EKG -kredsløb: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Et EKG er en test, der måler hjertets elektriske aktivitet ved at registrere hjertets rytme og aktivitet. Det virker ved at tage og læse signaler fra hjertet ved hjælp af elektroder, der er fastgjort til en elektrokardiografmaskine. Denne instruktør viser dig, hvordan du opbygger et kredsløb, der registrerer, filtrerer og viser hjertets bioelektriske signal. Dette er ikke et medicinsk udstyr. Dette er kun til uddannelsesmæssige formål ved hjælp af simulerede signaler. Hvis du bruger dette kredsløb til rigtige EKG-målinger, skal du sikre dig, at kredsløbet og kredsløbet til instrumentforbindelserne anvender korrekte isolationsteknikker.

Dette kredsløb indeholder tre forskellige faser forbundet i serie med et LabView -program. Modstandene i instrumentforstærkeren blev beregnet med en forstærkning på 975 for at sikre, at de små signaler fra hjertet stadig kan opfange kredsløbet. Hakfilteret fjerner 60 Hz -støj fra stikkontakten i væggen. Lavpasfilteret sikrer, at højfrekvent støj fjernes fra kredsløbet for bedre signalregistrering.

Inden du starter denne Instructable, ville det være nyttigt at gøre dig bekendt med uA741 General Purpose Operationel forstærker. De forskellige ben i op-amp har forskellige formål, og kredsløbet fungerer ikke, hvis de er tilsluttet forkert. Forbindelse af stifterne til brødbrættet forkert er også en nem måde at stege op-forstærkeren på og gøre den ikke-funktionel. Nedenstående link indeholder den skema, der bruges til op-forstærkere i denne instruerbare.

Billedkilde:

Trin 1: Saml materialer

Nødvendige materialer til alle tre faser af filteret:

• Oscilloskop
• Funktionsgenerator
• Strømforsyning (+15V, -15V)
• Loddefrit brødbræt
• Forskellige banankabler og krokodilleklip
• EKG -elektrodeklistermærker
• Forskellige jumper ledninger

Instrumentforstærker:

• 3 op-forstærkere (uA741)

• Modstande:

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

Hakfilter:

• 1 op-forstærker (uA741)

• Modstande:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondensatorer:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Lavpasfilter:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Modstande:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondensatorer:

  • 22 nF
  • 47 nF

Trin 2: Byg instrumentforstærker

Biologiske signaler udsender ofte kun spændinger mellem 0,2 og 2 mV [2]. Disse spændinger er for små til at blive analyseret på oscilloskopet, så vi havde brug for at bygge en forstærker.

Efter at dit kredsløb er bygget, skal du teste for at sikre, at det fungerer korrekt ved at måle spændingen ved Vout (vist som knude 2 på billedet ovenfor). Vi brugte funktionsgeneratoren til at sende en sinusbølge med en inputamplitude spænding på 20 mV til vores instrumenteringsforstærker. Alt for langt over dette vil ikke give dig de resultater, du leder efter, fordi op -forstærkerne kun fik en vis effekt på -15 og +15 V. Sammenlign funktionsgeneratorens output med output fra din instrumentforstærker og se efter en gevinst på tæt på 1000 V. (Vout/Vin skal være meget tæt på 1000).

Tip til fejlfinding: Sørg for, at alle modstande er inden for kΩ -området.

[2] “Højtydende elektrokardiogram (EKG) Signalkonditionering | Uddannelse | Analoge enheder.” [Online]. Tilgængelig: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Adgang: 10-dec-2017].]

Trin 3: Byg Notch Filter

Vores hakfilter var designet til at filtrere en frekvens ved 60 Hz. Vi vil filtrere de 60 Hz fra vores signal, fordi det er frekvensen af vekselstrømmen, der findes i stikkontakter.

Når du tester hakfilteret, måles top-to-peak-forholdet mellem input- og outputgraferne. Ved 60 Hz bør der være et forhold på -20 dB eller bedre. Dette skyldes, at ved -20 dB er udgangsspændingen i det væsentlige 0V, hvilket betyder, at du med succes filtrerede signalet ud ved 60 Hz! Test også frekvenser omkring 60 Hz for at sikre, at ingen andre frekvenser filtreres bort ved et uheld.

Tip til fejlfinding: Hvis du ikke kan få nøjagtigt -20dB ved 60 Hz, skal du vælge en modstand og ændre den lidt, indtil du får de ønskede resultater. Vi var nødt til at lege med værdien af R2, indtil vi fik de resultater, vi ønskede.

Trin 4: Byg lavpasfilter

Vores lavpasfilter blev designet med en afbrydelsesfrekvens på 150 Hz. Vi valgte denne afbrydelse, fordi det bredeste diagnostiske område for et EKG er 0,05 Hz - 150 Hz, under forudsætning af et ubevægeligt og støjsvagt miljø [3]. Lavpasfilteret kan slippe af med højfrekvent støj fra muskler eller andre dele af kroppen [4].

For at teste dette kredsløb for at sikre, at det fungerer korrekt, måles Vout (vist som knude 1 i kredsløbsdiagrammet). Ved 150 Hz skal udgangssignalets amplitude være 0,7 gange amplituden af indgangssignalet. Vi brugte et indgangssignal på 1V for let at kunne se, at vores output skulle være 0,7 ved 150 Hz.

Tips til fejlfinding: så længe din afbrydelsesfrekvens er inden for et par Hz på 150 Hz, skal dit kredsløb stadig fungere. Vores cutoff endte med at blive 153 Hz. Området for biologiske signaler vil svinge lidt i kroppen, så så længe du ikke er slukket mere end et par Hz, skal dit kredsløb stadig fungere.

[3] “EKG -filtre | MEDTEQ.” [Online]. Tilgængelig: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Adgang: 10-dec-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson og S. J. Asirvatham, "Signaler og signalbehandling til elektrofysiologen: Del I: Elektrogram -erhvervelse", Cirk. Arytmi Electrophysiol., Bind. 4, nej. 6, s. 965–973, december 2011.

Trin 5: Opret LabView -program

[5] “BME 305 Design Lab Project” (efterår 2017).

Dette labview -blokdiagram er designet til at analysere det signal, der går gennem programmet, detektere EKG -toppe, indsamle tidsforskellen mellem toppene og matematisk beregne BPM. Det udsender også en graf over EKG -kurven.

Trin 6: Tilslut alle tre faser

Tilslut alle tre kredsløb i serie ved at forbinde output fra instrumentforstærkeren til indgangen på hakfilteret og hakfilterets output til indgangen på lavpasfilteret. Tilslut output fra lavpasfilteret til DAQ -assistenten, og slut DAQ -assistenten til computeren. Når du kobler kredsløbene sammen, skal du sørge for, at netstrimlerne til hvert brødbræt er tilsluttet, og jordstrimlerne alle er forbundet til den samme jordterminal.

I instrumenteringsforstærkeren skal den anden op-forstærker være ujordet, så to elektrodeledninger, der er forbundet til testpersonen, hver kan forbinde til en anden op-forstærker i filterets første fase.

Trin 7: Få signaler fra et menneskeligt testemne

Et elektrodeklistermærke skal placeres på hvert håndled, og et skal placeres på anklen til jorden. Brug alligatorklemmer til at forbinde de to håndledselektroder til inputene på instrumentforstærkeren og anklen til jorden. Når du er klar, skal du klikke på "Kør" på LabView -programmet og se din puls og EKG på skærmen!