EKG Toplama Devresi: 5 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

DİKKAT: Bu tıbbi bir cihaz değildir. Bu, yalnızca simüle edilmiş sinyallerin kullanıldığı eğitim amaçlıdır. Bu devreyi gerçek EKG ölçümleri için kullanıyorsanız, lütfen devrenin ve devre-enstrüman bağlantılarının uygun izolasyon tekniklerini kullandığından emin olun

Günümüz sağlık endüstrisinde belki de en yaygın fizyolojik ölçüm Elektrokardiyogramdır (EKG/EKG). Bir kalp atış hızı monitörünün geleneksel "bip" sesini duymadan veya bir hasta odasında ekranda EKG dalga formunun yuvarlandığını görmeden bir hastane veya acil serviste yürümek zordur. Peki, modern sağlık hizmetiyle bu kadar ilişkilendirilen bu ölçüm nedir?

Elektrokardiyogram genellikle kalbin fiziksel aktivitesini kaydetmekle karıştırılır, ancak adından da anlaşılacağı gibi aslında kalp kaslarının elektriksel aktivitesinin, depolarizasyonunun ve repolarizasyonunun bir kaydıdır. Doktorlar, kaydedilen dalga biçimini analiz ederek, kalbin elektrik sisteminin davranışı hakkında fikir edinebilirler. EKG verilerinden yapılan bazı yaygın tanılar şunları içerir: miyokard enfarktüsü, pulmoner emboli, aritmiler ve AV blokları.

Aşağıdaki Eğitim Tablosu, hastanelerde yapıldığı gibi basit yüzey elektrotları kullanarak bir EKG toplayabilen temel bir elektrik devresi oluşturmak için kullanılan süreci ve ilkeleri özetleyecektir.

Adım 1: Bir Enstrümantasyon Amplifikatörü Tasarlayın

EKG sinyalini kaydetmek için gereken ilk devre elemanı bir enstrümantasyon amplifikatörüdür. Bu amplifikatörün iki etkisi vardır.

1. Kayıt elektrotları ile devrenin geri kalanı arasında elektronik bir tampon oluşturur. Bu, elektrotlardan gerekli akım çekişini pratik olarak sıfıra düşürür. Giriş empedansının neden olduğu çok az bozulma ile sinyal toplamaya izin verir.

2. Kaydedilen sinyali diferansiyel olarak yükseltir. Bu, her iki kayıt elektrotunda ortak olan herhangi bir sinyalin amplifiye edilmeyeceği, ancak farklılıklar (önemli kısımlar) olacağı anlamına gelir.

Bir EKG için tipik olarak yüzey elektrot kayıtları milliVolt aralığında olacaktır. Bu nedenle, bu sinyali 1000 V/V'luk bir amplifikasyon (K) ile çalışabileceğimiz bir aralığa sokmak uygun olacaktır.

Yukarıda gösterilen amplifikatör için yönetim denklemleri şunlardır:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, bu 1. aşama kazancıdır

K2 = - R4/R3, bu 2. aşama kazancıdır

İdeal olarak, K1 ve K2'nin yaklaşık olarak eşit olması ve istenen amplifikasyonu elde etmek için K1 * K2 = 1000 olması gerektiğini unutmayın.

Devremizde kullanılan son değerler….

R1 = 6,5 kOhm

R2 = 100 kOhm

R3 = 3.17 kOhm

R4 = 100 kOhm

Adım 2: Bir Çentik Filtresi Tasarlamak

Modern dünyada, EKG'nin toplanmasının diğer bazı elektronik cihazların yakınında veya hatta sadece yerel elektrik hatlarından elektrik sağlanan bir binada yapılması muhtemeldir. Ne yazık ki, sağlanan gücün yüksek voltajlı ve salınımlı doğası, yakınında bulunan hemen hemen her iletken malzemede büyük miktarda elektriksel "gürültü" üreteceği anlamına gelir; buna EKG toplama devremizi oluşturmak için kullanılan teller ve devre elemanları dahildir.

Bununla mücadele etmek için, yerel güç kaynağı (şebeke uğultusu olarak adlandırılır) tarafından üretilen gürültününkine eşit bir frekansa sahip herhangi bir sinyal basitçe filtrelenebilir ve esasen kaldırılabilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde, elektrik şebekesi 60 Hz frekansında 110-120V sağlar. Bu nedenle, 60 Hz frekanslı herhangi bir sinyal bileşenini filtrelememiz gerekir. Neyse ki, bu daha önce birçok kez yapıldı ve sadece bir çentik filtresinin tasarımını gerektiriyor (yukarıdaki resimde).

Bu filtreyi yöneten denklemler….

