Oddiy EKG davri va LabVIEW yurak urish tezligi dasturi: 6 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Elektrokardiogramma yoki boshqa EKG deb ataladi - bu barcha tibbiy amaliyotlarda qo'llaniladigan juda kuchli diagnostika va monitoring tizimi. EKG yurak urish tezligining buzilishini yoki elektr signalini tekshirish uchun yurakning elektr faolligini grafik tarzda kuzatish uchun ishlatiladi.

EKG ko'rsatkichidan bemorlarning yurak urish tezligini QRS komplekslari orasidagi vaqt oralig'ida aniqlash mumkin. Bundan tashqari, ST segmentining ko'tarilishi bilan kutilayotgan yurak xuruji kabi boshqa tibbiy holatlarni aniqlash mumkin. Bunday o'qishlar bemorni to'g'ri tashxislash va davolashda hal qiluvchi ahamiyatga ega. P to'lqini yurak atriumining qisqarishini ko'rsatadi, QRS egri chizig'i - qorincha qisqarishi, T to'lqini - yurak repolarizatsiyasi. Hatto bu kabi oddiy ma'lumotlarni bilish ham yurakning anormal funktsiyasini tezda aniqlay oladi.

Tibbiy amaliyotda ishlatiladigan standart EKGda ettita elektrod mavjud bo'lib, ular yurakning pastki qismi atrofida yarim doira shaklida joylashtirilgan. Elektrodlarning bunday joylashuvi yozish paytida minimal shovqinni olish imkonini beradi va o'lchovlarni izchil bajarishga imkon beradi. Yaratilgan EKG sxemasi uchun biz faqat uchta elektroddan foydalanamiz. Ijobiy kirish elektrodini o'ng ichki bilagiga, manfiy kirish elektrodini chap ichki bilagiga, erga ulangan elektrod esa to'piqqa ulanadi. Bu o'qishni yurak bo'ylab nisbiy aniqlikda olish imkonini beradi. Eshitish asboblari kuchaytirgichi, past o'tkazgichli filtr va chiziqli filtrga ulangan elektrodlarning joylashishi bilan EKG to'lqin shakllari yaratilgan sxemadan chiqish signali sifatida osongina farqlanishi kerak.

DIQQAT: Bu tibbiy asbob emas. Bu faqat simulyatsiya qilingan signallardan foydalangan holda ta'lim maqsadlari uchun. Agar bu sxemani haqiqiy EKG o'lchovlari uchun ishlatayotgan bo'lsangiz, iltimos, kontaktlarning zanglashiga olib kelishini va kontaktlarning zanglashiga olib kelishi uchun to'g'ri izolyatsiya usullaridan foydalanilganligiga ishonch hosil qiling

1 -qadam: asboblar kuchaytirgichini yarating

1000 yoki 60 dB daromadli ko'p bosqichli asboblarni qurish uchun quyidagi tenglamani qo'llash kerak.

Daromad = (1+2*R1/Rgain)

R1 asbob kuchaytirgichida ishlatiladigan qarshilik rezistoridan tashqari, qarshilikning hammasiga tengdir, bu ma'lum darajada kuchaytirgichning birinchi bosqichida ishtirok etishiga olib keladi. Bu 50,3 kΩ deb tanlangan. Daromad qarshiligini hisoblash uchun bu qiymat yuqoridagi tenglamaga ulanadi.

1000 = (1+2*50300/Rgain)

Qayta = 100.7

Ushbu qiymatni hisoblagandan so'ng, asbob kuchaytirgichi ushbu bosqichda ko'rsatilgan quyidagi sxema bo'yicha qurilishi mumkin. OP/AMPlar sxemada ko'rsatilganidek, ijobiy va manfiy 15 voltli quvvat bilan ta'minlanishi kerak. Har bir OP/AMP uchun bypass kondansatörleri, OP/AMP ning qizib ketishiga va har qanday qo'shimcha shovqinlarga yo'l qo'ymaslik uchun, quvvat manbaidan erga keladigan har qanday AC signalini susaytirish uchun quvvat manbai bilan ketma -ket OP/AMP yaqinida joylashtirilishi kerak. signalga. Bundan tashqari, kontaktlarning zanglashini tekshirish uchun musbat elektrod tuguniga kirish sinus to'lqini va manfiy elektrod tugunini erga ulash lozim. Bu 15 mV dan past bo'lgan cho'qqiga chiqish signali bilan kontaktlarning zanglashini aniq ko'rish imkonini beradi.

2 -qadam: Ikkinchi darajali past o'tish filtrini yarating

Ikkinchi darajali past o'tkazgichli filtr 150 gigagertsli EKG signalidan yuqori bo'lgan shovqinni olib tashlash uchun ishlatilgan.

