EKG ve Nabız Dijital Monitörü: 7 Adım (Resimlerle)

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

Bir elektrokardiyogram veya EKG, kalp sağlığını ölçmek ve analiz etmek için çok eski bir yöntemdir. Bir EKG'den okunan sinyal, sağlıklı bir kalbi veya bir dizi sorunu gösterebilir. Güvenilir ve doğru bir tasarım önemlidir, çünkü EKG sinyali deforme olmuş bir dalga biçimi veya yanlış kalp atışı gösteriyorsa, bir kişiye yanlış teşhis konulabilir. Amaç, EKG sinyalini alabilen, yükseltebilen ve filtreleyebilen bir EKG devresi tasarlamaktır. Ardından, EKG sinyalinin BPM'sinde gerçek zamanlı bir grafik ve kalp atışı oluşturmak için bu sinyali bir A/D dönüştürücü aracılığıyla Labview'e dönüştürün. Çıkış dalga biçimi bu görüntü gibi görünmelidir.

"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: Devrenin Tasarlanması

Devrenin bir EKG sinyalini alma ve yükseltme yeteneğine sahip olması gerekir. Bunu yapmak için üç aktif filtreyi birleştireceğiz; bir Enstrümantasyon Amplifikatörü, bir İkinci Derece Butterworth Düşük Geçişli filtre ve bir Çentik Filtresi. Bu devrelerin tasarımı resimlerde görülebilir. Bunları teker teker inceleyeceğiz, ardından tüm devreyi tamamlamak için bir araya getireceğiz.

Adım 2: Enstrümantasyon Amplifikatörü

İyi bir sinyal alabilmek için enstrümantasyon amplifikatörünün kazancının 1000 V/V olması gerekir. Enstrümantasyon amplifikatörü aracılığıyla amplifikasyon iki aşamada gerçekleşir. İlk aşama soldaki iki op amp ve R1 ve R2 rezistöründen oluşur ve amplifikasyonun ikinci aşaması sağdaki op amp ve R3 ve R4 dirençlerinden oluşur. Aşama 1 ve aşama 2 için kazanç (amplifikasyon) denklem (1) ve (2)'de verilmiştir.

Aşama 1 Kazanç: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

Aşama 2 Kazanç: K2 = R4/R3 (2)

Devrelerdeki kazançla ilgili önemli bir not, çarpımsal olmasıdır; Örneğin. Şekil 2'deki genel devrenin kazancı K1*K2'dir. Bu denklemler şematikte gösterilen değerleri üretir. Bu filtre için gerekli malzemeler üç adet LM741 op amp, üç adet 1k ohm direnç, iki adet 24,7 kohm direnç ve iki adet 20 kohm dirençtir.

Adım 3: Çentik Filtresi

Bir sonraki aşama, 60 Hz'de gürültüyü kesmek için bir Çentik Filtresidir. Bu frekansın kesilmesi gerekir çünkü 60 Hz'de güç hattı girişimi nedeniyle çok fazla ekstra gürültü vardır, ancak EKG sinyalinden önemli bir şey çıkarmayacaktır. Devrede kullanılan bileşenlerin değerleri, filtrelenmesini istediğiniz frekansa bağlıdır, bu durumda 60 Hz (377 rad/s). Bileşen denklemleri aşağıdaki gibidir

R1= 1/ (6032*C)

R2= 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Bunun için gerekli malzemeler bir adet LM741 op amp, 1658 ohm, 424,4 kohm ve 1651 ohm değerinde üç direnç ve ikisi 100 nF'de ve biri 200 nF'de olmak üzere 3 kapasitördü.

Adım 4: Düşük Geçiş Filtresi

Son aşama, 250 Hz'lik bir kesme frekansına sahip İkinci Derece Butterworth Alçak geçiren filtredir. Bu, kesme frekansıdır çünkü bir EKG sinyali yalnızca maksimum 250 Hz aralığındadır. Filtredeki bileşenlerin değerleri için denklemler aşağıdaki denklemlerde tanımlanmıştır:

R1 = 2/ (1571(1.4C2 + sıralama(1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 < (C2 *1.4^2) / 4

Bu filtre için gerekli malzemeler bir LM741 op amp, 15.3 kohm ve 25.6 kohm'luk iki direnç ve 47 nF ve 22 nF'lik iki kapasitördü.

Her üç aşama da tasarlanıp inşa edildikten sonra, son devre fotoğraftaki gibi görünmelidir.

