Hur man bygger en EKG och pulsmätare: 6 steg

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

Ett elektrokardiogram (EKG) mäter hjärtslagens elektriska aktivitet för att visa hur snabbt hjärtat slår och dess rytm. Det finns en elektrisk impuls, även känd som en våg, som färdas genom hjärtat för att få hjärtmuskeln att pumpa ut blod för varje slag. Höger och vänster förmak skapar den första P -vågen, och höger och vänster bottenkammare gör QRS -komplexet. Den sista T -vågen är från den elektriska återhämtningen till ett viloläge. Läkare använder EKG -signaler för att diagnostisera hjärtsjukdomar, så det är viktigt att få tydliga bilder.

Målet med denna instruerbara är att skaffa och filtrera en EKG-signal (EKG) genom att kombinera en instrumentförstärkare, hackfilter och lågpassfilter i en krets. Sedan går signalerna genom en A/D-omvandlare till LabView för att producera en realtidsgraf och hjärtslag i BPM.

"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-instrument-anslutningarna använder korrekta isoleringstekniker."

Steg 1: Designa en instrumentförstärkare

För att bygga en instrumentförstärkare behöver vi 3 op -förstärkare och 4 olika motstånd. En instrumentationsförstärkare ökar förstärkningen av utgångsvågan. För denna design siktade vi på en förstärkning på 1000V för att få en bra signal. Använd följande ekvationer för att beräkna lämpliga motstånd där K1 och K2 är förstärkningen.

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

Steg 2: K2 = -(R4/R3)

För denna design användes R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Steg 2: Utforma ett hackfilter

För det andra måste vi bygga ett hackfilter med en op -amp, motstånd och kondensatorer. Syftet med denna komponent är att filtrera bort brus vid 60 Hz. Vi vill filtrera exakt vid 60 Hz, så allt under och över denna frekvens kommer att passera, men amplituden för vågformen blir lägst vid 60 Hz. För att bestämma parametrarna för filtret använde vi en förstärkning på 1 och en kvalitetsfaktor på 8. Använd ekvationerna nedan för att beräkna lämpliga motståndsvärden. Q är kvalitetsfaktorn, w = 2*pi*f, f är mittfrekvensen (Hz), B är bandbredden (rad/sek) och wc1 och wc2 är avstängningsfrekvenserna (rad/sek).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Steg 3: Utforma ett lågpassfilter

Syftet med denna komponent är att filtrera bort frekvenser över en viss gränsfrekvens (wc), vilket i huvudsak inte tillåter dem att passera. Vi bestämde oss för att filtrera med 250 Hz frekvens för att undvika att klippa för nära den genomsnittliga frekvensen som används för att mäta en EKG -signal (150 Hz). För att beräkna de värden som vi kommer att använda för denna komponent kommer vi att använda följande ekvationer:

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

C2 = 10/gränsfrekvens (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)

Vi kommer att ställa in förstärkningen som 1, så R3 blir en öppen krets (inget motstånd) och R4 blir en kortslutning (bara en ledning).

Steg 4: Testa kretsen

Ett AC -svep utförs för varje komponent för att bestämma effektiviteten hos filtret. AC -svepet mäter komponentens storlek vid olika frekvenser. Du förväntar dig att se olika former beroende på komponenten. Vikten av AC -svepningen är att se till att kretsen fungerar korrekt när den väl byggts. För att utföra detta test i labbet, registrera helt enkelt Vout/Vin vid olika frekvenser. För instrumentationsförstärkaren testade vi från 50 till 1000 Hz för att få ett brett intervall. För hackfilter testade vi från 10 till 90 Hz för att få en bra uppfattning om hur komponenten reagerar runt 60 Hz. För lågpassfiltret testade vi från 50 till 500 Hz för att förstå hur kretsen reagerar när den är tänkt att passera och när den är avsedd att stanna.

Steg 5: EKG -krets på LabView

Därefter vill du skapa ett blockschema i LabView som simulerar en EKG -signal genom en A/D -omvandlare och sedan plottar signalen på datorn. Vi började med att ställa in parametrarna för vår DAQ -kortsignal genom att bestämma vilken genomsnittspuls vi förväntade oss. vi valde 60 slag per minut. Med hjälp av en frekvens på 1 kHz kunde vi fastställa att vi behövde visa ungefär 3 sekunder för att få 2-3 EKG-toppar i vågformsdiagrammet. Vi visade 4 sekunder för att säkerställa att vi fånga tillräckligt med EKG -toppar. Blockdiagrammet kommer att läsa den inkommande signalen och använda toppdetektering för att avgöra hur ofta en full hjärtslag inträffar.

Steg 6: EKG och puls

Med hjälp av koden från blockschemat visas EKG i vågformslådan och slag per minut visas bredvid det. Du har nu en fungerande pulsmätare! För att utmana dig själv ännu mer, prova att använda din krets och elektroder för att visa din puls i realtid!