Acquisizione e analisi di un segnale ECG (elettrocardiogramma)

1. Acquisizione di un segnale ECG

1. Regolare la tensione delle sorgenti a +5 V e -5 V e collegarle in serie.
2. Costruire il circuito mostrato nella Figura 4. Calcolare i valori dei resistori e dei condensatori. Per il filtro passa alto, la frequenza di cut-off deve essere di 0,5 Hz. Il valore del condensatore deve essere scelto dalla tabella seguente (in base alla disponibilità).

Valori del condensatore disponibili (μF)
0.001	1	100
0.022	2.2	220
0.047	4.7	470
0.01	10	1000
0.1	47	2200

3. Posizionare gli elettrodi sul braccio destro, sul braccio sinistro e sulla gamba destra (questo è il riferimento) del paziente e collegarli al circuito.
4. Utilizzare l'oscilloscopio per visualizzare il segnale ECG (V_o). Premere Imposta automaticamente e regolare le scale orizzontale e verticale in base alle esigenze. Dovresti essere in grado di vedere i picchi R nonostante il rumore nel segnale.

2. Visualizzazione del segnale ECG utilizzando il software Instrumention

1. In questa dimostrazione abbiamo utilizzato LabVIEW. Scrivi un programma che visualizzi il segnale ECG utilizzando un'interfaccia grafica per la configurazione delle misurazioni e un grafico della forma d'onda. Una volta selezionato un ingresso analogico, configurare il programma con le seguenti impostazioni:

• Intervallo di ingresso del segnale >> Max = 0,5; Min = -0,5
• Configurazione terminale >> RSE
• Modalità di acquisizione >> continua
• Campioni da leggere = 2000
• Frequenza di campionamento = 1000

2. Acquisire il segnale ECG e osservare la forma d'onda. Verrà visualizzato un segnale simile alla Figura 1.
3. Regolate la scala dell'asse x per visualizzare il tempo in secondi.
4. Spesso è necessario nella strumentazione amplificare il segnale di interesse ad una specifica ampiezza. Creare un controllo del guadagno e impostarlo in modo che l'ampiezza dell'ECG sia di 2 Vp.

3. Analisi del segnale ECG

In questa sezione, un segnale ECG verrà filtrato e analizzato per determinare la frequenza cardiaca. Il seguente diagramma a blocchi mostra i componenti del programma.

1. Utilizzare un grafico della forma d'onda per visualizzare il segnale.
2. Valutare lo spettro del segnale utilizzando la sottovi Ampiezza e spettro di fase (in Elaborazione del segnale → Spettrale) e visualizzarne la magnitudine utilizzando un grafico della forma d'onda. L'asse orizzontale corrisponde alla frequenza. È discreto perché il computer utilizza un algoritmo FFT (Fast Fourier Transform) per calcolare lo spettro del segnale. La frequenza va da k = 0 a k = (N-1)/2, dove N è la lunghezza della sequenza, in questo caso 4000. Per calcolare la frequenza analogica corrispondente, utilizzare la seguente formula:
   
   dove fs è la frequenza di campionamento. Si noti che la maggior parte dell'energia del segnale è nella gamma di bassa frequenza e anche che c'è un picco di alta intensità nella gamma di frequenze medie. Calcola la frequenza di quel picco usando la formula fornita sopra.
3. Implementare un filtro passa-basso utilizzando le funzioni di Butterworth of Chebyshev. Scegliere una frequenza di taglio pari a 100 Hz. Assicurarsi che il filtro fornisca un'attenuazione di almeno -60 dB/decennio nella banda di arresto.
4. Collegare il segnale di uscita della lettura dal foglio di calcolo subvi all'ingresso del filtro passa-basso.
5. Implementare un filtro stop-band utilizzando le funzioni Butterworth o Chebyshev. L'obiettivo è ridurre l'interferenza dei 60 Hz senza modificare le altre frequenze. Prova le frequenze di confine vicine a 60 Hz.
6. Collegare l'uscita del filtro passa-basso all'ingresso del filtro stopband.
7. Trova i picchi usando il subvi del rilevatore di picco (si trova in Elaborazione del segnale →Operazione Sig). Per la soglia, guarda l'ampiezza del segnale e scegli il valore più appropriato.
8. Estrarre le posizioni dei picchi utilizzando la sottovi matrice di indici (in Programmazione → array).
9. Sottrarre la posizione inferiore dalla posizione più alta, quindi moltiplicare per il periodo di campionamento T = 1/fs per ottenere l'intervallo RR.
10. Calcola le reciproche unità e regola e posiziona un indicatore per visualizzare il BPM.