¡Cree su propio ECG !: 10 pasos

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

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

El latido del corazón consiste en contracciones rítmicas reguladas por la presentación espontánea de despolarizaciones eléctricas en los miocitos cardíacos (las células musculares del corazón). Dicha actividad eléctrica se puede capturar colocando electrodos de grabación no invasivos a lo largo de diferentes posiciones del cuerpo. Incluso con una comprensión introductoria de los circuitos y la bioelectricidad, estas señales se pueden capturar con relativa facilidad. En este Instructable presentamos una metodología simplista que se puede utilizar para capturar una señal electrocardiográfica con un equipo práctico y económico. A lo largo, destacaremos las consideraciones esenciales en la adquisición de tales señales y presentaremos técnicas para el análisis programático de señales.

Paso 1: descripción general de las funciones

El dispositivo que está construyendo funcionará a través de las siguientes características:

1. Grabaciones de electrodos
2. Amplificador instrumental
3. Filtro de muesca
4. Filtro de paso bajo
5. Conversión de analógico a digital
6. Análisis de señales usando LabView

Algunos componentes clave que necesitará:

1. NI LabView
2. Tarjeta de adquisición de datos de NI (para entradas a LabView)
3. Fuente de alimentación de CC (para alimentar amplificadores operacionales)
4. Almohadillas de electrodos cutáneos para registros de electrodos
5. O un generador de funciones que puede crear una señal de ECG simulada

¡Empecemos!

Paso 2: diseñe un filtro de paso bajo

Un ECG normal contiene características identificables en la forma de onda de la señal llamada onda P, complejo QRS y onda T. Todas las características del ECG aparecerán en el rango de frecuencia por debajo de 250 Hz y, como tal, es importante capturar solo las características de interés cuando se registra un ECG de los electrodos. Un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte de 250 Hz asegurará que no se capture ruido de alta frecuencia en la señal.

Paso 3: diseñe un filtro de muesca

Un filtro de muesca a una frecuencia de 60 Hz es útil para eliminar el ruido de cualquier fuente de alimentación asociada con la grabación de ECG. Las frecuencias de corte entre 56,5 Hz y 64 Hz permitirán el paso de señales con frecuencias fuera de ese rango. Se aplicó un factor de calidad de 8 al filtro. Se eligió una capacitancia de 0,1 uF. Las resistencias experimentales se seleccionaron de la siguiente manera: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Estos valores se utilizaron para construir el filtro de muesca.

Paso 4: Diseñe un amplificador de instrumentación

Un amplificador de instrumentación con una ganancia de 1000 V / V amplificará todas las señales filtradas para facilitar la medición. El amplificador utiliza una serie de amplificadores operacionales y está dividido en dos etapas (izquierda y derecha) con respectivas ganancias K1 y K2. La imagen de arriba muestra un esquema de circuitos que pueden lograr este resultado y la Figura 6 detalla los cálculos realizados.

Paso 5: ¡Conéctelo todo junto

Las tres etapas de amplificación y filtrado se combinan en la Figura 7 a continuación. El amplificador de instrumentación amplifica la entrada de frecuencia sinusoidal con una ganancia de 1000V / V. A continuación, el filtro de muesca elimina toda la frecuencia de la señal de 60 Hz con un factor de calidad de 8. Finalmente, la señal pasa a través de un filtro de paso bajo que atenúa las señales más allá de una frecuencia de 250 Hz. La figura anterior muestra el sistema completo creado experimentalmente.

Paso 6:… y asegúrese de que funcione

Si tiene un generador de funciones, debe construir una curva de respuesta de frecuencia para asegurar una respuesta adecuada. La imagen de arriba muestra el sistema completo y la curva de respuesta de frecuencia que debe esperar. Si su sistema parece estar funcionando, entonces está listo para pasar al siguiente paso: convertir la señal analógica a digital.

Paso 7: (opcional) visualice su ECG en el osciloscopio

El ECG registra una señal con dos electrodos y utiliza un tercer electrodo como tierra. Con sus electrodos de grabación de ECG, inserte uno en una entrada del amplificador de instrumentación, el otro en la otra entrada del amplificador de instrumentación y conecte el tercero a tierra en su tablero. A continuación, coloque un electrodo en una muñeca, el otro en la otra muñeca y conecte el tobillo a tierra. Esta es una configuración de derivación 1 para un ECG. Para visualizar la señal en su osciloscopio, use una sonda de osciloscopio para medir la salida de su tercera etapa.

Paso 8: Adquirir datos con DAQ de National Instruments

Si desea analizar su señal en LabView, necesitará alguna forma de recopilar datos analógicos de su ECG y transferirlos a la computadora. ¡Hay todo tipo de formas de adquirir datos! National Instruments es una empresa que se especializa en dispositivos de adquisición de datos y dispositivos de análisis de datos. Son un buen lugar para buscar herramientas para recopilar datos. ¡También puede comprar su propio chip convertidor analógico a digital económico y usar una Raspberry Pi para transmitir su señal! Esta es probablemente la opción más económica. En este caso, ya teníamos un módulo NI DAQ, NI ADC y LabView en casa, así que nos quedamos con hardware y software estrictamente de National Instruments.

Paso 9: Importe datos a LabVIEW

Se utilizó el lenguaje de programación visual LabVIEW para analizar los datos recopilados del sistema de amplificación / filtrado analógico. Los datos se recopilaron de la unidad NI DAQ con DAQ Assistant, una función de recopilación de datos incorporada en LabVIEW. Con los controles de LabView, la cantidad de muestras y la duración de la recolección de muestras se especificaron mediante programación. Los controles se ajustan manualmente, lo que permite al usuario ajustar los parámetros de entrada con facilidad. Con el número total de muestras y la duración del tiempo conocidos, se creó un vector de tiempo con cada valor de índice que representa el tiempo correspondiente en cada muestra en la señal capturada.

Paso 10: ¡Formatee, analice y listo

Los datos de la función del asistente DAQ se convirtieron a un formato utilizable. La señal se recreó como una matriz 1D de dobles convirtiendo primero el tipo de datos de salida DAQ en un tipo de datos de forma de onda y luego convirtiéndolo en un par de dobles agrupados (X, Y). Cada valor Y del par (X, Y) se seleccionó y se insertó en una matriz 1D de dobles inicialmente en blanco con la ayuda de una estructura de bucle. La matriz 1D de dobles y el vector de tiempo correspondiente se trazó en un gráfico XY. Simultáneamente, se identificó el valor máximo de la matriz 1D de dobles con una función de identificación de valor máximo. Se utilizaron seis décimas partes del valor máximo como umbral para un algoritmo de detección de picos integrado en LabView. Los valores máximos de la matriz 1D de dobles se identificaron con la función de detección de picos. Con las ubicaciones de los picos conocidos, se calculó la diferencia de tiempo entre cada pico. Esta diferencia de tiempo, en unidades de segundos por pico, se convirtió en picos por minuto. Se consideró que el valor resultante representaba la frecuencia cardíaca en latidos por minuto.

¡Eso es todo! ¡Ahora ha recopilado y analizado una señal de ECG!