Verwerving en analyse van een ECG (elektrocardiografie) signaal

1. Het verkrijgen van een ECG-signaal

1. Stel de spanning van de bronnen in op +5 V en -5 V en sluit ze in serie aan.
2. Bouw de in Figuur 4 getoonde kring. Bereken de waarden van de weerstanden en condensatoren. Voor de hoogdoorlaatfilter moet de snijvrequetie 0,5 Hz zijn. De waarde van de condensator moet worden gekozen uit de onderstaande tabel (afhankelijk van beschikbaarheid).

Beschikbare condensatorwaarden (µF )
0,001	1	100
0,022	2,2	220
0,047	4,7	470
0,01	10	1000
0,1	47	2200

3. Plaats elektroden op de rechterarm, linkerarm en rechterbeen (dit is de referentie) van de patiënt en sluit ze aan op de kring.
4. Gebruik de oscilloscoop om het ECG-signaal (V_o) te bekijken. Druk op Auto Set en pas de horizontale en verticale schalen naar behoefte aan. U moet in staat zijn om de R-pieken te zien ondanks de ruis in het signaal.

2. Het weergeven van het ECG-signaal met behulp van instrumentatiesoftware

1. In deze demonstratie gebruikten we LabVIEW. Schrijf een programma dat het ECG-signaal weergeeft met behulp van een grafische interface voor het configureren van metingen en een golfvormgrafiek. Zodra een analoog invoer is geselecteerd, configureer het programma met de volgende instellingen:

• Bereik signaalinvoer >> Max = 0,5; Min = -0,5
• Terminalconfiguratie >> RSE
• Verwervingsmodus >> continu
• Aantal te lezen samples = 2000
• Bemonsteringsfrequentie = 1000

2. Verkrijg het ECG-signaal en observeer de golfvorm. U zult een signaal zien dat vergelijkbaar is met Figuur 1.
3. Pas de schaal van de x-as aan om de tijd in seconden weer te geven.
4. Het is vaak noodzakelijk in instrumentatie om het signaal van belang te versterken tot een specifieke amplitude. Maak een versterkingsregeling en stel deze zo in dat de amplitude van het ECG 2 Vp is.

3. Het analyseren van het ECG-signaal

In deze sectie zal een ECG-signaal worden gefilterd en geanalyseerd om de hartslag te bepalen. Het volgende blokdiagram toont de componenten van het programma.

1. Gebruik een golfvormgrafiek om het signaal weer te geven.
2. Evalueer het spectrum van het signaal met behulp van de Amplitude en fasespectrum subvi (in Signaalverwerking → Spectraal) en toon de grootte ervan met behulp van een golfvormgrafiek. De horizontale as komt overeen met de frequentie. Het is discreet omdat de computer een Fast Fourier Transform (FFT) algoritme gebruikt om het spectrum van het signaal te berekenen. De frequentie gaat van k = 0 naar k = (N-1)/2, waar N de lengte van de reeks is, in dit geval 4000. Om de bijbehorende analoge frequentie te berekenen, gebruik de volgende formule:
   
   waarbij fs de bemonsteringsfrequentie is. Merk op dat het grootste deel van de energie van het signaal zich in het lage frequentiebereik bevindt en dat er ook een piek van hoge intensiteit in het middenfrequentiebereik is. Bereken de frequentie van die piek met behulp van de bovenstaande formule.
3. Implementeer een laagdoorlaatfilter met behulp van Butterworth of Chebyshev functies. Kies een snijvrequetie gelijk aan 100 Hz. Zorg ervoor dat de filter een demping van minimaal -60 dB/decaad in de stopband biedt.
4. Verbind het uitgangssignaal van de uit spreadsheet lezen subvi met de ingang van de laagdoorlaatfilter.
5. Implementeer een stopbandfilter met behulp van Butterworth of Chebyshev functies. Het doel is om de 60 Hz interferentie te verminderen zonder de andere frequenties te wijzigen. Probeer grensfrequenties dicht bij 60 Hz.
6. Verbind de uitgang van de laagdoorlaatfilter met de ingang van het stopbandfilter.
7. Zoek de pieken met behulp van de piekdetector subvi (deze bevindt zich in Signaalverwerking → Sig Operatie). Kijk naar de amplitude van het signaal en kies de meest geschikte waarde als drempel.
8. Extraheer de locaties van de pieken met behulp van de index array subvi (in Programmeren → Array).
9. Trek de lagere positie van de hogere positie af en vermenigvuldig vervolgens