Màn hình điện tâm đồ: 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

LƯU Ý: Đây không phải là một thiết bị y tế. Điều này chỉ dành cho mục đích giáo dục bằng cách sử dụng các tín hiệu mô phỏng. Nếu sử dụng mạch này cho các phép đo điện tâm đồ thực, hãy đảm bảo mạch và các kết nối giữa mạch với thiết bị đang sử dụng các kỹ thuật cách ly thích hợp.

Ghi điện tim là quá trình ghi lại các tín hiệu điện do tim của người bệnh tạo ra để có được thông tin về hoạt động của tim. Để tín hiệu điện được thu nhận hiệu quả, nó phải được lọc và khuếch đại thông qua các bộ phận điện. Thông tin cũng phải được trình bày cho người dùng một cách rõ ràng và hiệu quả.

Tài liệu có thể hướng dẫn sau đây trình bày cách xây dựng mạch khuếch đại / lọc cũng như giao diện người dùng. Nó liên quan đến việc xây dựng một bộ khuếch đại thiết bị đo, một bộ lọc notch, một bộ lọc thông thấp và giao diện người dùng trong LabVIEW.

Bước đầu tiên của quy trình là xác định các yêu cầu của mạch tương tự. Sau khi xác định các yêu cầu, các quyết định được đưa ra về những thành phần chính nào sẽ cấu thành mạch. Sau đó, các chi tiết nhỏ hơn được giải quyết liên quan đến đặc điểm của các thành phần chính này, và cuối cùng giai đoạn thiết kế mạch được kết thúc bằng cách xác định các giá trị chính xác của mọi điện trở và tụ điện trong mạch.

Bước 1: Xác định các yêu cầu và các thành phần chính

Công việc của mạch là khuếch đại tín hiệu ECG do bệnh nhân tạo ra và lọc bỏ tất cả các tạp âm liên quan. Tín hiệu thô bao gồm một dạng sóng phức tạp với biên độ tối đa khoảng 2 mV và các thành phần tần số trong khoảng từ 100 Hz đến 250 Hz trong phức bộ QRS. Đây là tín hiệu cần được khuếch đại và ghi lại.

Ngoài tín hiệu quan tâm đó, nhiễu được tạo ra từ một số nguồn. Nguồn điện tạo ra tiếng ồn 60 Hz và chuyển động của bệnh nhân tạo ra các hiện vật trong phạm vi nhỏ hơn 1 Hz. Nhiều tiếng ồn tần số cao hơn được tạo ra từ bức xạ nền và các tín hiệu viễn thông như điện thoại di động và internet không dây. Tập hợp nhiễu này là tín hiệu cần được lọc.

Đầu tiên mạch phải khuếch đại tín hiệu thô. Sau đó, nó phải lọc bỏ tiếng ồn 60 Hz và bất kỳ tiếng ồn nào khác trên 160 Hz. Lọc tiếng ồn tần số thấp liên quan đến chuyển động của bệnh nhân được coi là không cần thiết, vì bệnh nhân có thể được hướng dẫn đơn giản là giữ yên.

Vì tín hiệu được đo bằng hiệu điện thế giữa hai điện cực nằm trên bệnh nhân, nên sự khuếch đại đạt được thông qua việc sử dụng bộ khuếch đại thiết bị đo. Một bộ khuếch đại khác biệt đơn giản cũng có thể được sử dụng, nhưng các bộ khuếch đại thiết bị đo đạc thường hoạt động tốt hơn về khả năng loại bỏ tiếng ồn và dung sai. Quá trình lọc 60 Hz đạt được thông qua việc sử dụng bộ lọc rãnh, và phần còn lại của bộ lọc tần số cao đạt được thông qua việc sử dụng bộ lọc thông thấp. Ba yếu tố này tạo nên toàn bộ mạch tương tự.

Biết được ba phần tử của mạch, có thể xác định các chi tiết nhỏ hơn liên quan đến độ lợi, tần số cắt và băng thông của các thành phần.

Bộ khuếch đại thiết bị đo sẽ được đặt ở mức tăng 670. Điều này đủ lớn để ghi lại một tín hiệu ECG nhỏ, nhưng cũng đủ nhỏ để đảm bảo rằng các op-amps hoạt động trong phạm vi tuyến tính của chúng khi kiểm tra mạch với tín hiệu gần 20 mV, như là mức tối thiểu trên một số bộ tạo chức năng.

Bộ lọc notch sẽ tập trung vào 60 Hz.

Bộ lọc thông thấp sẽ có tần số cắt là 160 Hz. Điều này vẫn sẽ thu được phần lớn phức bộ QRS và loại bỏ tạp âm nền tần số cao.

