EKG ve Kalp Atış Hızı Dijital Monitörü Nasıl Oluşturulur: 6 Adım

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

Bir elektrokardiyogram (EKG), kalbin ritminin yanı sıra ne kadar hızlı attığını göstermek için kalp atışının elektriksel aktivitesini ölçer. Her vuruşta kalp kasının kan pompalamasını sağlamak için kalpten geçen, dalga olarak da bilinen elektriksel bir dürtü vardır. Sağ ve sol atriyum ilk P dalgasını oluşturur ve sağ ve sol alt ventriküller QRS kompleksini oluşturur. Son T dalgası, elektriksel iyileşmeden dinlenme durumuna geçer. Doktorlar kalp rahatsızlıklarını teşhis etmek için EKG sinyallerini kullanır, bu nedenle net görüntüler elde etmek önemlidir.

Bu talimatın amacı, bir devrede bir enstrümantasyon amplifikatörü, çentik filtresi ve alçak geçiren filtreyi birleştirerek bir elektrokardiyogram (EKG) sinyalini elde etmek ve filtrelemektir. Daha sonra sinyaller, BPM'de gerçek zamanlı bir grafik ve kalp atışı üretmek için bir A/D dönüştürücüden LabView'a geçecektir.

"Bu tıbbi bir cihaz değildir. Bu, yalnızca simülasyon sinyalleri kullanılarak eğitim amaçlıdır. Bu devreyi gerçek EKG ölçümleri için kullanıyorsanız, lütfen devrenin ve devre-enstrüman bağlantılarının uygun izolasyon tekniklerini kullandığından emin olun."

Adım 1: Bir Enstrümantasyon Amplifikatörü Tasarlayın

Bir enstrümantasyon amplifikatörü oluşturmak için 3 op amp ve 4 farklı dirence ihtiyacımız var. Bir enstrümantasyon amplifikatörü, çıkış dalgasının kazancını arttırır. Bu tasarımda iyi bir sinyal alabilmek için 1000V kazanç hedefledik. K1 ve K2'nin kazanç olduğu 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

İkinci olarak, bir op amp, dirençler ve kapasitörler kullanarak bir çentik filtresi oluşturmalıyız. Bu bileşenin amacı, 60 Hz'de gürültüyü filtrelemektir. Tam olarak 60 Hz'de filtrelemek istiyoruz, bu yüzden 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 frekansıdır (Hz), B bant genişliğidir (rad/sn) ve wc1 ve wc2 kesme frekanslarıdır (rad/sn).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

S = s/B

B = wc2 - wc1

3. Adım: Bir Alçak Geçiren Filtre Tasarlayın

Bu bileşenin amacı, belirli bir kesme frekansının (wc) üzerindeki frekansları filtrelemek ve esasen geçişlerine izin vermemektir. Bir EKG sinyalini ölçmek için kullanılan ortalama frekansa (150 Hz) 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 (direnç yok) ve R4 kısa devre (sadece bir kablo) olur.

Adım 4: Devreyi Test Edin

Filtrenin etkinliğini belirlemek için her bileşen için bir AC taraması gerçekleştirilir. AC taraması, bileşenin büyüklüğünü farklı frekanslarda ölçer. Bileşene bağlı olarak farklı şekiller görmeyi beklersiniz. AC taramasının önemi, inşa edildikten sonra devrenin düzgün çalıştığından emin olmaktır. Bu testi laboratuvarda gerçekleştirmek için Vout/Vin'i bir dizi frekansta kaydetmeniz yeterlidir. Enstrümantasyon amplifikatörü için geniş bir aralık elde etmek için 50 ila 1000 Hz arasında test ettik. Çentik filtresi için, bileşenin 60 Hz civarında nasıl tepki verdiğine dair iyi bir fikir edinmek için 10 ila 90 Hz arasında test ettik. Alçak geçiren filtre için, devrenin geçmesi gerektiğinde ve durması gerektiğinde nasıl tepki verdiğini anlamak için 50 ila 500 Hz arasında test ettik.

Adım 5: LabView üzerinde EKG Devresi

Ardından, bir A/D dönüştürücü aracılığıyla bir EKG sinyalini simüle eden ve ardından sinyali bilgisayarda çizen LabView'da bir blok diyagram oluşturmak istiyorsunuz. Hangi ortalama kalp atış hızını beklediğimizi belirleyerek DAQ kartı sinyalimizin parametrelerini ayarlayarak başladık; dakikada 60 vuruş seçtik. Daha sonra 1kHz'lik bir frekans kullanarak, dalga biçimi grafiğinde 2-3 EKG tepe noktası elde etmek için kabaca 3 saniye görüntülememiz gerektiğini belirledik. Yeterli EKG tepe noktası yakaladığımızdan emin olmak için 4 saniye görüntüledik. Blok diyagram, gelen sinyali okuyacak ve tam bir kalp atımının ne sıklıkla meydana geldiğini belirlemek için tepe algılamayı kullanacaktır.

Adım 6: EKG ve Nabız

Blok diyagramdaki kodu kullanarak, dalga formu kutusunda EKG görünecek ve yanında dakikadaki atım sayısı görüntülenecektir. Artık çalışan bir kalp atış hızı monitörünüz var! Kendinize daha fazla meydan okumak için, gerçek zamanlı kalp atış hızınızı görüntülemek için devrenizi ve elektrotlarınızı kullanmayı deneyin!