Construeix el teu propi ECG !: 10 passos

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

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

El batec del cor consisteix en contraccions rítmiques regulades per la presentació espontània de despolaritzacions elèctriques en miòcits cardíacs (les cèl·lules musculars del cor). Aquesta activitat elèctrica es pot capturar col·locant elèctrodes de registre no invasius al llarg de diferents posicions del cos. Fins i tot amb una comprensió introductòria de circuits i bioelectricitat, aquests senyals es poden capturar amb relativa facilitat. En aquest instructiu introduïm una metodologia simplista que es pot utilitzar per captar un senyal electrocardiogràfic amb equips pràctics i econòmics. Al llarg de tot, destacarem consideracions essencials en l’adquisició d’aquests senyals i presentarem tècniques per a l’anàlisi programàtica del senyal.

Pas 1: Visió general de les funcions

El dispositiu que esteu construint funcionarà mitjançant les funcions següents:

1. Gravacions d’elèctrodes
2. Amplificador d’instrumentació
3. Filtre de graella
4. Filtre de pas baix
5. Conversió analògica a digital
6. Anàlisi del senyal mitjançant LabView

Alguns components clau que necessitareu:

1. NI LabView
2. Taula d'adquisició de dades NI (per a entrades a LabView)
3. Alimentació CC (per alimentar amplificadors operatius)
4. Coixinets d'elèctrodes de pell per a enregistraments d'elèctrodes
5. O un generador de funcions que pot crear un senyal ECG simulat

Comencem!

Pas 2: dissenyeu un filtre de pas baix

Un ECG normal conté trets identificables en la forma d'ona del senyal anomenada ona P, complex QRS i ona T. Totes les funcions de l’ECG apareixeran en un rang de freqüències inferior a 250 Hz i, per tant, és important capturar només les característiques d’interès quan es grava un ECG des d’elèctrodes. Un filtre de pas baix amb una freqüència de tall de 250 Hz garantirà que no es capti cap soroll d’alta freqüència al senyal

Pas 3: dissenyeu un filtre de tacs

Un filtre de tacs a una freqüència de 60 Hz és útil per eliminar el soroll de qualsevol font d'alimentació associada a l'enregistrament ECG. Les freqüències de tall entre 56,5 Hz i 64 Hz permetran passar senyals amb freqüències fora d’aquest rang. Es va aplicar un factor de qualitat de 8 al filtre. Es va escollir una capacitat de 0,1 uF. Les resistències experimentals es van seleccionar de la següent manera: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Aquests valors es van utilitzar per construir el filtre d’escot.

Pas 4: Dissenyeu un amplificador d'instrumentació

Un amplificador d’instrumentació amb un guany de 1000 V / V amplificarà tots els senyals filtrats per facilitar la mesura. L'amplificador utilitza una sèrie d'amplificadors operatius i es divideix en dues etapes (esquerra i dreta) amb els guanys respectius K1 i K2. La imatge superior mostra un esquema de circuits que pot aconseguir aquest resultat i la figura 6 detalla els càlculs fets.

Pas 5: connecteu-ho tot junt

Les tres etapes d'amplificació i filtratge es combinen a la figura 7 següent. L’amplificador d’instrumentació amplifica l’entrada de freqüència sinusoïdal amb un guany de 1000 V / V. A continuació, el filtre de tacs elimina tota la freqüència del senyal de 60 Hz amb un factor de qualitat de 8. Finalment, el senyal passa a través d’un filtre de pas baix que atenua els senyals més enllà d’una freqüència de 250 Hz. La figura superior mostra el sistema complet creat experimentalment.

Pas 6: … i assegureu-vos que funciona

Si teniu un generador de funcions, hauríeu de construir una corba de resposta de freqüència per garantir una resposta adequada. La imatge superior mostra el sistema complet i la corba de resposta de freqüència que hauríeu d’esperar. Si el vostre sistema sembla funcionar, esteu llest per passar al següent pas: convertir el senyal analògic a digital.

Pas 7: (Opcional) Visualitzeu el vostre ECG a l'oscil·loscopi

L’ECG registra un senyal amb dos elèctrodes i utilitza un tercer elèctrode com a terra. Amb els elèctrodes de gravació ECG, introduïu-ne un en una entrada de l’amplificador d’instrumentació, l’altre a l’altra entrada d’amplificadors d’instrumentació i connecteu el tercer a terra de la vostra placa. A continuació, col·loqueu un elèctrode en un canell i l’altre a l’altre canell i moleu-lo al turmell. Es tracta d’una configuració de Lead 1 per a un ECG. Per visualitzar el senyal del vostre oscil·loscopi, utilitzeu una sonda d’oscil·loscopi per mesurar la sortida de la vostra tercera etapa.

Pas 8: Adquiriu dades amb DAQ d’Instruments Nacionals

Si voleu analitzar el vostre senyal a LabView, necessitareu alguna manera de recopilar dades analògiques del vostre ECG i transferir-les a l'ordinador. Hi ha tot tipus de maneres d’adquirir dades. National Instruments és una empresa especialitzada en dispositius d’adquisició de dades i dispositius d’anàlisi de dades. Són un bon lloc per buscar eines per recopilar dades. També podeu comprar el vostre propi convertidor d’analògic a digital econòmic i utilitzar un Raspberry Pi per transmetre el vostre senyal. Aquesta és probablement l’opció més barata. En aquest cas, ja teníem un mòdul NI DAQ, NI ADC i LabView a casa, de manera que ens vam quedar amb el maquinari i el programari estrictament de National Instruments.

Pas 9: importeu dades a LabVIEW

El llenguatge de programació visual LabVIEW es va utilitzar per analitzar les dades recollides del sistema d’amplificació / filtratge analògic. Les dades es van recollir de la unitat NI DAQ amb DAQ Assistant, una funció integrada de recollida de dades a LabVIEW. Mitjançant els controls LabView, s’especificava per programació el nombre de mostres i la durada del temps per a la recollida de mostres. Els controls es poden ajustar manualment, cosa que permet a l'usuari ajustar els paràmetres d'entrada amb facilitat. Amb el nombre total de mostres i la durada del temps coneguda, es va crear un vector de temps amb cada valor d'índex que representava el temps corresponent a cada mostra del senyal capturat.

Pas 10: format, analitza i ja està

Les dades de la funció d'assistent DAQ es van convertir en un format útil. El senyal es va recrear com una matriu 1D de dobles convertint primer el tipus de dades de sortida DAQ a un tipus de dades de forma d’ona i després convertint-lo en un parell de dobles agrupats (X, Y). Es va seleccionar cada valor Y del parell (X, Y) i es va inserir en una matriu 1D de doblers inicialment en blanc amb l'ajuda d'una estructura de bucle. La matriu 1D de doblers i el corresponent vector de temps es va representar en un gràfic XY. Simultàniament, es va identificar el valor màxim de la matriu 1D de dobles amb una funció d’identificació de valor màxim. Es van utilitzar sis dècimes del valor màxim com a llindar per a un algorisme de detecció de pics integrat a LabView. Els valors màxims de la matriu 1D de dobles es van identificar amb la funció de detecció de pics. Amb les ubicacions de pics conegudes, es va calcular la diferència horària entre cada pic. Aquesta diferència horària, en unitats de segons per pic, es va convertir en pics per minut. Es considera que el valor resultant representa la freqüència cardíaca en batecs per minut.

Això és! Ara heu recollit i analitzat un senyal d’ECG.