Simpleng Pag-record ng ECG Circuit at LabVIEW Heart Rate Monitor: 5 Mga Hakbang

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

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

Ang isa sa pinakamahalagang aspeto ng modernong pangangalaga ng kalusugan, ay ang kakayahang makuha ang isang alon ng puso gamit ang isang ECG, o isang electrocardiogram. Ang mga diskarteng ito ay gumagamit ng mga electrode sa ibabaw upang masukat ang iba't ibang mga de-koryenteng pattern na inilalabas mula sa puso, upang ang output ay maaaring magamit bilang isang diagnostic tool upang masuri ang mga kondisyon sa puso at baga tulad ng iba't ibang anyo ng tachycardia, branch block, at hypertrophy. Upang masuri ang mga kondisyong ito, ang output waveform ay inihambing sa isang normal na signal ng ECG.

Upang makalikha ng isang system na maaaring makuha ang ECG waveform, ang signal ay dapat munang palakasin, at pagkatapos ay naaangkop na nasala upang matanggal ang ingay. Upang magawa ito, maaaring maitayo ang isang tatlong yugto ng circuit gamit ang mga OP amp.

Ang Instructable na ito ay magbibigay ng impormasyong kinakailangan upang mag-disenyo at pagkatapos ay bumuo ng isang simpleng circuit na may kakayahang magrekord ng isang senyas ng ECG gamit ang mga electrode sa ibabaw, at pagkatapos ay i-filter ang signal na iyon para sa karagdagang pagproseso at pagtatasa. Bilang karagdagan, ang Instructable na ito ay magbabalangkas ng isang pamamaraan na ginamit upang pag-aralan ang signal na iyon upang lumikha ng isang graphic na representasyon ng output ng circuit, pati na rin isang pamamaraan para sa pagkalkula ng rate ng puso mula sa output ng circuit circuit ng ECG.

Tandaan: kapag ang pagdidisenyo ng bawat yugto, siguraduhing magsagawa ng AC sweep parehong eksperimento, at sa pamamagitan ng mga simulation upang matiyak ang nais na pag-uugali ng circuit.

Hakbang 1: Disenyo at Bumuo ng Instrumentation Amplifier

Ang unang yugto sa ECG circuit na ito ay isang amplifier ng instrumentation, na binubuo ng tatlong OP amp. Ang unang dalawang OP amp ay buffered input, na kung saan ay pagkatapos ay pinakain sa isang ikatlong OP amp na gumana bilang isang kaugalian amplifier. Ang mga signal mula sa katawan ay dapat na buffered o kung hindi ang output ay mabawasan dahil ang katawan ay hindi maaaring magbigay ng maraming kasalukuyang. Ang pagkakaiba amp ay kumukuha ng pagkakaiba sa pagitan ng dalawang mapagkukunan ng pag-input upang magbigay ng isang nasusukat na potensyal na pagkakaiba, habang sabay na kinakansela ang karaniwang ingay. Ang yugtong ito ay mayroon ding pakinabang na 1000, na nagpapalaki ng tipikal na mV sa isang mas madaling mabasa na boltahe.

Ang circuit gain ng 1000 para sa instrumentation amplifier ay kinakalkula ng ipinakita ang mga equation. Ang nakuha na yugto ng 1 ng amplifier ng instrumento ay kinakalkula ng (2), at ang yugto na 2 na nakuha ng amplifier ng instrumento ay kinakalkula ng (3). Ang K1 at K2 ay kinakalkula upang hindi sila magkakaiba sa bawat isa ng higit sa isang halagang 15.

Para sa isang nakuha na 1000, ang K1 ay maaaring itakda sa 40 at ang K2 ay maaaring itakda sa 25. Ang mga halaga ng risistor ay maaaring kalkulahin lahat, ngunit ang partikular na amplifier ng instrumento na ito ay ginamit ang mga halaga ng risistor sa ibaba:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

Hakbang 2: Disenyo at Bumuo ng Notch Filter

Ang susunod na yugto ay isang filter ng bingaw upang alisin ang signal na 60 Hz na nagmula sa outlet ng kuryente.

Sa filter ng bingaw, ang halaga ng risistor ng R1 ay kinakalkula ng (4), ang halaga ng R2 ng (5), at ang halaga ng R3 ng (6). Ang kadahilanan ng kalidad ng circuit, Q, ay nakatakda sa 8 sapagkat nagbibigay ito ng isang makatuwirang margin ng error habang realistiko tumpak. Ang halaga ng Q ay maaaring kalkulahin ng (7). Ang huling equation na namamahala ng notch filter ay ginagamit para sa pagkalkula ng bandwidth, at inilarawan ng (8). Bilang karagdagan sa kalidad na kadahilanan ng 8, ang notch filter ay may iba pang mga pagtutukoy ng disenyo na naroroon. Ang filter na ito ay idinisenyo upang magkaroon ng isang nakuha na 1 upang hindi nito mabago ang signal, habang inaalis nito ang 60 Hz signal.

