Como construir um ECG e monitor digital de freqüência cardíaca: 6 etapas

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

Um eletrocardiograma (ECG) mede a atividade elétrica do batimento cardíaco para mostrar quão rápido o coração está batendo, bem como seu ritmo. Há um impulso elétrico, também conhecido como onda, que viaja pelo coração para fazer o músculo cardíaco bombear sangue a cada batida. Os átrios direito e esquerdo criam a primeira onda P e os ventrículos inferiores direito e esquerdo formam o complexo QRS. A onda T final vai da recuperação elétrica ao estado de repouso. Os médicos usam sinais de ECG para diagnosticar doenças cardíacas, por isso é importante obter imagens nítidas.

O objetivo deste instrutível é adquirir e filtrar um sinal de eletrocardiograma (ECG) combinando um amplificador de instrumentação, filtro notch e filtro passa-baixa em um circuito. Em seguida, os sinais passarão por um conversor A / D no LabView para produzir um gráfico em tempo real e uma pulsação em BPM.

"Este não é um dispositivo médico. É apenas para fins educacionais, usando sinais simulados. Se estiver usando este circuito para medições de ECG reais, certifique-se de que o circuito e as conexões de circuito para instrumento estão utilizando técnicas de isolamento adequadas."

Etapa 1: projetar um amplificador de instrumentação

Para construir um amplificador de instrumentação, precisamos de 3 amplificadores operacionais e 4 resistores diferentes. Um amplificador de instrumentação aumenta o ganho da onda de saída. Para este projeto, buscamos um ganho de 1000 V para obter um bom sinal. Use as seguintes equações para calcular os resistores apropriados onde K1 e K2 são o ganho.

Estágio 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)

Estágio 2: K2 = - (R4 / R3)

Para este projeto, R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω foram usados.

Etapa 2: Projete um filtro de entalhe

Em segundo lugar, devemos construir um filtro notch usando um amplificador operacional, resistores e capacitores. O objetivo deste componente é filtrar o ruído a 60 Hz. Queremos filtrar exatamente a 60 Hz, então tudo abaixo e acima dessa frequência passará, mas a amplitude da forma de onda será menor em 60 Hz. Para determinar os parâmetros do filtro, usamos um ganho de 1 e um fator de qualidade de 8. Use as equações abaixo para calcular os valores apropriados do resistor. Q é o fator de qualidade, w = 2 * pi * f, f é a frequência central (Hz), B é a largura de banda (rad / s) e wc1 e wc2 são as frequências de corte (rad / s).

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (wC)

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

Q = w / B

B = wc2 - wc1

Etapa 3: Projete um filtro passa-baixa

O objetivo desse componente é filtrar as frequências acima de uma certa frequência de corte (wc), essencialmente não permitindo que elas passem. Decidimos filtrar na frequência de 250 Hz para evitar cortes muito próximos da frequência média usada para medir um sinal de ECG (150 Hz). Para calcular os valores que usaremos para este componente, usaremos as seguintes equações:

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

C2 = 10 / frequência de corte (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)

Vamos definir o ganho como 1, então R3 se torna um circuito aberto (sem resistor) e R4 se torna um curto-circuito (apenas um fio).

Etapa 4: teste o circuito

Uma varredura AC é realizada para cada componente para determinar a eficácia do filtro. A varredura AC mede a magnitude do componente em diferentes frequências. Você espera ver diferentes formas dependendo do componente. A importância da varredura CA é certificar-se de que o circuito está funcionando corretamente depois de construído. Para realizar este teste no laboratório, basta gravar o Vout / Vin em uma faixa de frequências. Para o amplificador de instrumentação, testamos de 50 a 1000 Hz para obter uma ampla faixa. Para o filtro notch, testamos de 10 a 90 Hz para ter uma boa ideia de como o componente reage em torno de 60 Hz. Para o filtro de passagem baixa, testamos de 50 a 500 Hz para entender como o circuito reage quando deve passar e quando deve parar.

Etapa 5: Circuito de ECG no LabView

Em seguida, você deseja criar um diagrama de blocos no LabView que simula um sinal de ECG por meio de um conversor A / D e, a seguir, plota o sinal no computador. Começamos definindo os parâmetros do sinal da placa DAQ determinando a frequência cardíaca média que esperávamos; escolhemos 60 batimentos por minuto. Então, usando uma frequência de 1kHz, fomos capazes de determinar que precisávamos exibir cerca de 3 segundos para adquirir 2-3 picos de ECG no gráfico da forma de onda. Exibimos 4 segundos para garantir a captura de picos de ECG suficientes. O diagrama de blocos lerá o sinal de entrada e usará a detecção de pico para determinar com que freqüência um batimento cardíaco completo está ocorrendo.

Etapa 6: ECG e frequência cardíaca

Usando o código do diagrama de blocos, o ECG aparecerá na caixa de forma de onda e os batimentos por minuto serão exibidos ao lado dele. Agora você tem um monitor de frequência cardíaca funcionando! Para se desafiar ainda mais, tente usar seu circuito e eletrodos para exibir sua frequência cardíaca em tempo real!