EKG Monitörü: 8 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.

Elektrokardiyografi, kalbin aktivitesi hakkında bilgi elde etmek için bir hastanın kalbi tarafından üretilen elektrik sinyallerini kaydetme işlemidir. Elektrik sinyalinin etkili bir şekilde yakalanması için, elektrik bileşenleri aracılığıyla filtrelenmesi ve güçlendirilmesi gerekir. Bilgiler ayrıca kullanıcıya açık ve etkili bir şekilde sunulmalıdır.

Aşağıdaki Eğitim Tablosu, bir kullanıcı arayüzünün yanı sıra amplifikasyon/filtreleme devresinin nasıl oluşturulacağını ana hatlarıyla belirtir. LabVIEW'de bir enstrümantasyon amplifikatörü, bir çentik filtresi, bir alçak geçiren filtre ve bir kullanıcı arayüzü oluşturmayı içerir.

İşlemdeki ilk adım, analog devrenin gereksinimlerini tanımlamaktır. Gereksinimler tanımlandıktan sonra, devreyi hangi birincil bileşenlerin oluşturacağına karar verilir. Daha sonra, bu ana bileşenlerin özellikleri ile ilgili daha küçük ayrıntılara değinilir ve son olarak devredeki her direnç ve kapasitörün kesin değerleri tanımlanarak devre tasarım aşaması sonuçlandırılır.

Adım 1: Gereksinimleri ve Birincil Bileşenleri Tanımlama

Devrenin görevi, hasta tarafından üretilen EKG sinyalini yükseltmek ve ilgili tüm gürültüyü filtrelemektir. Ham sinyal, QRS kompleksinde maksimum yaklaşık 2 mV genliğe ve 100 Hz ila 250 Hz aralığında frekans bileşenlerine sahip karmaşık bir dalga biçiminden oluşur. Bu, yükseltilecek ve kaydedilecek sinyaldir.

Bu ilgi sinyaline ek olarak, çeşitli kaynaklardan gürültü üretilir. Güç kaynakları 60 Hz gürültü üretir ve hasta hareketi 1 Hz'den daha düşük aralıkta artefaktlar üretir. Arka plan radyasyonundan ve cep telefonları ve kablosuz internet gibi telekomünikasyon sinyallerinden daha yüksek frekanslı gürültü ortaya çıkar. Bu gürültü topluluğu, filtrelenecek sinyaldir.

Devre önce ham sinyali yükseltmelidir. Daha sonra 60 Hz gürültüyü ve 160 Hz üzerindeki diğer gürültüleri filtrelemelidir. Hastaya hareketsiz durması talimatı verilebilmesi için, hasta hareketiyle ilişkili düşük frekanslı gürültünün filtrelenmesi gereksiz kabul edilir.

Sinyal, hasta üzerinde bulunan iki elektrot arasındaki potansiyel farkı olarak ölçüldüğü için, bir enstrümantasyon amplifikatörü kullanılarak amplifikasyon elde edilir. Basit bir fark amplifikatörü de kullanılabilir, ancak enstrümantasyon amplifikatörleri genellikle gürültü reddi ve toleranslar açısından daha iyi performans gösterir. 60 Hz filtreleme, bir çentik filtresi kullanılarak elde edilir ve yüksek frekanslı filtrelemenin geri kalanı, bir alçak geçiren filtre kullanılarak elde edilir. Bu üç eleman tüm analog devreyi oluşturur.

Devrenin üç elemanı bilinerek, bileşenlerin kazanımları, kesme frekansları ve bant genişlikleri ile ilgili daha küçük ayrıntılar tanımlanabilir.

Enstrümantasyon amplifikatörü 670'lik bir kazanç olarak ayarlanacaktır. Bu, küçük bir EKG sinyalini kaydetmek için yeterince büyüktür, ancak aynı zamanda, 20 mV'a yakın sinyallerle devreyi test ederken op-amp'lerin lineer aralıkları içinde davranmasını sağlamak için yeterince küçüktür. bazı fonksiyon üreteçlerinde minimumdur.

Çentik filtresi 60 Hz'de ortalanacaktır.

Alçak geçiren filtre 160 Hz'lik bir kesme frekansına sahip olacaktır. Bu yine de QRS kompleksinin çoğunu yakalamalı ve yüksek frekanslı arka plan gürültüsünü reddetmelidir.

Adım 2: Enstrümantasyon Amplifikatörü

Yukarıdaki şemalar enstrümantasyon amplifikatörünü açıklamaktadır.

