EKG -krets: 7 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:46

Ett EKG är ett test som mäter hjärtats elektriska aktivitet genom att registrera hjärtats rytm och aktivitet. Det fungerar genom att ta och läsa signaler från hjärtat med hjälp av ledningar som är anslutna till en elektrokardiografmaskin. Denna instruktionsbok visar dig hur du bygger en krets som registrerar, filtrerar och visar hjärtats bioelektriska signal. Detta är inte en medicinsk utrustning. Detta är endast för utbildningsändamål med hjälp av simulerade signaler. Om du använder denna krets för riktiga EKG-mätningar, se till att kretsen och krets-till-instrumentanslutningarna använder rätt isoleringsteknik.

Denna krets innehåller tre olika steg kopplade ihop i serie med ett LabView -program. Motstånden i instrumentförstärkaren beräknades med en förstärkning på 975 för att säkerställa att de små signalerna från hjärtat fortfarande kan fånga upp kretsen. Notfiltret tar ut 60 Hz -bruset från vägguttaget. Lågpassfiltret säkerställer att högfrekvent brus avlägsnas från kretsen för bättre signaldetektering.

Innan du börjar med denna instruerbara, skulle det vara bra att bekanta dig med uA741 allmänna ändamålsförstärkare. De olika stiften i op-amp har olika syften och kretsen fungerar inte om de är felaktigt anslutna. Att ansluta stiften till brödbrädan på fel sätt är också ett enkelt sätt att steka op-förstärkaren och göra den icke-funktionell. Länken nedan innehåller schemat som används för op-ampere i denna instruerbara.

Bildkälla:

Steg 1: Samla material

Material som behövs för alla tre filtersteg:

• Oscilloskop
• Funktionsgenerator
• Strömförsörjning (+15V, -15V)
• Lödlös brödbräda
• Olika banankablar och krokodilklämmor
• EKG -elektrodklistermärken
• Olika bygelkablar

Instrumentförstärkare:

• 3 op-förstärkare (uA741)

• Motstånd:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Hakfilter:

• 1 Op-amp (uA741)

• Motstånd:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Kondensatorer:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Lågpassfilter:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Motstånd:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Kondensatorer:

  • 22 nF
  • 47 nF

Steg 2: Bygg instrumentförstärkare

Biologiska signaler matar ofta bara ut spänningar mellan 0,2 och 2 mV [2]. Dessa spänningar är för små för att analyseras på oscilloskopet så vi behövde bygga en förstärkare.

Efter att din krets är byggd, testa för att se till att den fungerar korrekt genom att mäta spänningen vid Vout (visas som nod 2 i bilden ovan). Vi använde funktionsgeneratorn för att skicka en sinusvåg med en ingångsamplitudspänning på 20 mV till vår instrumentförstärkare. Allt för långt ovanför detta ger dig inte de resultat du letar efter eftersom förstärkarna bara fick en viss effekt på -15 och +15 V. Jämför funktionen från funktionsgeneratorn med utgången från din instrumentationsförstärkare och leta efter en förstärkning på nära 1000 V. (Vout/Vin bör vara mycket nära 1000).

Tips för felsökning: Se till att alla motstånd ligger inom kΩ -området.

[2]”High Performance Electrocardiogram (ECG) Signal Conditioning | Utbildning | Analoga enheter.” [Uppkopplad]. Tillgänglig: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Åtkomst: 10-dec-2017].]

Steg 3: Bygg notch -filter

Vårt hackfilter var utformat för att filtrera bort en frekvens vid 60 Hz. Vi vill filtrera bort 60 Hz från vår signal eftersom det är frekvensen för växelströmmen som finns i eluttag.

När du testar hackfiltret mäter du topp-till-topp-förhållandet mellan in- och utgångsdiagrammen. Vid 60 Hz bör det finnas ett förhållande på -20 dB eller bättre. Detta beror på att vid -20 dB är utspänningen i huvudsak 0V, vilket innebär att du framgångsrikt filtrerade bort signalen vid 60 Hz! Testa också frekvenser runt 60 Hz för att se till att inga andra frekvenser filtreras bort av misstag.

Tips för felsökning: Om du inte kan få exakt -20dB vid 60 Hz, välj ett motstånd och ändra det något tills du får önskat resultat. Vi var tvungna att leka med värdet R2 tills vi fick de resultat vi ville ha.

Steg 4: Bygg lågpassfilter

Vårt lågpassfilter har utformats med en gränsfrekvens på 150 Hz. Vi valde denna avstängning eftersom det bredaste diagnostiska intervallet för ett EKG är 0,05 Hz - 150 Hz, förutsatt en rörelsefri och ljudlös miljö [3]. Lågpassfiltret kan bli av med högfrekvent brus som kommer från muskler eller andra delar av kroppen [4].

För att testa denna krets för att säkerställa att den fungerar korrekt, mät Vout (visas som nod 1 i kretsschemat). Vid 150 Hz bör utsignalens amplitud vara 0,7 gånger amplituden för insignalen. Vi använde en insignal på 1V för att enkelt kunna se att vår utgång bör vara 0,7 vid 150 Hz.

Tips för felsökning: så länge din gränsfrekvens ligger inom några få Hz på 150 Hz bör din krets fortfarande fungera. Vår cutoff slutade vara 153 Hz. Området för biologiska signaler kommer att fluktuera lite i kroppen så så länge du inte är avstängd mer än några Hz bör din krets fortfarande fungera.

[3] “EKG -filter | MEDTEQ.” [Uppkopplad]. Tillgänglig: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Åtkomst: 10-dec-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson och S. J. Asirvatham, "Signaler och signalbehandling för elektrofysiologen: Del I: Elektrogramförvärv", Cirk. Arytmi Electrophysiol., Vol. 4, nej. 6, s. 965–973, december 2011.

Steg 5: Skapa LabView -program

[5] “BME 305 Design Lab Project” (hösten 2017).

Detta labview -blockdiagram är utformat för att analysera signalen som går genom programmet, upptäcka EKG -toppar, samla tidsskillnaden mellan topparna och matematiskt beräkna BPM. Den matar också ut en graf över EKG -vågformen.

Steg 6: Anslut alla tre steg

Anslut alla tre kretsarna i serie genom att ansluta utgången från instrumentförstärkaren till ingången på hackfiltret och utmatningen från hackfiltret till ingången till lågpassfiltret. Anslut utgången från lågpassfiltret till DAQ -assistenten och anslut DAQ -assistenten till datorn. När du kopplar ihop kretsarna, se till att strömslisterna för varje brödbräda är anslutna och att markremsorna är anslutna till samma jordklämma.

I instrumentationsförstärkaren måste den andra op-förstärkaren vara ojordad så att två elektrodledare som är anslutna till testpersonen kan ansluta till en annan op-amp i det första steget av det filtret.

Steg 7: Få signaler från ett mänskligt testämne

En elektrodklistermärke ska placeras på varje handled, och en ska placeras på fotleden för marken. Använd krokodilklämmor för att ansluta de två handledselektroderna till ingångarna på instrumentförstärkaren och fotleden till jord. När du är klar klickar du på "kör" i LabView -programmet och ser din puls och EKG på skärmen!