Yurakning EKG: 7 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:22

Xulosa

EKG yoki elektrokardiogramma - bu yurakning elektr signallarini yozish uchun ishlatiladigan tibbiy asbob. Ularni eng oddiy shaklda tayyorlash oson, lekin o'sishi uchun mo'l -ko'l joy bor. Ushbu loyiha uchun LTSpice -da EKG ishlab chiqilgan va simulyatsiya qilingan. EKG uchta komponentdan iborat edi: asboblar kuchaytirgichi, past o'tkazgichli filtr va nihoyat teskari bo'lmagan kuchaytirgich. Bu biosignalning nisbatan zaif manbasidan, shuningdek, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan filtrdan etarli daromad olishini ta'minlash edi. Simulyatsiyalar shuni ko'rsatdiki, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan har bir komponenti, shuningdek, uchta komponentli jami integral sxemasi muvaffaqiyatli bajarilgan. Bu shuni ko'rsatadiki, bu EKG sxemasini yaratishning hayotiy usuli. Keyin biz EKGni takomillashtirish uchun katta imkoniyatlarni o'rganib chiqdik.

1 -qadam: Kirish/Fon

Yurakning elektr signallarini yozib olish uchun EKG yoki elektrokardiogramma ishlatiladi. Bu juda keng tarqalgan va og'riqsiz tekshiruv yurak muammolarini aniqlash va yurak sog'lig'ini kuzatish uchun ishlatiladi. Ular shifokor kabinetlarida - poliklinikalarda yoki kasalxona xonalarida bajariladi va operatsiya xonalarida va tez yordam mashinalarida standart mashinalardir [1]. Agar ular ritm muntazam bo'lsa yoki bo'lmasa, yurakning qanchalik tez urishini, shuningdek, yurakning turli qismlaridan o'tadigan elektr impulslarining kuchi va vaqtini ko'rsatishi mumkin. Taxminan 12 ta elektrod (yoki undan kamroq) ko'kragiga, qo'llariga va oyoqlariga teriga biriktirilgan va impulslarni o'qiydigan va ularni chizadigan mashinaga ulangan [2]. O'n ikkita qo'rg'oshinli EKGda 10 elektrod bor (yurakning 12 ta ko'rinishini beradi). 4-qo'rg'oshin oyoq-qo'llarga o'tadi. Ikkisi bilakda, ikkisi esa to'piqda. Oxirgi 6 pog'ona tanada davom etadi. V1 sternumning o'ng tomonidagi 4 -chi interkostal bo'shliqda, V2 esa o'sha chiziqda, lekin sternumning chap tomonida joylashgan. V3 V2 va V4 o'rtasida joylashtirilgan, V5 oldingi aksillar chizig'ida V4 va V6 o'rta tsilindrlar chizig'ida bir xil darajada ketadi [3].

Loyihaning maqsadi analog signallarni yig'ish moslamasini loyihalashtirish, taqlid qilish va tekshirish - bu holda elektrokardiogramm. O'rtacha yurak urish tezligi 72 da, lekin dam olish paytida u 90 ga tushishi mumkin, o'rtacha tezligi soatiga 60 tezlikda ko'rib chiqilishi mumkin, bu yurak urish tezligi uchun 1 Gts chastotani beradi. Yurak urish tezligi taxminan 0,67 dan 5 Gts gacha (40 dan 300 gacha) bo'lishi mumkin. Har bir signal to'lqinning P qismi, QRS kompleksi va T qismi sifatida belgilanadigan to'lqindan iborat. P to'lqini taxminan 0,67 - 5 Gts, QRS kompleksi taxminan 10-50 Gts, T to'lqini esa 1 - 7 Gts atrofida ishlaydi [4]. Zamonaviy EKGlar mashinada o'rganishga ega [5], bu erda aritmiya va shunga o'xshashlarni mashinaning o'zi tasniflashi mumkin. Soddalashtirish uchun bu EKGda faqat ikkita elektrod bo'ladi - musbat va manfiy.

