Feu el vostre propi electrocardiograma (ECG): 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

AVÍS:

No es tracta d’un dispositiu mèdic. Això és només amb finalitats educatives, mitjançant senyals simulats. Si utilitzeu aquest circuit per a mesures reals d’ECG, assegureu-vos que el circuit i les connexions de circuit a instrument utilitzen l’alimentació de la bateria i altres tècniques d’aïllament adequades.

[Imatge extreta de

Pas 1: coneixeu les vostres coses

L’electrocardiograma (ECG) és una eina important que fan servir els metges per controlar l’activitat elèctrica del cor. És útil per captar des de ritmes cardíacs anormals fins al diagnòstic de fallades de calor. Seguint aquest manual d’instruccions, podreu crear un dispositiu que mostri l’electrocardiograma d’una persona que utilitzi només habilitats bàsiques per a la pràctica del taulell d’abast i equips de laboratori d’electrònica generals. Un cop tingueu una bona sortida de senyal, podeu utilitzar aquest mateix senyal per calcular el cor de cor o una altra mètrica interessant mitjançant un microcontrolador.

-

Si no sabeu què és un ECG, és simplement un enregistrament de l’activitat del cor. A causa de la naturalesa elèctrica de les contraccions del cor, es pot registrar el canvi de voltatge col·locant elèctrodes a la pell i processant el senyal. La trama d’aquestes tensions al llarg del temps s’anomena electrocardiograma (ECG per abreviar). Els electrocardiogrames s’utilitzen normalment per diagnosticar diverses formes d’insuficiència cardíaca o controlar passivament l’estrès del pacient. Un ECG saludable té característiques específiques que són universals entre els humans. (Això inclou una ona P, ona Q, ona R, ona S, ona T i un complex QRS.) He proporcionat un diagrama simplificat d'un ECG amb la corresponent reacció del cor.

-

Tingueu en compte que cada esdeveniment elèctric que es produeix als nervis del cor correspon a un esdeveniment físic que es produeix en conseqüència en el teixit muscular i, mentre una part del cor es contrau, les altres porcions es relaxen. D’aquesta manera, la sincronització dels senyals elèctrics és molt important al cor, cosa que fa que l’ECG sigui una eina molt poderosa per mesurar la salut del cor.

-

No obstant això, per gravar un ECG real, es produeixen molts problemes logístics, com ara la mida del senyal, la quantitat de soroll que prové de la resta del cos i la quantitat de soroll que prové del medi ambient. Per compensar-ho, estem dissenyant un circuit que estarà compost de 3 parts: un amplificador diferencial per augmentar la mida del nostre senyal, un filtre de pas baix per eliminar el soroll de senyals d’alta freqüència i un filtre de graella per eliminar el soroll de 60 Hz que sempre està present en edificis subministrats amb corrent altern. A continuació us descriuré detalladament la vigilància d’aquests passos.

[Imatge extreta de

Pas 2: reuniu els vostres subministraments

Per a aquest projecte necessitareu:

- 1 tauler gran (tenir-ne 2 o més serà més agradable)

- 5 amplificadors operatius d’ús general

(He fet servir l'UA741 amb + -15 V, només heu d'assegurar-vos que els que trieu puguin manejar 15 volts, en cas contrari, haureu d'ajustar els valors dels components passius i us haureu de conformar amb menys amplificació)

Resistències

o 2x 165 ohm

o 3x 1k ohm

o 2x 15k ohm

o 2x 33k ohm

o 1x 42k ohm

o 2x 60k ohm

Condensadors

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Una gran quantitat de cables o ponts

- Una font de tensió CC capaç de proporcionar + -15 V

- Un generador de funcions i oscil·loscopi (principalment per a la resolució de problemes)

- Com a mínim tres elèctrodes enganxosos si teniu previst enregistrar un ECG real

- Prou cables per connectar totes aquestes tonteries

- Una comprensió ferma dels circuits, amplificadors operatius i experiència amb el breadboarding.

Si acabeu d’obtenir una taula de proves per al vostre aniversari i voleu provar de fer alguna cosa divertida, feu almenys algunes versions més senzilles abans de provar-ho.

-

Pas 3: Creeu l'amplificador diferencial

L’amplificador diferencial és el que amplificarà el nostre senyal enregistrat a un nivell útil per mostrar-se en un àmbit o una pantalla. Aquest disseny del circuit prendrà la diferència de tensió dels dos elèctrodes d’entrada i l’amplificarà. Això es fa per reduir el soroll, ja que s’eliminarà el soroll comú entre els elèctrodes. El senyal d’ECG variarà en amplitud en funció de la ubicació dels elèctrodes de gravació i de l’individu, però normalment són de l’ordre d’uns quants milivolts en gravar des dels canells. (Tot i que no és necessari per a aquesta configuració, es pot augmentar l'amplitud del senyal col·locant elèctrodes al pit, però la compensació és el soroll del moviment pulmonar).

-

He inclòs un esquema de la configuració. El circuit de la imatge hauria d'amplificar el senyal ~ 1000 vegades. És possible que hàgiu d’ajustar-ho en funció del tipus d’amplificador operatiu que hàgiu decidit utilitzar. Una manera ràpida d’ajustar-ho és canviant el valor de R1. Si reduïu el valor de R1 per la meitat, duplicareu el guany de sortida i viceversa.