Ayon sa mga equation na iyon, R1 = 11.0524 kΩ, R2 = 2.829 MΩ, R3 = 11.009 kΩ, at C1 = 15 nF

Hakbang 3: Disenyo at Bumuo ng 2nd Order na Butterworth Low-Pass Filter

Ang pangwakas na yugto, ay isang low-pass filter upang alisin ang lahat ng mga signal na maaaring mangyari sa itaas ng pinakamataas na bahagi ng dalas ng isang alon ng ECG, tulad ng ingay ng WiFi, at iba pang mga signal ng paligid na maaaring makaabala mula sa signal ng interes. Ang point na -3dB para sa yugtong ito ay dapat na nasa paligid o malapit sa 150 Hz, dahil ang karaniwang saklaw ng mga signal na naroroon sa isang saklaw ng alon ng ECG mula sa 0.05 Hz hanggang 150 Hz.

Kapag ang pagdidisenyo ng low-pass na pangalawang order na filter ng Butterworth, ang circuit ay itinakda muli upang magkaroon ng isang nakuha na 1, na pinapayagan para sa isang mas simpleng disenyo ng circuit. Bago isagawa ang anumang karagdagang mga kalkulasyon, mahalagang tandaan na ang nais na dalas ng cutoff ng low pass filter ay nakatakda sa 150 Hz. Ito ay pinakamadaling magsimula sa pamamagitan ng pagkalkula ng halaga ng capacitor 2, C2, dahil ang iba pang mga equation ay nakasalalay sa halagang ito. Ang C2 ay maaaring kalkulahin ng (9). Ang pagpapatuloy mula sa pagkalkula ng C2, ang C1 ay maaaring kalkulahin ng (10). Sa kaso ng mababang pass filter na ito, ang mga coefficients a at b ay tinukoy kung saan ang isang = 1.414214, at b = 1. Ang halaga ng risistor ng R1 ay kinakalkula ng (11), at ang halaga ng risistor ng R2 ay kinakalkula ng (12).

Ang mga sumusunod na halaga ay ginamit:

R1 = 13.842kΩ

R2 = 54.36kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

Hakbang 4: I-set up ang Program na LabVIEW na Ginamit para sa Pagkuha ng Data at Pagsusuri

Susunod, ang program ng computer na LabView ay maaaring magamit upang lumikha ng isang gawain na lilikha ng isang graphic na representasyon ng isang tibok ng puso mula sa isang senyas ng ECG, at kalkulahin ang rate ng puso mula sa parehong signal. Natutupad ito ng programa ng LabView sa pamamagitan ng unang pagtanggap ng isang analog input mula sa isang DAQ board, na gumaganap din bilang isang analog sa digital converter. Ang digital signal na ito ay pagkatapos ay parehong sinuri at naka-plot, kung saan ipinapakita ng balangkas ang graphic na representasyon ng signal na nai-input sa DAQ board. Ang signal waveform ay pinag-aralan sa pamamagitan ng pagkuha ng 80% ng mga max na halaga ng digital signal na tinatanggap, at pagkatapos ay gumagamit ng isang function na rurok ng detector upang makita ang mga tuktok ng signal na ito. Sabay-sabay, kinukuha ng programa ang form ng alon at kinakalkula ang pagkakaiba ng oras sa pagitan ng mga tuktok ng waveform. Ang tuktok na pagtuklas ay isinama sa mga kasamang halaga ng alinman sa 1 o 0, kung saan ang 1 ay kumakatawan sa isang rurok upang lumikha ng isang index ng lokasyon ng mga tuktok, at ang indeks na ito ay pagkatapos ay ginamit sa pagkakaugnay na may pagkakaiba-iba ng oras sa pagitan ng mga tuktok upang matematikal na kalkulahin ang rate ng puso sa beats per minute (BPM). Ang block diagram na ginamit sa programa ng LabView ay ipinapakita.

Hakbang 5: Buong Assembly

Kapag naayos mo na ang lahat ng iyong mga circuit at programa ng LabVIEW at natiyak na ang lahat ay gumagana nang maayos, handa ka nang magtala ng isang senyas ng ECG. Ang larawan ay isang posibleng iskema ng buong pagpupulong ng system ng circuit.

Ikonekta ang positibong elektrod sa iyong kanang pulso at isa sa mga bilugan na input ng amplifier ng instrumentation, at ang negatibong elektrod sa iyong kaliwang pulso at ang iba pang input ng instrumentation amplifier tulad ng nakalarawan. Ang pagkakasunud-sunod ng pag-input ng elektrod ay hindi mahalaga. Panghuli, maglagay ng ground electrode sa iyong bukung-bukong, at kumonekta sa lupa sa iyong circuit. Binabati kita, nakumpleto mo ang lahat ng mga hakbang na kinakailangan upang maitala at mag-sign ng ECG.