Elektrokardiogram (EKG) mjeri električnu aktivnost otkucaja srca kako bi pokazao koliko brzo srce kuca, kao i njegov ritam. Postoji električni impuls, također poznat kao val, koji putuje kroz srce kako bi srčani mišić ispumpao krv sa svakim otkucajima. Desna i lijeva atrija stvaraju prvi P val, a desna i lijeva donja komora čine QRS kompleks. Konačni T val je od električnog oporavka do stanja mirovanja. Liječnici koriste EKG signale za dijagnosticiranje stanja srca, pa je važno dobiti jasne slike.
Cilj ovog uputstva je da se dobije i filtrira signal elektrokardiograma (ECG) kombinirajući instrumentalno pojačalo, usjek filter i filtar niskih prolaza u krugu. Potom će signali proći kroz A / D pretvarač u LabView kako bi proizveli grafikon u stvarnom vremenu i otkucaje srca u BPM-u.
"Ovo nije medicinski uređaj. Ovo je za obrazovne svrhe samo pomoću simuliranih signala. Ako koristite ovaj krug za stvarne EKG mjerenja, molimo provjerite krug i spojeve od kruga do instrumenta koristeći odgovarajuće tehnike izolacije."
Pribor:
Korak 1: Dizajnirajte instrumentalno pojačalo
Za izgradnju instrumentacijskog pojačala potrebna su nam 3 op pojačala i 4 različita otpornika. Instrumentacijsko pojačalo povećava dobitak izlaznog vala. Za ovaj dizajn, mi je cilj za dobitak od 1000V dobiti dobar signal. Koristite sljedeće jednadžbe za izračun odgovarajućih otpornika gdje su K1 i K2 dobitak.
Faza 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)
Faza 2: K2 = - (R4 / R3)
Za tu konstrukciju korišteni su R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.
Korak 2: Dizajnirajte usjek filtar
Drugo, moramo izgraditi usjek filtar pomoću op amp, otpornika i kondenzatora. Svrha ove komponente je filtriranje buke pri 60 Hz. Želimo filtrirati točno na 60 Hz, tako da sve ispod i iznad ove frekvencije će proći, ali amplituda valnog oblika će biti najniža na 60 Hz. Da bismo odredili parametre filtra, koristili smo dobitak od 1 i faktor kvalitete 8. Koristimo sljedeće jednadžbe za izračun odgovarajućih vrijednosti otpornika. Q je faktor kvalitete, w = 2 * pi * f, f je središnja frekvencija (Hz), B je širina pojasa (rad / sec), a wc1 i wc2 su granične frekvencije (rad / sec).
R1 = 1 / (2QwC)
R2 = 2Q / (wC)
R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)
Q = w / B
B = wc2 - wc1
Korak 3: Dizajnirajte Low-pass filtar
Svrha ove komponente je filtriranje frekvencija iznad određene granične frekvencije (wc), što im u biti ne dopušta da prolaze. Odlučili smo se filtrirati na frekvenciji od 250 Hz kako bismo izbjegli rezanje previše blizu prosječne frekvencije korištene za mjerenje EKG signala (150 Hz). Da bismo izračunali vrijednosti koje ćemo koristiti za ovu komponentu, koristit ćemo sljedeće jednadžbe:
C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b
C2 = 10 / granična frekvencija (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)
Mi ćemo postaviti dobitak kao 1, tako da R3 postaje otvoreni krug (bez otpornika) i R4 postaje kratki spoj (samo žica).
Korak 4: Testirajte krug
Za svaku komponentu se izvodi izmjenična struja kako bi se odredila učinkovitost filtera. AC sweep mjeri veličinu komponente na različitim frekvencijama. Očekujete da ćete vidjeti različite oblike, ovisno o komponenti. Važnost AC sweep-a je osigurati da krug funkcionira ispravno nakon što se izgradi. Da biste izvršili ovaj test u laboratoriju, jednostavno snimite Vout / Vin na rasponu frekvencija. Za instrumentacijsko pojačalo testirali smo od 50 do 1000 Hz da bismo dobili širok raspon. Za urezni filtar testirali smo od 10 do 90 Hz kako bismo dobili dobru predodžbu o tome kako komponenta reagira oko 60 Hz. Za niskopropusni filtar, testirali smo od 50 do 500 Hz da bismo razumjeli kako krug reagira kada je to značilo da prolazi i kada se to želi zaustaviti.
Korak 5: EKG sklop na LabView
Zatim u LabViewu želite stvoriti blok dijagram koji simulira EKG signal putem A / D pretvarača i zatim signalizira signal na računalu. Počeli smo s postavljanjem parametara našeg DAQ signala ploče određivanjem prosječne brzine otkucaja srca koju smo očekivali; izabrali smo 60 otkucaja u minuti. Tada smo koristili frekvenciju od 1kHz i uspjeli smo utvrditi da je potrebno oko 3 sekunde prikazati kako bi se dobila 2-3 EKG vrha na grafikonu valnog oblika. Prikazali smo 4 sekunde kako bismo bili sigurni da ćemo uhvatiti dovoljno EKG-a. Blok dijagram će pročitati dolazni signal i koristiti otkrivanje vrha kako bi se utvrdilo koliko često se puni puls srca.
Korak 6: EKG i otkucaji srca
Koristeći kod iz blok dijagrama, EKG će se pojaviti u okviru valnog oblika, a otkucaji u minuti bit će prikazani pored njega. Sada imate radni monitor otkucaja srca! Da biste izazov sebe još više, pokušajte koristiti svoj krug i elektrode za prikaz vašeg real-time otkucaja srca!