R1 = 1 / (2 * S * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

S = s / B

burada wc2 yüksek kesme frekansı, w2 düşük kesme frekansı, w rad/sn cinsinden kesme frekansı ve Q a kalite faktörüdür

C'nin serbestçe seçilebilen bir değer olduğunu unutmayın. Devremizde kullanılan aşağıdaki değerler:

R1 = 1.65 kOhm

R2 =424.5 kOhm

S = 8

w = 120 * pi rad/sn

Adım 3: Alçak Geçiren Filtre

EKG sinyallerinin frekansı 0 - 150 Hz civarındadır. Bu aralıktan daha yüksek frekansa sahip şeylerden sinyale daha fazla gürültünün bağlanmasını önlemek için, yalnızca EKG sinyalinin devreden geçmesine izin vermek için 150 Hz'lik bir kesime sahip ikinci bir düşük geçişli ButterWorth filtresi uygulandı. Önceki bileşenler gibi hemen mevcut bir kapasitör değeri seçmek yerine, aşağıda bulunan formüle göre ilk kapasitör değeri C2 seçildi. Bu değerden, diğer tüm bileşen değerleri hesaplanabilir ve ardından kazancı tekrar 1V/V'de tutarken devreye eklenebilir.

C2 ≈ 10/fc uf, burada fc kesim frekansıdır (bu durumda 150 Hz).

Daha sonra bu adımda ikinci resim olarak yer alan tabloda gösterildiği gibi kalan değerler hesaplanabilir.

Yukarıdaki şemaya yerleştirilmek üzere kullanılan nihai değerler şunlardır:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22.47 kOhm

R2 = 22.56 kOhm

Adım 4: LabVIEW Hazırlığı

EKG koleksiyonunun bu bölümü için gerekli olan tek malzeme, 64-bit LabVIEW kopyası ve tek giriş modülüne sahip National Instruments Signal Conditioning Board () ile donatılmış bir Windows bilgisayardır. LabVIEW içindeki fonksiyonel blok diyagram daha sonra aşağıdaki şekilde oluşturulmalıdır. Boş bir Fonksiyonel Blok Şeması açarak başlayın.

Bir DAQ Assistant bloğu ekleyin ve aşağıdaki ayarları yapın:

Ölçüm: Analog→ Gerilim

Mod: RSE

Örnekleme: Sürekli Örnekleme

Toplanan Örnekler: 2500

Örnekleme Hızı: 1000 / sn

Toplanan dalga biçimini bir dalga biçimi grafiğine aktarın. Ek olarak, mevcut dalga biçimi verilerinin maksimum değerini hesaplayın. Tepe tespiti için bir eşik oluşturmak için dalganın maksimum değerini.8 gibi bir değerle çarpın, bu değer sinyal içindeki gürültü seviyesine göre ayarlanabilir. Bir önceki adımın ürününü eşik olarak ve ham voltaj dizisini “Tepe Algılama” işlevi için veri olarak besleyin. Ardından, tepe algılama dizisinin “Konum” çıktısını alın ve birinci ve ikinci değerleri çıkarın. Bu, ilk dizideki iki tepe noktasının indeks değerlerindeki farkı temsil eder. Bu daha sonra değeri örnekleme hızına bölerek bir zaman farkına dönüştürülebilir, örneğin bu 1000 /sn'dir. Son olarak, bu değerin tersini alın (Hz vererek) ve dakikada kalp atış hızı olarak kalp atış hızını elde etmek için 60 ile çarpın. Bunun için son blok diyagram, bu adımın başlık resmine benzemelidir.

Adım 5: Tam Sistem Entegrasyonu

Artık tüm bileşenler ayrı ayrı inşa edildiğine göre, alışveriş merkezini bir araya getirme zamanı. Bu, bir bölümün çıkışını bir sonraki bölümün girişine basitçe bağlayarak yapılabilir. Aşamalar, bu Talimatta göründükleri sırayla kablolanmalıdır. Son aşama olan ButterWorth filtresi için girişi, sinyal koşullandırma panosunun giriş modülündeki iki kablodan birine bağlanmalıdır. Bu modülden gelen diğer kablo, devrelerin ortak toprağına bağlanmalıdır.

Enstrümantasyon amplifikatörü için, iki ucunun her biri bir EKG/EKG elektroduna bağlanmalıdır. Bu, iki timsah klipsi kullanılarak kolayca yapılır. Ardından, her bir bileğe bir elektrot yerleştirin. Devrenin tüm bölümlerinin bağlı olduğundan ve LabVIEW VI'nın çalıştığından ve sistemin LabVIEW penceresinde bir dalga formu grafiği vermesi gerektiğinden emin olun.

Çıktı, bu adımda sağlanan ikinci görüntüye benzer görünmelidir. Benzer değilse devrenizin değerlerinin ayarlanması gerekebilir. Yaygın sorunlardan biri, çentik filtresinin doğrudan 60 Hz'de ortalanmayacağı ve biraz yüksek/düşük olabileceğidir. Bu, filtre için bir bode grafiği oluşturularak test edilebilir. İdeal olarak, çentik filtresi 60 Hz'de en az 20 dB zayıflamaya sahip olacaktır. Yerel gücünüzün 60 Hz'de sağlandığını kontrol etmek de faydalı olabilir. Bazı alanlarda 50 Hz AC beslemeye sahip olmak nadir değildir, bu durum çentik filtresinin bu değer etrafında merkezlenmesini gerektirir.