Monitor ECG: 8 passos

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

AVÍS: 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.

L’electrocardiografia és el procés de registre de senyals elèctrics generats pel cor d’un pacient per obtenir informació sobre l’activitat del cor. Per tal que el senyal elèctric es capti amb eficàcia, s’ha de filtrar i amplificar a través de components elèctrics. La informació també s’ha de presentar a un usuari de manera clara i eficaç.

A continuació, es descriu com construir els circuits d'amplificació / filtratge, així com una interfície d'usuari. Consisteix en la creació d’un amplificador d’instrumentació, un filtre de graella, un filtre de pas baix i una interfície d’usuari a LabVIEW.

El primer pas del procés és definir els requisits del circuit analògic. Després de definir els requisits, es prenen decisions sobre quins components primaris constituiran el circuit. Més endavant, s’aborden detalls més petits sobre les característiques d’aquests components principals i, finalment, es conclou la fase de disseny del circuit definint els valors exactes de cada resistència i condensador del circuit.

Pas 1: definició de requisits i components primaris

La feina del circuit és amplificar el senyal d’ECG generat pel pacient i filtrar tot el soroll associat. El senyal cru consisteix en una forma d'ona complexa amb una amplitud màxima d'aproximadament 2 mV i components de freqüència en el rang de 100 Hz a 250 Hz al complex QRS. Aquest és el senyal a amplificar i enregistrar.

A més d'aquest senyal d'interès, el soroll es produeix a partir de diverses fonts. Les fonts d’alimentació generen soroll de 60 Hz i el moviment del pacient produeix artefactes en un rang inferior a 1 Hz. S’introdueix més soroll d’alta freqüència a partir de senyals de radiació i telecomunicacions de fons, com ara telèfons mòbils i internet sense fils. Aquesta col·lecció de soroll és el senyal a filtrar.

El circuit primer ha d’amplificar el senyal cru. A continuació, ha de filtrar el soroll de 60 Hz i qualsevol altre soroll superior a 160 Hz. No es necessita filtrar el soroll de baixa freqüència associat amb el moviment del pacient, ja que simplement es pot indicar al pacient que es mantingui quiet.

Com que el senyal es mesura com la diferència de potencial entre dos elèctrodes situats al pacient, l'amplificació s'aconsegueix mitjançant l'ús d'un amplificador d'instrumentació. També es podria utilitzar un amplificador de diferències senzill, però els amplificadors d'instrumentació sovint funcionen millor pel que fa al rebuig i les toleràncies del soroll. El filtrat de 60 Hz s’aconsegueix mitjançant l’ús d’un filtre d’escot, i la resta del filtratge d’alta freqüència s’aconsegueix mitjançant l’ús d’un filtre de pas baix. Aquests tres elements conformen tot el circuit analògic.

Coneguts els tres elements del circuit, es poden definir detalls més petits sobre guanys, freqüències de tall i amplades de banda dels components.

L’amplificador d’instrumentació tindrà un guany de 670. És prou gran per enregistrar un petit senyal d’ECG, però també prou petit per assegurar-se que els amplificadors operatius es comporten dins del seu rang lineal en provar el circuit amb senyals a prop de 20 mV, com és el mínim en alguns generadors de funcions.

El filtre de graella es centrarà en 60 Hz.

El filtre de pas baix tindrà una freqüència de tall de 160 Hz. Això encara hauria de captar la majoria del complex QRS i rebutjar el soroll de fons d'alta freqüència.

Pas 2: amplificador d'instrumentació

Els esquemes anteriors descriuen l'amplificador d'instrumentació.

L’amplificador té dues etapes. La primera etapa consisteix en els dos amplificadors operatius a l'esquerra de les imatges anteriors i la segona etapa consisteix en un amplificador operatiu únic a la dreta. El guany de cadascun d’aquests es pot modular com vulgui, però hem decidit construir-lo amb un guany de 670 V / V. Això es pot aconseguir amb els valors de resistència següents:

R1: 100 ohms

R2: 3300 ohms

R3: 100 ohms

R4: 1000 ohms

Pas 3: filtre de tacs

Els esquemes anteriors descriuen el filtre de graella. Es tracta d’un filtre actiu, de manera que podríem optar per fer-lo amplificar o atenuar un senyal si volíem, però ja hem aconseguit totes les amplificacions necessàries, de manera que triem un guany d’aquest per a aquest amplificador operatiu. La freqüència central ha de ser de 60 Hz i el factor de qualitat ha de ser 8. Això es pot aconseguir amb els següents valors de components:

R1: 503 ohms

R2: 128612 ohms

R3: 503 ohms

C: 0,33 microFarads

Pas 4: filtre de pas baix

De nou, es tracta d’un filtre actiu, de manera que podríem triar qualsevol guany que vulguem, però escollirem 1. Això s’aconsegueix convertint R4 per sobre en un curtcircuit i R3 en un circuit obert. La resta, com amb la resta de components, s’aconsegueix utilitzant els nostres requisits prèviament definits en combinació amb les equacions que regeixen els circuits per obtenir valors d’elements individuals:

R1: 12056 ohms

R2: 19873,6 ohms

C1: 0,047 microFarads

C2: 0,1 microFarads

Pas 5: Dissenyeu el circuit complet pràcticament

Dissenyar un circuit en un programari de construcció de circuits virtuals com PSPICE pot ser molt útil per detectar errors i consolidar plans abans de passar a la fabricació de circuits analògics reals. En aquest punt, es pot capturar els barrits de corrent altern del circuit per assegurar-se que tot es comporta segons el pla.

Pas 6: Creeu un circuit complet

El circuit es pot construir de la manera que vulgueu, però en aquest cas es va escollir una taula de treball.

Es recomana el muntatge en una taula de treball perquè és més fàcil que la soldadura, però la soldadura donaria més durabilitat. També es recomana col·locar un condensador de derivació de 0,1 microFarad a terra en paral·lel a la font d'alimentació, ja que això ajuda a eliminar les desviacions no desitjades de la potència constant.

Pas 7: interfície d'usuari de LabVIEW

La interfície d'usuari LabVIEW és un mitjà per convertir de senyals analògics a representacions visuals i numèriques del senyal ECG que són fàcils d'interpretar per a l'usuari. S’utilitza una placa DAQ per convertir el senyal d’analògic a digital i les dades s’importen a LabVIEW.

El programari és un programa basat en objectes que ajuda al processament de dades i a la creació d’interfícies. Les dades es representen visualment primer amb el gràfic i, a continuació, es realitza un processament del senyal per tal de determinar la freqüència del batec del cor perquè es pugui mostrar al costat del gràfic.

Per determinar la freqüència del ritme cardíac, cal detectar els batecs del cor. Això es pot aconseguir amb l'objecte de detecció de pics de Lab VIEW. L'objecte emet els índexs de pics a la matriu de dades rebuda, que després es poden utilitzar en càlculs per determinar el temps que passa entre els batecs del cor.

Com que els detalls de LabVIEW serien instructables diferents, els deixarem a una altra font. El funcionament exacte del programa es pot veure al diagrama de blocs presentat anteriorment.

Pas 8: Interfície d'usuari final de LabVIEW

La interfície d'usuari final mostra un senyal amplificat, filtrat, convertit i processat juntament amb la lectura de freqüència cardíaca en pulsacions per minut