Comment construire un ECG et un moniteur numérique de fréquence cardiaque : 6 étapes

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

Un électrocardiogramme (ECG) mesure l'activité électrique du rythme cardiaque pour montrer à quelle vitesse le cœur bat ainsi que son rythme. Il y a une impulsion électrique, également connue sous le nom d'onde, qui traverse le cœur pour que le muscle cardiaque pompe le sang à chaque battement. Les oreillettes droite et gauche créent la première onde P, et les ventricules inférieurs droit et gauche forment le complexe QRS. L'onde T finale va de la récupération électrique à un état de repos. Les médecins utilisent les signaux ECG pour diagnostiquer les maladies cardiaques, il est donc important d'obtenir des images claires.

L'objectif de cette instructable est d'acquérir et de filtrer un signal d'électrocardiogramme (ECG) en combinant un amplificateur d'instrumentation, un filtre coupe-bande et un filtre passe-bas dans un circuit. Ensuite, les signaux passeront par un convertisseur A/N dans LabView pour produire un graphique en temps réel et un rythme cardiaque en BPM.

"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."

Étape 1: Concevoir un amplificateur d'instrumentation

Pour construire un amplificateur d'instrumentation, nous avons besoin de 3 amplis op et de 4 résistances différentes. Un amplificateur d'instrumentation augmente le gain de l'onde de sortie. Pour cette conception, nous avons visé un gain de 1000V pour obtenir un bon signal. Utilisez les équations suivantes pour calculer les résistances appropriées où K1 et K2 sont le gain.

Étape 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Étape 2: K2 = -(R4/R3)

Pour cette conception, R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω ont été utilisés.

Étape 2: Concevoir un filtre coupe-bande

Deuxièmement, nous devons construire un filtre coupe-bande à l'aide d'un ampli op, de résistances et de condensateurs. Le but de ce composant est de filtrer le bruit à 60 Hz. Nous voulons filtrer exactement à 60 Hz, donc tout en dessous et au-dessus de cette fréquence passera, mais l'amplitude de la forme d'onde sera la plus basse à 60 Hz. Pour déterminer les paramètres du filtre, nous avons utilisé un gain de 1 et un facteur de qualité de 8. Utilisez les équations ci-dessous pour calculer les valeurs de résistance appropriées. Q est le facteur de qualité, w = 2*pi*f, f est la fréquence centrale (Hz), B est la bande passante (rad/sec) et wc1 et wc2 sont les fréquences de coupure (rad/sec).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Étape 3: Concevoir un filtre passe-bas

Le but de ce composant est de filtrer les fréquences au-dessus d'une certaine fréquence de coupure (wc), essentiellement en ne leur permettant pas de passer. Nous avons décidé de filtrer à une fréquence de 250 Hz afin d'éviter de couper trop près de la fréquence moyenne utilisée pour mesurer un signal ECG (150 Hz). Pour calculer les valeurs que nous utiliserons pour ce composant, nous utiliserons les équations suivantes:

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

C2 = 10/fréquence de coupure (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)

Nous allons définir le gain sur 1, donc R3 devient un circuit ouvert (pas de résistance) et R4 devient un court-circuit (juste un fil).

Étape 4: Testez le circuit

Un balayage CA est effectué pour chaque composant afin de déterminer l'efficacité du filtre. Le balayage CA mesure l'amplitude de la composante à différentes fréquences. Vous vous attendez à voir des formes différentes selon le composant. L'importance du balayage CA est de s'assurer que le circuit fonctionne correctement une fois construit. Pour effectuer ce test en laboratoire, enregistrez simplement le Vout/Vin dans une gamme de fréquences. Pour l'amplificateur d'instrumentation nous avons testé de 50 à 1000 Hz pour obtenir une large plage. Pour le filtre coupe-bande, nous avons testé de 10 à 90 Hz pour avoir une bonne idée de la réaction du composant aux alentours de 60 Hz. Pour le filtre passe-bas, nous avons testé de 50 à 500 Hz pour comprendre comment le circuit réagit quand il est censé passer et quand il est censé s'arrêter.

Étape 5: Circuit ECG sur LabView

Ensuite, vous souhaitez créer un schéma fonctionnel dans LabView qui simule un signal ECG via un convertisseur A/N, puis trace le signal sur l'ordinateur. Nous avons commencé par définir les paramètres du signal de notre carte DAQ en déterminant la fréquence cardiaque moyenne à laquelle nous nous attendions; nous avons choisi 60 battements par minute. Ensuite, en utilisant une fréquence de 1 kHz, nous avons pu déterminer que nous devions afficher environ 3 secondes pour acquérir 2 à 3 pics ECG dans le tracé de la forme d'onde. Nous avons affiché 4 secondes pour nous assurer de capturer suffisamment de pics ECG. Le schéma fonctionnel lira le signal entrant et utilisera la détection de crête pour déterminer la fréquence à laquelle un battement cardiaque complet se produit.

Étape 6: ECG et fréquence cardiaque

En utilisant le code du schéma fonctionnel, l'ECG apparaîtra dans la zone de forme d'onde et les battements par minute seront affichés à côté. Vous avez maintenant un moniteur de fréquence cardiaque fonctionnel ! Pour vous challenger encore plus, essayez d'utiliser votre circuit et vos électrodes pour afficher votre fréquence cardiaque en temps réel !