Com construir un monitor digital d’ECG i de freqüència cardíaca: 6 passos

2025 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2025-01-23 14:38

Un electrocardiograma (ECG) mesura l’activitat elèctrica del batec del cor per mostrar la velocitat amb què el cor batega i el seu ritme. Hi ha un impuls elèctric, també conegut com a ona, que viatja a través del cor per fer que el múscul cardíac bombi sang a cada batec. Les aurícules dreta i esquerra creen la primera ona P, i els ventricles inferiors dret i esquerre fan que el QRS sigui complex. L'ona T final és de la recuperació elèctrica a un estat de repòs. Els metges utilitzen senyals d’ECG per diagnosticar afeccions cardíaques, per la qual cosa és important obtenir imatges clares.

L'objectiu d'aquesta instrucció és adquirir i filtrar un senyal d'electrocardiograma (ECG) mitjançant la combinació d'un amplificador d'instrumentació, filtre de graella i filtre de pas baix en un circuit. A continuació, els senyals passaran per un convertidor A / D a LabView per produir un gràfic en temps real i un batec del cor en BPM.

"No es tracta d'un dispositiu mèdic. A efectes educatius només s'utilitzen senyals simulats. Si utilitzeu aquest circuit per a mesures reals d'ECG, assegureu-vos que el circuit i les connexions circuit-instrument utilitzen tècniques d'aïllament adequades".

Pas 1: Dissenyeu un amplificador d'instrumentació

Per construir un amplificador d’instrumentació, necessitem 3 amplificadors operatius i 4 resistències diferents. Un amplificador d'instrumentació augmenta el guany de l'ona de sortida. Per a aquest disseny, preteníem obtenir un guany de 1000 V per obtenir un bon senyal. Utilitzeu les equacions següents per calcular les resistències adequades on K1 i K2 són el guany.

Etapa 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)

Etapa 2: K2 = - (R4 / R3)

Per a aquest disseny, es van utilitzar R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Pas 2: dissenyeu un filtre de tall

En segon lloc, hem de construir un filtre de ranura mitjançant un amplificador operatiu, resistències i condensadors. L’objectiu d’aquest component és filtrar el soroll a 60 Hz. Volem filtrar exactament a 60 Hz, de manera que passarà tot per sota i per sobre d’aquesta freqüència, però l’amplitud de la forma d’ona serà més baixa a 60 Hz. Per determinar els paràmetres del filtre, hem utilitzat un guany d'1 i un factor de qualitat de 8. Utilitzeu les equacions següents per calcular els valors de resistència adequats. Q és el factor de qualitat, w = 2 * pi * f, f és la freqüència central (Hz), B és l’amplada de banda (rad / seg) i wc1 i wc2 són les freqüències de tall (rad / seg).

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (wC)

R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)

Q = w / B

B = wc2 - wc1

Pas 3: dissenyeu un filtre de pas baix

L'objectiu d'aquest component és filtrar les freqüències superiors a una determinada freqüència de tall (wc), essencialment no permetent-los passar. Vam decidir filtrar a una freqüència de 250 Hz per evitar tallar massa a prop de la freqüència mitjana que s’utilitza per mesurar un senyal d’ECG (150 Hz). Per calcular els valors que utilitzarem per a aquest component, utilitzarem les següents equacions:

C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10 / freqüència de tall (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)

Establirem el guany com a 1, de manera que R3 es converteix en un circuit obert (sense resistència) i R4 es converteix en un curtcircuit (només un cable).

Pas 4: proveu el circuit

Es realitza un escombrat de CA per a cada component per determinar l’eficàcia del filtre. L'escombrat de CA mesura la magnitud del component a diferents freqüències. Espereu veure diferents formes en funció del component. La importància de l’escombrat de corrent altern és assegurar-se que el circuit funcioni correctament un cop construït. Per realitzar aquesta prova al laboratori, només heu de gravar el Vout / Vin a diverses freqüències. Per a l'amplificador d'instrumentació hem provat de 50 a 1000 Hz per obtenir un ampli rang. Per al filtre de graelles, hem provat de 10 a 90 Hz per tenir una bona idea de com reacciona el component al voltant de 60 Hz. Per al filtre de pas baix, hem provat de 50 a 500 Hz per comprendre com reacciona el circuit quan es pretén que passa i quan s’ha de parar.

Pas 5: circuit ECG a LabView

A continuació, voleu crear un diagrama de blocs a LabView que simuli un senyal ECG mitjançant un convertidor A / D i, a continuació, traça el senyal a l'ordinador. Vam començar establint els paràmetres del senyal de la nostra placa DAQ determinant quina freqüència cardíaca mitjana esperàvem; vam triar 60 pulsacions per minut. Després, amb una freqüència d’1 kHz, vam poder determinar que havíem de mostrar aproximadament 3 segons per adquirir 2-3 pics d’ECG a la trama de la forma d’ona. Vam mostrar 4 segons per assegurar-nos de captar prou pics d’ECG. El diagrama de blocs llegirà el senyal entrant i utilitzarà la detecció de pics per determinar la freqüència amb què es produeix un batec cardíac complet.

Pas 6: ECG i freqüència cardíaca

Utilitzant el codi del diagrama de blocs, l’ECG apareixerà al quadre de formes d’ona i els batecs per minut es mostraran al costat. Ara teniu un monitor de ritme cardíac en funcionament. Per desafiar-vos encara més, proveu d’utilitzar el circuit i els elèctrodes per mostrar la vostra freqüència cardíaca en temps real.