2 -qadam: Uslublar va materiallar

Dizaynni boshlash uchun ham tadqiqot, ham modellashtirish uchun kompyuter ishlatilgan. Amaldagi dastur LTSpice edi. Birinchidan, analog EKG sxemasini tuzish uchun, hozirgi dizaynlar nima ekanligini va ularni yangi dizaynda qanday qilib eng yaxshi amalga oshirish mumkinligini o'rganish bo'yicha tadqiqotlar o'tkazildi. Deyarli barcha manbalar asboblar kuchaytirgichidan boshlandi. U ikkita kirishni oladi - har bir elektroddan. Shundan so'ng, 50 Gts dan yuqori signallarni o'chirish uchun past o'tkazgichli filtr tanlandi, chunki elektr tarmog'ining shovqini taxminan 50-60 Gts ni tashkil qiladi [6]. Shundan so'ng, signalni kuchaytirish uchun teskari bo'lmagan kuchaytirgich bor edi, chunki biosignallar juda kichik.

Birinchi komponent asboblar kuchaytirgichi edi. U ikkita kirishga ega, biri musbat, biri salbiy elektrod uchun. Ko'rsatkich kuchaytirgichi kontaktni kiruvchi signaldan himoya qilish uchun maxsus ishlatilgan. Uchta universal op-amper va 7 ta rezistor mavjud. R4 (Rgain) dan boshqa barcha rezistorlar bir xil qarshilikka ega. Ko'rsatkich kuchaytirgichining daromadini quyidagi tenglama bilan boshqarish mumkin: A = 1 + (2RRgain) [7] Daromad 50 ga teng, chunki biosignallar juda kichik. Foydalanish qulayligi uchun rezistorlar kattaroq qilib tanlangan. Keyin hisob -kitoblar R = 5000Ω va Rgain = 200Ω ni berish uchun ushbu tenglamalar to'plamiga amal qiladi. 50 = 1 + (2RRgain) 50 2 * 5000200

Keyingi ishlatilgan komponent past chastotali filtr bo'lib, 50 Gts dan yuqori chastotalarni olib tashladi, bu faqat PQRST to'lqinini shu chastota diapazonida ushlab turadi va shovqinni kamaytiradi. Past o'tkazgichli filtr uchun tenglama quyida ko'rsatilgan: fc = 12RC [8] Chiqish uchun tanlangan chastota 50 Gts bo'lgani va rezistor 1kΩ ga teng bo'lganligi uchun hisob -kitoblar kondansatkichning 0,00000318 F. 50 = 12 qiymatini beradi. * 1000 * S

EKGning uchinchi komponenti teskari burilmagan kuchaytirgich edi. Bu analog (raqamli) raqamli konvertorga o'tishdan oldin signalning etarlicha katta bo'lishini ta'minlash. Inverting bo'lmagan kuchaytirgichning yutug'i quyida ko'rsatilgan: A = 1 + R2R1 [9] Oxirgi signalning amplitudasini oshirish uchun, daromad 50 deb tanlanganidan oldingi kabi. Rezistor uchun hisob -kitoblar quyidagicha: bitta qarshilik 10000Ω, ikkinchi qarshilik qiymati 200Ω. 50 = 1 + 10000R1 50 10000200

Sxemani sinab ko'rish uchun tahlillar har bir komponent bo'yicha, so'ngra yakuniy umumiy sxemada o'tkazildi. Ikkinchi simulyatsiya - bu o'zgaruvchan tokni tahlil qilish, oktavani tozalash, har bir oktavada 100 ball va 1 dan 1000 Gts gacha chastotalarda.

3 -qadam: Natijalar

Zanjirni sinab ko'rish uchun har bir oktava uchun 100 ballli, 1 Gts chastotadan boshlanadigan va 1000 Gts chastotagacha davom etadigan oktavali tozalash amalga oshirildi. Kirish sinusoidal egri edi, bu EKG to'lqinining tsiklik tabiatini aks ettirish edi. U 0 ga teng, amplitudasi 1, chastotasi 1 Gts, t kechikishi 0, teta (1/s) 0 va phi (daraja) 90 edi. Chastotani o'rtacha 1 bo'lgani uchun o'rnatildi. yurak urish tezligi 60 g / s ga o'rnatilishi mumkin, bu 1 Gts.