Bước 2: Bộ khuếch đại thiết bị đo

Các sơ đồ trên mô tả bộ khuếch đại thiết bị đo.

Bộ khuếch đại có hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên bao gồm hai op-amp ở bên trái của các hình ảnh trên và giai đoạn thứ hai bao gồm một op-amp ở bên phải. Mức tăng của mỗi trong số này có thể được điều chỉnh theo ý muốn, nhưng chúng tôi đã quyết định chế tạo nó với mức tăng 670 V / V. Điều này có thể đạt được với các giá trị điện trở sau:

R1: 100 Ohms

R2: 3300 Ohms

R3: 100 Ohms

R4: 1000 Ohms

Bước 3: Bộ lọc Notch

Các sơ đồ trên mô tả bộ lọc khía. Đây là một bộ lọc hoạt động, vì vậy chúng tôi có thể chọn làm cho nó khuếch đại hoặc làm suy giảm tín hiệu nếu chúng tôi muốn, nhưng chúng tôi đã đạt được tất cả các bộ khuếch đại cần thiết, vì vậy chúng tôi chọn độ lợi một cho op-amp này. Tần số trung tâm phải là 60 Hz và hệ số chất lượng phải là 8. Điều này có thể đạt được với các giá trị thành phần sau:

R1: 503 Ohms

R2: 128612 Ohms

R3: 503 Ohms

C: 0,33 microFarads

Bước 4: Bộ lọc thông thấp

Một lần nữa, đây là một bộ lọc hoạt động, vì vậy chúng ta có thể chọn bất kỳ độ lợi nào chúng ta muốn, nhưng chúng ta sẽ chọn 1. Điều này được thực hiện bằng cách biến R4 ở trên thành một mạch ngắn và R3 thành một mạch hở. Phần còn lại, cũng như các thành phần khác, đạt được bằng cách sử dụng các yêu cầu đã xác định trước đó của chúng tôi kết hợp với các phương trình điều chỉnh các mạch để có được các giá trị phần tử riêng lẻ:

R1: 12056 Ohms

R2: 19873,6 Ohms

C1: 0,047 microFarads

C2: 0,1 microFarads

Bước 5: Thiết kế toàn bộ vi mạch

Thiết kế mạch trong phần mềm xây dựng mạch ảo như PSPICE có thể rất hữu ích trong việc bắt lỗi và củng cố kế hoạch trước khi chuyển sang chế tạo mạch tương tự thực. Tại thời điểm này, người ta có thể nắm bắt các lần quét AC của mạch để đảm bảo rằng mọi thứ hoạt động theo kế hoạch.

Bước 6: Xây dựng toàn bộ mạch

Mạch có thể được xây dựng theo bất kỳ cách nào bạn thích, nhưng một breadboard đã được chọn cho trường hợp này.

Nên lắp ráp trên breadboard vì nó dễ hơn hàn, nhưng hàn sẽ cho độ bền cao hơn. Đặt một tụ điện bỏ qua 0,1 microFarad xuống đất song song với nguồn điện cũng được khuyến khích, vì điều này giúp loại bỏ các sai lệch không mong muốn từ nguồn điện không đổi.

Bước 7: Giao diện người dùng LabVIEW

Giao diện người dùng LabVIEW là một phương tiện chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang biểu diễn trực quan và số của tín hiệu ECG mà người dùng dễ dàng giải thích. Bo mạch DAQ được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang kỹ thuật số và dữ liệu được nhập vào LabVIEW.

Phần mềm là một chương trình dựa trên đối tượng giúp xử lý dữ liệu và tạo giao diện. Trước tiên, dữ liệu được biểu thị trực quan bằng biểu đồ, sau đó một số xử lý tín hiệu được thực hiện để xác định tần số của nhịp tim để nó có thể được hiển thị bên cạnh biểu đồ.

Để xác định tần số nhịp tim, người ta phải phát hiện nhịp tim. Điều này có thể được thực hiện với đối tượng phát hiện đỉnh của Lab VIEW. Đối tượng xuất ra các chỉ số của các đỉnh trong mảng dữ liệu đã nhận, sau đó có thể được sử dụng trong tính toán để xác định thời gian trôi qua giữa các nhịp tim.

Bởi vì các chi tiết LabVIEW sẽ là một hoàn toàn khác có thể hướng dẫn, chúng tôi sẽ để lại thông tin chi tiết cho một nguồn khác. Các hoạt động chính xác của chương trình có thể được nhìn thấy trong sơ đồ khối được trình bày ở trên.

Bước 8: Giao diện người dùng cuối cùng của LabVIEW

Giao diện người dùng cuối cùng hiển thị tín hiệu được khuếch đại, lọc, chuyển đổi và xử lý cùng với tần số tim đọc theo nhịp mỗi phút