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

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

Ang isang electrocardiogram, o ECG, ay isang napakatandang pamamaraan ng pagsukat at pagsusuri ng kalusugan sa puso. Ang senyas na nabasa mula sa isang ECG ay maaaring magpahiwatig ng isang malusog na puso o isang saklaw ng mga problema. Ang isang maaasahan at tumpak na disenyo ay mahalaga sapagkat kung ang senyas ng ECG ay nagpapakita ng isang deform na porma ng alon o hindi tamang tibok ng puso, ang isang tao ay maaaring maling kilalanin. Ang layunin ay upang mag-disenyo ng isang ECG circuit na maaaring makakuha, palakihin at salain ang signal ng ECG. Pagkatapos, i-convert ang signal na iyon sa pamamagitan ng isang A / D converter sa Labview upang makagawa ng isang real-time na grap at tibok ng puso sa BPM ng ECG signal. Ang output waveform ay dapat magmukhang imaheng ito.

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: Pagdidisenyo ng Circuit

Ang circuit ay kailangang may kakayahang makakuha at nagpapalakas ng isang senyas ng ECG. Upang magawa iyon, pagsamahin namin ang tatlong mga aktibong filter; isang Instrumentation Amplifier, isang Pangalawang Order na Butterworth Low-Pass filter at isang Notch Filter. Ang disenyo ng mga circuit na ito ay makikita sa mga imahe. Pupunta kami kahit na ang mga ito nang paisa-isa, pagkatapos ay pagsamahin sila upang makumpleto ang buong circuit.

Hakbang 2: Instrumentation Amplifier

Ang pagkakaroon ng instrumentation amplifier ay kailangang 1000 V / V upang makakuha ng magandang signal. Ang paglaki sa pamamagitan ng amplifier ng instrumento ay nangyayari sa dalawang yugto. Ang unang yugto ay binubuo ng dalawang op amp sa kaliwa at risistor R1 at R2 at ang pangalawang yugto ng amplification ay binubuo ng op amp sa kanan at resistors R3 at R4. Ang nakuha (amplification) para sa yugto 1 at yugto 2 ay ibinibigay sa equation (1) at (2).

Stain 1 Gain: K1 = 1 + (2R2 / R1) (1)

Stage 2 Gain: K2 = R4 / R3 (2)

Ang isang mahalagang tala tungkol sa makakuha sa mga circuit ay na multiplikat; hal. ang nakuha ng pangkalahatang circuit sa Larawan 2 ay K1 * K2. Ang mga equation na ito ay gumagawa ng mga halagang ipinakita sa eskematiko. Ang mga materyales na kinakailangan para sa filter na ito ay tatlong LM741 op amps, tatlong 1k ohm resistors, dalawang 24.7 kohm resistors at dalawang 20 kohm resistors.

Hakbang 3: Filter ng Notch

Ang susunod na yugto ay isang Notch Filter upang maputol ang ingay sa 60 Hz. Ang dalas na ito ay kailangang i-cut dahil maraming labis na ingay sa 60 Hz dahil sa pagkagambala ng linya ng kuryente, ngunit hindi ito maglalabas ng anumang makabuluhang mula sa signal ng ECG. Ang mga halaga para sa mga sangkap na ginamit sa circuit ay batay sa dalas na nais mong mai-filter, sa kasong ito 60 Hz (377 rad / s). Ang mga equation ng sangkap ay ang mga sumusunod

R1 = 1 / (6032 * C)

R2 = 16 / (377 * C)

R3 = (R1R2) / (R1 + R2)

Ang mga materyales na kinakailangan para dito ay isang LM741 op amp, tatlong resistors na may halagang 1658 ohm, 424.4 kohm at 1651 ohms at 3 capacitors, dalawa sa 100 nF at isa sa 200 nF.

Hakbang 4: Mababang Pass Filter

Ang pangwakas na yugto ay isang Pangalawang Order Butterworth Mababang-pass na filter na may dalas ng cutoff na 250 Hz. Ito ang dalas ng cutoff dahil ang isang senyas ng ECG ay saklaw lamang sa isang max na 250 Hz. Ang mga equation para sa mga halaga ng mga bahagi sa filter ay tinukoy sa mga sumusunod na equation:

R1 = 2 / (1571 (1.4C2 + pag-uuri (1.4 ^ 2 * C2 ^ 2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571 * C1 * C2 * R1)

C1 <(C2 * 1.4 ^ 2) / 4

Ang mga materyales na kinakailangan para sa filter na ito ay isang LM741 op amp, dalawang resistors ng 15.3 kohm at 25.6 kohm, at dalawang capacitor ng 47 nF at 22 nF.

Kapag ang lahat ng tatlong mga yugto ay dinisenyo at binuo, ang panghuling circuit ay dapat magmukhang larawan.

