ECG y monitor de frecuencia cardíaca: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

El electrocardiograma, también llamado ECG, es una prueba que detecta y registra la actividad eléctrica del corazón humano. Detecta la frecuencia cardíaca y la fuerza y la sincronización de los impulsos eléctricos que pasan por cada parte del corazón, lo que puede identificar problemas cardíacos como ataques cardíacos y arritmias. El ECG en los hospitales implica doce electrodos en la piel del pecho, los brazos y las piernas. En este intratable, solo estamos usando tres electrodos, uno para cada muñeca como dos sitios de grabación y uno para el tobillo derecho como suelo. Es importante tener en cuenta que este no es un dispositivo médico. Esto es solo para fines educativos utilizando señales simuladas. Si utiliza este circuito para mediciones de ECG reales, asegúrese de que el circuito y las conexiones de circuito a instrumento estén utilizando técnicas de aislamiento adecuadas.

Para adquirir y analizar una señal de ECG humana, necesitamos un amplificador de instrumentación que amplifique la señal de entrada en 1000, un filtro de muesca que elimina el ruido de corriente alterna (60 Hz) y un filtro de paso bajo que filtra otros ruidos por encima de 250 Hz. Se utiliza un corte de 250Hz porque el rango de frecuencia de un ECG humano está entre 0-250Hz

Paso 1: Materiales

Generador de funciones, fuente de alimentación, osciloscopio, protoboard.

Resistencias: 1k - 500k ohmios

Condensadores: 20-100 nF

Amplificador operacional x5 (UA741)

Paso 2: construya el amplificador de instrumentación

Refiriéndose al circuito y las ecuaciones del amplificador de instrumentación. Primero necesitamos calcular los valores correctos de la resistencia. Dado que el amplificador de instrumentación tiene 2 etapas, hay dos ganancias separadas, k1 y k2. Como necesitamos una ganancia de 1000, k1 multiplicado por k2 debería ser igual a mil. En este tutorial usamos los siguientes valores, no dude en cambiar estos valores si no tiene una amplia gama de resistencias.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω por lo tanto, K1 = 1 + (2 * 15000) / 1000 = 31 R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω de ahí, K2 = 32000/1000 = 32

Ahora que sabe qué valores de resistencia necesita, siga adelante y realice el circuito.

Para probar el amplificador de instrumentación, puede usar un generador de funciones para generar una onda sinusoidal con una amplitud conocida, conectarlo a la entrada del circuito y conectar la salida del amplificador a un osciloscopio, debería ver una onda sinusoidal con una amplitud 1000 veces más grande que la onda sinusoidal de entrada

Paso 3: Construya un filtro de muesca

Similar al amplificador de instrumentación, consulte el circuito y las ecuaciones para encontrar los valores de los componentes apropiados. Sabemos que en este filtro de muesca, necesitamos cortar frecuencias de 60Hz por lo tanto f0 es 60Hz, también vamos a usar un factor de calidad de 8 que nos daría una buena precisión. Usando estos valores, ahora podemos encontrar valores de componentes apropiados:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2 * pi * 60 = 120pi

R1 = 1 / (2 * 8 * 120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 1658Ω

R2 = (2 * 8) / (120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 424kΩ

R3 = (1658 * 424000) / (1658 + 424000) = 1651Ω

Ahora que conoce los valores de los componentes que necesita, siga adelante y construya el circuito. No es que pueda usar resistencias en paralelo o en serie para obtener valores lo más cercanos posible a los valores necesarios.

Para probar el filtro de muesca, puede realizar un barrido de frecuencia. Introduzca una onda sinusoidal con amplitud de 0,5 V y varíe la frecuencia. Mira cómo cambia la amplitud de la salida que está conectada a un osciloscopio cuando te acercas a los 60Hz. Por ejemplo, cuando su frecuencia está por debajo de 50 o por encima de 70, debería ver una señal de salida similar a la de entrada, pero cuanto más se acerque a 60Hz, la amplitud debería disminuir. Si esto no sucede, verifique su circuito y asegúrese de haber utilizado los valores de resistencia correctos.

Paso 4: Construya el filtro Butterworth de segundo orden

El tipo de filtro de paso bajo que usamos es activo de segundo orden. Este filtro se utiliza porque nos da una precisión bastante buena y aunque requiere potencia pero el rendimiento es mejor. El filtro está diseñado para cortar frecuencias por encima de 250 Hz. Esto se debe a que una señal de ECG tiene un componente de frecuencia diferente que se encuentra entre cero y 250 Hz y cualquier señal con una frecuencia superior a 250 Hz se consideraría ruido. La primera imagen muestra el esquema del filtro de paso bajo con todos los valores de resistencia correctos (tenga en cuenta que R7 debe ser 25632Ω en lugar de 4kΩ). La segunda imagen incluye todas las ecuaciones que podría utilizar para calcular usted mismo los valores de los componentes.

Para probar el filtro de paso bajo, use el generador de funciones para generar una onda sinusoidal con una amplitud de 0.5V. Cuando ingrese frecuencias por debajo de 250Hz, debería ver una salida similar a la entrada, pero cuanto más grande sea después de 250Hz, la salida debería volverse más pequeña y eventualmente llegar a estar muy cerca de cero.

Paso 5: ¡Ponlo todo junto

Una vez que haya terminado de construir las tres etapas, júntelas todas colocando un amplificador de instrumentación, seguido de un filtro de muesca y luego un filtro de paso bajo. Su circuito debe verse similar a esta imagen.

Paso 6: Prueba de todo el circuito

Con un generador de funciones, ingrese una señal de ECG arbitraria con una amplitud no mayor de 15 mV a la entrada del amplificador de instrumentación. Conecte la salida del filtro de paso bajo a un osciloscopio. Debería obtener una salida similar a esta imagen. La señal verde es la salida de la placa y la señal amarilla es la señal de entrada al circuito. También puede medir la frecuencia cardíaca adquiriendo la frecuencia con el osciloscopio y multiplicando ese número por 60.

Tenga en cuenta que si desea medir su propia señal de ECG, puede hacerlo conectando las dos entradas del amplificador de instrumentación a cada una de sus muñecas usando un electrodo y conectando a tierra su pierna. Solo manténgase en el medio antes de hacer esto, asegúrese de que el circuito y las conexiones de circuito a instrumento estén utilizando técnicas de aislamiento adecuadas.