Қарапайым ЭКГ және LabVIEW жүрек соғу бағдарламасы: 6 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:27

Электрокардиограмма немесе бұдан әрі ЭКГ деп аталады - бұл барлық медициналық тәжірибеде қолданылатын өте қуатты диагностикалық және бақылау жүйесі. ЭКГ жүрек соғу жиілігінің немесе электрлік сигналдың ауытқуын тексеру үшін жүректің электрлік белсенділігін бақылау үшін қолданылады.

ЭКГ көрсеткішінен пациенттердің жүрек соғу жиілігін QRS кешендерінің арасындағы уақыт аралығы арқылы анықтауға болады. Сонымен қатар, ST сегментінің жоғарылауы күтілетін инфаркт сияқты басқа медициналық жағдайларды анықтауға болады. Мұндай оқулар науқасты дұрыс диагностикалау мен емдеуде маңызды болуы мүмкін. Р толқыны жүрек жүрекшесінің жиырылуын көрсетеді, QRS қисығы - қарыншаның жиырылуы, ал Т толқыны - жүректің реполяризациясы. Қарапайым ақпаратты біле отырып, науқастың жүрегінің қалыпты жұмыс істемеуін тез анықтауға болады.

Медициналық тәжірибеде қолданылатын стандартты ЭКГ -да жүректің төменгі аймағына жұмсақ жартылай дөңгелек үлгіде орналастырылған жеті электрод бар. Электродтардың мұндай орналасуы жазу кезінде ең аз шуылға мүмкіндік береді, сонымен қатар бірізді өлшеуге мүмкіндік береді. ЭКГ схемасын құру үшін біз тек үш электродты қолданамыз. Оң кіріс электроды оң жақ ішкі білекке, теріс кіріс электрод сол жақ ішкі білекке, жерге қосылған электрод тобыққа қосылады. Бұл көрсеткіштерді жүректен салыстырмалы дәлдікпен алуға мүмкіндік береді. Аспаптық күшейткішке, төмен өту сүзгісіне және ойық сүзгісіне қосылған электродтарды осылайша орналастыру арқылы ЭКГ толқын пішіндері құрылған тізбектен шығатын сигнал ретінде оңай ажыратылуы керек.

ЕСКЕРТПЕ: Бұл медициналық құрылғы емес. Бұл тек имитациялық сигналдарды қолдану арқылы білім беру мақсатында. Егер бұл тізбекті ЭКГ-ны нақты өлшеу үшін қолданатын болсаңыз, онда тізбек пен құрылғы арасындағы байланыс оқшаулаудың тиісті әдістерін қолданатынына көз жеткізіңіз

1 -қадам: аспаптық күшейткішті жасаңыз

Табысы 1000 немесе 60 дБ болатын көп сатылы аспапты құру үшін келесі теңдеуді қолдану қажет.

Табыс = (1+2*R1/Rgain)

R1 күшейткіштің күшейткішінде қолданылатын резисторлардың барлығына тең, бұл күшейткіштің бірінші кезеңінде барлық пайданың қатысуына әкеледі. Бұл 50,3 кОм деп таңдалды. Резисторды есептеу үшін бұл мән жоғарыдағы теңдеуге қосылады.

1000 = (1+2*50300/Rgain)

Табыс = 100.7

Бұл мән есептелгеннен кейін аспаптық күшейткішті осы қадамда көрсетілген келесі схема бойынша құруға болады. ОЖ/АЖ қосылу схемасында көрсетілгендей оң және теріс 15 вольтпен қоректенуі керек. OP/AMP қуырылып кетуіне жол бермеу үшін және кез келген қосымша шуды болдырмау үшін қуат көзінен жерге түсетін кез келген айнымалы сигналды бәсеңдету үшін әр OP/AMP үшін айналып өтетін конденсаторлар қуат көзімен бірге OP/AMP жанында орналасуы керек. сигналға. Сонымен қатар, тізбектердің нақты пайдасын тексеру үшін оң электрод түйініне кіріс синусоиды берілуі керек, ал теріс электрод түйіні жерге қосылуы керек. Бұл шыңға 15 мВ -тан төмен кіріс сигналымен тізбектің пайда болуын дәл көруге мүмкіндік береді.

2 -қадам: 2 -ші ретті төмен өту сүзгісін жасаңыз

ЭКГ сигналы үшін қызығушылық жиілігінен жоғары шуды жою үшін 2 -ші ретті төмен өту сүзгісі қолданылды, ол 150 Гц.