5 -rasmda ko'rinib turganidek, ko'k - kirish, qizil - chiqish. Ko'rinib turibdiki, katta daromad bor edi.

Potentsial EKG dasturida elektr uzatish shovqinini olib tashlash uchun past o'tish filtri 50 Gts ga o'rnatildi. Bu erda signal 1 Gts doimiy bo'lgan joyda qo'llanilmagani uchun, chiqish kirish bilan bir xil bo'ladi (6 -rasm).

Chiqish - ko'k rangda ko'rsatilgan - yashil rangda ko'rsatilgan kirish bilan solishtirganda aniq kuchayadi. Bundan tashqari, sinus egri chiziqlarining cho'qqilari va vodiylari bir-biriga to'g'ri kelgani uchun, bu kuchaytirgich haqiqatan ham teskari emasligini ko'rsatadi (7-rasm).

8 -rasmda barcha egri chiziqlar birgalikda ko'rsatilgan. Bu signalning manipulyatsiyasini aniq ko'rsatadi, u kichik signaldan o'tadi, ikki marta kuchaytiriladi va filtrlanadi (garchi filtrlash bu o'ziga xos signalga ta'sir qilmasa ham).

Daromad va kesish chastotasi [10, 11] uchun tenglamalardan foydalanib, eksperimental qiymatlar uchastkalardan aniqlandi. Kam o'tkazgichli filtrda eng kam xato bo'lgan, har ikkala kuchaytirgichda ham taxminan 10% xato bo'lgan (1 -jadval).

4 -qadam: muhokama

Ko'rinib turibdiki, sxema nima qilish kerak bo'lsa, shuni qiladi. U ma'lum bir signalni oldi, kuchaytirdi, keyin filtrdan o'tkazdi va keyin yana kuchaytirdi. Aytish kerakki, bu juda "kichik" dizayn bo'lib, u faqat asboblar kuchaytirgichi, past o'tkazgichli filtr va teskari burilmagan filtrdan iborat. Tegishli manbani topish uchun Internetda ko'p sonli soatlarga qaramay, EKG manbasini aniq kiritish imkoni bo'lmadi. Afsuski, bu natija bermagan bo'lsa -da, gunoh to'lqini signalning tsiklik tabiatiga munosib o'rinbosar edi.

Daromad va past o'tish filtrining nazariy va haqiqiy qiymati haqida gap ketganda xato manbai tanlangan komponentlar bo'lishi mumkin. Amaldagi tenglamalar 1 ga qo'shilgan qarshiliklar nisbatiga ega bo'lganligi uchun, hisob -kitoblarni amalga oshirayotganda, bunga e'tibor berilmadi. Agar rezistorlar etarlicha katta bo'lsa, buni shunday qilish mumkin. Tanlangan rezistorlar katta bo'lsa -da, uning hisob -kitob qilinmaganligi kichik xato chegarasini yaratadi. San -Xose shtatidagi San -Xose shtati universiteti tadqiqotchilari yurak -qon tomir kasalliklarini tashxislash uchun maxsus EKGni yaratdilar. Ular asbob kuchaytirgichi, 1-darajali faol yuqori o'tish filtri, 5-darajali faol Bessel past o'tkazgichli plomba va egizak t-tishli tishli filtrdan foydalangan [6]. Ularning xulosasiga ko'ra, ushbu komponentlarning barchasidan foydalanish inson sub'ektidan EKG xom to'lqinini muvaffaqiyatli konditsiyalashga olib keldi. Orlando Xoilett Purdue universitetida bajargan oddiy EKG sxemasining boshqa modeli faqat asboblar kuchaytirgichidan iborat edi. Chiqish aniq va ishlatishga yaroqli edi, lekin ma'lum ilovalar uchun o'zgartirishlar yaxshiroq bo'lishi tavsiya qilindi - kuchaytirgichlar, tarmoqli o'tkazgichli filtrlar va elektr uzatish shovqinini olib tashlash uchun 60 Gts chastotali filtr. Bu shuni ko'rsatadiki, EKGning bu dizayni hamma narsani qamrab olmasa ham, EKG signalini qabul qilishning eng oddiy usuli emas.

