Moniteur ECG : 8 étapes

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

AVIS: Ceci 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.

L'électrocardiographie est le processus d'enregistrement des signaux électriques générés par le cœur d'un patient pour obtenir des informations sur l'activité du cœur. Pour que le signal électrique soit capturé efficacement, il doit être filtré et amplifié par des composants électriques. L'information doit également être présentée à un utilisateur de manière claire et efficace.

L'Instructable suivant décrit comment construire les circuits d'amplification/filtrage ainsi qu'une interface utilisateur. Cela implique la construction d'un amplificateur d'instrumentation, d'un filtre coupe-bande, d'un filtre passe-bas et d'une interface utilisateur dans LabVIEW.

La première étape du processus consiste à définir les exigences du circuit analogique. Après avoir défini les exigences, des décisions sont prises sur les composants principaux qui constitueront le circuit. Plus tard, des détails plus petits sont abordés concernant les caractéristiques de ces composants majeurs, et enfin la phase de conception du circuit est conclue en définissant les valeurs exactes de chaque résistance et condensateur du circuit.

Étape 1: Définition des exigences et des composants principaux

Le travail du circuit est d'amplifier le signal ECG généré par le patient et de filtrer tous les bruits associés. Le signal brut se compose d'une forme d'onde complexe avec une amplitude maximale d'environ 2 mV et des composantes de fréquence comprises entre 100 Hz et 250 Hz dans le complexe QRS. C'est le signal à amplifier et à enregistrer.

En plus de ce signal d'intérêt, du bruit est produit à partir de plusieurs sources. Les blocs d'alimentation génèrent un bruit de 60 Hz et les mouvements du patient produisent des artefacts dans la plage inférieure à 1 Hz. Plus de bruit à haute fréquence est introduit par le rayonnement de fond et les signaux de télécommunication tels que les téléphones portables et Internet sans fil. Cette collection de bruit est le signal à filtrer.

Le circuit doit d'abord amplifier le signal brut. Il doit alors filtrer le bruit à 60 Hz et tout autre bruit au-dessus de 160 Hz. Le filtrage du bruit basse fréquence associé aux mouvements du patient est jugé inutile, car le patient peut simplement recevoir l'ordre de rester immobile.

Parce que le signal est mesuré comme la différence de potentiel entre deux électrodes situées sur le patient, l'amplification est obtenue grâce à l'utilisation d'un amplificateur d'instrumentation. Un simple amplificateur de différence pourrait également être utilisé, mais les amplificateurs d'instrumentation fonctionnent souvent mieux en ce qui concerne la réjection du bruit et les tolérances. Le filtrage 60 Hz est obtenu grâce à l'utilisation d'un filtre coupe-bande, et le reste du filtrage haute fréquence est obtenu grâce à l'utilisation d'un filtre passe-bas. Ces trois éléments constituent l'ensemble du circuit analogique.

Connaissant les trois éléments du circuit, des détails plus petits peuvent être définis concernant les gains, les fréquences de coupure et les bandes passantes des composants.

L'ampli d'instrumentation sera réglé sur un gain de 670. Ceci est assez grand pour enregistrer un petit signal ECG, mais aussi assez petit pour s'assurer que les amplis-op se comportent dans leur plage linéaire lors du test du circuit avec des signaux proches de 20 mV, comme est le minimum sur certains générateurs de fonctions.

Le filtre coupe-bande sera centré sur 60 Hz.

Le filtre passe-bas aura une fréquence de coupure de 160 Hz. Cela devrait toujours capturer la majorité du complexe QRS et rejeter le bruit de fond à haute fréquence.

Étape 2: Amplificateur d'instrumentation

Les schémas ci-dessus décrivent l'amplificateur d'instrumentation.

L'amplificateur a deux étages. La première étape se compose des deux amplis-op sur la gauche des images ci-dessus, et la deuxième étape se compose de l'ampli-op unique sur la droite. Le gain de chacun d'eux peut être modulé à volonté, mais nous avons décidé de le construire avec un gain de 670 V/V. Ceci peut être réalisé avec les valeurs de résistance suivantes:

R1: 100 ohms

R2: 3 300 ohms

R3: 100 ohms

R4: 1000 ohms

Étape 3: Filtre coupe-bande

Les schémas ci-dessus décrivent le filtre coupe-bande. Il s'agit d'un filtre actif, nous pourrions donc choisir de le faire amplifier ou atténuer un signal si nous le voulions, mais nous avons déjà réalisé toute l'amplification nécessaire, nous choisissons donc un gain de un pour cet ampli-op. La fréquence centrale doit être de 60 Hz et le facteur de qualité doit être de 8. Ceci peut être réalisé avec les valeurs de composants suivantes:

R1: 503 ohms

R2: 128612 Ohms

R3: 503 ohms

C: 0,33 microfarads

Étape 4: Filtre passe-bas

Encore une fois, il s'agit d'un filtre actif, nous pouvons donc choisir le gain que nous voulons, mais nous choisirons 1. Ceci est accompli en transformant R4 ci-dessus en court-circuit et R3 en circuit ouvert. Le reste est, comme pour les autres composants, obtenu en utilisant nos exigences définies précédemment en combinaison avec les équations régissant les circuits pour obtenir des valeurs d'éléments individuels:

R1: 12056 ohms

R2: 19873,6 ohms

C1: 0,047 microfarads

C2: 0,1 microfarads

Étape 5: Concevoir un circuit complet virtuellement

La conception d'un circuit dans un logiciel de création de circuits virtuels tel que PSPICE peut être très utile pour détecter les erreurs et consolider les plans avant de passer à la fabrication de circuits analogiques réels. À ce stade, on peut capturer des balayages CA du circuit pour s'assurer que tout se comporte comme prévu.

Étape 6: Construire un circuit complet

Le circuit peut être construit comme vous le souhaitez, mais une maquette a été choisie pour ce cas.

L'assemblage sur une maquette est recommandé car il est plus facile que le soudage, mais le soudage donnerait plus de durabilité. Il est également recommandé de placer un condensateur de dérivation de 0,1 microFarad à la terre en parallèle avec la source d'alimentation, car cela permet d'éliminer les écarts indésirables par rapport à la puissance constante.

Étape 7: Interface utilisateur LabVIEW

L'interface utilisateur LabVIEW est un moyen de convertir des signaux analogiques en représentations visuelles et numériques du signal ECG qui sont faciles à interpréter pour un utilisateur. Une carte DAQ est utilisée pour convertir le signal analogique en numérique et les données sont importées dans LabVIEW.

Le logiciel est un programme basé sur des objets qui aide au traitement des données et à la création d'interfaces. Les données sont d'abord représentées visuellement par le graphique, puis un traitement du signal est effectué afin de déterminer la fréquence du battement cardiaque afin qu'il puisse être affiché à côté du graphique.

Afin de déterminer la fréquence cardiaque, il faut détecter les battements cardiaques. Ceci peut être accompli avec l'objet de détection de pic de Lab VIEW. L'objet génère les indices des pics dans le tableau de données reçu, qui peuvent ensuite être utilisés dans des calculs pour déterminer le temps qui s'écoule entre les battements cardiaques.

Étant donné que les détails de LabVIEW seraient un tout autre Instructable, nous laisserons les détails à une autre source. Le fonctionnement exact du programme peut être vu dans le schéma fonctionnel présenté ci-dessus.

Étape 8: Interface utilisateur finale de LabVIEW

L'interface utilisateur finale affiche un signal amplifié, filtré, converti et traité ainsi qu'une lecture de la fréquence cardiaque en battements par minute