EKG og puls digital monitor: 7 trin (med billeder)

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

Et elektrokardiogram eller EKG er en meget gammel metode til måling og analyse af hjertesundhed. Signalet, der læses fra et EKG, kan indikere et sundt hjerte eller en række problemer. Et pålideligt og præcist design er vigtigt, for hvis EKG -signalet viser en deformeret kurve eller forkert hjerteslag, kan en person blive fejldiagnosticeret. Målet er at designe et EKG -kredsløb, der er i stand til at erhverve, forstærke og filtrere EKG -signalet. Konverter derefter det signal via en A/D-konverter til Labview for at producere en graf i realtid og hjerteslag i BPM af EKG-signalet. Outputbølgeformen skal ligne dette billede.

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 sørge for, at kredsløbet og kredsløbet til instrumentforbindelserne anvender korrekte isolationsteknikker

Trin 1: Design af kredsløbet

Kredsløbet skal være i stand til at optage og forstærke et EKG -signal. For at gøre det kombinerer vi tre aktive filtre; en instrumenteringsforstærker, en andenordens Butterworth lavpasfilter og et hakfilter. Designet af disse kredsløb kan ses på billederne. Vi vil gå gennem dem en ad gangen og derefter sætte dem sammen for at fuldføre hele kredsløbet.

Trin 2: Instrumentforstærker

Forstærkningen af instrumentforstærkeren skal være 1000 V/V for at få et godt signal. Amplifikation gennem instrumenteringsforstærkeren sker i to trin. Det første trin består af de to op -forstærkere til venstre og modstanden R1 og R2, og det andet trin i forstærkning består af op -forstærkeren til højre og modstandene R3 og R4. Forstærkningen (forstærkning) for trin 1 og trin 2 er angivet i ligning (1) og (2).

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

Fase 2: K2 = R4/R3 (2)

En vigtig note om gevinst i kredsløb er, at det er multiplikativt; f.eks. forstærkningen af det samlede kredsløb i figur 2 er K1*K2. Disse ligninger producerer de værdier, der er vist i skematisk. Materialerne, der er nødvendige for dette filter, er tre LM741 op ampere, tre 1k ohm modstande, to 24,7 kohm modstande og to 20 kohm modstande.

Trin 3: Hakfilter

Det næste trin er et Notch Filter til at afbryde støj ved 60 Hz. Denne frekvens skal afbrydes, fordi der er masser af ekstra støj ved 60 Hz på grund af interferens i netledningen, men det vil ikke tage noget væsentligt ud af EKG -signalet. Værdierne for de komponenter, der bruges i kredsløbet, er baseret på den frekvens, du ønsker filtreret fra, i dette tilfælde 60 Hz (377 rad/s). Komponentligningerne er som følger

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

De nødvendige materialer til dette var en LM741 op -forstærker, tre modstande med værdierne 1658 ohm, 424,4 kohm og 1651 ohm og 3 kondensatorer, to ved 100 nF og en ved 200 nF.

Trin 4: Lavpasfilter

Den sidste fase er et andet ordens Butterworth lavpasfilter med en afbrydelsesfrekvens på 250 Hz. Dette er afskæringsfrekvensen, fordi et EKG -signal kun varierer til et maksimum på 250 Hz. Ligningerne for værdierne for komponenterne i filteret er defineret i følgende ligninger:

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

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

C1 <(C2 *1,4^2) / 4

Materialerne, der kræves til dette filter, var en LM741 op -forstærker, to modstande på 15,3 kohm og 25,6 kohm og to kondensatorer på 47 nF og 22 nF.

Når alle tre faser er designet og bygget, skal det sidste kredsløb ligne billedet.

Trin 5: Test af kredsløbet

Efter kredsløbet er bygget, skal det testes for at sikre, at det fungerer korrekt. Der skal køres en vekselstrømsfejl på hvert filter ved hjælp af et hjerteindgangssignal ved 1 Hz fra en spændingsgenerator. Størrelsesresponsen i dB skal ligne billederne. Hvis resultaterne fra AC -fejningen er korrekte, er kredsløbet færdigt og klar til brug. Hvis svarene ikke er korrekte, skal kredsløbet debugges. Start med at kontrollere alle forbindelser og strømindgange for at sikre, at alt har en god forbindelse. Hvis dette ikke løser problemet, skal du bruge ligningerne for komponenterne i filtrene til at justere værdierne af modstande og kondensatorer efter behov, indtil udgangen er, hvor den skal være.

Trin 6: Opbygning af en VUI i Labview

Labview er en digital dataindsamlingssoftware, der lader en bruger designe en VUI eller virtuel brugergrænseflade. Et DAQ -kort er en A/D -konverter, der kan konvertere og transmittere EKG -signalet til Labview. Ved hjælp af denne software kan EKG -signalet afbildes på en amplitude vs. tid graf for tydeligt at læse signalet og derefter konvertere signalet til et hjerteslag i BPM. Den første ting, der kræves til dette, er et DAQ -kort, der indsamler data og konverterer det til et digitalt signal for at sende til Labview på computeren. Den første ting, der skulle tilføjes til Labview -designet, var DAQ Assistant, som henter signalet fra DAQ -kortet og definerer samplingsparametrene. Det næste trin er at forbinde en kurvegraf til udgangen fra DAQ -assistenten på VUI -designet, der tegner EKG -signalet, der viser EKG -bølgeformen. Nu hvor kurven i kurven er færdig, skal dataene også konverteres for at producere et numerisk output af pulsen. Det første trin i denne beregning var at finde maksimum for EKG -data ved at forbinde max/min -elementet til udgangen af DAQ -dataene i VUI'en og derefter udsende dette til et andet element kaldet spidsdetektering og til et element, der ville finde ændring i tid kaldet dt. Topdetektionselementet havde også brug for en tærskel fra max/min, som blev beregnet ved at tage maksimum fra max min -elementet og multiplicere det med 0,8 for at finde 80% af maksimalværdien og derefter indtastet i topdetekteringselementet. Denne tærskel tillod spidsdetekteringselementet at finde maksimum for R -bølgen og den placering, maks fandt sted, mens man ignorerede de andre toppe i signalet. Toppernes placeringer blev derefter sendt til et indeks array -element tilføjet næste på VUI. Indeksmatrixelementet blev indstillet til at gemme på array med og indeks, der starter med 0, og derefter et andet, der starter med et indeks på 1. Derefter blev disse trukket fra hinanden for at finde forskellen mellem de to spidsplaceringer, hvilket svarer til tallet point mellem hver top. Antallet af point ganget med tidsforskellen mellem hvert punkt giver den tid, det tager for hvert slag at forekomme. Dette blev opnået ved at multiplicere output fra dt -elementet og output fra subtraktion af de to arrays. Dette tal blev derefter divideret med 60 for at finde slagene i minuttet og derefter udsendt ved hjælp af et numerisk indikatorelement på VUI. Opsætningen af VUI -designet i Labview er vist i figuren.

Trin 7: Sæt det hele sammen

Når VUI'en er færdig på Labview, er det sidste trin at forbinde kredsløbet til DAQ -kortet, så signalet løber gennem kredsløbet, ind i kortet og derefter til Labview. Hvis alt fungerer korrekt, bør et 1 Hz -signal producere den bølgeform, der er vist i figuren, og et hjerteslag på 60 slag i minuttet. Nu har du en fungerende EKG og puls digital monitor.