabView at makita ang rate ng iyong puso at ECG sa screen!