示波器可以用作心电图吗?

电器工程 示波器 测量 生物电势
2022-01-24 21:28:39

我在我的医生办公室,注意到一台看起来像标准示波器的 EKG 机器。事实上,它的外壳与我的双通道 Tektonix 1104b 几乎相同。主要区别在于它有更多的探针,但我没有检查它们是否连接到不同的通道。

例如,我可以将我的示波器用作心电图吗?如果是这样,它是否需要任何修改?

3个回答

绝对没错。但是你需要一个前端。

EKG 通常只是一个仪表放大器或多级放大器,具有尽可能多的共模抑制 dB。

问题在于,人们是一袋袋富含电解质的液体和肉类,外部(皮肤)的电阻和对交流信号的阻抗相对较低,各种辐射 EMI 一直耦合到我们的皮肤中。

如果您曾经不小心用手指触摸到扬声器插孔的尖端,或者见鬼,只需尝试用示波器探测您的手指(这不是用新示波器做的第一件事吗?我知道这是给我的! ),你会明白我的意思。仅从您家中的接线可能会产生 50Hz 或 60Hz 的 50Hz 或 2V 纹波。

当试图检测源自皮肤封闭的肉袋内部深处的电信号时,这会带来一个问题,而表面上的所有噪声耦合都试图将其淹没。

如果噪声垃圾耦合到您的皮肤大约为一两伏,那么来自您心脏的信号(至少在您的皮肤上检测到的点)的峰峰值约为 1mV。要获得良好的波形,您需要能够清楚地看到低至 20µV 的峰值。

所以你不能单独使用示波器,你当然可以使用一个非常有效的带有前端的 ECG/EKG。

这样的前端制作起来并不是特别难。来自人类心脏的信号的带宽和频率……在模拟电子设备的背景下相当慢。这使得前端特别宽容,您甚至可以只用一个 IC 在面包板上构建一个。

从本质上讲,这一切都归结为两件事:您需要大量增益和大量共模抑制。

最简单的方法是通过一个低(但不是太低)电阻(如 100Ω)将运算放大器的接地参考耦合到您自己的身体,从而实现共模抑制。这是倾向于远离胸部连接的引线,例如在角度或腿处。这确保只有噪声被拾取并作为共模被拒绝,留下心脏信号(这些信号太弱了,以至于在你的脚踝或任何地方都没有关系)。

实现这一点的更高性能方法是实际使用第二个运算放大器来驱动接地参考(您的皮肤)并主动消除大部分共模噪声。

如果您搜索“ECG 前端电路”,您会发现很多简单或复杂的完整示意图。

它们中的任何一个都可以工作,但这最终取决于可接受的性能水平。

这个是我亲自制作的,还有一个类似的,也使用了我似乎找不到的右腿驱动器,都超出了我的预期。他们工作得很好:

在此处输入图像描述

安全注意事项

不要将任何像这样连接到身体的东西连接到直接插入墙壁的示波器上。必须使用隔离变压器来完全隔离示波器,这样就不会通过您(可能还有您心脏的导电系统)的接地路径。如果真正的心电图完全插入墙壁,它们就会完全隔离。

最后一点:你的身体不会靠电流运转。

它以离子电流运行。电流具有电子作为构成该电流的电荷载流子,但在您的体内,是正离子而不是电子在流动并执行诸如使您的肌肉运动之类的事情。

出于这个原因,您需要在电极和皮肤之间使用某种电解质,形成一个半电池,并允许将离子电流转换为用于 ECG 前端的电流。

购买合适的医用电极是理想的,但我个人可以证明,如果你真的迫不及待地想测试你所做的,那么涂上一些洗发水的锡箔纸可以在紧要关头工作。您的结果可能会有所不同。

使用隔离变压器,不要意外受伤或死亡。除此之外,如果您有足够的兴趣和动力,这实际上是一个伟大的项目,构建起来不会太难或太昂贵。祝你好运!

您可以找到执行必要信号调节的非常简单的集成前端。举个例子:AD8232

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也可用于板:

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资料来源:火花乐趣

另一个(更难的)选择是基于仪表放大器的定制电路,以消除直流偏移并执行示波器正确采集信号所需的滤波。

编辑:提供有关电极和引线之间差异的一些额外信息:

维基百科关于心电图的文章

ecgwaves.com

基本上,您执行差分测量以提供参考(通常是右腿)以改善基线去除。

12 导联心电图:

  • 所有 4 个肢体上的 4 个电极(RA、LL、LA、RL)
  • 6 心前区电极 (V1-6)

EKG 机器确实具有与示波器不同的显示器。这很清楚。

但是示波器缺少的是检测和放大电路,它们可以拾取心脏的电脉冲并适当地放大/调节它们,以便它们可以显示在屏幕上或绘制在纸上。

您可以为您的示波器构建一个 EKG 前端,并拥有一个(可能)粗糙的类似 EKG 的设备。

我确实找到了这篇关于心电图如何工作的文章和一个示例电路,如果你想更多地追求这一点,它可能会对你有所帮助:

心电图