Электрокардиограмма (ЭКГ): 7 қадам

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

Ескерту: 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.

Біз биомедициналық инженерия бойынша екі студентпіз және бірінші схема сабағын алғаннан кейін, біз өте қуаныштымыз және пайдалы нәрсені жасау үшін үйренген негіздерді қолдануға шешім қабылдадық: ЭКГ көрсету және жүрек соғу жиілігін оқу. Бұл біз жасаған ең күрделі схема болар еді!

ЭКГ -да кейбір мәліметтер:

Адам ағзасындағы биологиялық белсенділікті өлшеу және тіркеу үшін көптеген электрлік құрылғылар қолданылады. Осындай құрылғылардың бірі - жүрек шығаратын электр сигналдарын өлшейтін электрокардиограмма. Бұл сигналдар жүректің құрылысы мен қызметі туралы объективті ақпарат береді. ЭКГ алғаш рет 1887 жылы жасалды және дәрігерлерге жүректің асқынуын диагностикалаудың жаңа әдісін берді. ЭКГ жүрек ырғағын, жүрек соғу жиілігін, инфарктты, жүрекке қан мен оттегінің жеткіліксіз жеткізілуін және құрылымдық ауытқуларды анықтай алады. Қарапайым схеманың көмегімен ЭКГ жасауға болады, ол осының бәрін бақылай алады.

1 -қадам: материалдар

Тізбекті құру

Тізбекті құруға қажетті негізгі материалдар суреттерде көрсетілген. Оларға:

• Нан тақтасы

• Операциялық күшейткіштер

  • Бұл тізбекте қолданылатын барлық амперлер LM741.
  • Қосымша ақпарат алу үшін мәліметтер кестесін қараңыз:
• Резисторлар
• Конденсаторлар
• Сымдар

• Тұрақты электродтар

  Бұл тек нақты адамға арналған тізбекті сынап көруді шешсеңіз ғана қажет

Қолданылатын бағдарламалық қамтамасыз ету мыналарды қамтиды:

• LabVIEW 2016
• Мәндерді тексеру үшін модельдеуге арналған CircuitLab немесе PSpice

• Excel

  Бұл сіздің тізбегіңіздің сипаттамаларын өзгерту қажет болған жағдайда өте ұсынылады. Сондай -ақ, резистор мен конденсатордың мәндері қол жетімді болғанша сандармен ойнау қажет болуы мүмкін. Қағаз-қалам есептеулері бұл үшін қажет емес! Біз түсінік беру үшін кестелік есептеулерді тіркедік

Тізбекті тексеру

Сондай -ақ сізге үлкенірек электронды қондырғы қажет болады:

• Тұрақты ток көзі
• DAVI тақтасы тізбекті LabVIEW -ге қосады
• Сынақ тізбегіне арналған функция генераторы
• Тізбекті тексеру үшін осциллограф

2 -қадам: аспаптық күшейткіш

Бізге не үшін қажет:

Біз денеден өлшенген кіші амплитудасын күшейту үшін аспаптық күшейткіш құрамыз. Біздің бірінші кезеңімізде екі күшейткішті қолдану денеден шығатын шуды жоюға мүмкіндік береді (бұл екі электродта да бірдей болады). Біз тең пайданың екі кезеңін қолданатын боламыз - бұл жүйе барлық кірістің бір жерде болуына жол бермеу арқылы адамға қосылса, пайдаланушыны қорғайды. ЭКГ сигналының қалыпты амплитудасы 0,1 мен 5 мВ аралығында болғандықтан, біз аспаптық күшейткіштің күшейткіші шамамен 100 болғанын қалаймыз. Күшейтуге рұқсат етілген төзімділік 10%құрайды.

Оны қалай салу керек:

Осы сипаттамалар мен кестеде көрсетілген теңдеулерді (суреттерде) қолдана отырып, біз резистор мәндерін R1 = 1,8 килоОм, R2 = 8,2 килоОм, R3 = 1,5 килоОм және R4 = 15 килоОм деп таптық. K1 - бірінші кезеңнің пайдасы (OA1 және OA2), ал K2 - екінші кезеңнің пайдасы (OA3). Шуды кетіру үшін жұмыс күшейткіштерінің қуат көздерінде сыйымдылығы бірдей айналма конденсаторлар қолданылады.

