Cómo construir un monitor digital de frecuencia cardíaca y ECG: 6 pasos

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

Un electrocardiograma (ECG) mide la actividad eléctrica de los latidos del corazón para mostrar qué tan rápido está latiendo el corazón, así como su ritmo. Hay un impulso eléctrico, también conocido como onda, que viaja a través del corazón para hacer que el músculo cardíaco bombee sangre con cada latido. Las aurículas derecha e izquierda crean la primera onda P, y los ventrículos inferiores derecho e izquierdo forman el complejo QRS. La onda T final es de la recuperación eléctrica a un estado de reposo. Los médicos usan señales de ECG para diagnosticar afecciones cardíacas, por lo que es importante obtener imágenes claras.

El objetivo de este instructable es adquirir y filtrar una señal de electrocardiograma (ECG) mediante la combinación de un amplificador de instrumentación, un filtro de muesca y un filtro de paso bajo en un circuito. Luego, las señales pasarán por un convertidor A / D a LabView para producir un gráfico en tiempo real y un latido en BPM.

"Esto no es un dispositivo médico. Esto es para fines educativos utilizando únicamente señales simuladas. Si usa 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".

Paso 1: Diseñe un amplificador de instrumentación

Para construir un amplificador de instrumentación, necesitamos 3 amplificadores operacionales y 4 resistencias diferentes. Un amplificador de instrumentación aumenta la ganancia de la onda de salida. Para este diseño, apuntamos a una ganancia de 1000V para obtener una buena señal. Utilice las siguientes ecuaciones para calcular las resistencias apropiadas donde K1 y K2 son la ganancia.

Etapa 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)

Etapa 2: K2 = - (R4 / R3)

Para este diseño, se utilizaron R1 = 20.02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω.

Paso 2: diseñe un filtro de muesca

En segundo lugar, debemos construir un filtro de muesca utilizando un amplificador operacional, resistencias y condensadores. El propósito de este componente es filtrar el ruido a 60 Hz. Queremos filtrar exactamente a 60 Hz, por lo que todo lo que esté por debajo y por encima de esta frecuencia pasará, pero la amplitud de la forma de onda será la más baja a 60 Hz. Para determinar los parámetros del filtro, usamos una ganancia de 1 y un factor de calidad de 8. Use las siguientes ecuaciones para calcular los valores de resistencia apropiados. Q es el factor de calidad, w = 2 * pi * f, f es la frecuencia central (Hz), B es el ancho de banda (rad / seg) y wc1 y wc2 son las frecuencias de corte (rad / seg).

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (wC)

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

Q = w / B

B = wc2 - wc1

Paso 3: diseñe un filtro de paso bajo

El propósito de este componente es filtrar las frecuencias por encima de una cierta frecuencia de corte (wc), esencialmente no permitiéndoles pasar. Decidimos filtrar a una frecuencia de 250 Hz para evitar cortar demasiado cerca de la frecuencia promedio utilizada para medir una señal de ECG (150 Hz). Para calcular los valores que usaremos para este componente, usaremos las siguientes ecuaciones:

C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10 / frecuencia de corte (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)

Estableceremos la ganancia como 1, por lo que R3 se convierte en un circuito abierto (sin resistencia) y R4 se convierte en un cortocircuito (solo un cable).

Paso 4: prueba el circuito

Se realiza un barrido de CA para cada componente para determinar la eficacia del filtro. El barrido de CA mide la magnitud del componente a diferentes frecuencias. Espera ver diferentes formas según el componente. La importancia del barrido de CA es asegurarse de que el circuito funcione correctamente una vez construido. Para realizar esta prueba en el laboratorio, simplemente registre el Vout / Vin en un rango de frecuencias. Para el amplificador de instrumentación, probamos de 50 a 1000 Hz para obtener un rango amplio. Para el filtro de muesca, probamos de 10 a 90 Hz para tener una buena idea de cómo reacciona el componente alrededor de 60 Hz. Para el filtro de paso bajo, probamos de 50 a 500 Hz para comprender cómo reacciona el circuito cuando está destinado a pasar y cuándo debe detenerse.

Paso 5: circuito de ECG en LabView

A continuación, desea crear un diagrama de bloques en LabView que simule una señal de ECG a través de un convertidor A / D y luego trazar la señal en la computadora. Comenzamos estableciendo los parámetros de la señal de nuestra placa DAQ determinando qué frecuencia cardíaca promedio esperábamos; Elegimos 60 latidos por minuto. Luego, utilizando una frecuencia de 1 kHz, pudimos determinar que necesitábamos mostrar aproximadamente 3 segundos para adquirir 2-3 picos de ECG en el gráfico de forma de onda. Mostramos 4 segundos para asegurarnos de capturar suficientes picos de ECG. El diagrama de bloques leerá la señal entrante y utilizará la detección de picos para determinar la frecuencia con la que se produce un latido cardíaco completo.

Paso 6: ECG y frecuencia cardíaca

Usando el código del diagrama de bloques, el ECG aparecerá en el cuadro de forma de onda y los latidos por minuto se mostrarán junto a él. ¡Ahora tiene un monitor de frecuencia cardíaca que funciona! Para desafiarse aún más, intente usar su circuito y electrodos para mostrar su frecuencia cardíaca en tiempo real.