Et elektrokardiogram (EKG) måler hjerteslagets elektriske aktivitet for at vise, hvor hurtigt hjertet slår såvel som dets rytme. Der er en elektrisk impuls, også kendt som en bølge, der bevæger sig gennem hjertet for at få hjerte muskelpumpen ud blod med hvert slag. Højre og venstre atria skaber den første P-bølge, og højre og venstre bundventrikler gør QRS-komplekset. Den endelige T-bølge er fra den elektriske genopretning til en hvilestatus. Læger bruger EKG-signaler til at diagnosticere hjerteforhold, så det er vigtigt at få klare billeder.
Målet med dette instruerbare er at erhverve og filtrere et elektrocardiogram (EKG) signal ved at kombinere en instrumentforstærker, hakfilter og lavpasfilter i et kredsløb. Derefter går signalerne igennem en A / D-konverter til LabView for at producere en real-time graf og hjerterytme i BPM.
"Dette er ikke en medicinsk enhed. Dette er kun til uddannelsesmæssige formål ved hjælp af simulerede signaler. Hvis du bruger dette kredsløb til virkelige EKG-målinger, skal du sørge for at kredsløbet og kredsløb til instrumentforbindelserne udnytter passende isolationsteknikker."
forsyninger:
Trin 1: Design en instrumentforstærker
For at opbygge en instrumentforstærker har vi brug for 3 ampere og 4 forskellige modstande. En instrumenteringsforstærker øger forstærkningen af outputbølgen. Til dette design sigte vi på en gevinst på 1000V for at få et godt signal. Brug følgende ligninger til at beregne de relevante modstande, hvor K1 og K2 er gevinsten.
Trin 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)
Trin 2: K2 = - (R4 / R3)
Til dette design blev R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω anvendt.
Trin 2: Design et hakfilter
For det andet skal vi bygge et hakfilter ved hjælp af en op amp, modstande og kondensatorer. Formålet med denne komponent er at filtrere ud støj ved 60 Hz. Vi ønsker at filtrere nøjagtigt til 60 Hz, så alt under og over denne frekvens vil passere, men bølgeformens amplitude vil være lavest ved 60 Hz. For at bestemme parametrene for filteret anvendte vi en forstærkning på 1 og en kvalitetsfaktor på 8. Brug ligningerne nedenfor til at beregne de relevante modstandsværdier. Q er kvalitetsfaktoren, w = 2 * pi * f, f er centerfrekvensen (Hz), B er båndbredden (rad / sek), og wc1 og wc2 er cutofffrekvenserne (rad / sek).
R1 = 1 / (2QwC)
R2 = 2Q / (wC)
R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)
Q = w / B
B = wc2 - wc1
Trin 3: Lav et lavpasfilter
Formålet med denne komponent er at filtrere ud frekvenser over en vis cutoff frekvens (wc), hvilket i det væsentlige ikke tillader dem at passere igennem. Vi besluttede at filtrere ved 250 Hz frekvens for at undgå at skære for tæt på den gennemsnitlige frekvens, der blev brugt til at måle et EKG-signal (150 Hz). For at beregne de værdier, vi vil bruge til denne komponent, bruger vi følgende ligninger:
C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b
C2 = 10 / cutoff frekvens (Hz)
R1 = 2 / (wc (a * C2 + (a ^ 2 + 4b (k-1) C2-22-4b * C1 * C2) ^ (1/2))
R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * wc ^ 2)
Vi sætter gevinsten som 1, så R3 bliver et åbent kredsløb (ingen modstand) og R4 bliver en kortslutning (bare en ledning).
Trin 4: Test kredsløbet
En AC sweep udføres for hver komponent for at bestemme filterets effektivitet. AC sweep måler komponentets størrelse ved forskellige frekvenser. Du forventer at se forskellige former afhængigt af komponenten. Betydningen af AC sweep er at sikre, at kredsløbet fungerer korrekt, når det er bygget. For at udføre denne test i laboratoriet, skal du blot optage Vout / Vin i en række frekvenser. Til instrumentationsforstærkeren testede vi fra 50 til 1000 Hz for at få en bred vifte. For hakfilteret testede vi fra 10 til 90 Hz for at få en god ide om, hvordan komponenten reagerer omkring 60 Hz. For lavpasfilteret testede vi fra 50 til 500 Hz for at forstå, hvordan kredsløbet reagerer, når det skal passere, og når det er meningen at stoppe.
Trin 5: EKG-kredsløb på LabView
Dernæst vil du oprette et blokdiagram i LabView, der simulerer et EKG-signal via en A / D-konverter og derefter tegner signalet på computeren. Vi begyndte ved at indstille parametrene for vores DAQ board signal ved at bestemme hvilken gennemsnitlig hjertefrekvens vi forventede; vi valgte 60 slag pr. minut. Derefter kunne vi ved hjælp af en frekvens på 1kHz bestemme, at vi skulle vise ca. 3 sekunder for at erhverve 2-3 EKG-toppe i bølgeform-plottet. Vi viste 4 sekunder for at sikre, at vi optager nok EKG-toppe. Blokdiagrammet vil læse det indkommende signal og bruge peak detektion for at bestemme, hvor ofte en fuld hjerteslag opstår.
Trin 6: EKG og hjertefrekvens
Ved hjælp af koden fra blokdiagrammet vises EKG i bølgeformboksen, og slagene pr. Minut vil blive vist ved siden af det. Du har nu en fungerende pulsmåler! For at udfordre dig selv endnu mere, prøv at bruge dit kredsløb og elektroder til at vise din realtids puls!
