Elektrokardiogramma (EKG) davri: 7 qadam

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

Eslatma: 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.

Biz Biotibbiyot injiniringi bo'yicha ikki talabamiz va biz birinchi davrani o'qiganimizdan so'ng, biz juda hayajonlandik va o'rgangan asoslarimizdan foydalanishga qaror qildik: EKGni ko'rsatish va yurak urish tezligini o'qish. Bu biz qurgan eng murakkab sxema bo'lardi!

EKG ma'lumotlari:

Inson tanasidagi biologik faollikni o'lchash va qayd qilish uchun ko'plab elektr asboblari ishlatiladi. Bunday qurilmalardan biri yurak tomonidan ishlab chiqarilgan elektr signallarini o'lchaydigan elektrokardiogrammdir. Bu signallar yurakning tuzilishi va funktsiyasi haqida ob'ektiv ma'lumot beradi. EKG birinchi marta 1887 yilda ishlab chiqilgan va shifokorlarga yurak asoratlarini aniqlashning yangi usulini bergan. EKGlar yurak ritmini, yurak urish tezligini, yurak xurujlarini, yurakka qon va kislorod etkazib berishning etarli emasligini va tizimli anormalliklarni aniqlashi mumkin. Oddiy sxemalar yordamida bularning barchasini kuzatib turadigan EKG qilish mumkin.

1 -qadam: materiallar

Zanjirni qurish

O'chirish uchun zarur bo'lgan asosiy materiallar rasmlarda ko'rsatilgan. Ularga quyidagilar kiradi:

• Non paneli

• Operatsion kuchaytirgichlar

  • Ushbu sxemada ishlatiladigan barcha amperlar LM741.
  • Qo'shimcha ma'lumot olish uchun ma'lumotlar jadvaliga qarang:
• Rezistorlar
• Kondensatorlar
• Simlar

• Yopishqoq elektrodlar

  Bular, agar siz aylanani haqiqiy odamda sinab ko'rishga qaror qilsangiz, kerak bo'ladi

Amaldagi dasturlarga quyidagilar kiradi:

• LabVIEW 2016
• Qiymatlarni tekshirish uchun simulyatsiya uchun CircuitLab yoki PSpice

• Excel

  Agar siz sxemangizning har qanday xususiyatlarini o'zgartirishingiz kerak bo'lsa, bu juda tavsiya etiladi. Rezistor va kondansatör qiymatlari topilmaguncha, raqamlar bilan o'ynash kerak bo'lishi mumkin. Qalam va qog'oz hisob-kitoblari bunga yo'l qo'ymaydi! Fikr berish uchun biz elektron jadval hisob -kitoblarini biriktirdik

Zanjirni sinovdan o'tkazish

Bundan tashqari, sizga katta elektron uskunalar kerak bo'ladi:

• DC quvvat manbai
• DAQ kartasi elektronni LabVIEW -ga ulash uchun
• Sinov sxemasi uchun generator funktsiyasi
• Osiloskop - sinov davri

2 -qadam: asboblar kuchaytirgichi

Nega bizga kerak:

Biz tanadan o'lchangan kichik amplitudani kuchaytirish uchun asboblar kuchaytirgichini quramiz. Bizning birinchi bosqichimizda ikkita kuchaytirgichdan foydalanish bizga tanadan hosil bo'lgan shovqinni bekor qilishga imkon beradi (bu ikkala elektrodda ham bir xil bo'ladi). Biz teng daromad olishning ikki bosqichidan foydalanamiz - bu tizim foydalanuvchini himoya qiladi, agar tizim barcha daromadlarni bir joyda bo'lishining oldini oladi. EKG signalining normal amplitudasi 0,1 dan 5 mV gacha bo'lgani uchun, biz asbob kuchaytirgichining daromadi 100 ga yaqin bo'lishini xohlaymiz. Daromadga ruxsat etilgan bardoshlik 10%ni tashkil qiladi.

Uni qanday qurish kerak:

Ushbu spetsifikatsiyalar va jadvalda ko'rilgan tenglamalar (biriktirilgan rasmlar) yordamida biz qarshilik qiymatlarini R1 = 1,8 kilo Ohm, R2 = 8,2 kilo Ohm, R3 = 1,5 kilo Ohm va R4 = 15 kilo Ohm deb topdik. K1 - birinchi bosqichning yutug'i (OA1 va OA2), K2 - ikkinchi bosqichning yutug'i (OA3). Shovqinni yo'qotish uchun operatsion kuchaytirgichlarning quvvat manbalarida teng sig'imli bypass kondansatörleri ishlatiladi.

Buni qanday tekshirish mumkin:

Asboblar kuchaytirgichiga uzatiladigan har qanday signal 100 ga ko'paytirilishi kerak. DB = 20log (Vout/Vin) yordamida bu 40 dB nisbatini bildiradi. Siz buni PSpice yoki CircuitLab -da taqlid qilishingiz yoki jismoniy qurilmani yoki ikkalasini sinab ko'rishingiz mumkin!

Qo'shilgan osiloskop tasviri 1000 daromadni ko'rsatadi. Haqiqiy EKG uchun bu juda yuqori!

3 -qadam: filtr filtri

Nega bizga kerak:

Biz Qo'shma Shtatlardagi barcha quvvat manbalarida mavjud bo'lgan 60 Gts chastotali shovqinni olib tashlash uchun chiziqli filtrdan foydalanamiz.

