Erfassung und Analyse eines EKG-Signals (Elektrokardiographie)

1. Erwerb eines EKG-Signals

1. Stellen Sie die Spannung der Quellen auf +5 V und -5 V ein und schließen Sie sie in Reihe an.
2. Erstellen Sie die in Abbildung 4gezeigte Schaltung . Berechnen Sie die Werte der Widerstände und Kondensatoren. Für den Hochpassfilter sollte die Grenzfrequenz 0,5 Hz betragen. Der Kondensatorwert sollte aus der folgenden Tabelle ausgewählt werden (je nach Verfügbarkeit).

Verfügbare Kondensatorwerte (F )
0.001	1	100
0.022	2.2	220
0.047	4.7	470
0.01	10	1000
0.1	47	2200

3. Legen Sie Elektroden auf den rechten Arm, linken Arm und rechten Bein (dies ist Referenz) des Patienten, und verbinden Sie sie mit dem Schaltkreis.
4. Verwenden Sie das Oszilloskop, um das EKG-Signal (V_o) anzuzeigen. Drücken Sie Auto Set und passen Sie die horizontalen und vertikalen Skalen nach Bedarf an. Sie sollten in der Lage sein, die R-Spitzen trotz des Rauschens im Signal zu sehen.

2. Anzeige des EKG-Signals mit Instrumention-Software

1. In dieser Demo haben wir LabVIEW verwendet. Schreiben Sie ein Programm, das das EKG-Signal über eine grafische Schnittstelle zur Konfiguration von Messungen und ein Wellenformdiagramm anzeigt. Nachdem ein analoger Eingang ausgewählt wurde, konfigurieren Sie das Programm mit den folgenden Einstellungen:

• Signaleingangsbereich >> Max = 0,5; Min = -0,5
• Terminalkonfiguration >> RSE
• Erfassungsmodus >> kontinuierlich
• Lesebeispiele = 2000
• Abtastrate = 1000

2. Erfassen Sie das EKG-Signal und beobachten Sie die Wellenform. Es wird ein Signal ähnlich Abbildung 1angezeigt.
3. Passen Sie die Skalierung der x-Achse an, um die Zeit in Sekunden anzuzeigen.
4. Bei der Instrumentierung ist es oft notwendig, das Signal des Interesses auf eine bestimmte Amplitude zu verstärken. Erstellen Sie eine Verstärkungssteuerung und legen Sie sie so fest, dass die Amplitude des EKG 2 Vp beträgt.

3. Analyse des EKG-Signals

In diesem Abschnitt wird ein EKG-Signal gefiltert und analysiert, um die Herzfrequenz zu bestimmen. Das folgende Blockdiagramm zeigt die Komponenten des Programms.

1. Verwenden Sie ein Wellenformdiagramm, um das Signal anzuzeigen.
2. Bewerten Sie das Spektrum des Signals mit dem Subvi amplitude und Phase Spectrum (in Der Signalverarbeitung - Spektral) und zeigen Sie seine Größe mit einem Wellenformdiagramm an. Die horizontale Achse entspricht der Frequenz. Es ist diskret, weil der Computer einen Fast Fourier Transform (FFT) Algorithmus verwendet, um das Spektrum des Signals zu berechnen. Die Frequenz geht von k = 0 bis k = (N-1)/2, wobei N die Länge der Sequenz ist, in diesem Fall 4000. Um die entsprechende analoge Frequenz zu berechnen, verwenden Sie die folgende Formel:
   
   wobei fs die Abtasthäufigkeit ist. Beachten Sie, dass sich die meiste Energie des Signals im niederfrequenten Bereich befindet und dass es auch einen Spitzenwert hoher Intensität im mittleren Frequenzbereich gibt. Berechnen Sie die Häufigkeit dieses Peaks mit der oben angegebenen Formel.
3. Implementieren Sie einen Tiefpassfilter mit Butterworth of Chebyshev-Funktionen. Wählen Sie eine Grenzfrequenz von 100 Hz. Stellen Sie sicher, dass der Filter eine Dämpfung von mindestens -60 dB/Dekade im Stoppband bietet.
4. Schließen Sie das Ausgangssignal des Lese-Aus-Tabellensubvi an den Eingang des Tiefpassfilters an.
5. Implementieren Sie einen Stop-Band-Filter mit Butterworth- oder Chebyshev-Funktionen. Ziel ist es, die 60 Hz Interferenzen zu reduzieren, ohne die anderen Frequenzen zu verändern. Versuchen Sie Grenzfrequenzen in der Nähe von 60 Hz.
6. Schließen Sie den Ausgang des Tiefpassfilters an den Eingang des Stoppbandfilters an.
7. Finden Sie die Spitzen mit dem Peak-Detektor subvi (es befindet sich in Signalverarbeitung - Sig Operation). Sehen Sie sich für den Schwellenwert die Amplitude des Signals an, und wählen Sie den am besten geeigneten Wert aus.
8. Extrahieren Sie die Positionen der Peaks mithilfe des Index-Array-Subvi (in Programming - Array).
9. Subtrahieren Sie die untere Position von der höheren Position, multiplizieren Sie dann mit der Stichprobenperiode T = 1/fs, um das RR-Intervall zu erhalten.
10. Berechnen Sie die Wechsel- und Einstelleinheiten und platzieren Sie einen Indikator, um das BPM anzuzeigen.