2 -ші ретті төмен өту сүзгісі үшін есептеулерде қолданылатын K мәні - пайда. Біз фильтрде пайда болғанын қаламайтындықтан, біз кіріс мәнін 1 таңдап алдық, яғни кіріс кернеуі шығыс кернеуіне тең болады.

K = 1

Осы тізбек үшін қолданылатын Butterworth екінші ретті сүзгісі үшін a және b коэффициенттері төменде анықталған. a = 1.414214 b = 1

Біріншіден, конденсатордың екінші мәні салыстырмалы түрде үлкен конденсатор ретінде таңдалады, ол зертханада және нақты әлемде қол жетімді.

C2 = 0.1 F

Бірінші конденсаторды есептеу үшін ол мен екінші конденсатор арасындағы келесі қатынастар қолданылады. K, a және b коэффициенттері бұл мән қандай болу керектігін есептеу үшін теңдеуге қосылды.

C1 <= C2*[a^2+4b (K-1)]/4b

C1 <= (0.1*10^-6 [1.414214^2+4*1 (1-1)]/4*1

С1 <= 50 нФ

Бірінші конденсатор 50 нФ -тан кем немесе оған тең деп есептелгендіктен келесі конденсатор мәні таңдалды.

С1 = 33 нФ

150 Гц жиілігі бар екінші ретті төмен өту сүзгісі үшін қажет бірінші резисторды есептеу үшін келесі теңдеу есептелген конденсатордың мәндерін де, K, a және b коэффициенттерін қолданып шешілді. R1 = 2/[(шектеу жиілігі)*[aC2*sqrt ([(a^2+4b (K-1)) C2^2-4bC1C2])]

R1 = 9478 Ом

Екінші резисторды есептеу үшін келесі теңдеу қолданылды. Үзіліс жиілігі қайтадан 150 Гц және b коэффициенті 1.

R2 = 1/[bC1C2R1 (үзілу жиілігі)^2]

R2 = 35,99 kOhm Екінші ретті фильтрге қажет резисторлар мен конденсаторлар үшін жоғарыда көрсетілген мәндерді есептегеннен кейін қолданылатын төмен өткізгішті белсенді көрсету үшін келесі схема құрылды. OP/AMP диаграммада көрсетілгендей оң және теріс 15 вольттан тұрады. Айналым конденсаторлары қуат көздеріне қосылады, осылайша көзден шығатын кез келген айнымалы ток сигналы жерге бағытталады, бұл сигнал ОР/АЖҚ қуырылып кетпеуін қамтамасыз етеді. ЭКГ тізбегінің бұл кезеңін тексеру үшін кіріс сигнал торабын синусоидалға қосу керек және сүзгінің қалай жұмыс істейтінін көру үшін айнымалы токты 1 Гц -тен 200 Гц -ке дейін орындау керек.

3 -қадам: ойық сүзгісін жасаңыз

Шұңқырлы сүзгі төмен жиілікті сигналдарды өлшеуге арналған көптеген тізбектердің өте маңызды бөлігі болып табылады. Төмен жиілікте 60 Гц айнымалы шу өте жиі кездеседі, себебі бұл Америка Құрама Штаттарындағы ғимараттар арқылы өтетін айнымалы токтың жиілігі. Бұл 60 Гц шуы ЭКГ өткізу жолағының ортасында болғандықтан ыңғайсыз, бірақ ойықтың сүзгісі сигналдың қалған бөлігін сақтай отырып, белгілі бір жиіліктерді жоя алады. Бұл ойық сүзгісін жобалау кезінде, жоғары сапалы коэффициентке ие болу өте маңызды, бұл Q нүктесінің айналуының қызығушылық нүктесінің айналасында өткір болуын қамтамасыз ету үшін. Төменде ЭКГ схемасында қолданылатын белсенді ойық сүзгісін құру үшін қолданылатын есептеулер егжей -тегжейлі көрсетілген.

Алдымен қызығушылық жиілігі, 60 Гц Гц -тен рад/с -қа түрлендіру керек.

жиілік = 2*pi*жиілік

жиілік = 376,99 рад/секунд

Әрі қарай, кесілген жиіліктердің өткізу жолағын есептеу керек. Бұл мәндер қызығушылықтың негізгі жиілігі 60 Гц толық үзілуін және айналадағы бірнеше жиілікке сәл әсер етуін қамтамасыз ететін түрде анықталады.