Hakbang 5: Pagsubok sa Circuit

Matapos maitayo ang circuit, kailangan itong masubukan upang matiyak na gumagana ito nang maayos. Ang isang AC sweep ay kailangang patakbuhin sa bawat filter gamit ang isang signal ng pag-input ng puso sa 1 Hz mula sa isang generator ng boltahe. Ang tugon ng lakas sa dB ay dapat magmukhang mga imahe. Kung ang mga resulta mula sa AC sweep ay tama, ang circuit ay tapos na at handa nang gamitin. Kung ang mga sagot ay hindi tama, ang circuit ay kailangang i-debug. Magsimula sa pamamagitan ng pagsuri sa lahat ng mga koneksyon at mga pag-input ng kuryente upang matiyak na ang lahat ay may isang mahusay na koneksyon. Kung hindi nito malulutas ang problema, gamitin ang mga equation para sa mga bahagi ng mga filter upang ayusin ang mga halaga ng mga resistensya at capacitor kung kinakailangan hanggang sa ang output ay kung saan dapat.

Hakbang 6: Pagbuo ng isang VUI sa Labview

Ang Labview ay isang software ng pagkuha ng digital na data na hinahayaan ang isang gumagamit na magdisenyo ng isang VUI, o virtual na interface ng gumagamit. Ang isang DAQ board ay isang A / D converter na maaaring mag-convert at maipadala ang signal ng ECG sa Labview. Gamit ang software na ito, ang senyas ng ECG ay maaaring magplano sa isang amplitude kumpara sa time graph upang malinaw na basahin ang signal at pagkatapos ay i-convert ang signal sa isang tibok ng puso sa BPM. Ang unang bagay na kinakailangan para dito ay isang DAQ board na kumukuha ng data at iko-convert ito sa isang digital signal upang ipadala sa Labview sa computer. Ang unang bagay na kailangang idagdag sa disenyo ng Labview ay ang DAQ Assistant, na nakakakuha ng signal mula sa board ng DAQ at tinutukoy ang mga parameter ng pag-sample. Ang susunod na hakbang ay pagkonekta ng isang graph ng alon sa output ng DAQ na katulong sa disenyo ng VUI na naglalagay ng senyas ng ECG na nagpapakita ng ECG waveform. Ngayon na nakumpleto ang graph ng waveform, kailangan ding i-convert ang data upang makagawa ng isang bilang na output ng rate ng puso. Ang unang hakbang sa pagkalkula na ito ay ang paghahanap ng maximum ng data ng ECG sa pamamagitan ng pagkonekta ng max / min na elemento sa output ng data ng DAQ sa VUI, at pagkatapos ay i-output ito sa isa pang elemento na tinatawag na ruktok na pagtuklas at sa isang elemento na mahahanap ang pagbabago sa oras na tinatawag na dt. Ang elemento ng rurok na pagtuklas ay kailangan din ng isang threshold mula sa max / min na kinakalkula sa pamamagitan ng pagkuha ng maximum mula sa max min na elemento at i-multiply ito ng.8, upang makahanap ng 80% ng maximum na halaga, pagkatapos ay nai-input sa pinakamataas na elemento ng tuklas. Pinapayagan ng threshold na ito ang elemento ng tuktok na tuklas upang mahanap ang maximum ng R alon at ang lokasyon na naganap ang max habang hindi pinapansin ang iba pang mga tuktok ng signal. Ang mga lokasyon ng mga tuktok ay ipinadala sa isang elemento ng index array na idinagdag sa susunod sa VUI. Ang elemento ng index array ay itinakda upang mag-imbak sa array na may at index na magsisimula sa 0, at pagkatapos ay isa pa na nagsisimula sa isang index ng 1. Pagkatapos, ang mga ito ay binawas mula sa bawat isa upang hanapin ang pagkakaiba ng dalawang pinakamataas na lokasyon, na tumutugma sa bilang ng mga puntos sa pagitan ng bawat rurok. Ang bilang ng mga puntos na pinarami ng pagkakaiba ng oras sa pagitan ng bawat punto ay nagbibigay ng oras na kinakailangan upang maganap ang bawat beat. Natapos ito sa pamamagitan ng pagpaparami ng output mula sa elemento ng dt at ng output mula sa pagbabawas ng dalawang mga array. Ang numerong ito pagkatapos ay hinati ng 60, upang makita ang mga beats bawat minuto, at pagkatapos ay outputted gamit ang isang elemento ng tagapagpahiwatig ng bilang sa VUI. Ang pag-setup ng disenyo ng VUI sa Labview ay ipinapakita sa Larawan.

Hakbang 7: Pagsamahin Lahat

Kapag natapos ang VUI sa Labview, ang pangwakas na hakbang ay upang ikonekta ang circuit sa board ng DAQ, kaya't tumatakbo ang signal sa pamamagitan ng circuit, sa board, pagkatapos sa Labview. Kung gumagana ang lahat nang maayos, ang isang 1 Hz signal ay dapat gumawa ng waveform na ipinakita sa figure at isang heartbeat na 60 beats kada minuto. Ngayon ay mayroon kang gumaganang ECG at Heart Rate Digital Monitor.