Kendi EKG'nizi Oluşturun!: 10 Adım

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

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

Kalp atışı, kardiyak miyositlerde (kalbin kas hücreleri) elektriksel depolarizasyonların spontan sunumuyla düzenlenen ritmik kasılmalardan oluşur. Bu tür elektriksel aktivite, vücudun farklı pozisyonları boyunca invazif olmayan kayıt elektrotları yerleştirilerek yakalanabilir. Devre ve biyoelektrik hakkında giriş düzeyinde bir anlayışla bile, bu sinyaller nispeten kolaylıkla yakalanabilir. Bu Eğitilebilir Kitapta, pratik ve ucuz ekipmanla bir elektrokardiyografik sinyali yakalamak için kullanılabilecek basit bir metodoloji sunuyoruz. Boyunca, bu tür sinyallerin elde edilmesinde temel hususları vurgulayacağız ve programlı sinyal analizi için teknikleri sunacağız.

Adım 1: Özelliklere Genel Bakış

Oluşturduğunuz cihaz aşağıdaki özelliklerle çalışacaktır:

1. elektrot kayıtları
2. Alet amplifikatörü
3. çentik filtresi
4. Alçak geçiş filtresi
5. Analogdan dijitale dönüştürme
6. LabView kullanarak sinyal analizi

İhtiyacınız olacak bazı önemli bileşenler:

1. NI LabView
2. NI veri toplama kartı (LabView girişleri için)
3. DC Güç kaynağı (operasyonel amplifikatörlere güç sağlamak için)
4. Elektrot kayıtları için cilt elektrot pedleri
5. VEYA simüle edilmiş bir EKG sinyali oluşturabilen bir fonksiyon üreteci

Başlayalım!

2. Adım: Bir Alçak Geçiren Filtre Tasarlayın

Normal bir EKG, P dalgası, QRS kompleksi ve T dalgası olarak adlandırılan sinyalin dalga biçiminde tanımlanabilir özellikler içerir. EKG'nin tüm özellikleri 250 Hz'nin altındaki frekans aralığında görünecektir ve bu nedenle elektrotlardan bir EKG kaydederken yalnızca ilgilenilen özellikleri yakalamak önemlidir. 250 Hz'lik bir kesme frekansına sahip bir alçak geçiren filtre, sinyalde hiçbir yüksek frekanslı gürültünün yakalanmamasını sağlayacaktır.

3. Adım: Bir Çentik Filtresi Tasarlayın

EKG kaydıyla ilişkili herhangi bir güç kaynağından gelen gürültüyü gidermek için 60 Hz frekansında bir çentik filtresi kullanışlıdır. 56,5 Hz ile 64 Hz arasındaki kesme frekansları, bu aralığın dışındaki frekanslara sahip sinyallerin geçmesine izin verecektir. Filtreye 8 kalite faktörü uygulandı. 0.1 uF'lik bir kapasitans seçilmiştir. Deneysel dirençler şu şekilde seçilmiştir: R1=R3=1,5 kOhms, R2=502 kOhms. Bu değerler, çentik filtresini oluşturmak için kullanıldı.

Adım 4: Bir Enstrümantasyon Amplifikatörü Tasarlayın

1000 V/V kazançlı bir enstrümantasyon amplifikatörü, ölçüm kolaylığı sağlamak için tüm filtrelenmiş sinyalleri yükseltecektir. Amplifikatör bir dizi işlemsel amplifikatör kullanır ve ilgili kazanç K1 ve K2 ile iki aşamaya (sol ve sağ) ayrılır. Yukarıdaki görüntü, bu sonucu elde edebilecek bir devre şemasını göstermektedir ve Şekil 6, yapılan hesaplamaları detaylandırmaktadır.

Adım 5: Hepsini Bir Araya Bağlayın

Amplifikasyon ve filtrelemenin üç aşaması aşağıdaki Şekil 7'de birleştirilmiştir. Enstrümantasyon amplifikatörü, 1000V/V kazanç ile sinüzoidal frekans girişini yükseltir. Ardından, çentik filtresi, 8 kalite faktörü ile 60 Hz'lik tüm sinyal frekansını kaldırır. Son olarak, sinyal, 250 Hz'lik bir frekansın ötesindeki sinyalleri azaltan bir alçak geçiren filtreden geçer. Yukarıdaki şekil, deneysel olarak oluşturulan tam sistemi göstermektedir.

