Paano Bumuo ng isang ECG at Heart Rate Digital Monitor: 6 na Hakbang

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

Sinusukat ng isang electrocardiogram (ECG) ang aktibidad ng kuryente ng tibok ng puso upang maipakita kung gaano kabilis ang pintig ng puso pati na rin ang ritmo nito. Mayroong isang salpok ng kuryente, na kilala rin bilang isang alon, na naglalakbay sa puso upang mapalabas ng dugo ang kalamnan ng puso sa bawat kabog. Ang kanan at kaliwang atria ay lumikha ng unang P alon, at ang kanan at kaliwang ibabang ventricle ay gumagawa ng QRS complex. Ang pangwakas na alon ng T ay mula sa pagbawi ng elektrisidad patungo sa isang estado ng pahinga. Gumagamit ang mga doktor ng mga senyas ng ECG upang masuri ang mga kondisyon sa puso, kaya mahalaga na makakuha ng mga malinaw na imahe.

Ang layunin ng pagtuturo na ito ay upang makakuha at mag-filter ng isang signal ng electrocardiogram (ECG) sa pamamagitan ng pagsasama ng isang instrumentation amplifier, notch filter, at low-pass filter sa isang circuit. Pagkatapos ang mga signal ay dumaan sa isang A / D converter sa LabView upang makagawa ng isang real-time na grap at tibok ng puso sa BPM.

"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."

Hakbang 1: Magdisenyo ng isang Instrumentation Amplifier

Upang bumuo ng isang amplifier ng instrumentation, kailangan namin ng 3 op amps at 4 na magkakaibang resistors. Ang isang amplifier ng instrumentation ay nagdaragdag ng nakuha ng output wave. Para sa disenyo na ito, naglalayon kami para sa isang makakuha ng 1000V upang makakuha ng isang mahusay na signal. Gamitin ang mga sumusunod na equation upang makalkula ang naaangkop na resistors kung saan ang K1 at K2 ang nakuha.

Yugto 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)

Yugto 2: K2 = - (R4 / R3)

Para sa disenyo na ito, R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω ang ginamit.

Hakbang 2: Magdisenyo ng isang Filter ng Notch

Pangalawa, dapat kaming bumuo ng isang filter ng bingaw gamit ang isang op amp, resistors, at capacitor. Ang layunin ng sangkap na ito ay upang i-filter ang ingay sa 60 Hz. Nais naming i-filter nang eksakto sa 60 Hz, kaya't ang lahat sa ibaba at sa itaas ng dalas na ito ay lilipas, ngunit ang amplitude ng waveform ay magiging pinakamababa sa 60 Hz. Upang matukoy ang mga parameter ng filter, gumamit kami ng isang nakuha ng 1 at isang kalidad na kadahilanan ng 8. Gamitin ang mga equation sa ibaba upang makalkula ang naaangkop na mga halaga ng risistor. Ang Q ay ang factor factor, w = 2 * pi * f, f ang center frequency (Hz), B ang bandwidth (rad / sec), at ang wc1 at wc2 ang mga cutoff frequency (rad / sec).

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (wC)

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

Q = w / B

B = wc2 - wc1

Hakbang 3: Magdisenyo ng isang Filter na Mababang-pass

Ang layunin ng sangkap na ito ay upang salain ang mga frequency sa itaas ng isang tiyak na dalas ng cutoff (wc), mahalagang hindi pinapayagan silang dumaan. Napagpasyahan naming mag-filter sa dalas ng 250 Hz upang maiwasan ang pagputol ng masyadong malapit sa average na dalas na ginamit upang masukat ang isang senyas ng ECG (150 Hz). Upang makalkula ang mga halagang gagamitin namin para sa sangkap na ito, gagamitin namin ang mga sumusunod na equation:

C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10 / dalas ng cutoff (Hz)

R1 = 2 / (wc (a * C2 + (a ^ 2 + 4b (k-1) C2 ^ 2 - 4b * C1 * C2) ^ (1/2))

R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * wc ^ 2)

Itatakda namin ang nakuha bilang 1, kaya ang R3 ay nagiging isang bukas na circuit (walang risistor) at ang R4 ay nagiging isang maikling circuit (isang kawad lamang).

Hakbang 4: Subukan ang Circuit

Isinasagawa ang isang AC sweep para sa bawat bahagi upang matukoy ang bisa ng filter. Sinusukat ng pag-aalis ng AC ang lakas ng bahagi sa iba't ibang mga frequency. Inaasahan mong makakakita ng iba't ibang mga hugis depende sa bahagi. Ang kahalagahan ng AC sweep ay upang matiyak na ang circuit ay gumagana nang maayos sa sandaling binuo. Upang maisagawa ang pagsubok na ito sa lab, i-record lamang ang Vout / Vin sa isang saklaw ng mga frequency. Para sa amplifier ng kagamitan na sinubukan namin mula 50 hanggang 1000 Hz upang makakuha ng isang malawak na saklaw. Para sa filter ng bingaw, sinubukan namin mula 10 hanggang 90 Hz upang makakuha ng isang magandang ideya kung paano ang reaksyon ng bahagi sa paligid ng 60 Hz. Para sa low pass filter, sinubukan namin mula 50 hanggang 500 Hz upang maunawaan kung ano ang reaksyon ng circuit kapag nilalayon nito na dumaan at kung kailan ito nilalayon na huminto.

Hakbang 5: ECG Circuit sa LabView

Susunod, nais mong lumikha ng isang bloke diagram sa LabView na nagsisimula ng isang senyas ng ECG sa pamamagitan ng isang A / D converter at pagkatapos ay pinaglaruan ang signal sa computer. Nagsimula kami sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga parameter ng aming signal ng board ng DAQ sa pamamagitan ng pagtukoy kung anong average na rate ng puso ang inaasahan namin; pumili kami ng 60 beats per minute. Pagkatapos ay gumagamit ng dalas ng 1kHz, natukoy namin na kailangan namin upang maipakita ang humigit-kumulang na 3 segundo upang makakuha ng 2-3 mga pagtaas ng ECG sa balangkas ng alon. Nagpakita kami ng 4 na segundo upang matiyak na nakakakuha kami ng sapat na mga pagtaas ng ECG. Basahin ng diagram ng block ang papasok na signal at gagamit ng tuktok na pagtuklas upang matukoy kung gaano kadalas nangyayari ang isang buong pintig ng puso.

Hakbang 6: ECG at Rate ng Puso

Gamit ang code mula sa block diagram, lilitaw ang ECG sa kahon ng alon, at ang mga beats bawat minuto ay ipapakita sa tabi nito. Mayroon ka na ngayong gumaganang monitor ng rate ng puso! Upang higit na hamunin ang iyong sarili, subukang gamitin ang iyong circuit at electrodes upang maipakita ang iyong real-time na rate ng puso!