Circuit ECG : 7 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:09

Un ECG est un test qui mesure l'activité électrique du cœur en enregistrant le rythme et l'activité du cœur. Il fonctionne en captant et en lisant les signaux du cœur à l'aide de dérivations reliées à un électrocardiographe. Ce Instructable vous montrera comment construire un circuit qui enregistre, filtre et affiche le signal bioélectrique du cœur. Ce n'est pas un dispositif médical. Ceci est à des fins éducatives uniquement en utilisant des signaux simulés. Si vous utilisez ce circuit pour des mesures ECG réelles, assurez-vous que le circuit et les connexions circuit-instrument utilisent des techniques d'isolation appropriées.

Ce circuit contient trois étapes différentes câblées ensemble en série avec un programme LabView. Les résistances de l'amplificateur d'instrumentation ont été calculées avec un gain de 975 pour garantir que les petits signaux du cœur peuvent toujours être captés par le circuit. Le filtre coupe-bande élimine le bruit à 60 Hz de la prise de courant dans le mur. Le filtre passe-bas garantit que le bruit haute fréquence est éliminé du circuit pour une meilleure détection du signal.

Avant de commencer ce Instructable, il serait utile de vous familiariser avec l'amplificateur opérationnel à usage général uA741. Les différentes broches de l'amplificateur opérationnel ont des objectifs différents et le circuit ne fonctionnera pas si elles sont mal connectées. La connexion incorrecte des broches à la planche à pain est également un moyen facile de faire frire l'ampli-op et de le rendre non fonctionnel. Le lien ci-dessous contient le schéma utilisé pour les amplis-op dans cette instructable.

Source de l'image:

Étape 1: Collecter les matériaux

Matériaux nécessaires pour les 3 étapes du filtre:

• Oscilloscope
• Générateur de fonctions
• Alimentation (+15V, -15V)
• Planche à pain sans soudure
• Divers câbles banane et pinces crocodiles
• Autocollants d'électrodes ECG
• Divers cavaliers

Amplificateur d'instrumentation:

• 3 amplis-op (uA741)

• Résistances:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Filtre coupe-bande:

• 1 ampli-op (uA741)

• Résistances:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Condensateurs:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Filtre passe bas:

• 1 ampli-op (uA741)

• Résistances:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Condensateurs:

  • 22 nF
  • 47 nF

Étape 2: Construire un amplificateur d'instrumentation

Les signaux biologiques ne produisent souvent que des tensions comprises entre 0,2 et 2 mV [2]. Ces tensions sont trop faibles pour être analysées sur l'oscilloscope, nous avons donc dû construire un amplificateur.

Une fois votre circuit construit, testez-le pour vous assurer qu'il fonctionne correctement en mesurant la tension à Vout (indiquée par le nœud 2 dans l'image ci-dessus). Nous avons utilisé le générateur de fonctions pour envoyer une onde sinusoïdale avec une tension d'amplitude d'entrée de 20 mV à notre amplificateur d'instrumentation. Tout ce qui est trop au-dessus de cela ne vous donnera pas les résultats que vous recherchez car les amplis op ne recevaient qu'une certaine quantité de puissance de -15 et +15 V. Comparez la sortie du générateur de fonctions à la sortie de votre amplificateur d'instrumentation et recherchez un gain proche de 1000 V. (Vout/Vin doit être très proche de 1000).

Astuce pour le dépannage: assurez-vous que toutes les résistances sont dans la plage kΩ.

[2]« Conditionnement du signal d'électrocardiogramme (ECG) haute performance | Éducation | Appareils analogiques. [En ligne]. Disponible: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Consulté: 10-déc-2017].]

Étape 3: Créer un filtre coupe-bande

Notre filtre coupe-bande a été conçu pour filtrer une fréquence à 60 Hz. Nous voulons filtrer les 60 Hz de notre signal car c'est la fréquence du courant alternatif trouvé dans les prises électriques.