Ikkinchi darajali past o'tish filtri uchun hisob -kitoblarda ishlatiladigan K qiymati - bu daromad. Biz filtrimizda hech qanday daromad olishni xohlamaganimiz uchun, biz 1 qiymatini tanladik, ya'ni kirish voltaji chiqish voltajiga teng bo'ladi.

K = 1

Ushbu sxemada ishlatiladigan ikkinchi darajali Butterworth filtri uchun a va b koeffitsientlari quyida keltirilgan. a = 1.414214 b = 1

Birinchidan, ikkinchi kondansatör qiymati laboratoriyada va haqiqiy dunyoda mavjud bo'lgan nisbatan katta kondansatör sifatida tanlanadi.

C2 = 0.1 F

Birinchi kondansatkichni hisoblash uchun u bilan ikkinchi kondansatör o'rtasidagi quyidagi munosabatlar ishlatiladi. K, a va b koeffitsientlari bu qiymat qanday bo'lishi kerakligini hisoblash uchun tenglamaga ulangan.

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

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

C1 <= 50 nF

Birinchi kondansatör 50 nF dan kam yoki teng deb hisoblangani uchun quyidagi kondansatör qiymati tanlandi.

C1 = 33 nF

150 Gts chastotali ikkinchi darajali past o'tkazgichli filtr uchun zarur bo'lgan birinchi rezistorni hisoblash uchun quyidagi tenglama kondensatorning hisoblangan qiymatlari va K, a va b koeffitsientlari yordamida hal qilindi. R1 = 2/[(kesish chastotasi)*[aC2*sqrt ([(a^2+4b (K-1)) C2^2-4bC1C2])]

R1 = 9478 Ohm

Ikkinchi rezistorni hisoblash uchun quyidagi tenglama ishlatilgan. Kesish chastotasi yana 150 Gts va b koeffitsienti 1 ga teng.

R2 = 1/[bC1C2R1 (uzilish chastotasi)^2]

R2 = 35,99 kOhm Ikkinchi darajali chiziqli filtr uchun zarur bo'lgan rezistorlar va kondansatkichlar uchun yuqoridagi qiymatlarni hisoblagandan so'ng, ishlatiladigan past o'tkazgichli faol filtrni ko'rsatish uchun quyidagi sxema tuzildi. OP/AMP diagrammada ko'rsatilganidek, musbat va manfiy 15 voltli quvvat bilan ishlaydi. O'tkazgichli kondansatörler quvvat manbalariga ulangan, shuning uchun manbadan chiqadigan har qanday AC signali erga yo'naltiriladi va OP/AMP bu signal orqali qizib ketmasligini ta'minlaydi. EKG sxemasining ushbu bosqichini sinab ko'rish uchun kirish signal tugunini sinus to'lqinga ulash lozim va filtrning qanday ishlashini ko'rish uchun 1 Gts dan 200 Gts gacha o'zgaruvchan tokni tozalash kerak.

3 -qadam: Notch filtrini yarating

Chiziqli filtr past chastotali signallarni o'lchash uchun ko'plab davrlarning juda muhim qismidir. Past chastotalarda 60 Gts chastotali shovqin juda keng tarqalgan, chunki bu Qo'shma Shtatlardagi binolar orqali o'tadigan o'zgaruvchan tokning chastotasi. 60 gigagertsli shovqin EKG o'tkazish diapazonining o'rtasida bo'lgani uchun noqulay, lekin signal filtrining qolgan qismini saqlab qolgan holda aniq chastotalarni olib tashlashi mumkin. Ushbu chiziqli filtrni loyihalashda, kesish joyining siljishi diqqatga sazovor joy atrofida keskin bo'lishini ta'minlash uchun yuqori sifatli Q omiliga ega bo'lish juda muhimdir. Quyida EKG zanjirida ishlatiladigan faol chiziqli filtrni yaratish uchun ishlatiladigan hisob -kitoblar batafsil ko'rsatilgan.

Birinchidan, qiziqish chastotasi, 60 Gts ni Hz dan rad/s ga o'tkazish kerak.

chastota = 2*pi*chastota

chastota = 376,99 rad/soniya

Keyinchalik, kesilgan chastotalarning tarmoqli kengligini hisoblash kerak. Bu qiymatlar qiziqishning asosiy chastotasi 60 Gts to'liq kesilishini va atrofdagi bir necha chastotalarga ozgina ta'sir qilishini ta'minlaydigan tarzda aniqlanadi.

