ECG et moniteur de fréquence cardiaque : 7 étapes (avec photos)

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'électrocardiogramme (ECG) est l'un des outils de diagnostic les plus importants utilisés pour détecter ces conditions. Un électrocardiogramme fonctionne en traçant l'impulsion électrique à travers votre cœur et en la transmettant à la machine [1]. Le signal est capté par des électrodes placées sur le corps. Le placement des électrodes est crucial pour capter les signaux physiologiques car ils fonctionnent en enregistrant la différence de potentiel à travers le corps. Le placement standard des électrodes consiste à utiliser le triangle d'Einthoven. C'est là qu'une électrode est placée sur le bras droit, le bras gauche et la jambe gauche. La jambe gauche sert de terre pour les électrodes et capte le bruit de fréquence dans le corps. Le bras droit a une électrode négative et le gauche a une électrode positive pour calculer la différence de potentiel à travers la poitrine et donc capter l'énergie électrique du cœur [2]. L'objectif de ce projet était de créer un appareil capable d'acquérir avec succès un signal ECG et reproduisez clairement le signal sans bruit et avec l'ajout d'une mesure de la fréquence cardiaque.

Étape 1: Matériaux et outils

• Diverses résistances et condensateurs
• Planche à pain
• Générateur de fonctions
• Oscilloscope
• Alimentation CC
• Amplis-op
• Ordinateur avec LABView installé
• Câbles BNC
• Assistante DAQ

Étape 2: Construire un amplificateur d'instrumentation

Afin d'amplifier adéquatement le signal bioélectrique, le gain global de l'amplificateur d'instrumentation à deux étages doit être de 1000. Chaque étage est multiplié pour obtenir le gain global et les équations utilisées pour calculer les étages individuels sont indiquées ci-dessous.

Gain de l'étage 1: K1=1+2*R2/R1 Gain de l'étage 2: K2= -R4/R3

En utilisant les équations ci-dessus, les valeurs de résistance que nous avons utilisées étaient R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ et R4 = 33kΩ. Afin de vous assurer que ces valeurs fourniront la sortie souhaitée, vous pouvez la simuler en ligne ou la tester à l'aide d'un oscilloscope après avoir construit l'amplificateur physique.

Après avoir connecté les résistances sélectionnées et les amplis-op dans la maquette, vous devrez alimenter les amplis-op ±15V à partir d'une alimentation CC. Ensuite, connectez le générateur de fonctions à l'entrée de l'amplificateur d'instrumentation et l'oscilloscope à la sortie.

La photo ci-dessus montre que l'amplificateur d'instrumentation terminé ressemblera à la maquette. Pour vérifier son bon fonctionnement, réglez le générateur de fonctions pour qu'il produise une onde sinusoïdale à 1 kHz avec une amplitude crête à crête de 20 mV. La sortie de l'amplificateur sur l'oscilloscope doit avoir une amplitude crête à crête de 20 V, car il y a un gain de 1000, s'il fonctionne correctement.

Étape 3: Créer un filtre coupe-bande

En raison du bruit de la ligne électrique, un filtre était nécessaire pour filtrer le bruit à 60 Hz, qui est le bruit de la ligne électrique aux États-Unis. Un filtre coupe-bande a été utilisé car il filtre une fréquence spécifique. Les équations suivantes ont été utilisées pour calculer les valeurs de résistance. Un facteur qualitatif (Q) de 8 a bien fonctionné et des valeurs de condensateur de 0,1 uF ont été choisies pour faciliter la construction. La fréquence dans les équations (représentée par w) est la fréquence d'entaille 60 Hz multipliée par 2π.

R1=1/(2QwC)

R2=2Q/(wC)

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

En utilisant les équations ci-dessus, les valeurs de résistance que nous avons utilisées étaient R1=1,5kΩ, R2=470kΩ et R3=1,5kΩ. Afin de vous assurer que ces valeurs fourniront la sortie souhaitée, vous pouvez la simuler en ligne ou la tester à l'aide d'un oscilloscope après avoir construit l'amplificateur physique.