5 -qadam: Kelgusi ish

EKGning bunday dizayni amaliy qurilmaga qo'yishdan oldin yana bir qancha narsalarni talab qiladi. Birinchidan, 60 Gts chastotali filtr bir nechta manbalar tomonidan tavsiya etilgan va bu erda elektr uzatish shovqini yo'qligi sababli, u simulyatsiyaga kiritilmagan. Aytish joizki, bu jismoniy qurilmaga tarjima qilinganida, filtrli filtr qo'shish foydali bo'ladi. Bundan tashqari, past o'tkazgichli filtr o'rniga, tarmoqli o'tkazgichli filtrga ega bo'lish, filtrlangan chastotalarni ko'proq nazorat qilish yaxshiroq bo'lishi mumkin. Shunga qaramay, simulyatsiyada bunday muammo chiqmaydi, lekin u jismoniy qurilmada paydo bo'ladi. Shundan so'ng, EKG ma'lumotni yig'ish va ko'rish va ishlatish uchun kompyuterga uzatish uchun malinali pi ga o'xshash qurilmani analogdan raqamli konvertorga talab qiladi. Qo'shimcha yaxshilanishlar, ehtimol, 4 a'zolar chizig'idan boshlanib, yurakning 12 chizig'ining diagrammasi uchun barcha 10 etakchalarni bitirishi mumkin. Yaxshiroq foydalanuvchi interfeysi ham foydali bo'lardi - ehtimol tibbiyot mutaxassislari EKG chiqishining ayrim qismlariga osonlik bilan kirishlari va ularga e'tibor qaratishlari uchun sensorli ekran bilan.

Keyingi qadamlar mashinani o'rganish va sun'iy intellektni joriy qilishni o'z ichiga oladi. Kompyuter tibbiyot xodimlariga va ehtimol atrofdagilarga aritmiya yoki shunga o'xshash hodisalar haqida ogohlantirishi kerak. Bu vaqtda shifokor tashxis qo'yish uchun EKG natijasini ko'rib chiqishi kerak - texnik xodimlar ularni o'qishga o'rgatilgan bo'lsa -da, ular bu sohada rasmiy tashxis qo'yolmaydilar. Agar birinchi javob beruvchilar foydalanadigan EKG aniq tashxis qo'ysa, bu tezroq davolanishga imkon beradi. Bu, ayniqsa, qishloq joylarida juda muhim, chunki kasalxonaga vertolyot bilan borolmaydigan bemorni olib kelish uchun bir soatdan ko'proq vaqt kerak bo'ladi. Keyingi bosqich - EKG apparati defibrilatorini qo'shish. Keyin, aritmiya aniqlanganda, u zarba uchun to'g'ri kuchlanishni aniqlay oladi va agar zarba yostig'i qo'yilgan bo'lsa, bemorni sinus ritmiga qaytarishga urinishi mumkin. Bu kasalxonalar sharoitida foydali bo'lar edi, bu erda bemorlar har xil mashinalarga ulangan va agar tibbiy xodimlar zudlik bilan yordam bera olmasalar, hammasi bitta yurak mashinasida unga g'amxo'rlik qilib, hayotni saqlab qolish uchun zarur bo'lgan vaqtni tejaydi..

6 -qadam: Xulosa

Ushbu loyihada EKG sxemasi muvaffaqiyatli ishlab chiqilgan va LTSpice yordamida simulyatsiya qilingan. U signalni sozlash uchun asboblar kuchaytirgichi, past o'tish filtri va teskari burilmagan kuchaytirgichdan iborat edi. Simulyatsiya shuni ko'rsatdiki, barcha uchta komponent yakka tartibda va birlashtirilgan holda umumiy integral sxemaga birlashtirilgan. Kuchaytirgichlarning har birida 50 tadan daromad bor edi, bu fakt LTSpice simulyatsiyasi bilan tasdiqlangan. Past o'tkazgichli filtr 50 Gts chastotali elektr uzatish liniyalaridan shovqinni, teridan va harakatdan artefaktlarni kamaytirdi. Bu juda kichik EKG sxemasi bo'lsa -da, ko'pgina yaxshilanishlarni amalga oshirish mumkin, ular bir yoki ikkita filtr qo'shilishidan tortib, EKGni qabul qiladigan, o'qiy oladigan va bitta yurak mashinasida. darhol davolanishni ta'minlang.

