ECG at Heart Rate Monitor: 7 Mga Hakbang (na may Mga Larawan)

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

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.

Ang isa sa pinakamahalagang tool sa diagnostic na ginamit para sa pagtuklas ng mga kundisyong ito ay ang electrocardiogram (ECG). Gumagana ang isang electrocardiogram sa pamamagitan ng pagsubaybay ng elektrikal na salpok sa pamamagitan ng iyong puso at ilipat ito pabalik sa makina [1]. Ang signal ay kinuha mula sa mga electrode na nakalagay sa katawan. Ang paglalagay ng mga electrodes ay mahalaga sa pagkuha ng mga signal ng physiological dahil gumagana ang mga ito sa pamamagitan ng pagtatala ng pagkakaiba ng potensyal sa buong katawan. Ang karaniwang paglalagay ng mga electrode ay ang paggamit ng Einthoven Triangle. Dito inilalagay ang isang elektrod sa kanang braso, kaliwang braso at kaliwang binti. Ang kaliwang binti ay kumikilos bilang isang lupa para sa mga electrode at kinukuha nito ang ingay ng dalas sa katawan. Ang kanang braso ay may negatibong elektrod at ang kaliwa ay may positibong elektrod upang makalkula ang potensyal na pagkakaiba sa kabila ng dibdib at samakatuwid ay kunin ang elektrikal na enerhiya mula sa puso [2]. Ang layunin ng proyektong ito ay upang lumikha ng isang aparato na maaaring matagumpay na makakuha isang senyas ng ECG at malinaw na magparami ng signal nang walang ingay at may pagdaragdag ng pagsukat ng rate ng puso.

Hakbang 1: Mga Materyales at Tool

• Iba't ibang mga resistors at capacitor
• Breadboard
• Pag-andar ng generator
• Oscilloscope
• DC power supply
• Op-amps
• Computer na may naka-install na LABView
• Mga kable ng BNC
• Katulong ng DAQ

Hakbang 2: Bumuo ng Instrumentation Amplifier

Upang sapat na mapalakas ang senyas ng bioelectric, ang pangkalahatang pakinabang ng dalawang yugto ng instrumento amplifier ay dapat na 1000. Ang bawat yugto ay pinarami upang makuha ang pangkalahatang pakinabang at ang mga equation na ginamit upang makalkula ang mga indibidwal na yugto ay ipinapakita sa ibaba.

Stage 1 Gain: K1 = 1 + 2 * R2 / R1 Stage 2 Gain: K2 = -R4 / R3

Gamit ang mga equation sa itaas, ang mga halaga ng resistor na ginamit namin ay R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ, at R4 = 33kΩ. Upang matiyak na ang mga halagang ito ay magbibigay ng nais na output, maaari mo itong gayahin sa online o maaari mo itong subukan gamit ang isang oscilloscope pagkatapos mabuo ang pisikal na amplifier.

Matapos ikonekta ang mga napiling resistors at ang mga op-amp sa breadboard, kakailanganin mong i-power ang mga op-amp na ± 15V mula sa isang supply ng kuryente sa DC. Susunod, ikonekta ang generator ng pagpapaandar sa pag-input ng amplifier ng instrumento at ang oscilloscope sa output.

Ipinapakita ng larawan sa itaas na ang nakumpletong instrumentation amplifier ay magiging hitsura sa breadboard. Upang suriin na gumagana ito nang maayos, itakda ang function generator upang makagawa ng isang sine wave sa 1kHz na may tuktok sa rurok na amplitude na 20 mV. Ang output mula sa amplifier sa oscilloscope ay dapat magkaroon ng isang rurok sa rurok na amplitude ng 20 V, dahil mayroong isang pakinabang na 1000, kung gumagana ito nang maayos.

Hakbang 3: Bumuo ng Filter ng Notch

Dahil sa ingay ng linya ng kuryente, kinakailangan ng isang filter upang ma-filter ang ingay sa 60Hz na kung saan ay ang ingay ng linya ng kuryente sa Estados Unidos. Ginamit ang isang filter ng bingaw mula nang nag-filter ito ng isang tukoy na dalas. Ang mga sumusunod na equation ay ginamit upang makalkula ang mga halaga ng risistor. Ang isang husay na kadahilanan (Q) ng 8 ay gumana nang maayos at ang mga halaga ng capacitor na 0.1uF ay pinili para sa kadalian ng konstruksyon. Ang dalas sa mga equation (inilalarawan bilang w) ay ang notch frequency 60Hz na pinarami ng 2π.

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (wC)

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

Gamit ang mga equation sa itaas, ang mga halaga ng resistor na ginamit namin ay R1 = 1.5kΩ, R2 = 470kΩ at R3 = 1.5kΩ. Upang matiyak na ang mga halagang ito ay magbibigay ng nais na output, maaari mo itong gayahin sa online o maaari mo itong subukan gamit ang isang oscilloscope pagkatapos mabuo ang pisikal na amplifier.

