ECG e monitor de freqüência cardíaca: 6 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Eletrocardiograma, também chamado de ECG, é um teste que detecta e registra a atividade elétrica do coração humano. Ele detecta a frequência cardíaca e a força e o tempo dos impulsos elétricos que passam por cada parte do coração, o que é capaz de identificar problemas cardíacos, como ataques cardíacos e arritmias. O ECG em hospitais envolve doze eletrodos na pele do tórax, braços e pernas. Neste intratável, estamos usando apenas três eletrodos, um para cada pulso como dois locais de registro e um para o tornozelo direito como aterramento. É importante observar que este não é um dispositivo médico. Isso é para fins educacionais, usando apenas sinais simulados. Se estiver usando este circuito para medições reais de ECG, certifique-se de que o circuito e as conexões do circuito ao instrumento estejam utilizando técnicas de isolamento adequadas.

Para adquirir e analisar um sinal de ECG humano, precisamos de um amplificador de instrumentação que amplifica o sinal de entrada em 1000, um filtro notch que remove o ruído de corrente alternada (60 Hz) e um filtro passa-baixo que filtra outros ruídos acima de 250 Hz. Um corte de 250 Hz é usado porque a faixa de frequência de um ECG humano está entre 0-250 Hz

Etapa 1: Materiais

Gerador de funções, fonte de alimentação, osciloscópio, placa de ensaio.

Resistores: 1k - 500k ohm

Capacitores: 20 - 100 nF

Amplificador operacional x5 (UA741)

Etapa 2: construir o amplificador de instrumentação

Referindo-se ao circuito e às equações do amplificador de instrumentação. Primeiro, precisamos calcular os valores corretos do resistor. Como o amplificador de instrumentação tem 2 estágios, há dois ganhos separados, k1 e k2. Como precisamos de um ganho de 1000, a multiplicação de k1 por k2 deve ser igual a mil. Neste tutorial, usamos os seguintes valores, fique à vontade para alterar esses valores se você não tiver uma ampla gama de resistores.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω portanto, K1 = 1 + (2 * 15000) / 1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω daí, K2 = 32000/1000 = 32

Agora que você sabe quais valores de resistor você precisa, vá em frente e faça o circuito.

Para testar o amplificador de instrumentação, você pode usar um gerador de função para gerar uma onda senoidal com uma amplitude conhecida, conectá-lo à entrada do circuito e conectar a saída do amplificador a um osciloscópio, você deve ver uma onda senoidal com amplitude 1000 vezes maior do que a onda senoidal de entrada

Etapa 3: Construir Filtro Notch

Semelhante ao amplificador de instrumentação, consulte o circuito e as equações para encontrar os valores de componente apropriados. Sabemos que neste filtro de entalhe, precisamos cortar frequências de 60 Hz, portanto, f0 é 60 Hz, também vamos usar um fator de qualidade de 8 que nos daria uma boa precisão. Usando esses valores, podemos agora encontrar os valores de componentes apropriados:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2 * pi * 60 = 120pi

R1 = 1 / (2 * 8 * 120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 1658Ω

R2 = (2 * 8) / (120 * pi * 100 * 10 ^ -9) = 424kΩ

R3 = (1658 * 424000) / (1658 + 424000) = 1651Ω

Agora que você conhece os valores dos componentes de que precisa, vá em frente e construa o circuito. Não que você possa usar resistores em paralelo ou em série para obter valores o mais próximo possível dos valores necessários.

Para testar o filtro notch, você pode realizar uma varredura de frequência. Insira uma onda senoidal com amplitude de 0,5 V e varie a frequência. Observe como a amplitude da saída conectada a um osciloscópio muda quando você se aproxima de 60Hz. Por exemplo, quando sua frequência está abaixo de 50 ou acima de 70, você deve ver um sinal de saída semelhante ao de entrada, mas quanto mais perto você chegar de 60 Hz, a amplitude deve diminuir. Se isso não acontecer, verifique seu circuito e certifique-se de usar os valores corretos do resistor.

Etapa 4: construir filtro Butterworth de segunda ordem

O tipo de filtro passa-baixo que usamos é de segunda ordem ativo. Este filtro é usado porque nos dá uma precisão boa o suficiente e embora exija energia, mas o desempenho é melhor. O filtro é projetado para cortar frequências acima de 250 Hz. Isso ocorre porque um sinal de ECG tem um componente de frequência diferente que está entre zero e 250 Hz e qualquer sinal com uma frequência acima de 250 Hz seria considerado ruído. A primeira imagem mostra o esquema do filtro passa-baixa com todos os valores corretos do resistor (observe que R7 deve ser 25632Ω em vez de 4kΩ). A segunda imagem inclui todas as equações que você pode usar para calcular os valores dos componentes por conta própria.

Para testar o filtro passa-baixo, use o gerador de função para gerar uma onda senoidal com amplitude de 0,5V. Ao inserir frequências abaixo de 250 Hz, você deve ver uma saída semelhante à de entrada, mas quanto maior você fica depois de 250 Hz, a saída deve ficar menor e eventualmente se tornar muito próxima de zero.

Etapa 5: Junte tudo

Depois de terminar de construir os três estágios, coloque-os todos juntos colocando o amplificador de instrumentação, seguido pelo filtro de entalhe e, em seguida, pelo filtro passa-baixa. Seu circuito deve ser semelhante a esta imagem.

Etapa 6: Testando todo o circuito

Usando um gerador de função, insira um sinal de ECG arbitrário com amplitude não maior que 15mV na entrada do amplificador de instrumentação. Conecte a saída do filtro passa-baixa a um osciloscópio. Você deve obter uma saída semelhante a esta imagem. O sinal verde é a saída da placa e o sinal amarelo é o sinal de entrada para o circuito. Você também pode medir a frequência cardíaca adquirindo a frequência com o osciloscópio e multiplicando esse número por 60.

Observe que, se desejar medir seu próprio sinal de ECG, você poderá fazê-lo conectando as duas entradas do amplificador de instrumentação a cada um de seus pulsos usando um eletrodo e aterrando sua perna. Antes de fazer isso, mantenha-se atento para garantir que o circuito e as conexões do circuito ao instrumento estejam utilizando técnicas de isolamento adequadas.