L'image ci-dessus montre à quoi ressemblera le filtre coupe-bande terminé dans la maquette. La configuration des amplificateurs opérationnels est la même que celle de l'amplificateur d'instrumentation et le générateur de fonctions doit maintenant être configuré pour produire une onde sinusoïdale à 1 kHz avec une amplitude crête à crête de 1 V. Si vous effectuez un balayage CA, vous devriez pouvoir vérifier que les fréquences autour de 60 Hz sont filtrées.

Étape 4: Construire un filtre passe-bas

Afin de filtrer le bruit haute fréquence qui n'est pas lié à l'ECG, un filtre passe-bas a été créé avec une fréquence de coupure de 150 Hz.

R1=2/(w[aC2+sqrt(a2+4b(K-1))C2^2-4b*C1*C2)

R2=1/(b*C1*C2*R1*w^2)

R3=K(R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2[a^2+4b(K-1)]/4b

R4=K(R1+R2)

En utilisant les équations ci-dessus, les valeurs de résistance que nous avons utilisées étaient R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0,01 µF et C2 = 0,068 µF. Les valeurs de R3 et R4 ont fini par être nulles car nous voulions que le gain, K, du filtre soit nul, nous avons donc utilisé des fils au lieu de résistances ici dans la configuration physique. Afin de vous assurer que ces valeurs fourniront la sortie souhaitée, vous pouvez la simuler en ligne ou la tester à l'aide d'un oscilloscope après avoir construit l'amplificateur physique.

Pour construire le filtre physique, connectez les résistances et les condensateurs choisis à l'ampli-op comme indiqué dans le schéma. Alimentez l'ampli-op et connectez le générateur de fonctions et l'oscilloscope de la même manière que décrit dans les étapes précédentes. Réglez le générateur de fonctions pour produire une onde sinusoïdale à 150 Hz et avec une amplitude crête à crête d'environ 1 V. Étant donné que 150 Hz doit être la fréquence de coupure, si le filtre fonctionne correctement, l'amplitude doit être de 3 dB à cette fréquence. Cela vous dira si le filtre est configuré correctement.

Étape 5: connectez tous les composants ensemble

Après avoir construit chaque composant et les avoir testés séparément, ils peuvent tous être connectés en série. Connectez le générateur de fonction à l'entrée de l'amplificateur d'instrumentation, puis connectez la sortie de celui-ci à l'entrée du filtre coupe-bande. Répétez l'opération en connectant la sortie du filtre coupe-bande à l'entrée du filtre passe-bas. La sortie du filtre passe-bas doit alors se connecter à l'oscilloscope.

Étape 6: Configurer LabVIEW

La forme d'onde du rythme cardiaque ECG a ensuite été capturée à l'aide d'un assistant DAQ et de LabView. Un assistant DAQ acquiert les signaux analogiques et définit les paramètres d'échantillonnage. Connectez l'assistant DAQ au générateur de fonctions émettant un signal cardiaque arbitraire et à l'ordinateur avec LabView. Configurez LabView selon le schéma ci-dessus. L'assistant DAQ apportera l'onde cardiaque du générateur de fonction. Ajoutez également le graphique de forme d'onde à votre configuration LabView pour afficher le graphique. Utilisez des opérateurs numériques pour définir un seuil pour la valeur maximale. Dans le schéma illustré, 80% a été utilisé. L'analyse des pics devrait également être utilisée pour trouver les emplacements des pics et les relier au changement dans le temps. Multipliez la fréquence de crête par 60 afin de calculer les battements par minute et ce nombre a été affiché à côté du graphique.

Étape 7: Vous pouvez maintenant enregistrer un ECG

[1] « Électrocardiogramme - Centre d'information sur le cœur de l'Institut de cardiologie du Texas. » [En ligne]. Disponible: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Consulté: 09-déc-2017].

[2] "Les dérivations ECG, la polarité et le triangle d'Einthoven - Le physiologiste étudiant." [En ligne]. Disponible: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Consulté: 10-déc-2017].