Adım 6: … ve Çalıştığından Emin Olun

Bir fonksiyon oluşturucunuz varsa, uygun bir yanıt sağlamak için bir frekans yanıt eğrisi oluşturmalısınız. Yukarıdaki resim, tam sistemi ve beklemeniz gereken frekans yanıt eğrisini göstermektedir. Sisteminiz çalışıyor gibi görünüyorsa, bir sonraki adıma geçmeye hazırsınız: analog sinyali dijitale dönüştürmek!

7. Adım: (Opsiyonel) EKG'nizi Osiloskopta Görselleştirin

EKG, iki elektrotlu bir sinyali kaydeder ve toprak olarak üçüncü bir elektrot kullanır. EKG kayıt elektrotlarınızla, birini enstrümantasyon amplifikatörünün bir girişine, diğerini diğer enstrümantasyon amplifikatörünün girişine takın ve üçüncüsünü breadboard'unuzdaki toprağa bağlayın. Ardından, bir elektrotu bir bileğinize, diğerini diğer bileğinize yerleştirin ve ayak bileğinizin üzerine topraklayın. Bu, bir EKG için Lead 1 konfigürasyonudur. Osiloskopunuzdaki sinyali görselleştirmek için üçüncü aşama çıkışınızı ölçmek için bir osiloskop probu kullanın.

8. Adım: National Instruments DAQ ile Veri Edinme

Sinyalinizi LabView'da analiz etmek istiyorsanız, EKG'nizden analog veri toplamanın ve bilgisayara aktarmanın bir yoluna ihtiyacınız olacaktır. Veri almanın her türlü yolu var! National Instruments, veri toplama cihazları ve veri analiz cihazları konusunda uzmanlaşmış bir şirkettir. Veri toplamak için araçlar aramak için iyi bir yerdir. Ayrıca kendi ucuz analogdan dijitale dönüştürücü çipinizi satın alabilir ve sinyalinizi iletmek için bir Raspberry Pi kullanabilirsiniz! Bu muhtemelen daha ucuz bir seçenektir. Bu durumda, bir NI DAQ modülüne, bir NI ADC'ye ve LabView'e zaten sahiptik, bu yüzden kesinlikle National Instruments donanım ve yazılımına bağlı kaldık.

Adım 9: Verileri LabVIEW'e Aktarın

Analog amplifikasyon/filtreleme sisteminden toplanan verileri analiz etmek için görsel programlama dili LabVIEW kullanıldı. Veriler, LabVIEW'de yerleşik bir veri toplama işlevi olan DAQ Assistant ile NI DAQ ünitesinden toplanmıştır. LabView kontrolleri kullanılarak numune sayısı ve numune toplama süresi programlı olarak belirtildi. Kontroller manuel olarak ayarlanabilir, bu da kullanıcının giriş parametrelerinde kolaylıkla ince ayar yapmasına olanak tanır. Toplam numune sayısı ve zaman süresi bilindiğinde, yakalanan sinyaldeki her numunede karşılık gelen zamanı temsil eden her indeks değeriyle bir zaman vektörü yaratıldı.

Adım 10: Biçimlendirin, Analiz Edin ve İşiniz Bitti

DAQ asistan işlevinden gelen veriler kullanılabilir bir biçime dönüştürülmüştür. Sinyal, ilk önce DAQ çıkış veri tipini bir dalga formu veri tipine dönüştürerek ve daha sonra (X, Y) kümelenmiş bir çift çiftine dönüştürerek 1B çiftler dizisi olarak yeniden yaratıldı. (X, Y) çiftinden her Y değeri seçildi ve bir döngü yapısı yardımıyla başlangıçta boş bir 1D çiftler dizisine eklendi. 1B çiftler dizisi ve karşılık gelen zaman vektörü bir XY grafiğinde çizildi. Eşzamanlı olarak, 1D çiftler dizisinin maksimum değeri, bir maksimum değer tanımlama fonksiyonu ile tanımlandı. Maksimum değerin onda altısı, LabView'da yerleşik olarak bulunan bir tepe algılama algoritması için bir eşik olarak kullanıldı. 1D çiftler dizisinin tepe değerleri, tepe algılama fonksiyonu ile tanımlandı. Bilinen pik konumları ile her pik arasındaki zaman farkı hesaplandı. Pik başına saniye birimi cinsinden bu zaman farkı, dakika başına tepe değerine dönüştürülmüştür. Ortaya çıkan değerin, dakikadaki atım cinsinden kalp hızını temsil ettiği kabul edildi.

Bu kadar! Artık bir EKG sinyali topladınız ve analiz ettiniz!