Monitor d'ECG i ritme cardíac: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

L’electrocardiograma, també anomenat ECG, és una prova que detecta i registra l’activitat elèctrica del cor humà. Detecta la freqüència cardíaca i la força i el temps dels impulsos elèctrics que passen per cada part d’un cor, que és capaç d’identificar problemes cardíacs com ara atacs cardíacs i arítmia. Els electrocardiogrames dels hospitals inclouen dotze elèctrodes a la pell del pit, braços i cames. En aquest intractable, només fem servir tres elèctrodes, un per a cada canell com a dos llocs de gravació i un per al turmell dret com a terra. És important tenir en compte que 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.

Per adquirir i analitzar un senyal d’ECG humà, necessitem un amplificador d’instrumentació que amplifiqui el senyal d’entrada el 1000, un filtre de ranura que elimini el soroll de corrent altern (60 Hz) i un filtre de pas baix que filtri altres sorolls superiors a 250 Hz. S'utilitza un tall de 250Hz perquè el rang de freqüència d'un ECG humà està entre 0-250Hz

Pas 1: materials

Generador de funcions, font d'alimentació, oscil·loscopi, tauler de pa.

Resistències: 1k - 500k ohm

Condensadors: 20 - 100 nF

Amplificador operacional x5 (UA741)

Pas 2: Creeu l'amplificador d'instrumentació

En referència al circuit i a les equacions de l'amplificador d'instrumentació. Primer hem de calcular els valors de resistència correctes. Com que l'amplificador d'instrumentació té 2 etapes, hi ha dos guanys separats, k1 i k2. Com que necessitem un guany de 1000, k1 multiplicar per k2 hauria de ser igual a mil. En aquest tutorial hem utilitzat els valors següents, no dubteu a canviar-los si no teniu una àmplia gamma de resistències.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω per tant, K1 = 1 + (2 * 15000) / 1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω per tant, K2 = 32000/1000 = 32

Ara que ja sabeu quins valors de resistència necessiteu, continueu i feu el circuit.

Per provar l'amplificador d'instrumentació, podeu utilitzar un generador de funcions per generar una ona sinusoïdal amb una amplitud coneguda, connectar-la a l'entrada del circuit i connectar la sortida de l'amplificador a un oscil·loscopi, hauríeu de veure una ona sinusoïdal amb una amplitud 1000 vegades més gran que l’ona sinusoïdal d’entrada

Pas 3: Creeu un filtre de tall

De manera similar a l'amplificador d'instrumentació, consulteu el circuit i les equacions per trobar els valors de components adequats. Sabem que en aquest filtre de mànigues, hem de tallar freqüències de 60Hz, per tant, f0 és de 60Hz, també utilitzarem un factor de qualitat de 8 que ens donaria una bona precisió. Utilitzant aquests valors, ara podem trobar valors de components adequats:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2 * pi * 60 = 120pi

R1 = 1 / (2 * 8 * 120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 1658Ω

R2 = (2 * 8) / (120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 424 kΩ

R3 = (1658 * 424000) / (1658 + 424000) = 1651Ω

Ara que ja coneixeu els valors dels components que necessiteu, seguiu endavant i construïu el circuit. No és que pogués fer servir resistències en paral·lel o en sèrie per tal d’aconseguir valors el més propers als valors necessaris.

Per provar el filtre de tacs, podeu fer un escombrat de freqüència. Introduïu una ona sinusoïdal amb amplitud de 0,5 V i varieu la freqüència. Mireu com canvia l’amplitud de la sortida connectada a un oscil·loscopi quan us acosteu a 60Hz. Per exemple, quan la freqüència és inferior a 50 o superior a 70, hauríeu de veure un senyal de sortida similar a l'entrada, però com més a prop de 60Hz l'amplitud hauria de disminuir. Si això no passa, comproveu el circuit i assegureu-vos que heu utilitzat els valors de resistència correctes.

Pas 4: creeu un filtre Butterworth de segon ordre

El tipus de filtre de pas baix que hem utilitzat és de segon ordre actiu. Aquest filtre s’utilitza perquè ens proporciona una precisió prou bona i, tot i que requereix energia, però el rendiment és millor. El filtre està dissenyat per tallar freqüències superiors a 250 Hz. Això es deu al fet que un senyal ECG té un component de freqüència diferent entre zero i 250 Hz i qualsevol senyal amb una freqüència superior a 250 Hz es consideraria com a soroll. La primera imatge mostra l'esquema del filtre de pas baix amb tots els valors de resistència correctes (tingueu en compte que R7 hauria de ser 25632Ω en lloc de 4kΩ). La segona imatge inclou totes les equacions que podeu utilitzar per calcular vosaltres mateixos els valors dels components.

Per provar el filtre de pas baix, utilitzeu el generador de funcions per generar una ona sinusoïdal amb una amplitud de 0,5 V. Quan introduïu freqüències inferiors a 250Hz, hauríeu de veure una sortida similar a l'entrada, però com més gran sigui després de 250Hz, la sortida hauria de reduir-se i, finalment, ser realment propera a zero.

Pas 5: uniu-ho tot

Quan hàgiu acabat de construir les tres etapes, ajunteu-les totes posant un amplificador d'instrumentació, seguit d'un filtre de tacs i, a continuació, d'un filtre de pas baix. El vostre circuit hauria de ser similar a aquesta imatge.

Pas 6: provar tot el circuit

Mitjançant un generador de funcions, introduïu un senyal d'ECG arbitrari amb una amplitud no superior a 15 mV a l'entrada de l'amplificador d'instrumentació. Connecteu la sortida del filtre de pas baix a un oscil·loscopi. Hauríeu d'obtenir una sortida similar a aquesta imatge. El senyal verd és la sortida de la placa i el senyal groc és el senyal d’entrada al circuit. També podeu mesurar la freqüència cardíaca adquirint la freqüència amb l’oscil·loscopi i multiplicant aquest nombre per 60.

Tingueu en compte que, si voleu mesurar el vostre propi senyal d’ECG, podeu fer-ho connectant les dues entrades de l’amplificador d’instrumentació a cadascun dels canells mitjançant un elèctrode i posant a terra la cama. Mantingueu-vos a la meitat abans de fer-ho, assegureu-vos que el circuit i les connexions de circuit a instrument utilitzen tècniques d’aïllament adequades.