Circuit ECG: 7 passos

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

Un ECG és una prova que mesura l’activitat elèctrica del cor registrant el ritme i l’activitat del cor. Funciona prenent i llegint senyals del cor mitjançant cables connectats a una màquina electrocardiògrafa. Aquesta instrucció us mostrarà com construir un circuit que registri, filtri i mostri el senyal bioelèctric del cor. No es tracta d’un dispositiu mèdic. Això només té 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 tècniques d’aïllament adequades.

Aquest circuit conté tres etapes diferents connectades en sèrie amb un programa LabView. Les resistències de l’amplificador d’instrumentació es van calcular amb un guany de 975 per assegurar que els petits senyals del cor es poguessin captar al circuit. El filtre de graella treu el soroll de 60 Hz de la presa de corrent de la paret. El filtre de pas baix assegura que s’elimina el soroll d’alta freqüència del circuit per a una millor detecció del senyal.

Abans d’iniciar aquesta instrucció, seria útil familiaritzar-vos amb l’amplificador operatiu d’ús general uA741. Els diferents pins de l’amplificador operatiu tenen finalitats diferents i el circuit no funcionarà si es connecten incorrectament. La connexió incorrecta dels pins a la placa de control també és una manera senzilla de fregir l’amplificador operatiu i fer-lo no funcional. L'enllaç següent conté l'esquema utilitzat per als amplificadors operatius en aquesta instrucció.

Font de la imatge:

Pas 1: recolliu materials

Materials necessaris per a les 3 etapes del filtre:

• Oscil·loscopi
• Generador de funcions
• Font d'alimentació (+ 15V, -15V)
• Taula de pa sense soldadura
• Diversos cables de plàtan i clips de cocodril
• Adhesius d'elèctrodes ECG
• Diversos cables de pont

Amplificador d'instrumentació:

• 3 amplificadors operatius (uA741)

• Resistències:

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

Filtre de graella:

• 1 amplificador operatiu (uA741)

• Resistències:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Condensadors:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Filtre de pas baix:

• 1 amplificador operatiu (uA741)

• Resistències:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Condensadors:

  • 22 nF
  • 47 nF

Pas 2: Creeu un amplificador d'instrumentació

Els senyals biològics sovint només generen tensions entre 0,2 i 2 mV [2]. Aquests voltatges són massa petits per ser analitzats a l’oscil·loscopi, de manera que necessitàvem construir un amplificador.

Un cop construït el circuit, proveu per assegurar-vos que funciona correctament mesurant la tensió a Vout (es mostra com a node 2 a la imatge superior). Hem utilitzat el generador de funcions per enviar una ona sinusoïdal amb una tensió d’amplitud d’entrada de 20 mV al nostre amplificador d’instrumentació. Qualsevol cosa que estigui per sobre d’això no us donarà els resultats que busqueu perquè els amplificadors operatius només rebien una certa potència de -15 i +15 V. Compareu la sortida del generador de funcions amb la sortida del vostre amplificador d’instrumentació i busqueu un guany proper a 1000 V. (Vout / Vin hauria d’estar molt a prop de 1000).

Consell per a la resolució de problemes: assegureu-vos que totes les resistències estiguin en el rang de kΩ.

[2] Condicionament del senyal d'electrocardiograma d'alt rendiment (ECG) | Educació | Dispositius analògics ". [En línia]. Disponible: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Consulta: 10-desembre-2017].]

Pas 3: Creeu un filtre de tall

El nostre filtre de tacs es va dissenyar per filtrar una freqüència a 60 Hz. Volem filtrar els 60 Hz del nostre senyal perquè aquesta és la freqüència del corrent altern que es troba a les preses elèctriques.

Quan proveu el filtre de tacs, mesureu la relació de pic a pic entre els gràfics d’entrada i sortida. A 60 Hz, hi hauria d’haver una proporció de -20 dB o millor. Això és degut a que a -20 dB, la tensió de sortida és essencialment de 0 V, cosa que significa que heu filtrat amb èxit el senyal a 60 Hz. Proveu també freqüències al voltant de 60 Hz per assegurar-vos que no s’estiguin filtrant altres freqüències per error.

Consell per resoldre problemes: si no podeu obtenir exactament -20 dB a 60 Hz, trieu una resistència i canvieu-la lleugerament fins obtenir els resultats desitjats. Vam haver de jugar amb el valor de R2 fins a obtenir els resultats que volíem.

Pas 4: creeu un filtre de pas baix

El nostre filtre de pas baix s’ha dissenyat amb una freqüència de tall de 150 Hz. Vam escollir aquest límit perquè el rang de diagnòstic més ampli per a un ECG és de 0,05 Hz - 150 Hz, suposant un entorn immòbil i de baix nivell de soroll [3]. El filtre de pas baix és capaç d’eliminar el soroll d’alta freqüència provinent dels músculs o d’altres parts del cos [4].

Per provar aquest circuit per assegurar-vos que funciona correctament, mesureu Vout (es mostra com a node 1 al diagrama del circuit). A 150 Hz, l'amplitud del senyal de sortida ha de ser 0,7 vegades l'amplitud del senyal d'entrada. Hem utilitzat un senyal d’entrada de 1V per poder veure fàcilment que la nostra sortida ha de ser de 0,7 a 150 Hz.

Consells per a la resolució de problemes: sempre que la freqüència de tall estigui a uns Hz de 150 Hz, el circuit encara hauria de funcionar. El nostre límit va acabar sent de 153 Hz. L'abast dels senyals biològics fluctuarà una mica al cos, de manera que mentre no estigueu fora d'alguns Hz, el vostre circuit encara hauria de funcionar.

[3] "Filtres ECG | MEDTEQ ". [En línia]. Disponible: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Consulta: 10-desembre-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson i S. J. Asirvatham, "Senyals i processament de senyals per a l'electrofisiòleg: part I: adquisició d'electrogrames", Circ. Arritmia electrofisiol., Vol. 4, núm. 6, pàgines 965-973, desembre de 2011.

Pas 5: Creeu el programa LabView

[5] "Projecte BME 305 Design Lab" (tardor 2017).

Aquest diagrama de blocs de labview està dissenyat per analitzar el senyal que passa pel programa, detectar pics d’ECG, recollir la diferència de temps entre els pics i calcular matemàticament el BPM. També emet un gràfic de la forma d’ona de l’ECG.

Pas 6: connecteu les tres etapes

Connecteu els tres circuits en sèrie connectant la sortida de l’amplificador d’instrumentació a l’entrada del filtre de graella i la sortida del filtre de graella a l’entrada del filtre de pas baix. Connecteu la sortida del filtre de pas baix a l'assistent DAQ i connecteu l'assistent DAQ a l'ordinador. Quan connecteu els circuits junts, assegureu-vos que les tires d'alimentació de cada tauler de connexió estan connectades i que les tires de terra estan connectades al mateix terminal de terra.

A l’amplificador d’instrumentació, el segon amplificador operatiu ha d’estar desconnectat perquè dos cables d’elèctrodes connectats al subjecte de prova es puguin connectar cadascun a un amplificador operatiu diferent a la primera etapa d’aquest filtre.

Pas 7: Obteniu senyals d'un subjecte de prova humana

S’ha de col·locar un adhesiu d’elèctrodes a cada canell i un al turmell perquè quedi terra. Utilitzeu pinces de cocodril per connectar els dos elèctrodes de canell a les entrades de l’amplificador d’instrumentació i el turmell a terra. Quan estigueu a punt, feu clic a "executar" al programa LabView i veureu la freqüència cardíaca i l'ECG a la pantalla.