Өткізу жиілігі = Ажырату2-Үзіліс1

Өткізу қабілеті = 37.699 Сапа факторы келесіде анықталуы керек. Сапа коэффициенті ойықтың қаншалықты өткір екенін және кесу қаншалықты тар болатынын анықтайды. Бұл өткізу қабілеттілігі мен қызығушылық жиілігін пайдаланып есептеледі. Q = жиілік/диапазон ені

Q = 10

Бұл сүзгі үшін конденсатордың қол жетімді мәні таңдалады. Конденсатордың үлкен болуы қажет емес және ол тым кішкентай болмауы керек.

C = 100 нФ

Осы белсенді фильтрде қолданылатын бірінші резисторды есептеу үшін сапа коэффициентіне, қызығушылық жиілігіне және таңдалған конденсаторға қатысты келесі қатынас қолданылды.

R1 = 1/[2QC*жиілігі]

R1 = 1326,29 Ом

Бұл фильтрде қолданылатын екінші резистор келесі қатынас арқылы есептеледі.

R2 = 2Q/[жиілік*C]

R2 = 530516 Ом

Бұл сүзгінің соңғы резисторы резистордың алдыңғы екі мәнінің көмегімен есептеледі. Бұл бірінші есептелген резисторға өте ұқсас болады деп күтілуде.

R3 = R1*R2/[R1+R2]

R3 = 1323 Ом

Барлық компоненттердің мәндері жоғарыда сипатталған теңдеулердің көмегімен есептелгеннен кейін ЭКГ сигналын бұзатын 60 Гц айнымалы ток шуын дәл сүзу үшін келесі ойық сүзгісін құру керек. OP/AMP төмендегі тізбекте көрсетілгендей оң және теріс 15 вольтпен қоректенуі керек. Айналым конденсаторлары ОР/АЖ қуат көздерінен қосылады, осылайша қуат көзінен келетін кез келген айнымалы ток сигналы ОР/АСҚ қуырылып қалмауы үшін жерге бағытталады. синусоидыға қосылуы керек және 60 Гц сигналының сүзілуін көру үшін айнымалы токты 40 Гц -тен 80 Гц -ке дейін орындау керек.

4 -қадам: Жүрек соғу жиілігін есептеу үшін LabVIEW бағдарламасын жасаңыз

LabVIEW - бұл құралдарды іске қосуға және деректерді жинауға арналған пайдалы құрал. ЭКГ деректерін жинау үшін DAQ тақтасы қолданылады, ол кіріс кернеулерін 1 кГц іріктеу жиілігінде оқиды. Бұл кіріс кернеулері ЭКГ жазбасын көрсету үшін қолданылатын сюжетке шығарылады. Содан кейін жиналған деректер оқылатын максималды мәндерді шығаратын максималды іздеушіден өтеді. Бұл мәндер шекті шекті максимумдардың 98% -ында есептеуге мүмкіндік береді. Содан кейін, деректер шекті мәннен үлкен болған кезде анықтау үшін шың детекторы қолданылады. Бұл мәліметтер шыңдар арасындағы уақытты және жүрек соғу жиілігін анықтау үшін пайдаланылуы мүмкін. Бұл қарапайым есептеу DAQ тақтасы оқитын кіріс кернеулерінен жүрек соғу жиілігін дәл анықтайды.

5 -қадам: тестілеу

Схемаларды құрғаннан кейін сіз оларды жұмысқа қосуға дайынсыз! Біріншіден, әр кезең 0,05 Гц -тен 200 Гц дейінгі жиілікті айнымалы токпен тексерілуі керек. Сигнал OP/AMP шектеулерімен қоршалмауы үшін кіріс кернеуі шыңға дейін 15 мВ шыңынан аспауы керек. Әрі қарай, барлық тізбектерді қосыңыз және бәрі дұрыс жұмыс істеп тұрғанына көз жеткізу үшін айнымалы токты толық тазартуды іске қосыңыз. Толық тізбектің шығуына қанағаттанғаннан кейін, оған қосылудың уақыты келді. Оң электродты оң білегіңізге, теріс электродты сол білегіңізге қойыңыз. Жерге қойылған электродты табанға қойыңыз. Толық тізбектің шығысын DAQ тақтасына қосыңыз және LabVIEW бағдарламасын іске қосыңыз. Енді сіздің ЭКГ сигналы компьютердегі толқындық формада көрінуі керек. Егер ол болмаса немесе бұрмаланса, резисторды сәйкесінше өзгерту арқылы тізбектің пайдасын шамамен 10 -ға дейін төмендетуге тырысыңыз. Бұл сигналды LabVIEW бағдарламасымен оқуға мүмкіндік беруі керек.