Lors du test du filtre coupe-bande, mesurez le rapport crête à crête entre les graphiques d'entrée et de sortie. À 60 Hz, il devrait y avoir un rapport de -20 dB ou mieux. En effet, à -20 dB, la tension de sortie est essentiellement de 0 V, ce qui signifie que vous avez réussi à filtrer le signal à 60 Hz ! Testez également les fréquences autour de 60 Hz pour vous assurer qu'aucune autre fréquence n'est filtrée accidentellement.

Astuce pour le dépannage: si vous ne pouvez pas obtenir exactement -20 dB à 60 Hz, choisissez une résistance et modifiez-la légèrement jusqu'à ce que vous obteniez les résultats souhaités. Nous avons dû jouer avec la valeur de R2 jusqu'à ce que nous obtenions les résultats que nous voulions.

Étape 4: Construire un filtre passe-bas

Notre filtre passe-bas a été conçu avec une fréquence de coupure de 150 Hz. Nous avons choisi ce seuil car la plage de diagnostic la plus large pour un ECG est de 0,05 Hz à 150 Hz, en supposant un environnement immobile et à faible bruit [3]. Le filtre passe-bas est capable de se débarrasser du bruit à haute fréquence provenant des muscles ou d'autres parties du corps[4].

Afin de tester ce circuit pour s'assurer qu'il fonctionne correctement, mesurez Vout (indiqué comme nœud 1 dans le schéma de circuit). A 150 Hz, l'amplitude du signal de sortie doit être de 0,7 fois l'amplitude du signal d'entrée. Nous avons utilisé un signal d'entrée de 1V afin de pouvoir facilement voir que notre sortie devrait être de 0,7 à 150 Hz.

Conseils pour le dépannage: tant que votre fréquence de coupure est à quelques Hz de 150 Hz, votre circuit devrait toujours fonctionner. Notre coupure a fini par être de 153 Hz. La plage des signaux biologiques fluctuera un peu dans le corps, donc tant que vous n'êtes pas à plus de quelques Hz, votre circuit devrait toujours fonctionner.

[3] « Filtres ECG | MEDTEQ. [En ligne]. Disponible: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Consulté: 10-déc-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson et S. J. Asirvatham, « Signaux et traitement du signal pour l'électrophysiologiste: Partie I: Acquisition d'électrogrammes », Circ. Arythmie Electrophysiol., vol. 4, non. 6, p. 965-973, déc. 2011.

Étape 5: Créer le programme LabView

[5] « Projet de laboratoire de conception BME 305 » (automne 2017).

Ce schéma fonctionnel labview est conçu pour analyser le signal passant par le programme, détecter les pics ECG, collecter la différence de temps entre les pics et calculer mathématiquement le BPM. Il génère également un graphique de la forme d'onde ECG.

Étape 6: connectez les trois étapes

Connectez les trois circuits en série en connectant la sortie de l'amplificateur d'instrumentation à l'entrée du filtre coupe-bande et la sortie du filtre coupe-bande à l'entrée du filtre passe-bas. Connectez la sortie du filtre passe-bas à l'assistant DAQ et connectez l'assistant DAQ à l'ordinateur. Lors du câblage des circuits ensemble, assurez-vous que les barrettes d'alimentation de chaque planche à pain sont connectées et que les barrettes de terre sont toutes connectées à la même borne de terre.

Dans l'amplificateur d'instrumentation, le deuxième amplificateur opérationnel doit être mis à la terre afin que deux fils d'électrode connectés au sujet testé puissent chacun se connecter à un amplificateur opérationnel différent dans le premier étage de ce filtre.

Étape 7: Obtenir des signaux d'un sujet de test humain

Un autocollant d'électrode doit être placé sur chaque poignet et un autre doit être placé sur la cheville pour le sol. Utilisez des pinces crocodiles pour connecter les deux électrodes de poignet aux entrées de l'amplificateur d'instrumentation et la cheville à la terre. Lorsque vous êtes prêt, cliquez sur « exécuter » sur le programme LabView et voyez votre fréquence cardiaque et votre ECG à l'écran !