Электрокардиограмма (ЭКГ) измеряет электрическую активность сердцебиения, чтобы показать, как быстро бьется сердце, а также его ритм. Существует электрический импульс, также известный как волна, которая проходит через сердце, заставляя сердечную мышцу выкачивать кровь с каждым ударом. Правое и левое предсердия создают первую зубец Р, а правый и левый нижние желудочки образуют комплекс QRS. Последняя волна Т - от электрического восстановления до состояния покоя. Врачи используют сигналы ЭКГ для диагностики заболеваний сердца, поэтому важно получить четкие изображения.
Цель этой инструкции состоит в том, чтобы получить и отфильтровать сигнал электрокардиограммы (ЭКГ) путем объединения инструментального усилителя, режекторного фильтра и фильтра низких частот в цепи. Затем сигналы будут проходить через аналого-цифровой преобразователь в LabView для создания графика в реальном времени и пульса в BPM.
«Это не медицинское устройство. Оно предназначено только для образовательных целей и использует только симулированные сигналы. Если вы используете эту схему для реальных измерений ЭКГ, убедитесь, что в схеме и соединениях между приборами используются соответствующие методы изоляции».
Расходные материалы:
Шаг 1: Разработайте инструментальный усилитель
Чтобы построить инструментальный усилитель, нам нужно 3 операционных усилителя и 4 разных резистора. Инструментальный усилитель увеличивает усиление выходной волны. Для этого дизайна мы стремились к усилению 1000 В, чтобы получить хороший сигнал. Используйте следующие уравнения для расчета соответствующих резисторов, где K1 и K2 - усиление.
Стадия 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)
Этап 2: К2 = - (R4 / R3)
Для этой конструкции были использованы R1 = 20,02 Ом, R2 = R4 = 10 кОм, R3 = 10 Ом.
Шаг 2. Создайте режекторный фильтр
Во-вторых, мы должны создать режекторный фильтр, используя операционный усилитель, резисторы и конденсаторы. Цель этого компонента - отфильтровать шум при 60 Гц. Мы хотим фильтровать точно при 60 Гц, поэтому все, что ниже и выше этой частоты, пройдет, но амплитуда сигнала будет самой низкой при 60 Гц. Чтобы определить параметры фильтра, мы использовали коэффициент усиления 1 и коэффициент качества 8. Используйте уравнения ниже для расчета соответствующих значений резистора. Q - это добротность, w = 2 * pi * f, f - центральная частота (Гц), B - ширина полосы (рад / с), а wc1 и wc2 - частоты среза (рад / с).
R1 = 1 / (2QwC)
R2 = 2Q / (wC)
R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)
Q = w / B
B = wc2 - wc1
Шаг 3: Разработка фильтра нижних частот
Цель этого компонента состоит в том, чтобы отфильтровать частоты выше определенной частоты среза (wc), по существу не пропуская их. Мы решили отфильтровать частоту 250 Гц, чтобы избежать среза слишком близко к средней частоте, используемой для измерения сигнала ЭКГ (150 Гц). Чтобы вычислить значения, которые мы будем использовать для этого компонента, мы будем использовать следующие уравнения:
C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b
C2 = 10 / частота среза (Гц)
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)
Мы установим усиление равным 1, поэтому R3 становится разомкнутой цепью (без резистора), а R4 становится коротким замыканием (просто провод).
Шаг 4: Проверьте цепь
Развертка переменного тока выполняется для каждого компонента для определения эффективности фильтра. Размах переменного тока измеряет величину компонента на разных частотах. Вы ожидаете увидеть различные формы в зависимости от компонента. Важность развертки по переменному току состоит в том, чтобы убедиться, что схема функционирует должным образом после построения. Чтобы выполнить этот тест в лаборатории, просто запишите Vout / Vin в диапазоне частот. Для инструментального усилителя мы протестировали частоту от 50 до 1000 Гц, чтобы получить широкий диапазон. Для режекторного фильтра мы протестировали частоту от 10 до 90 Гц, чтобы получить хорошее представление о том, как компонент реагирует на частоте около 60 Гц. Что касается фильтра нижних частот, мы протестировали частоту от 50 до 500 Гц, чтобы понять, как реагирует цепь, когда она должна пройти, и когда она должна остановиться.
Шаг 5: Схема ЭКГ в LabView
Затем вы хотите создать блок-схему в LabView, которая имитирует сигнал ЭКГ через аналого-цифровой преобразователь, а затем отображает сигнал на компьютере. Мы начали с настройки параметров нашего сигнала платы DAQ, определив, какую среднюю частоту сердечных сокращений мы ожидали; мы выбрали 60 ударов в минуту. Затем, используя частоту 1 кГц, мы смогли определить, что нам нужно отобразить примерно 3 секунды, чтобы получить 2-3 пика ЭКГ на графике формы сигнала. Мы отобразили 4 секунды, чтобы убедиться, что зафиксировали достаточно пиков ЭКГ. Блок-схема будет считывать входящий сигнал и использовать обнаружение пиков, чтобы определить, как часто происходит полное сердцебиение.
Шаг 6: ЭКГ и ЧСС
Используя код из блок-схемы, ЭКГ появится в окне формы сигнала, а число ударов в минуту будет отображаться рядом с ним. Теперь у вас есть работающий монитор сердечного ритма! Чтобы испытать себя еще сильнее, попробуйте использовать свою схему и электроды для отображения вашего пульса в реальном времени!