Tarmoqli kengligi = kesish2-kesish1

Tarmoqli kengligi = 37.699 Sifat faktori keyingi aniqlanishi kerak. Sifat omili kesmaning qanchalik keskinligini va kesishning qanchalik tor boshlanishini aniqlaydi. Bu tarmoqli kengligi va qiziqish chastotasi yordamida hisoblanadi. Q = chastota/tarmoqli kengligi

Q = 10

Ushbu filtr uchun tayyor kondansatör qiymati tanlanadi. Kondansatör katta bo'lishi shart emas va, albatta, juda kichik bo'lmasligi kerak.

C = 100 nF

Ushbu faol chiziqli filtrda ishlatiladigan birinchi rezistorni hisoblash uchun sifat omili, qiziqish chastotasi va tanlangan kondansatkichni o'z ichiga olgan quyidagi munosabatlar ishlatilgan.

R1 = 1/[2QC*chastotasi]

R1 = 1326.29 Ohm

Ushbu filtrda ishlatiladigan ikkinchi rezistor quyidagi munosabatlar yordamida hisoblanadi.

R2 = 2Q/[chastota*C]

R2 = 530516 Ohm

Ushbu filtr uchun oxirgi rezistor oldingi ikkita qarshilik qiymatlari yordamida hisoblanadi. Bu birinchi hisoblangan qarshilikka juda o'xshash bo'lishi kutilmoqda.

R3 = R1*R2/[R1+R2]

R3 = 1323 Ohm

Komponentlarning barcha qiymatlari yuqorida tavsiflangan tenglamalar yordamida hisoblab chiqilgandan so'ng, EKG signalini buzadigan 60 Gts chastotali AC shovqinni aniq filtrlash uchun quyidagi chiziqli filtr tuzilishi kerak. OP/AMP quyidagi sxemada ko'rsatilganidek, musbat va manfiy 15 voltli quvvat bilan ta'minlanishi kerak. Kondansatkichlar OP/AMP quvvat manbalaridan ulanadi, shuning uchun quvvat manbaidan keladigan har qanday AC signali OP/AMP qovurilmasligi uchun erga yo'naltiriladi. sinus to'lqinga ulangan bo'lishi kerak va 60 Gts signalining filtrlanishini ko'rish uchun 40 Gts dan 80 Gts gacha o'zgaruvchan tokni tozalash kerak.

4 -qadam: Yurak urish tezligini hisoblash uchun LabVIEW dasturini yarating

LabVIEW - bu asboblarni ishga tushirish va ma'lumotlarni yig'ish uchun foydali vosita. EKG ma'lumotlarini yig'ish uchun 1 kHz namuna olish tezligida kirish kuchlanishlarini o'qiy oladigan DAQ kartasi ishlatiladi. Bu kirish kuchlanishlari keyinchalik EKG yozuvini ko'rsatish uchun ishlatiladigan uchastkaga chiqariladi. Keyin to'plangan ma'lumotlar o'qiladigan maksimal qiymatlarni chiqaradigan maxfiy topuvchidan o'tadi. Bu qiymatlar maksimal chegaraning 98% maksimal chiqish chegarasini hisoblash imkonini beradi. Ma'lumotlar chegaradan kattaroqligini aniqlash uchun tepalik detektori ishlatiladi. Bu ma'lumotlar cho'qqilar orasidagi vaqt va yurak urish tezligini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Bu oddiy hisoblash yurak urish tezligini DAQ kartasi o'qigan kirish voltajidan aniq aniqlaydi.

5 -qadam: Sinov

O'zingizning sxemalaringizni qurganingizdan so'ng, siz ularni ishga solishga tayyormiz! Birinchidan, har bir bosqich 0,05 Gts dan 200 Gts gacha bo'lgan chastotalarni o'zgaruvchan tok bilan tekshirilishi kerak. Kirish voltaji maksimal 15 mV dan yuqori bo'lmasligi kerak, shuning uchun signal OP/AMP cheklovlari bilan himoyalanmagan. Keyin, barcha sxemalarni ulang va hamma narsa to'g'ri ishlayotganiga ishonch hosil qilish uchun yana bir marta elektr tokini tozalang. To'liq kontaktlarning zanglashidan qoniqsangiz, unga ulanish vaqti keldi. Ijobiy elektrodni o'ng bilagingizga, manfiy elektrodni esa chap bilagingizga qo'ying. Tuproq to'piga elektrod qo'ying. To'liq kontaktlarning zanglashini DAQ kartangizga ulang va LabVIEW dasturini ishga tushiring. Sizning EKG signalingiz endi kompyuterdagi to'lqin shakli grafigida ko'rinishi kerak. Agar bunday bo'lmasa yoki buzilgan bo'lsa, qarshilik qarshiligini mos ravishda o'zgartirib, kontaktlarning zanglashini taxminan 10 ga tushirishga harakat qiling. Bu signalni LabVIEW dasturi tomonidan o'qilishini ta'minlashi kerak.