Construisez votre propre ECG ! : 10 étapes

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

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

Le rythme cardiaque consiste en des contractions rythmiques régulées par la présentation spontanée de dépolarisations électriques dans les myocytes cardiaques (les cellules musculaires du cœur). Une telle activité électrique peut être capturée en plaçant des électrodes d'enregistrement non invasives le long de différentes positions du corps. Même avec une compréhension préliminaire des circuits et de la bioélectricité, ces signaux peuvent être capturés avec une relative facilité. Dans ce Instructable, nous présentons une méthodologie simpliste qui peut être utilisée pour capturer un signal électrocardiographique avec un équipement pratique et peu coûteux. Tout au long, nous soulignerons les considérations essentielles dans l'acquisition de tels signaux, et présenterons des techniques pour l'analyse de signal programmatique.

Étape 1: un aperçu des fonctionnalités

L'appareil que vous construisez fonctionnera grâce aux fonctionnalités suivantes:

1. Enregistrements d'électrodes
2. Amplificateur d'instrumentation
3. Filtre coupe-bande
4. Filtre passe bas
5. Conversion analogique-numérique
6. Analyse du signal avec LabView

Certains composants clés dont vous aurez besoin:

1. NI LabView
2. Carte d'acquisition de données NI (pour les entrées vers LabView)
3. Alimentation CC (pour alimenter les amplificateurs opérationnels)
4. Électrodes cutanées pour enregistrements d'électrodes
5. OU un générateur de fonctions pouvant créer un signal ECG simulé

Commençons!

Étape 2: Concevoir un filtre passe-bas

Un ECG normal contient des caractéristiques identifiables dans la forme d'onde du signal appelées onde P, complexe QRS et onde T. Toutes les caractéristiques de l'ECG apparaîtront dans la plage de fréquences inférieure à 250 Hz et, en tant que telle, il est important de ne capturer que les caractéristiques d'intérêt lors de l'enregistrement d'un ECG à partir d'électrodes. Un filtre passe-bas avec une fréquence de coupure de 250 Hz garantira qu'aucun bruit haute fréquence n'est capturé dans le signal

Étape 3: Concevoir un filtre coupe-bande

Un filtre coupe-bande à une fréquence de 60 Hz est utile pour supprimer le bruit de toute alimentation électrique associée à l'enregistrement ECG. Les fréquences de coupure comprises entre 56,5 Hz et 64 Hz permettront aux signaux dont les fréquences se situent en dehors de cette plage de passer. Un facteur de qualité de 8 a été appliqué au filtre. Une capacité de 0,1 uF a été choisie. Les résistances expérimentales ont été choisies comme suit: R1=R3=1,5 kOhms, R2=502 kOhms. Ces valeurs ont été utilisées pour construire le filtre coupe-bande.

Étape 4: Concevoir un amplificateur d'instrumentation

Un amplificateur d'instrumentation avec un gain de 1000 V/V amplifiera tous les signaux filtrés pour faciliter la mesure. L'amplificateur utilise une série d'amplificateurs opérationnels et est divisé en deux étages (gauche et droite) avec des gains respectifs K1 et K2. L'image ci-dessus affiche un schéma des circuits qui peuvent atteindre ce résultat et la figure 6 détaille les calculs effectués.

Étape 5: Connectez-les tous ensemble

Les trois étapes d'amplification et de filtrage sont combinées dans la figure 7 ci-dessous. L'amplificateur d'instrumentation amplifie l'entrée de fréquence sinusoïdale avec un gain de 1000V/V. Ensuite, le filtre coupe-bande supprime tout signal de fréquence de 60 Hz avec un facteur de qualité de 8. Enfin, le signal passe à travers un filtre passe-bas qui atténue les signaux au-delà d'une fréquence de 250 Hz. La figure ci-dessus affiche le système complet créé expérimentalement.

