Crie seu próprio ECG !: 10 etapas

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

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

O batimento cardíaco consiste em contrações rítmicas reguladas pela apresentação espontânea de despolarizações elétricas nos miócitos cardíacos (as células musculares do coração). Tal atividade elétrica pode ser capturada colocando eletrodos de registro não invasivos ao longo de diferentes posições do corpo. Mesmo com uma compreensão introdutória de circuitos e bioeletricidade, esses sinais podem ser capturados com relativa facilidade. Neste Instructable, apresentamos uma metodologia simplista que pode ser usada para capturar um sinal eletrocardiográfico com equipamentos práticos e baratos. Ao longo, iremos destacar as considerações essenciais na aquisição de tais sinais e apresentar técnicas para análise programática de sinais.

Etapa 1: uma visão geral dos recursos

O dispositivo que você está construindo funcionará por meio dos seguintes recursos:

1. Gravações de eletrodo
2. Amplificador de instrumentação
3. Filtro de entalhe
4. Filtro passa-baixo
5. Conversão analógica para digital
6. Análise de sinal usando LabView

Alguns componentes principais de que você precisará:

1. NI LabView
2. Placa de aquisição de dados NI (para entradas para LabView)
3. Fonte de alimentação DC (para alimentar amplificadores operacionais)
4. Almofadas de eletrodo de pele para registros de eletrodo
5. OU um gerador de função que pode criar um sinal de ECG simulado

Vamos começar!

Etapa 2: Projete um filtro passa-baixa

Um ECG normal contém características identificáveis na forma de onda do sinal, chamadas de onda P, complexo QRS e onda T. Todos os recursos do ECG aparecerão na faixa de frequência abaixo de 250 Hz e, como tal, é importante capturar apenas os recursos de interesse ao registrar um ECG de eletrodos. Um filtro passa-baixa com uma frequência de corte de 250 Hz irá garantir que nenhum ruído de alta frequência seja capturado no sinal

Etapa 3: Projete um filtro de entalhe

Um filtro de entalhe a uma frequência de 60 Hz é útil para remover o ruído de qualquer fonte de alimentação associada à gravação de ECG. As frequências de corte entre 56,5 Hz e 64 Hz permitirão a passagem de sinais com frequências fora dessa faixa. Um fator de qualidade de 8 foi aplicado ao filtro. Foi escolhida uma capacitância de 0,1 uF. Os resistores experimentais foram selecionados da seguinte forma: R1 = R3 = 1,5 kOhms, R2 = 502 kOhms. Esses valores foram usados para construir o filtro de entalhe.

Etapa 4: projetar um amplificador de instrumentação

Um amplificador de instrumentação com ganho de 1000 V / V amplificará todos os sinais filtrados para facilitar a medição. O amplificador utiliza uma série de amplificadores operacionais e é dividido em dois estágios (esquerdo e direito) com respectivos ganhos K1 e K2. A imagem acima mostra um esquema dos circuitos que podem atingir esse resultado e a Figura 6 detalha os cálculos feitos.

Etapa 5: Conecte tudo junto

Os três estágios de amplificação e filtragem são combinados na Figura 7 abaixo. O amplificador de instrumentação amplifica a entrada de frequência sinusoidal com um ganho de 1000V / V. Em seguida, o filtro de entalhe remove toda a frequência do sinal de 60 Hz com um fator de qualidade de 8. Finalmente, o sinal passa por um filtro passa-baixa que atenua os sinais além de uma frequência de 250 Hz. A figura acima mostra o sistema completo criado experimentalmente.

Etapa 6: … e certifique-se de que funciona

Se você tiver um gerador de função, deve construir uma curva de resposta de frequência para garantir uma resposta adequada. A imagem acima mostra o sistema completo e a curva de resposta de frequência que você deve esperar. Se o seu sistema parece estar funcionando, você está pronto para passar para a próxima etapa: converter o sinal analógico em digital!

Etapa 7: (opcional) visualize seu ECG no osciloscópio

O ECG registra um sinal com dois eletrodos e usa um terceiro eletrodo como terra. Com os eletrodos de registro de ECG, insira um em uma entrada do amplificador de instrumentação, o outro na outra entrada do amplificador de instrumentação e conecte o terceiro ao aterramento em sua placa de ensaio. Em seguida, coloque um eletrodo em um pulso, o outro no outro pulso e aterre em seu tornozelo. Esta é uma configuração da derivação 1 para um ECG. Para visualizar o sinal em seu osciloscópio, use uma ponta de prova do osciloscópio para medir a saída do terceiro estágio.

Etapa 8: Adquirir dados com o DAQ da National Instruments

Se você quiser analisar seu sinal no LabView, precisará de alguma forma para coletar dados analógicos de seu ECG e transferi-los para o computador. Existem várias maneiras de adquirir dados! A National Instruments é uma empresa especializada em dispositivos de aquisição de dados e dispositivos de análise de dados. Eles são um bom lugar para procurar ferramentas para coletar dados. Você também pode comprar seu próprio chip conversor analógico para digital barato e usar um Raspberry Pi para transmitir seu sinal! Esta é provavelmente a opção mais barata. Neste caso, já tínhamos um módulo NI DAQ, um NI ADC e LabView em casa, então nos limitamos a hardware e software da National Instruments.

Etapa 9: importar dados para o LabVIEW

A linguagem de programação visual LabVIEW foi utilizada para analisar os dados coletados do sistema analógico de amplificação / filtragem. Os dados foram coletados da unidade NI DAQ com DAQ Assistant, uma função de coleta de dados embutida no LabVIEW. Usando os controles LabView, o número de amostras e o tempo de duração da coleta de amostras foram especificados programaticamente. Os controles são ajustáveis manualmente, permitindo ao usuário ajustar os parâmetros de entrada com facilidade. Com o número total de amostras e duração de tempo conhecidos, um vetor de tempo foi criado com cada valor de índice representando o tempo correspondente em cada amostra no sinal capturado.

Etapa 10: Formate, analise e pronto

Os dados da função de assistente DAQ foram convertidos em um formato utilizável. O sinal foi recriado como uma matriz 1D de duplas convertendo primeiro o tipo de dados de saída DAQ em um tipo de dados de forma de onda e depois convertendo em um par de duplas agrupado (X, Y). Cada valor Y do par (X, Y) foi selecionado e inserido em uma matriz 1D inicialmente em branco de duplas com a ajuda de uma estrutura de loop. A matriz 1D de duplas e o vetor de tempo correspondente foram plotados em um gráfico XY. Simultaneamente, o valor máximo da matriz 1D de duplos foi identificado com uma função de identificação de valor máximo. Seis décimos do valor máximo foram usados como um limite para um algoritmo de detecção de pico integrado ao LabView. Os valores de pico da matriz 1D de duplas foram identificados com a função de detecção de pico. Com os locais de pico conhecidos, a diferença de tempo entre cada pico foi calculada. Esta diferença de tempo, em unidades de segundos por pico, foi convertida em picos por minuto. O valor resultante foi considerado representar a freqüência cardíaca em batimentos por minuto.

É isso! Agora você coletou e analisou um sinal de ECG!