-

Suposo que la majoria de vosaltres podeu traduir aquest circuit a la taula de treball, tot i que he inclòs un diagrama de la configuració de la taula de treball per agilitzar el procés i, amb sort, reduir el temps de resolució de problemes. També he inclòs una imatge del pinout UA741 (o LM741) per a la vostra comoditat. (per als vostres propòsits, no necessitareu els pins 1, 5 o 8) Els pins V + i V- de l’ampli operatiu es connectaran al vostre subministrament de +15 V i -15 V respectivament. -15V no és el mateix que terra! Podeu ignorar els condensadors de la meva taula de treball. Són condensadors de derivació destinats a eliminar el soroll de corrent altern, però, retrospectivament, no valien la pena.

-

Recomano provar cada etapa a mesura que la completeu per solucionar problemes. Com mostra el circuit, podeu connectar una de les entrades a terra i l’altra a una petita font de corrent continu per comprovar l’amplificació. (assegureu-vos que introduïu <15 mV en cas contrari saturareu els amplificadors operatius). Si necessiteu reduir el vostre guany per a les proves, no us ho sueu; qualsevol cosa que superi el guany de 500 vegades serà suficient per als nostres propòsits. A més, si heu creat el circuit per obtenir un guany de 1000 i només mostra un guany de 800, no és la fi del món, el nombre exacte no és crític.

-

Pas 4: creeu el filtre Notch

Ara que podem amplificar el nostre senyal, anem a netejar-lo. Si connectéssiu elèctrodes al nostre circuit ara mateix, probablement tindria una tona de 60 Hz de soroll. Això es deu al fet que la majoria dels edificis estan connectats amb corrent altern de 60 Hz, provocant inevitablement grans senyals de soroll. Per solucionar-ho, crearem un filtre de 60 Hz. Un filtre de tacs està dissenyat per atenuar freqüències molt específiques i deixar intactes altres freqüències; perfecte per desfer-se del soroll de 60 Hz.

-

Com abans, he inclòs una imatge de l’esquema del circuit, la configuració de la taula de proves i el meu propi circuit. Com a nota, tot i que el filtre de tacs és una etapa relativament fàcil de construir, vaig trigar més a treballar. La meva entrada s’atenuava bé, però a 63 Hz en lloc de 60 Hz, cosa que no la retallarà. Si teniu el mateix problema, us recomano que canvieu el valor de R14. (L'augment de la resistència de R14 reduirà la freqüència d'atenuació i viceversa). Si teniu una caixa de resistència variable, utilitzeu-la per substituir R14 i, a continuació, jugueteu amb valors de resistència per esbrinar exactament el que funciona millor, ja que serà sensible als canvis de l’ordre dels ohms. Vaig acabar amb un R14 de 175 ohms, però en teoria funciona millor per igualar el R12.

-

Una vegada més, podeu provar aquesta etapa utilitzant un generador de funcions per introduir una ona sinusoïdal de 60 Hz i enregistrar la vostra sortida en un oscil·loscopi. La vostra sortida hauria de ser d'aproximadament -20 dB o un 10% d'amplitud de l'entrada. Com he dit abans, podeu consultar les freqüències properes per optimitzar-les.

-

Pas 5: creeu el filtre de pas baix

Com s’ha esmentat anteriorment, un altre factor important és reduir el soroll del cos i de qualsevol altra cosa que estigui zapping a l’habitació on es troba. Un filtre de pas baix és bo per fer-ho perquè, pel que fa als senyals, els batecs del cor són bastant lents. El nostre objectiu amb el filtre de pas baix és eliminar tots els senyals que continguin freqüències superiors a l’ECG. Per fer-ho, hem de designar una "freqüència de tall". En el nostre cas, tot el que està per sobre d’aquesta freqüència volem eliminar i tot el que es troba per sota d’aquesta freqüència volem mantenir. Tot i que es produeix un batec del cor de l’ordre de 1 a 3 Hz, les formes d’ona individuals que formen el nostre ECG es componen de freqüències molt superiors a aquesta; prop d'1 a 50 Hz. Per això, vaig triar una freqüència de tall de 80 Hz. És prou alt com per mantenir tots els components útils del senyal, però encara elimina el soroll de la ràdio HAM que teniu a l'habitació del costat.

-

No tinc cap consell savi sobre el filtre de pas baix, és molt senzill en comparació amb les altres etapes. De manera similar a l’amplificador, no us preocupeu per obtenir un tall precís a 80 Hz; això no és crucial i realment no passarà. Tot i això, heu de comprovar-ne la sortida mitjançant un generador de funcions. Com a regla general, una ona sinusoïdal ha de passar pel filtre sense tocar a 10 Hz i s’ha de tallar per la meitat per 130 Hz.

-

Pas 6: connecteu-lo

Si heu arribat fins aquí, enhorabona! Teniu tots els components d’un ECG. Tot el que heu de fer és connectar-los, colpejar els elèctrodes i connectar la sortida a l’oscil·loscopi per veure el vostre ECG.

-

Per si no esteu segur de com posar-vos els elèctrodes, us recomano enganxar-los als canells (un a cada canell) i connectar un elèctrode de terra a la cama (la imatge us pot ajudar.) Com a recordatori, cada elèctrode d’entrada introduïu una entrada positiva als amplificadors operatius de l'amplificador. (Només es posa a terra al diagrama del circuit per a fins de simulació)

-

Un cop connectat, connecteu la sortida del filtre de pas baix a un oscil·loscopi i sentiu-vos orgullosos de vosaltres mateixos. Feu que tots els vostres fills es posin elèctrodes i mireu els batecs del cor. Heck, fes venir els teus veïns a provar-ho. Si us sentiu més motivat, connecteu la sortida a un microcontrolador per calcular la freqüència cardíaca del senzill. (És probable que vulgueu baixar l'amplificació abans de fer això, és possible que fregiu la placa que feu servir). Independentment, felicitacions per la construcció i feliç creació.

[Imatge extreta de