Monitor digital ECG i ritme cardíac: 7 passos (amb imatges)

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

Un electrocardiograma o ECG és un mètode molt antic per mesurar i analitzar la salut cardíaca. El senyal que es llegeix des d’un ECG pot indicar un cor sa o diversos problemes. És important un disseny fiable i precís perquè si el senyal de l’ECG mostra una forma d’ona deformada o un batec del cor incorrecte, es pot diagnosticar erròniament una persona. L’objectiu és dissenyar un circuit d’ECG que sigui capaç d’adquirir, amplificar i filtrar el senyal d’ECG. A continuació, converteu aquest senyal mitjançant un convertidor A / D a Labview per produir un gràfic en temps real i un batec del cor en BPM del senyal ECG. La forma d'ona de sortida hauria de ser semblant a aquesta imatge.

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: Dissenyar el circuit

El circuit ha de ser capaç d’adquirir i amplificar un senyal d’ECG. Per fer-ho, combinarem tres filtres actius; un amplificador d’instrumentació, un filtre de pas baix Butterworth de segon ordre i un filtre de tac. El disseny d’aquests circuits es pot veure a les imatges. Anirem repassant-los un per un i els reunirem per completar el circuit complet.

Pas 2: amplificador d'instrumentació

El guany de l'amplificador d'instrumentació ha de ser de 1000 V / V per obtenir un bon senyal. L'amplificació a través de l'amplificador d'instrumentació passa en dues etapes. La primera etapa consisteix en els dos amplificadors op a l'esquerra i la resistència R1 i R2 i la segona etapa d'amplificació consisteix en l'amplificador op a la dreta i les resistències R3 i R4. El guany (amplificació) per a l'etapa 1 i l'etapa 2 es dóna a l'equació (1) i (2).

Guany de la fase 1: K1 = 1 + (2R2 / R1) (1)

Guany de la fase 2: K2 = R4 / R3 (2)

Una nota important sobre el guany en circuits és que és multiplicativa; per exemple. el guany del circuit global de la figura 2 és K1 * K2. Aquestes equacions produeixen els valors mostrats a l'esquema. Els materials necessaris per a aquest filtre són tres amplificadors operatius LM741, tres resistències d’1 k ohm, dues resistències de 24,7 kohm i dues resistències de 20 kohm.

Pas 3: filtre de tacs

La següent etapa és un filtre de tall per reduir el soroll a 60 Hz. Cal tallar aquesta freqüència perquè hi ha molt soroll a 60 Hz a causa de la interferència de la línia elèctrica, però no traurà res significatiu del senyal ECG. Els valors dels components utilitzats al circuit es basen en la freqüència que voleu filtrar, en aquest cas 60 Hz (377 rad / s). Les equacions de components són les següents

R1 = 1 / (6032 * C)

R2 = 16 / (377 * C)

R3 = (R1R2) / (R1 + R2)

Els materials necessaris per a això eren un amplificador operatiu LM741, tres resistències amb valors 1658 ohm, 424,4 kohm i 1651 ohms i 3 condensadors, dos a 100 nF i un a 200 nF.

Pas 4: filtre de pas baix

La fase final és un filtre de pas baix Butterworth de segon ordre amb una freqüència de tall de 250 Hz. Aquesta és la freqüència de tall perquè un senyal ECG només oscil·la fins a un màxim de 250 Hz. Les equacions dels valors dels components del filtre es defineixen a les equacions següents:

R1 = 2 / (1571 (1.4C2 + ordena (1.4 ^ 2 * C2 ^ 2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571 * C1 * C2 * R1)

C1 <(C2 * 1.4 ^ 2) / 4

Els materials necessaris per a aquest filtre eren un amplificador operatiu LM741, dues resistències de 15,3 kohm i 25,6 kohm i dos condensadors de 47 nF i 22 nF.

Un cop dissenyades i construïdes les tres etapes, el circuit final hauria de semblar a la foto.

Pas 5: provar el circuit

Després de construir el circuit, s’ha de provar per assegurar-se que funciona correctament. Cal fer un escombrat de corrent altern a cada filtre mitjançant un senyal d’entrada cardíaca a 1 Hz des d’un generador de voltatge. La resposta de magnitud en dB hauria de ser semblant a la de les imatges. Si els resultats de l'escombrat de corrent altern són correctes, el circuit està acabat i llest per utilitzar-se. Si les respostes no són correctes, cal depurar el circuit. Comenceu comprovant totes les connexions i entrades d’alimentació per assegurar-vos que tot té una bona connexió. Si això no resol el problema, utilitzeu les equacions dels components dels filtres per ajustar els valors de resistències i condensadors segons sigui necessari fins que la sortida sigui on hauria de ser.

Pas 6: crear un VUI a Labview

Labview és un programari d'adquisició de dades digitals que permet a un usuari dissenyar una interfície d'usuari virtual o VUI. Una placa DAQ és un convertidor A / D que pot convertir i transmetre el senyal ECG a Labview. Mitjançant aquest programari, el senyal ECG es pot representar en un gràfic d’amplitud enfront del temps per llegir clarament el senyal i convertir-lo en un batec del cor en BPM. El primer que es necessita per a això és una placa DAQ que adquireix dades i les converteix en un senyal digital per enviar-les a Labview des de l’ordinador. El primer que calia afegir al disseny de Labview va ser DAQ Assistant, que adquireix el senyal de la placa DAQ i defineix els paràmetres de mostreig. El següent pas és connectar un gràfic de forma d'ona a la sortida de l'assistent DAQ en el disseny VUI que representa el senyal ECG que mostra la forma d'ona ECG. Ara que el gràfic de formes d'ona s'ha completat, també cal convertir les dades per produir una sortida numèrica de la freqüència cardíaca. El primer pas d’aquest càlcul va ser trobar el màxim de dades d’ECG connectant l’element màx / min a la sortida de les dades DAQ al VUI i, a continuació, enviar-lo a un altre element anomenat detecció de pics i a un element que trobaria el canvi de temps anomenat dt. L’element de detecció de pics també necessitava un llindar del màxim / min que es calculava agafant el màxim de l’element mínim màxim i multiplicant-lo per, 8, per trobar el 80% del valor màxim, i després introduir-lo a l’element de detecció de pics. Aquest llindar va permetre a l'element de detecció de pics trobar el màxim de l'ona R i la ubicació en què es va produir el màxim mentre ignorava els altres pics del senyal. Les ubicacions dels pics es van enviar a un element de matriu d'índex afegit a continuació a la VUI. L'element de la matriu d'índex es va configurar per emmagatzemar-se a la matriu amb i l'índex a partir de 0, i després un altre començant amb un índex de 1. Després, es van restar els uns dels altres per trobar la diferència de les dues ubicacions de pic, que correspon al nombre de punts entre cada pic. El nombre de punts multiplicat per la diferència de temps entre cada punt proporciona el temps que triga a produir-se cada batec. Això es va aconseguir multiplicant la sortida de l'element dt i la sortida de la resta de les dues matrius. Aquest nombre es va dividir per 60, per trobar les pulsacions per minut, i després es va emetre mitjançant un element indicador numèric al VUI. La configuració del disseny de VUI a Labview es mostra a la figura.

Pas 7: uniu-ho tot

Un cop acabat el VUI a Labview, l'últim pas és connectar el circuit a la placa DAQ, de manera que el senyal travessa el circuit, a la placa, i després a Labview. Si tot funciona correctament, un senyal d'1 Hz ha de produir la forma d'ona que es mostra a la figura i un batec del cor de 60 batecs per minut. Ara teniu un monitor digital ECG i de freqüència cardíaca en funcionament.