Amplifikatörün iki aşaması vardır. İlk aşama, yukarıdaki resimlerin solundaki iki op-amp'den, ikinci aşama ise sağdaki tek op-amp'den oluşmaktadır. Bunların her birinin kazancı istenildiği gibi modüle edilebilir, ancak biz onu 670 V/V kazanç ile kurmaya karar verdik. Bu, aşağıdaki direnç değerleri ile elde edilebilir:

R1: 100 Ohm

R2: 3300 Ohm

R3: 100 Ohm

R4: 1000 Ohm

Adım 3: Çentik Filtresi

Yukarıdaki şemalar çentik filtresini açıklamaktadır. Bu aktif bir filtredir, bu yüzden istersek bir sinyali güçlendirmeyi veya azaltmayı seçebilirdik, ancak gerekli tüm amplifikasyonu zaten elde ettik, bu yüzden bu op-amp için bir kazanç seçiyoruz. Merkez frekansı 60 Hz ve kalite faktörü 8 olmalıdır. Bu, aşağıdaki bileşen değerleri ile elde edilebilir:

R1: 503 Ohm

R2: 128612 Ohm

R3: 503 Ohm

C: 0.33 mikroFarad

Adım 4: Düşük Geçiş Filtresi

Yine bu aktif bir filtredir, yani istediğimiz herhangi bir kazancı seçebiliriz, ancak 1'i seçeceğiz. Bu, yukarıdaki R4'ü kısa devreye ve R3'ü açık devreye çevirerek gerçekleştirilir. Gerisi, diğer bileşenlerde olduğu gibi, bireysel eleman değerleri elde etmek için devreleri yöneten denklemlerle birlikte önceden tanımlanmış gereksinimlerimizi kullanarak elde edilir:

R1: 12056 Ohm

R2: 19873.6 Ohm

C1: 0.047 mikroFarad

C2: 0.1 mikroFarad

Adım 5: Tam Devreyi Sanal Olarak Tasarlayın

PSPICE gibi bir sanal devre oluşturma yazılımında bir devre tasarlamak, gerçek analog devre üretimine geçmeden önce hataları yakalamada ve planları sağlamlaştırmada çok yardımcı olabilir. Bu noktada, her şeyin plana göre hareket etmesini sağlamak için devrenin AC taramaları yakalanabilir.

Adım 6: Tam Devre Oluşturun

Devre istediğiniz şekilde kurulabilir, ancak bu durumda bir breadboard seçilmiştir.

Lehimlemeden daha kolay olduğu için bir breadboard üzerine montaj önerilir, ancak lehimleme daha fazla dayanıklılık sağlar. Sabit güçten istenmeyen sapmaları ortadan kaldırmaya yardımcı olduğundan, güç kaynağına paralel olarak toprağa 0,1 mikroFarad baypas kapasitörünün yerleştirilmesi de önerilir.

Adım 7: LabVIEW Kullanıcı Arayüzü

LabVIEW kullanıcı arayüzü, analog sinyallerden, EKG sinyalinin bir kullanıcının yorumlaması kolay olan görsel ve sayısal temsillerine dönüştürmenin bir yoludur. Sinyali analogdan dijitale dönüştürmek için bir DAQ kartı kullanılır ve veriler LabVIEW'e aktarılır.

Yazılım, veri işleme ve arayüz oluşturmada yardımcı olan nesne tabanlı bir programdır. Veriler önce grafik tarafından görsel olarak temsil edilir ve ardından kalp atışının frekansını belirlemek için bazı sinyal işleme gerçekleştirilir, böylece grafiğin yanında görüntülenebilir.

Kalp atış hızı frekansını belirlemek için kalp atışlarını tespit etmek gerekir. Bu, Lab VIEW'in tepe algılama nesnesi ile gerçekleştirilebilir. Nesne, kalp atışları arasında geçen süreyi belirlemek için hesaplamalarda kullanılabilen, alınan veri dizisindeki tepe indekslerinin çıktısını verir.

LabVIEW detayları tamamen farklı bir Instructable olacağından, detayları başka bir kaynağa bırakacağız. Programın tam işleyişi, yukarıda sunulan blok diyagramda görülebilir.

Adım 8: LabVIEW Son Kullanıcı Arayüzü

Son kullanıcı arayüzü, dakikadaki atım cinsinden kalp frekansı okumasıyla birlikte güçlendirilmiş, filtrelenmiş, dönüştürülmüş ve işlenmiş bir sinyal görüntüler.