心電図（ECG）は、心拍の電気的活動を測定して、心臓の鼓動の速さとそのリズムを示します。心臓の筋肉が拍動ごとに血液を送り出すようにするために、心臓を通って移動する電気インパルスがあります。これは波とも呼ばれます。左右の心房は最初のP波を作り、左右の下心室はQRSを複雑にします。最後のT波は、電気的回復から静止状態へのものです。医師はECG信号を使って心臓の状態を診断するので、鮮明な画像を得ることが重要です。
このインストラクタブルの目標は、計装アンプ、ノッチフィルタ、およびローパスフィルタを回路に組み合わせることによって、心電図（ECG）信号を取得してフィルタ処理することです。その後、信号はA / Dコンバータを介してLabViewに送られ、BPMでリアルタイムのグラフとハートビートを生成します。
「これは医療機器ではありません。これは模擬信号を使用する教育目的のためだけのものです。実際の心電図測定にこの回路を使用する場合は、回路と回路と機器の接続に適切な絶縁技術を使用してください。」
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ステップ1：計装アンプの設計
計装アンプを構築するには、3つのオペアンプと4つの異なる抵抗が必要です。計装アンプは出力波のゲインを上げます。この設計では、良好な信号を得るために1000Vのゲインを目指しました。次の式を使って適切な抵抗を計算してください。ここで、K1とK2は利得です。
ステージ1：K1 = 1 +（2R2 / R1）
ステージ2：K 2 = - （R 4 / R 3）
この設計では、R1 =20.02Ω、R2 = R4 =10kΩ、R3 =10Ωを使用しました。
ステップ2：ノッチフィルターを設計する
次に、オペアンプ、抵抗、およびコンデンサを使用してノッチフィルタを作成する必要があります。このコンポーネントの目的は、60 Hzのノイズを除去することです。 60 Hzで正確にフィルタリングしたいので、この周波数の上下にあるものはすべて通過しますが、波形の振幅は60 Hzで最も低くなります。フィルタのパラメータを決定するために、ゲイン1と品質係数8を使用しました。適切な抵抗値を計算するには、以下の式を使用してください。 Qは品質係数、w = 2 * pi * f、fは中心周波数（Hz）、Bは帯域幅（rad / sec）、wc1とwc2はカットオフ周波数（rad / sec）です。
R1 = 1 /（2QwC）
R2 = 2Q /（wC）
Ｒ３ ＝（Ｒ１ ＋ Ｒ２）／（Ｒ１ ＋ Ｒ２）
Q = w / B
B = wc 2 - wc 1
ステップ3：ローパスフィルターを設計する
このコンポーネントの目的は、特定のカットオフ周波数（wc）を超える周波数を除外し、本質的にそれらを通過させないことです。 ＥＣＧ信号を測定するために使用される平均周波数（１５０Ｈｚ）に近すぎるカットを避けるために、我々は２５０Ｈｚ周波数でフィルタリングすることにした。このコンポーネントに使用する値を計算するために、以下の式を使用します。
C1≦C2（a ^ 2 + 4b（k-1））/ 4b
C2 = 10 /カットオフ周波数（Hz）
R1 = 2 /（wc（a * C2 +（a ^ 2 + 4b（k-1）C2 ^ 2 - 4b * C1 * C2）^（1/2））
R2 = 1 /（b * C1 * C2 * R1 * wc ^ 2）
ゲインを1に設定して、R3が開回路（抵抗なし）になり、R4が短絡（単なるワイヤ）になるようにします。
ステップ4：回路をテストする
フィルタの有効性を判断するために、各成分に対してAC掃引が実行されます。 AC掃引は、さまざまな周波数で成分の大きさを測定します。あなたはコンポーネントによって異なる形状を見ることを期待します。 AC掃引の重要性は、回路が一度構築されると正しく機能することを確認することです。ラボでこのテストを実行するには、ある範囲の周波数でVout / Vinを記録するだけです。計装アンプでは、50〜1000 Hzで広い範囲をテストしました。ノッチフィルタの場合、コンポーネントが60 Hz付近でどのように反応するかを理解するために、10〜90 Hzでテストしました。ローパスフィルタでは、50〜500 Hzでテストし、通過が意図されている場合と停止が意図されている場合の回路の反応を理解しました。
ステップ5：LabViewのECG回路
次に、LabViewで、A / D変換器を介してECG信号をシミュレートし、その信号をコンピュータにプロットするブロック図を作成します。 DAQボード信号のパラメータを設定することから始め、どの平均心拍数を期待しているかを判断しました。毎分60拍子を選びました。次に、1kHzの周波数を使用して、波形プロットで2〜3のECGピークを取得するために約3秒を表示する必要があると判断できました。十分な心電図ピークを捉えるために4秒間表示しました。ブロックダイアグラムは入力信号を読み取り、ピーク検出を使用してフルハートビートが発生している頻度を判断します。
ステップ6：心電図と心拍数
ブロック図のコードを使用すると、ECGが波形ボックスに表示され、その隣に1分あたりの拍数が表示されます。これで作業中の心拍数モニタができました。もっと自分に挑戦するために、あなたのリアルタイムの心拍数を表示するためにあなたの回路と電極を使ってみてください！
