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

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

Un électrocardiogramme, ou ECG, est une très ancienne méthode de mesure et d'analyse de la santé cardiaque. Le signal lu à partir d'un ECG peut indiquer un cœur en bonne santé ou une série de problèmes. Une conception fiable et précise est importante car si le signal ECG montre une forme d'onde déformée ou un rythme cardiaque incorrect, une personne peut être mal diagnostiquée. L'objectif est de concevoir un circuit ECG capable d'acquérir, d'amplifier et de filtrer le signal ECG. Ensuite, convertissez ce signal via un convertisseur A/N en Labview pour produire un graphique en temps réel et un rythme cardiaque en BPM du signal ECG. La forme d'onde de sortie doit ressembler à cette image.

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: Conception du circuit

Le circuit doit être capable d'acquérir et d'amplifier un signal ECG. Pour ce faire, nous allons combiner trois filtres actifs; un amplificateur d'instrumentation, un filtre passe-bas Butterworth de second ordre et un filtre coupe-bande. La conception de ces circuits peut être vue dans les images. Nous allons les parcourir un par un, puis les assembler pour compléter le circuit complet.

Étape 2: Amplificateur d'instrumentation

Le gain de l'amplificateur d'instrumentation doit être de 1000 V/V afin d'obtenir un bon signal. L'amplification via l'amplificateur d'instrumentation se fait en deux étapes. Le premier étage se compose des deux amplis op à gauche et des résistances R1 et R2 et le deuxième étage d'amplification se compose de l'ampli op à droite et des résistances R3 et R4. Le gain (amplification) pour l'étage 1 et l'étage 2 sont donnés dans les équations (1) et (2).

Gain de l'étage 1: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

Gain de l'étape 2: K2 = R4/R3 (2)

Une note importante concernant le gain dans les circuits est qu'il est multiplicatif; par exemple. le gain du circuit global de la figure 2 est K1*K2. Ces équations produisent les valeurs indiquées dans le schéma. Les matériaux nécessaires à ce filtre sont trois amplis op LM741, trois résistances de 1 kohm, deux résistances de 24,7 kohm et deux résistances de 20 kohm.

Étape 3: Filtre coupe-bande

L'étape suivante est un filtre coupe-bande pour éliminer le bruit à 60 Hz. Cette fréquence doit être supprimée car il y a beaucoup de bruit supplémentaire à 60 Hz en raison des interférences de la ligne électrique, mais cela n'enlèvera rien de significatif au signal ECG. Les valeurs des composants utilisés dans le circuit sont basées sur la fréquence que vous souhaitez filtrer, dans ce cas 60 Hz (377 rad/s). Les équations des composants sont les suivantes

R1= 1/ (6032*C)

R2= 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Les matériaux requis pour cela étaient un ampli op LM741, trois résistances avec des valeurs de 1658 ohms, 424,4 kohms et 1651 ohms et 3 condensateurs, deux à 100 nF et un à 200 nF.

Étape 4: Filtre passe-bas

L'étage final est un filtre passe-bas Butterworth de second ordre avec une fréquence de coupure de 250 Hz. Il s'agit de la fréquence de coupure car un signal ECG ne s'étend qu'à un maximum de 250 Hz. Les équations pour les valeurs des composants dans le filtre sont définies dans les équations suivantes:

R1 = 2/ (1571(1.4C2 + trier(1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 < (C2 *1.4^2) / 4

Les matériaux requis pour ce filtre étaient un ampli op LM741, deux résistances de 15,3 kohm et 25,6 kohm et deux condensateurs de 47 nF et 22 nF.

Une fois les trois étapes conçues et construites, le circuit final devrait ressembler à la photo.

Étape 5: Test du circuit

Une fois le circuit construit, il doit être testé pour s'assurer qu'il fonctionne correctement. Un balayage CA doit être exécuté sur chaque filtre en utilisant un signal d'entrée cardiaque à 1 Hz provenant d'un générateur de tension. La réponse en amplitude en dB doit ressembler aux images. Si les résultats du balayage CA sont corrects, le circuit est terminé et prêt à être utilisé. Si les réponses ne sont pas correctes, le circuit doit être débogué. Commencez par vérifier toutes les connexions et les entrées d'alimentation pour vous assurer que tout a une bonne connexion. Si cela ne résout pas le problème, utilisez les équations des composants des filtres pour ajuster les valeurs des résists et des condensateurs selon les besoins jusqu'à ce que la sortie soit là où elle devrait être.

Étape 6: Construire une VUI dans Labview

Labview est un logiciel d'acquisition de données numériques qui permet à un utilisateur de concevoir une VUI ou une interface utilisateur virtuelle. Une carte DAQ est un convertisseur A/N qui peut convertir et transmettre le signal ECG dans Labview. À l'aide de ce logiciel, le signal ECG peut être tracé sur un graphique d'amplitude en fonction du temps pour lire clairement le signal, puis convertir le signal en un battement cardiaque en BPM. La première chose requise pour cela est une carte DAQ qui acquiert les données et les convertit en un signal numérique à envoyer à Labview sur l'ordinateur. La première chose qui devait être ajoutée à la conception de Labview était l'assistant DAQ, qui acquiert le signal de la carte DAQ et définit les paramètres d'échantillonnage. L'étape suivante consiste à connecter un graphique de forme d'onde à la sortie de l'assistant DAQ sur la conception VUI qui trace le signal ECG montrant la forme d'onde ECG. Maintenant que le graphique de forme d'onde est terminé, les données doivent également être converties pour produire une sortie numérique de la fréquence cardiaque. La première étape de ce calcul consistait à trouver le maximum des données ECG en connectant l'élément max/min à la sortie des données DAQ dans le VUI, puis en le transmettant à un autre élément appelé détection de pic et à un élément qui trouverait le changement de temps appelé dt. L'élément de détection de pic avait également besoin d'un seuil à partir du max/min qui a été calculé en prenant le maximum de l'élément max min et en le multipliant par 0,8, pour trouver 80% de la valeur maximale, puis entré dans l'élément de détection de pic. Ce seuil a permis à l'élément de détection de crête de trouver le maximum de l'onde R et l'emplacement auquel le maximum s'est produit tout en ignorant les autres crêtes du signal. Les emplacements des pics ont ensuite été envoyés à un élément de tableau d'index ajouté ensuite sur le VUI. L'élément de tableau d'index a été défini pour être stocké sur un tableau avec un index commençant à 0, puis un autre commençant par un index de 1. Ensuite, ils ont été soustraits les uns des autres pour trouver la différence des deux emplacements de pic, ce qui correspond au nombre de points entre chaque pic. Le nombre de points multiplié par la différence de temps entre chaque point fournit le temps qu'il faut pour que chaque battement se produise. Cela a été accompli en multipliant la sortie de l'élément dt et la sortie de la soustraction des deux tableaux. Ce nombre a ensuite été divisé par 60, pour trouver les battements par minute, puis sorti à l'aide d'un élément indicateur numérique sur le VUI. La configuration de la conception VUI dans Labview est illustrée dans la figure.

Étape 7: assemblez le tout

Une fois le VUI terminé sur Labview, la dernière étape consiste à connecter le circuit à la carte DAQ, de sorte que le signal traverse le circuit, dans la carte, puis vers Labview. Si tout fonctionne correctement, un signal de 1 Hz devrait produire la forme d'onde indiquée sur la figure et un rythme cardiaque de 60 battements par minute. Vous disposez maintenant d'un ECG et d'un moniteur numérique de fréquence cardiaque fonctionnels.