Designa en EKG digital bildskärm och krets: 5 steg

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

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

Målet med detta projekt är att bygga en krets som kan förstärka och filtrera en EKG -signal, även känd som ett elektrokardiogram. Ett EKG kan användas för att bestämma hjärtfrekvens och hjärtrytm, eftersom det kan detektera de elektriska signaler som passerar genom olika delar av hjärtat under de olika stadierna av hjärtcykeln. Här använder vi en instrumentationsförstärkare, hackfilter och ett lågpassfilter för att förstärka och filtrera EKG. Sedan, med LabView, beräknas slag per minut och en grafisk representation av EKG visas. Den färdiga produkten kan ses ovan.

Steg 1: Instrumentförstärkare

Den nödvändiga förstärkningen för instrumentförstärkaren är 1000 V/V. Detta skulle möjliggöra tillräcklig förstärkning av den inkommande signalen som är mycket mindre. Instrumentförstärkaren är uppdelad i två delar, steg 1 och steg 2. Förstärkningen för varje steg (K) ska vara liknande, så att när den multipliceras tillsammans är förstärkningen cirka 1000. Ekvationerna nedan används för att beräkna förstärkningen.

K1 = 1 + ((2*R2)/R1)

K2 = -R4/R3

Från dessa ekvationer hittades värdena för R1, R2, R3 och R4. För att bygga kretsen som ses på bilderna användes tre uA741 operationsförstärkare och motstånd. Op -förstärkarna drivs med 15V från en likström. Ingången till instrumentförstärkaren var ansluten till en funktionsgenerator och utgången var ansluten till ett oscilloskop. Därefter togs ett AC -svep och förstärkningen för instrumentförstärkaren hittades, vilket kan ses på diagrammet "Instrumentförstärkare förstärkning" ovan. Slutligen återskapades kretsen i LabView, där en simulering av förstärkningen kördes, som kan ses i den svarta tomten ovan. Resultaten bekräftade att kretsen fungerade korrekt.

Steg 2: Hakfilter

Notfiltret används för att ta bort brus som uppstår vid 60 Hz. Komponenternas värden kan beräknas med hjälp av ekvationerna nedan. En kvalitetsfaktor (Q) på 8 användes. C valdes med tanke på tillgängliga kondensatorer.

R1 = 1/(2*Q*ω*C)

R2 = 2*Q/(ω*C)

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

Motstånds- och kondensatorvärdena hittades och kretsen ovan konstruerades, de beräknade värdena kan ses där. Driftförstärkaren drivs av en likström, med ingången ansluten till en funktionsgenerator och utgången till ett oscilloskop. Att köra en AC -svep resulterade i "Notch Filter AC Sweep" -diagrammet ovan, vilket visar att en frekvens på 60 Hz hade tagits bort. För att bekräfta detta kördes en LabView -simulering som bekräftade resultaten.

Steg 3: Lågpassfilter

Ett andra ordnings Butterworth lågpassfilter används med en avbrottsfrekvens på 250Hz. För att lösa motstånds- och kondensatorvärdena användes ekvationerna nedan. För dessa ekvationer ändrades gränsfrekvensen i Hz till rad/sek, vilket visade sig vara 1570,8. En förstärkning på K = 1 användes. Värdena för a och b levererades till 1,414214 respektive 1.

R1 = 2 / (wc (a C2 + sqrt (a^2 + 4 b (K - 1)) C2^2 - 4 b C1 C2))

R2 = 1/ (b C1 C2 R1 wc^2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

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

C2 = (10 / fc)

När värdena hade beräknats konstruerades kretsen med värdena, som kan ses på en av bilderna ovan. Det bör noteras att eftersom en förstärkning på 1 användes, ersattes R3 med en öppen krets och R4 ersattes med en kortslutning. När kretsen hade monterats drevs förstärkaren 15V från en likström. I likhet med de andra komponenterna, var ingång och utgång ansluten till en funktionsgenerator respektive ett oscilloskop. En plot av AC -svepet skapades, sett i "Low Pass Filter AC Sweep" ovan. Plottet i svart i LabView -simuleringen av kretsen, bekräftar våra resultat.

Steg 4: LabVIEW

LabVIEW -programmet som visas i bilden används för att beräkna slag per minut och för att visa en visuell representation av ingångs -EKG. DAQ Assistant hämtar insignalen och ställer in samplingsparametrarna. Vågformsdiagrammet plottar sedan inmatningen som DAQ tar emot i användargränssnittet för att visa för användaren. Flera analyser görs på inmatningsdata. Maximala värden för ingångsdata hittas med hjälp av Max/Min -identifieraren, och parametrarna för att detektera toppar ställs in med toppdetektering. Med hjälp av en indexmatris för topparnas platser, tiden mellan maximivärden som anges av komponenten Change in Time och olika aritmetiska operationer, beräknas BPM och visas som den numeriska utmatningen.

Steg 5: Slutförd krets

När alla komponenter var anslutna testades hela systemet med en simulerad EKG -signal. Därefter användes kretsen för att filtrera och förstärka ett humant EKG med resultaten som visas genom det ovan nämnda LabView -programmet. Elektroder fästes på höger handled, vänster handled och vänster fotled. Vänster handled och höger handled var anslutna till ingångarna på instrumentförstärkaren, medan vänster fotled var ansluten till marken. Utgången från lågpassfiltret kopplades sedan till DAQ Assistant. Genom att använda samma LabView -blockdiagram från tidigare kördes programmet. När det mänskliga EKG passerade, sågs en tydlig och stabil signal från utmatningen från hela systemet, vilket kan ses på bilden ovan.