Elektrokardiyogram (EKG), kalbin ne kadar hızlı attığını ve ritmini göstermek için kalp atışının elektriksel aktivitesini ölçer. Kalp kası, her atışı ile kan pompalamak için kalbin içinden geçen bir dalga olarak da bilinen elektriksel bir dürtü vardır. Sağ ve sol kulakçıklar ilk P dalgasını oluşturur ve sağ ve sol alt ventriküller QRS'yi karmaşık hale getirir. Son T dalgası, elektriksel geri kazanımdan dinlenme durumuna kadardır. Doktorlar kalp rahatsızlıklarını teşhis etmek için EKG sinyallerini kullanır, bu yüzden net görüntüler elde etmek önemlidir.
Bu talimatın amacı, bir devrede bir enstrümantasyon amplifikatörü, çentik filtresi ve düşük geçişli filtreyi birleştirerek bir elektrokardiyogram (EKG) sinyali elde etmek ve filtrelemektir. Ardından, sinyaller bir A / D dönüştürücüsünden LabView'a girerek BPM'de gerçek zamanlı bir grafik ve kalp atışı elde edilir.
"Bu tıbbi bir cihaz değildir. Bu sadece benzetilmiş sinyaller kullanarak eğitim amaçlıdır. Bu devreyi gerçek EKG ölçümleri için kullanıyorsanız, lütfen devrenin ve devre-enstrüman bağlantılarının uygun izolasyon teknikleri kullandığından emin olun."
Gereçler:
Adım 1: Bir Enstrümantasyon Yükselteç Tasarlayın
Bir enstrümantasyon amplifikatörü oluşturmak için, 3 op amp ve 4 farklı direnç gerekir. Bir enstrümantasyon amplifikatörü çıkış dalgasının kazancını arttırır. Bu tasarım için iyi bir sinyal alabilmek için 1000V kazanmayı hedefledik. K1 ve K2'nin kazandığı uygun dirençleri hesaplamak için aşağıdaki denklemleri kullanın.
Aşama 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)
Aşama 2: K2 = - (R4 / R3)
Bu tasarım için R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω kullanılmıştır.
Adım 2: Bir Çentik Filtresi Tasarlayın
İkincisi, bir op amper, dirençler ve kapasitörler kullanarak bir çentik filtresi oluşturmalıyız. Bu bileşenin amacı, 60 Hz'de gürültüyü filtrelemektir. Tam olarak 60 Hz'de filtrelemek istiyoruz, bu nedenle bu frekansın altındaki ve üzerindeki her şey geçecek, ancak dalga formunun genliği 60 Hz'de en düşük olacaktır. Filtrenin parametrelerini belirlemek için 1 kazanç ve 8 kalite faktörü kullandık. Uygun direnç değerlerini hesaplamak için aşağıdaki denklemleri kullanın. Q kalite faktörüdür, w = 2 * pi * f, f merkez frekansı (Hz), B bant genişliğidir (rad / sn) ve wc1 ve wc2 kesim frekanslarıdır (rad / sn).
R1 = 1 / (2QwC)
R2 = 2Q / (wC)
R3 = (R1 + R2) / (R1 + R2)
Q = w / B
B = wc2 - wc1
Adım 3: Düşük Geçişli Filtre Tasarımı
Bu bileşenin amacı, esas olarak geçmelerine izin vermeyen, belirli bir kesme frekansının (wc) üzerindeki frekansları filtrelemektir. Bir EKG sinyalini (150 Hz) ölçmek için kullanılan ortalama frekansa çok yakın kesmeyi önlemek için 250 Hz frekansta filtrelemeye karar verdik. Bu bileşen için kullanacağımız değerleri hesaplamak için aşağıdaki denklemleri kullanacağız:
C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b
C2 = 10 / kesme frekansı (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)
Kazancı 1 olarak ayarlayacağız, böylece R3 açık devre (dirençsiz) ve R4 kısa devre (sadece bir tel) olur.
Adım 4: Devreyi Test Edin
Filtrenin etkinliğini belirlemek için her bileşen için bir AC süpürme gerçekleştirilir. AC süpürme, bileşenin büyüklüğünü farklı frekanslarda ölçer. Bileşene bağlı olarak farklı şekiller görmeyi beklersiniz. AC taramasının önemi, devrenin bir kez yapıldıktan sonra düzgün çalıştığından emin olmaktır. Bu testi laboratuarda yapmak için Vout / Vin'i bir dizi frekansta kaydetmeniz yeterlidir. Enstrümantasyon amplifikatörü için geniş bir aralık elde etmek için 50 ila 1000 Hz test ettik. Çentik filtresi için, bileşenin 60 Hz civarında nasıl tepki gösterdiği hakkında iyi bir fikir edinmek için 10 ila 90 Hz test ettik. Düşük geçişli filtre için, devrenin ne zaman geçmesi ve ne zaman durması gerektiği konusunda nasıl tepki verdiğini anlamak için 50 ila 500 Hz test ettik.
Adım 5: LabView'da ECG Devresi
Sonra, LabView'da bir A / D dönüştürücüsünden bir ECG sinyalini simüle eden ve ardından bilgisayarı işaretleyen bir blok şema oluşturmak istiyorsunuz. Hangi ortalama kalp atış hızını beklediğimizi belirleyerek DAQ kartı sinyalimizin parametrelerini ayarlayarak başladık; dakikada 60 atış seçtik. Daha sonra 1kHz'lik bir frekans kullanarak, dalga formu çiziminde 2-3 EKG tepe noktası elde etmek için yaklaşık 3 saniye göstermemiz gerektiğini tespit ettik. Yeterli EKG tepe noktası yakalayabilmemiz için 4 saniye gösterdik. Blok şeması gelen sinyali okuyacak ve tam bir kalp atışının ne sıklıkla gerçekleştiğini belirlemek için tepe algılamayı kullanacaktır.
Adım 6: EKG ve Kalp Hızı
Blok şemadaki kodu kullanarak, EKG dalga formu kutusunda görünecek ve dakika başına vuruş sayısı yanında görüntülenecektir. Artık çalışan bir kalp atış hızı monitörünüz var! Kendinizi daha da zorlaştırmak için, gerçek zamanlı kalp atış hızınızı görüntülemek için devre ve elektrotlarınızı kullanmayı deneyin!
