Akwizycja i analiza sygnału EKG (elektrokardiografii)

1. Odbieranie sygnału EKG

1. Dostosuj napięcie źródeł do +5 V i -5 V i połącz je szeregowo.
2. Zbuduj obwód pokazany na Rysunek 4. Oblicz wartości rezystorów i kondensatorów. W przypadku filtra górnoprzepustowego częstotliwość odcięcia powinna wynosić 0,5 Hz. Wartość kondensatora należy wybrać z poniższej tabeli (w zależności od dostępności).

Dostępne wartości kondensatorów (μF )
0.001	1	100
0.022	2.2	220
0.047	4.7	470
0.01	10	1000
0.1	47	2200

3. Umieść elektrody na prawym ramieniu, lewym ramieniu i prawej nodze (jest to odniesienie) pacjenta i podłącz je do obwodu.
4. Użyj oscyloskopu, aby view sygnał EKG (V_o). Naciśnij przycisk Auto Set (Ustaw automatycznie) i dostosuj skale poziome i pionowe zgodnie z potrzebami. Powinieneś być w stanie zobaczyć szczyty R pomimo szumu w sygnale.

2. Wyświetlanie sygnału EKG za pomocą oprogramowania do instrumentacji

1. W tej demonstracji użyliśmy LabVIEW. Napisz program, który wyświetla sygnał EKG za pomocą interfejsu graficznego do konfiguracji pomiarów i wykresu przebiegu. Po wybraniu wejścia analogowego skonfiguruj program z następującymi ustawieniami:

• Zakres wejściowy sygnału >> Max = 0,5; Min = -0,5
• Konfiguracja terminala >> RSE
• Tryb akwizycji >> ciągły
• Próbki do odczytania = 2000
• Częstotliwość próbkowania = 1000

2. Odbierz sygnał EKG i obserwuj przebieg. Zobaczysz sygnał podobny do Rysunek 1.
3. Dostosuj skalę osi x, aby pokazać czas w sekundach.
4. W oprzyrządowaniu często konieczne jest wzmocnienie interesującego nas sygnału do określonej amplitudy. Utwórz regulator wzmocnienia i ustaw go tak, aby amplituda EKG wynosiła 2 Vp.

3. Analiza sygnału EKG

W tej sekcji sygnał EKG zostanie przefiltrowany i przeanalizowany w celu określenia tętna. Poniższy schemat blokowy przedstawia składniki programu.

1. Użyj wykresu kształtu fali, aby wyświetlić sygnał.
2. Oceń widmo sygnału za pomocą Amplitude and phase spectrum subvi (w Przetwarzanie sygnału → Spectral) i wyświetl jego wielkość za pomocą wykresu przebiegu. Oś pozioma odpowiada częstotliwości. Jest dyskretny, ponieważ komputer wykorzystuje algorytm szybkiej transformaty Fouriera (FFT) do obliczania widma sygnału. Częstotliwość przechodzi od k = 0 do k = (N-1)/2, gdzie N jest długością sekwencji, w tym przypadku 4000. Aby obliczyć odpowiednią częstotliwość analogową, użyj następującego wzoru:
   
   gdzie fs to częstotliwość próbkowania. Należy zauważyć, że większość energii sygnału przypada na niski zakres częstotliwości, a także, że w zakresie średnich częstotliwości występuje szczyt o wysokim natężeniu. Oblicz częstotliwość występowania tego szczytu, korzystając ze wzoru podanego powyżej.
3. Zaimplementuj filtr dolnoprzepustowy przy użyciu funkcji Butterwortha z Czebyszewa. Wybierz częstotliwość odcięcia równą 100 Hz. Upewnij się, że filtr zapewnia tłumienie co najmniej -60 dB/dekadę w paśmie zaporowym.
4. Podłącz sygnał wyjściowy read z arkusza kalkulacyjnego subvi do wejścia filtra dolnoprzepustowego.
5. Zaimplementuj filtr pasma zaporowego za pomocą funkcji Butterwortha lub Czebyszewa. Celem jest zmniejszenie zakłóceń 60 Hz bez modyfikowania innych częstotliwości. Wypróbuj częstotliwości graniczne bliskie 60 Hz.
6. Podłącz wyjście filtra dolnoprzepustowego do wejścia filtra pasma zaporowego.
7. Znajdź piki za pomocą detektora szczytów subvi (znajduje się w Przetwarzanie sygnału → Operacja Sig). Jako próg spójrz na amplitudę sygnału i wybierz najbardziej odpowiednią wartość.
8. Wyodrębnij lokalizacje pików za pomocą index array subvi (w Programming → Array).
9. Odejmij dolną pozycję od wyższej, a następnie pomnóż przez okres pobierania próbek T = 1/fs, aby uzyskać przedział RR.
10. Oblicz jednostki odwrotności i regulacji i umieść wskaźnik, aby wyświetlić BPM.