Étape 6: … et assurez-vous que cela fonctionne

Si vous avez un générateur de fonctions, vous devez construire une courbe de réponse en fréquence pour assurer une réponse appropriée. L'image ci-dessus montre le système complet et la courbe de réponse en fréquence à laquelle vous devez vous attendre. Si votre système semble fonctionner, vous êtes prêt à passer à l'étape suivante: convertir le signal analogique en signal numérique !

Étape 7: (Facultatif) Visualisez votre ECG sur l'oscilloscope

L'ECG enregistre un signal avec deux électrodes et utilise une troisième électrode comme masse. Avec vos électrodes d'enregistrement ECG, insérez-en une dans une entrée de l'amplificateur d'instrumentation, l'autre dans l'autre entrée de l'amplificateur d'instrumentation, et connectez la troisième à la masse de votre maquette. Ensuite, placez une électrode sur un poignet, l'autre sur l'autre poignet et massez sur votre cheville. Il s'agit d'une configuration de dérivation 1 pour un ECG. Pour visualiser le signal sur votre oscilloscope, utilisez une sonde d'oscilloscope pour mesurer la sortie de votre troisième étage.

Étape 8: Acquérir des données avec National Instruments DAQ

Si vous souhaitez analyser votre signal dans LabView, vous aurez besoin d'un moyen de collecter les données analogiques de votre ECG et de les transférer vers l'ordinateur. Il y a toutes sortes de façons d'acquérir des données ! National Instruments est une société spécialisée dans les dispositifs d'acquisition de données et les dispositifs d'analyse de données. Ils sont un bon endroit pour rechercher des outils pour collecter des données. Vous pouvez également acheter votre propre puce de conversion analogique-numérique bon marché et utiliser un Raspberry Pi pour transmettre votre signal ! C'est probablement l'option la moins chère. Dans ce cas, nous avions déjà un module NI DAQ, un NI ADC et LabView en interne, nous sommes donc restés avec du matériel et des logiciels strictement National Instruments.

Étape 9: Importer des données dans LabVIEW

Le langage de programmation visuel LabVIEW a été utilisé pour analyser les données collectées à partir du système d'amplification/filtrage analogique. Les données ont été collectées à partir de l'unité NI DAQ avec DAQ Assistant, une fonction de collecte de données intégrée dans LabVIEW. À l'aide des contrôles LabView, le nombre d'échantillons et la durée de la collecte d'échantillons ont été spécifiés par programme. Les commandes sont réglables manuellement, ce qui permet à l'utilisateur de régler facilement les paramètres d'entrée. Avec le nombre total d'échantillons et la durée de temps connus, un vecteur de temps a été créé avec chaque valeur d'index représentant le temps correspondant à chaque échantillon dans le signal capturé.

Étape 10: Formatez, analysez et vous avez terminé

Les données de la fonction assistant DAQ ont été converties dans un format utilisable. Le signal a été recréé sous la forme d'un tableau 1D de doubles en convertissant d'abord le type de données de sortie DAQ en un type de données de forme d'onde, puis en convertissant en une paire de doubles groupés (X, Y). Chaque valeur Y de la paire (X, Y) a été sélectionnée et insérée dans un tableau 1D initialement vierge de doubles à l'aide d'une structure en boucle. Le tableau 1D de doubles et le vecteur temporel correspondant ont été tracés sur un graphique XY. Simultanément, la valeur maximale du tableau 1D de doubles a été identifiée avec une fonction d'identification de valeur maximale. Six dixièmes de la valeur maximale ont été utilisés comme seuil pour un algorithme de détection de pic intégré à LabView. Les valeurs de pic de la matrice 1D de doubles ont été identifiées avec la fonction de détection de pic. Avec les emplacements des pics connus, la différence de temps entre chaque pic a été calculée. Cette différence de temps, en unités de secondes par pic, a été convertie en pics par minute. La valeur résultante a été considérée comme représentant la fréquence cardiaque en battements par minute.

C'est ça! Vous avez maintenant collecté et analysé un signal ECG !