7 -qadam: Adabiyotlar

Manbalar

[1] "Elektrokardiogramma (EKG yoki EKG)", Mayo klinikasi, 09-aprel-2020 yil. [Onlayn]. Mavjud: https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/ekg/about/pac-20384983. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[2] "Elektrokardiogramma", Milliy yurak o'pka va qon instituti. [Onlayn]. Mavjud: https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/electrocardiogram. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[3] A. Randazzo, "EKGni joylashtirishning 12 ta yakuniy qo'llanmasi (rasmlar bilan)", Prime Medical Training, 11-Nov-2019. [Onlayn]. Mavjud: https://www.primemedicaltraining.com/12-lead-ecg-placement/. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[4] C. Uotford, "EKG filtrlashni tushunish", EMS 12 Lead, 2014. [Onlayn]. Mavjud: https://ems12lead.com/2014/03/10/understanding-ecg-filtering/. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[5] RK Sevakula, WTM Au -Yeung, JP Singx, EK Heist, EM Isselbacher va AA Armoundas, "Yurak -qon tomir tizimi bilan bog'liq bemorlarning natijalarini yaxshilashga qaratilgan zamonaviy mashinalarni o'rganish texnikasi". Amerika yurak assotsiatsiyasi, vol. 9, yo'q. 4, 2020 yil.

[6] V. Y. Du, "Yurak -qon tomir kasalliklari diagnostikasi uchun EKG sensori sxemasining dizayni", Xalqaro biosensorlar va bioelektronika jurnali, vol. 2, yo'q. 4, 2017 yil.

[7] "Instrumentation amplifier chiqish voltaj kalkulyatori", ncalculators.com. [Onlayn]. Mavjud: https://ncalculators.com/electronics/instrumentation-amplifier-calculator.htm. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[8] "Past o'tkazgichli filtrli kalkulyator", ElectronicBase, 01-aprel-2019 yil. [Onlayn]. Mavjud: https://electronicbase.net/low-pass-filter-calculator/. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[9] "Inververt bo'lmagan operatsion kuchaytirgich-teskari bo'lmagan op-amp", Elektronika bo'yicha asosiy darsliklar, 06-Nov-2020 yil. [Onlayn]. Mavjud: https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_3.html. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[10] E. Sengpiel, "Hisoblash: kuchaytiruvchi (daromad) va amortizatsiya (yo'qotish) omil (nisbati) sifatida desibel darajasiga (dB)", ovoz kuchaytirgichini hisoblashning kuchaytiruvchi va susaytiruvchi (yo'qotish) faktori uchun dB kalkulyatori. desibel dB nisbati - sengpielaudio Sengpiel Berlin. [Onlayn]. Mavjud: https://www.sengpielaudio.com/calculator-amplification.htm. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[11] "Past o'tish filtri-passiv RC filtri bo'yicha qo'llanma", elektronika bo'yicha asosiy darsliklar, 01-may-2020 yil. [Onlayn]. Mavjud: https://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_2.html. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[12] O. H. Ko'rsatmalar, "Super oddiy elektrokardiogramma (EKG) davri", Ko'rsatmalar, 02-Apr-2018. [Onlayn]. Mavjud: https://www.instructables.com/Super-Simple-Electrocardiogram-ECG-Circuit/. [Kirish: 04-Dekabr-2020].

[13] Brent Kornel, "Elektrokardiografiya", BioNinja. [Onlayn]. Mavjud: https://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-6-human-physiology/62-the-blood-system/electrocardiography.html. [Kirish: 04-Dekabr-2020].