Ipinapakita ng imahe sa itaas kung ano ang magiging hitsura ng nakumpletong filter ng notch sa breadboard. Ang pag-setup para sa mga op-amp ay kapareho ng instrumentation amplifier at ang function generator ay dapat na ngayong itakda upang makabuo ng isang sine wave sa 1kHz na may tuktok sa rurok na amplitude ng 1V. Kung nagsasagawa ka ng isang AC Sweep dapat mong ma-verify na ang mga frequency sa paligid ng 60Hz ay nasala.

Hakbang 4: Bumuo ng isang Mababang Pass Filter

Upang ma-filter ang ingay ng mataas na dalas na hindi nauugnay sa ECG ang isang low-pass filter ay nilikha na may isang cutoff frequency na 150 Hz.

R1 = 2 / (w [aC2 + sqrt (a2 + 4b (K-1)) C2 ^ 2-4b * C1 * C2)

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

R3 = K (R1 + R2) / (K-1)

C1 <= C2 [a ^ 2 + 4b (K-1)] / 4b

R4 = K (R1 + R2)

Gamit ang mga equation sa itaas, ang mga halaga ng resistor na ginamit namin ay R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0.01 µF, at C2 = 0.068 µF. Ang mga halaga para sa R3 at R4 ay natapos na maging zero dahil nais namin ang pakinabang, K, ng filter na maging zero, samakatuwid gumamit kami ng mga wire sa halip na resistors dito sa pisikal na set-up. Upang matiyak na ang mga halagang ito ay magbibigay ng nais na output, maaari mo itong gayahin sa online o maaari mo itong subukan gamit ang isang oscilloscope pagkatapos mabuo ang pisikal na amplifier.

Upang maitayo ang pisikal na filter, ikonekta ang mga napiling resistors at capacitor sa op-amp tulad ng ipinakita sa eskematiko. Lakasin ang op-amp at ikonekta ang function generator at oscilloscope sa parehong paraan tulad ng inilarawan sa mga nakaraang hakbang. Itakda ang function generator upang makagawa ng isang sine wave sa 150Hz at may isang peak-to-peak amplitude na mga 1 V. Dahil 150Hz dapat ang dalas ng cutoff, kung gumagana nang maayos ang filter, ang magnitude ay dapat na 3dB sa dalas na ito. Sasabihin nito sa iyo kung ang filter ay na-set up nang tama.

Hakbang 5: Ikonekta Sama-sama ang Lahat ng Mga Bahagi

Matapos buuin ang bawat bahagi at subukin ang mga ito nang magkahiwalay, lahat sila ay maaaring konektado sa serye. Ikonekta ang function generator sa pag-input ng amplifier ng instrumentation, pagkatapos ay ikonekta ang output ng iyon sa input ng notch filter. Gawin ito muli sa pamamagitan ng pagkonekta sa output ng notch filter sa input ng low-pass filter. Ang output ng low-pass filter ay dapat na kumonekta sa oscilloscope.

Hakbang 6: I-setup ang LabVIEW

Ang ECG heart beat waveform pagkatapos ay nakuha gamit ang isang katulong ng DAQ at LabView. Ang isang katulong ng DAQ ay nakakakuha ng mga analog signal at tumutukoy sa mga parameter ng pag-sample. Ikonekta ang katulong ng DAQ sa generator ng pagpapaandar na naglalabas ng isang signal ng arb para puso at sa computer na may LabView. I-setup ang LabView ayon sa eskematiko na ipinakita sa itaas. Dadalhin ng katulong na DAQ ang alon ng puso mula sa generator ng pagpapaandar. Idagdag ang grapform graph sa iyong pag-setup ng LabView pati na rin upang matingnan ang graph. Gumamit ng mga numerong operator upang magtakda ng isang threshold para sa maximum na halaga. Sa eskematiko na ipinakita 80% ang ginamit. Dapat ding gamitin ang pagsusuri ng rurok upang makahanap ng mga lokasyon ng rurok at maiugnay ang mga ito sa pagbabago ng oras. I-multiply ang dalas ng rurok ng 60 upang makalkula ang mga beats bawat minuto at ang numerong ito ay na-output sa tabi ng grap.

Hakbang 7: Maaari Ka Ngayon Mag-record ng isang ECG

[1] "Electrocardiogram - Texas Heart Institute Heart Information Center." [Online]. Magagamit: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Na-access: 09-Dis-2017].

[2] "Ang ECG Leads, Polarity at Einthoven's Triangle - The Student Physiologist." [Online]. Magagamit: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Na-access: 10-Dis-2017].