Оны қалай тексеруге болады:

Аспаптық күшейткішке берілетін кез келген сигнал 100 -ге күшейтілуі керек. DB = 20log (Vout/Vin) көмегімен бұл 40 дБ қатынасын білдіреді. Сіз мұны PSpice немесе CircuitLab -те модельдей аласыз немесе физикалық құрылғыны немесе екеуін де тексере аласыз!

Қосылған осциллографтың суреті 1000 -ды көрсетеді. Нақты ЭКГ үшін бұл тым жоғары!

3 -қадам: ойық сүзгісі

Бізге не үшін қажет:

Біз Америка Құрама Штаттарындағы барлық қуат көздерінде бар 60 Гц шуды жою үшін ойық сүзгісін қолданамыз.

Оны қалай салу керек:

Біз Q сапа коэффициентін 8 деп орнатамыз, ол қолайлы сүзгі шығуын қамтамасыз етеді, сонымен қатар компонент мәндерін мүмкін болатын диапазонда сақтайды. Біз конденсатордың мәнін 0,1 мкФ етіп орнаттық, осылайша есептеулер тек резисторларға әсер етеді. Есептелген және қолданылатын резистор мәндерін кестеде (суретте) немесе төменде көруге болады

• Q = w/B

  Q -ды 8 -ге орнатыңыз (немесе өзіңіздің қажеттіліктеріңізге қарай өзіңіздікін таңдаңыз)

• w = 2*pi*f

  f = 60 Гц қолданыңыз

• C

  0,1 uF мәніне орнатыңыз (немесе қол жетімді конденсаторлардан өз мәніңізді таңдаңыз)

• R1 = 1/(2*Q*w*C)

  Есептеу. Біздің мән - 1.66 кох

• R2 = 2*Q/(w*C)

  Есептеу. Біздің мән - 424,4 кох

• R3 = R1*R2/(R1+R2)

  Есептеу. Біздің мән - 1,65 кох

Оны қалай тексеруге болады:

Шұңқырлы сүзгі 60 Гц -тен басқа барлық жиіліктерді өзгеріссіз өткізуі керек. Мұны айнымалы токпен тексеруге болады. -20 дБ 60 Гц жиіліктегі сүзгі жақсы деп саналады. Сіз мұны PSpice немесе CircuitLab -те модельдей аласыз немесе физикалық құрылғыны немесе екеуін де тексере аласыз!

Фильтрдің бұл түрі айнымалы токты тазартуда жақсы ойық тудыруы мүмкін, бірақ физикалық тест біздің бастапқы мәндер ойластырылғаннан төмен жиілікте ойық жасағанын көрсетті. Мұны түзету үшін біз R2 -ді 25 кох -қа дейін көтердік.

Осциллографтың суреті фильтрдің кіріс сигналының шамасын 60 Гц -те айтарлықтай төмендететінін көрсетеді. График жоғары сапалы фильтрге арналған айнымалы токтың тазартуын көрсетеді.

4-қадам: төмен өту сүзгісі

Бізге не үшін қажет:

Құрылғының соңғы кезеңі белсенді төмен өткізгіш болып табылады. ЭКГ сигналы әр түрлі толқын формаларынан жасалған, олардың әрқайсысының өзіндік жиілігі бар. Біз осының бәрін жоғары жиілікті шуылсыз түсіргіміз келеді. 150 Гц ЭКГ мониторлары үшін стандартты ажырату жиілігі таңдалады. (Жүректің белгілі бір проблемаларын бақылау үшін кейде жоғары шектеулер таңдалады, бірақ біздің жоба үшін біз қалыпты үзілісті қолданамыз.)

Егер сіз қарапайым схеманы жасағыңыз келсе, пассивті төмен өткізгішті қолдануға болады. Бұл амперді қоспайды және конденсаторы бар сериялы резистордан тұрады. Шығу кернеуі конденсатор арқылы өлшенеді.

Оны қалай салу керек:

Біз оны a және b коэффициенттері сәйкесінше 1.414214 және 1 -ге тең екінші дәрежелі Баттерворт сүзгісі ретінде жасаймыз. Табысты 1 -ге орнату операциялық күшейткішті кернеудің ізбасарына айналдырады. Таңдалған теңдеулер мен мәндер кестеде (суреттерде) және төменде көрсетілген.