Adım 5: Devreyi Test Etme

Devre oluşturulduktan sonra, düzgün çalıştığından emin olmak için test edilmesi gerekir. Bir voltaj üretecinden 1 Hz'de bir kardiyak giriş sinyali kullanılarak her filtrede bir AC taramasının çalıştırılması gerekir. dB cinsinden büyüklük yanıtı resimlerdeki gibi görünmelidir. AC taramasından elde edilen sonuçlar doğruysa devre tamamlanmıştır ve kullanıma hazırdır. Yanıtlar doğru değilse, devrenin hata ayıklanması gerekir. Her şeyin iyi bir bağlantıya sahip olduğundan emin olmak için tüm bağlantıları ve güç girişlerini kontrol ederek başlayın. Bu sorunu çözmezse, çıkış olması gereken yere gelene kadar dirençlerin ve kapasitörlerin değerlerini gerektiği gibi ayarlamak için filtre bileşenlerinin denklemlerini kullanın.

Adım 6: Labview'de bir VUI Oluşturma

Labview, kullanıcının bir VUI veya sanal kullanıcı arabirimi tasarlamasını sağlayan bir dijital veri toplama yazılımıdır. Bir DAQ kartı, EKG sinyalini Labview'e dönüştürebilen ve iletebilen bir A/D dönüştürücüdür. Bu yazılımı kullanarak, sinyali net bir şekilde okumak ve ardından sinyali BPM'de bir kalp atışına dönüştürmek için EKG sinyali bir genlik-zaman grafiği üzerinde çizilebilir. Bunun için gerekli olan ilk şey, verileri toplayan ve bilgisayarda Labview'e göndermek için dijital bir sinyale dönüştüren bir DAQ kartıdır. Labview tasarımına eklenmesi gereken ilk şey, DAQ kartından sinyali alan ve örnekleme parametrelerini tanımlayan DAQ Assistant oldu. Sonraki adım, EKG dalga biçimini gösteren EKG sinyalini çizen VUI tasarımındaki DAQ asistanının çıkışına bir dalga biçimi grafiği bağlamaktır. Artık dalga formu grafiği tamamlandığında, kalp atış hızının sayısal bir çıktısını üretmek için verilerin de dönüştürülmesi gerekir. Bu hesaplamadaki ilk adım, maks/min öğesini VUI'deki DAQ verilerinin çıkışına bağlayarak maksimum EKG verilerinin bulunması ve ardından bunu tepe algılama adı verilen başka bir öğeye ve dt denilen zaman değişikliği. Pik saptama elemanı ayrıca, maksimum değerin %80'ini bulmak için maks. min öğesinden maksimumu alıp.8 ile çarparak hesaplanan maks/dk'dan bir eşiğe ihtiyaç duydu ve ardından tepe algılama öğesine girildi. Bu eşik, tepe algılama elemanının sinyalin diğer tepe noktalarını yok sayarken R dalgasının maksimumunu ve maksimumun meydana geldiği konumu bulmasına izin verdi. Zirvelerin konumları daha sonra VUI'ye eklenen bir dizin dizisi öğesine gönderildi. Dizin dizi öğesi, 0'dan başlayan dizi ve dizine ve ardından 1 diziniyle başlayan bir dizide depolanacak şekilde ayarlandı. her tepe noktası arasındaki noktaların sayısı. Her nokta arasındaki zaman farkıyla çarpılan puan sayısı, her bir vuruşun gerçekleşmesi için geçen süreyi sağlar. Bu, dt öğesinden gelen çıktının ve iki dizinin çıkarılmasından elde edilen çıktının çarpılmasıyla gerçekleştirildi. Bu sayı daha sonra dakikadaki vuruşları bulmak için 60'a bölündü ve ardından VUI'de sayısal bir gösterge öğesi kullanılarak çıktısı alındı. VUI tasarımının Labview'deki kurulumu Şekilde gösterilmektedir.

7. Adım: Hepsini Bir Araya Getirin

VUI Labview'de bittiğinde, son adım devreyi DAQ kartına bağlamaktır, böylece sinyal devre üzerinden karta ve ardından Labview'e geçer. Her şey düzgün çalışıyorsa, 1 Hz'lik bir sinyal, şekilde gösterilen dalga biçimini ve dakikada 60 vuruşluk bir kalp atışı üretmelidir. Artık çalışan bir EKG ve Kalp Atış Hızı Dijital Monitörünüz var.