Hoe maak je een ECG en hartslag digitale monitor: 6 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Een elektrocardiogram (ECG) meet de elektrische activiteit van de hartslag om te laten zien hoe snel het hart klopt, evenals het ritme ervan. Er is een elektrische impuls, ook wel een golf genoemd, die door het hart gaat om de hartspier bij elke slag bloed te laten pompen. De rechter en linker atria creëren de eerste P-golf, en de rechter en linker onderste ventrikels maken het QRS-complex. De laatste T-golf is van het elektrisch herstel naar een rusttoestand. Artsen gebruiken ECG-signalen om hartaandoeningen te diagnosticeren, dus het is belangrijk om duidelijke beelden te krijgen.

Het doel van deze instructable is om een elektrocardiogram (ECG) -signaal te verwerven en te filteren door een instrumentatieversterker, inkepingsfilter en laagdoorlaatfilter in een circuit te combineren. Vervolgens gaan de signalen door een A/D-converter naar LabView om een realtime grafiek en hartslag in BPM te produceren.

"Dit is geen medisch apparaat. Dit is alleen voor educatieve doeleinden waarbij gebruik wordt gemaakt van gesimuleerde signalen. Als u dit circuit gebruikt voor echte ECG-metingen, zorg er dan voor dat het circuit en de circuit-naar-instrument-verbindingen de juiste isolatietechnieken gebruiken."

Stap 1: Ontwerp een instrumentatieversterker

Om een instrumentatieversterker te bouwen, hebben we 3 opamps en 4 verschillende weerstanden nodig. Een instrumentatieversterker verhoogt de versterking van de uitgangsgolf. Voor dit ontwerp hebben we gestreefd naar een versterking van 1000V om een goed signaal te krijgen. Gebruik de volgende vergelijkingen om de juiste weerstanden te berekenen waarbij K1 en K2 de versterking zijn.

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

Fase 2: K2 = -(R4/R3)

Voor dit ontwerp zijn R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω gebruikt.

Stap 2: Ontwerp een inkepingsfilter

Ten tweede moeten we een notch-filter bouwen met een opamp, weerstanden en condensatoren. Het doel van dit onderdeel is om ruis bij 60 Hz uit te filteren. We willen precies op 60 Hz filteren, dus alles onder en boven deze frequentie zal passeren, maar de amplitude van de golfvorm zal het laagst zijn bij 60 Hz. Om de parameters van het filter te bepalen, hebben we een versterking van 1 en een kwaliteitsfactor van 8 gebruikt. Gebruik de onderstaande vergelijkingen om de juiste weerstandswaarden te berekenen. Q is de kwaliteitsfactor, w = 2*pi*f, f is de middenfrequentie (Hz), B is de bandbreedte (rad/sec), en wc1 en wc2 zijn de afsnijfrequenties (rad/sec).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Stap 3: Ontwerp een laagdoorlaatfilter

Het doel van deze component is om frequenties boven een bepaalde afsnijfrequentie (wc) uit te filteren, waardoor ze in wezen niet worden doorgelaten. We hebben besloten om te filteren op een frequentie van 250 Hz om te voorkomen dat we te dicht bij de gemiddelde frequentie komen die wordt gebruikt om een ECG-signaal te meten (150 Hz). Om de waarden te berekenen die we voor dit onderdeel zullen gebruiken, gebruiken we de volgende vergelijkingen:

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

C2 = 10/afsnijfrequentie (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)

We stellen de versterking in op 1, dus R3 wordt een open circuit (geen weerstand) en R4 wordt een kortsluiting (alleen een draad).

Stap 4: Test het circuit

Voor elk onderdeel wordt een AC-sweep uitgevoerd om de efficiëntie van het filter te bepalen. De AC-sweep meet de grootte van de component bij verschillende frequenties. Afhankelijk van het onderdeel verwacht je verschillende vormen te zien. Het belang van de AC-sweep is om ervoor te zorgen dat het circuit goed functioneert zodra het is gebouwd. Om deze test in het laboratorium uit te voeren, neemt u eenvoudig de Vout/Vin op met een reeks frequenties. Voor de instrumentatieversterker hebben we getest van 50 tot 1000 Hz om een breed bereik te krijgen. Voor het notch-filter hebben we getest van 10 tot 90 Hz om een goed beeld te krijgen van hoe de component reageert rond 60 Hz. Voor het laagdoorlaatfilter hebben we getest van 50 tot 500 Hz om te begrijpen hoe het circuit reageert wanneer het bedoeld is om te passeren en wanneer het bedoeld is om te stoppen.

Stap 5: ECG-circuit op LabView

Vervolgens wilt u in LabView een blokschema maken dat een ECG-signaal simuleert via een A/D-converter en vervolgens het signaal op de computer plot. We begonnen met het instellen van de parameters van ons DAQ-bordsignaal door te bepalen welke gemiddelde hartslag we verwachtten; we kozen voor 60 slagen per minuut. Toen we een frequentie van 1 kHz gebruikten, konden we bepalen dat we ongeveer 3 seconden moesten weergeven om 2-3 ECG-pieken in de golfvormplot te krijgen. We hebben 4 seconden weergegeven om ervoor te zorgen dat we voldoende ECG-pieken vastleggen. Het blokdiagram leest het binnenkomende signaal en gebruikt piekdetectie om te bepalen hoe vaak een volledige hartslag optreedt.

Stap 6: ECG en hartslag

Met behulp van de code uit het blokschema verschijnt het ECG in het golfvormvak en worden de slagen per minuut ernaast weergegeven. Je hebt nu een werkende hartslagmeter! Om jezelf nog meer uit te dagen, kun je proberen je circuit en elektroden te gebruiken om je realtime hartslag weer te geven!