• w = 2*pi*f

  f = 150 Гц орнатыңыз

• C2 = 10/f

  Есептеу. Біздің мән - 0,067 фунт

• C1 <= C2*(a^2)/(4b)

  Есептеу. Біздің мән - 0,033 фунт

• R1 = 2/(w*(aC2+sqrt (a^2*C2^2-4b*C1*C2))))

  Есептеу. Біздің баға - 18.836 кох

• R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

  Есептеу. Біздің баға - 26.634 кох

Оны қалай тексеруге болады:

Сүзгі жиіліктен төмен жиілікті өзгеріссіз өтуі керек. Мұны айнымалы ток тазалағыш көмегімен тексеруге болады. Сіз мұны PSpice немесе CircuitLab -те модельдей аласыз немесе физикалық құрылғыны немесе екеуін де тексере аласыз!

Осциллографтың суреті сүзгінің жауабын 100 Гц, 150 Гц және 155 Гц жиіліктерінде көрсетеді. Біздің физикалық схемамыз 155 Гц -ке жақын, -3 дБ қатынасында көрсетілген.

5-қадам: Жоғары өткізу сүзгісі

Бізге не үшін қажет:

Жоғары өту сүзгісі таза сигналды өткізуге мүмкіндік беретін, белгілі бір шектік мәннен төмен жиіліктер жазылмайтындай қолданылады. Шектеу жиілігі 0,5 Гц (ЭКГ мониторларының стандартты мәні) болып таңдалады.

Оны қалай салу керек:

Бұл үшін резистор мен конденсатордың мәндері төменде көрсетілген. Біздің нақты қарсылық 318,2 кох болды.

• R = 1/(2*pi*f*C)

  • f = 0,5 Гц, ал C = 1 uF орнатыңыз
  • Р есептеңіз. Біздің мән - 318.310 кох

Оны қалай тексеруге болады:

Сүзгі жиіліктерді шекарадан жоғары өзгеріссіз өткізуі керек. Мұны айнымалы ток тазалағыштың көмегімен тексеруге болады. Сіз мұны PSpice немесе CircuitLab -те модельдей аласыз немесе физикалық құрылғыны немесе екеуін де тексере аласыз!

6 -қадам: LabVIEW орнату

Ағымдық схема жобаның LabVIEW бөлігінің дизайн тұжырымдамасын көрсетеді, ол сигналды іріктеудің жоғары жылдамдығында жазады және жүрек соғу жиілігін (BPM) және ЭКГ көрсетеді. Біздің LabView схемасында келесі компоненттер бар: DAQ көмекшісі, индекс массиві, арифметикалық операторлар, шыңды анықтау, сандық индикаторлар, толқын пішіні графигі, уақыттың өзгеруі, максимум/мин идентификаторы және сан тұрақтылары. DAQ көмекшісі 1 кГц жиілікте үздіксіз сынамалар алуды жоспарлап отыр, бұл кезде шекті анықтау және сигнал айқындылығы мақсатында сынамалар саны 3 000 мен 5 000 аралығында өзгерді.

Диаграммадағы әр түрлі компоненттерді тышқанмен қараңыз, оларды LabVIEW -да қайдан табуға болады!

7 -қадам: Деректерді жинау

Енді схема жиналғаннан кейін, оның жұмыс істейтінін білу үшін деректерді жинауға болады! 1 Гц жиіліктегі имитациялық ЭКГ жіберіңіз. Нәтиже таза ЭКГ сигналы болуы керек, онда QRS комплексі, Р толқыны және Т толқыны анық көрінеді. Сонымен қатар, жүрек соғу жиілігі минутына 60 соққы болуы керек. Схеманы және LabVIEW қондырғысын одан әрі тексеру үшін жиілікті 1,5 Гц пен 0,5 Гц -ке өзгертіңіз. Жүрек соғу жиілігі тиісінше 90 соққыға және 30 соққыға дейін өзгеруі керек.

Баяу жүрек соғу жиілігін дәл көрсету үшін сізге график бойынша толқындарды көбірек көрсету үшін DAQ параметрлерін реттеу қажет болуы мүмкін. Мұны үлгілер санын көбейту арқылы жасауға болады.

Егер сіз құрылғыны адамда сынап көруді шешсеңіз, ампер үшін пайдаланылатын қуат көзі токты 0,015 мА шектейді! Бірнеше рұқсат етілген қорғасын конфигурациялары бар, бірақ біз оң электродты сол жақ тобыққа, теріс электродты оң білекке, ал жерге қосылған электродты оң жақ табанға бекітуді таңдадық.

Электр тізбегінің кейбір негізгі тұжырымдамалары мен адамның жүрегі туралы білімімізді қолдана отырып, біз сізге қызықты және пайдалы құрылғыны қалай жасау керектігін көрсеттік. Біздің оқулық сізге ұнады деп сенеміз!