Uni qanday qurish kerak:

Biz Q sifat omilini 8 ga o'rnatamiz, bu esa filtrlashning maqbul chiqishini ta'minlaydi, shu bilan birga komponentlar qiymatini mumkin bo'lgan diapazonda saqlaydi. Shuningdek, biz kondansatör qiymatini 0,1 mF ga o'rnatdik, shuning uchun hisob -kitoblar faqat rezistorlarga ta'sir qiladi. Hisoblangan va ishlatilgan qarshilik qiymatlarini jadvalda (rasmlarda) yoki pastda ko'rish mumkin

• Q = w/B.

  Q ni 8 ga o'rnating (yoki o'zingizning ehtiyojingizga qarab o'zingizni tanlang)

• w = 2*pi*f

  f = 60 Gts dan foydalaning

• C

  0,1 uF ga sozlang (yoki mavjud kondansatkichlardan o'z qiymatingizni tanlang)

• R1 = 1/(2*Q*w*C)

  Hisoblash. Bizning qiymatimiz 1.66 kohm

• R2 = 2*Q/(w*C)

  Hisoblash. Bizning qiymatimiz 424,4 kohm

• R3 = R1*R2/(R1+R2)

  Hisoblash. Bizning qiymatimiz 1,65 kohm

Buni qanday tekshirish mumkin:

Chiziq filtri 60 Gtsdan tashqari barcha chastotalarni o'zgarishsiz o'tkazishi kerak. Buni o'zgaruvchan tok bilan tekshirish mumkin. 60 Gts chastotali -20 dB ga ega bo'lgan filtr yaxshi hisoblanadi. Siz buni PSpice yoki CircuitLab -da taqlid qilishingiz yoki jismoniy qurilmani yoki ikkalasini sinab ko'rishingiz mumkin!

Filtrning bunday turi simulyatsiyali o'zgaruvchan tokni tozalashda yaxshi chiziq hosil qilishi mumkin, ammo fizik test shuni ko'rsatdiki, bizning asl qiymatlarimiz belgilanganidan pastroq chastotada kesilgan. Buni tuzatish uchun biz R2 ni taxminan 25 kohmga ko'tardik.

Osiloskop tasvirida ko'rsatilganki, filtr 60 Gts chastotasida kirish signalining kattaligini sezilarli darajada kamaytiradi. Grafika yuqori sifatli filtr uchun o'zgaruvchan tokni ko'rsatadi.

4-qadam: past o'tkazgichli filtr

Nega bizga kerak:

Qurilmaning oxirgi bosqichi-faol past o'tkazgichli filtr. EKG signali har xil to'lqin shakllaridan iborat bo'lib, ularning har biri o'z chastotasiga ega. Biz bularning barchasini yuqori chastotali shovqinsiz ushlamoqchimiz. 150 Gts chastotali EKG monitorlari uchun standart uzilish chastotasi tanlangan. (Yuqori chegaralar ba'zida yurakning muayyan muammolarini kuzatish uchun tanlanadi, lekin bizning loyihamiz uchun biz oddiy chegaradan foydalanamiz.)

Agar siz oddiy sxemani yaratmoqchi bo'lsangiz, passiv past o'tkazgichli filtrdan ham foydalanishingiz mumkin. Bu op -ampni o'z ichiga olmaydi va kondansatkichli ketma -ket qarshilikdan iborat bo'ladi. Chiqish kuchlanishi kondansatör orqali o'lchanadi.

Uni qanday qurish kerak:

Biz uni a va b koeffitsientlari mos ravishda 1.414214 va 1 ga teng bo'lgan ikkinchi darajali Butterworth filtri sifatida loyihalashtiramiz. Daromadni 1 ga o'rnatish operatsion kuchaytirgichni kuchlanish izdoshiga aylantiradi. Tanlangan tenglamalar va qiymatlar jadvalda (rasmlarda) va pastda ko'rsatilgan.

• w = 2*pi*f

  f = 150 Gts ni o'rnating

• C2 = 10/f

  Hisoblash. Bizning qiymatimiz 0,067 uF

• C1 <= C2*(a^2)/(4b)

  Hisoblash. Bizning qiymatimiz 0,033 uF

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

  Hisoblash. Bizning qiymatimiz 18.836 kohm

• R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

  Hisoblash. Bizning qiymatimiz 26.634 kohm

Buni qanday tekshirish mumkin:

Filtr chastotani chegaradan pastda o'tkazishi kerak. Buni AC tozalash vositasi yordamida tekshirish mumkin. Siz buni PSpice yoki CircuitLab -da taqlid qilishingiz yoki jismoniy qurilmani yoki ikkalasini sinab ko'rishingiz mumkin!

Osiloskop tasvirida filtrning 100 Gts, 150 Gts va 155 Gts chastotali javoblari ko'rsatilgan. Bizning jismoniy zanjirimiz 155 Gts ga yaqin, -3 dB nisbati bilan ko'rsatilgan.

5-qadam: Yuqori o'tish filtri

Nega bizga kerak:

Yuqori o'tish filtri ma'lum bir chegaradan past chastotalar yozilmasligi uchun ishlatiladi, bu esa toza signalni o'tkazishga imkon beradi. Kesish chastotasi 0,5 Gts (EKG monitorlari uchun standart qiymat) sifatida tanlangan.

Uni qanday qurish kerak:

Bunga erishish uchun zarur bo'lgan qarshilik va kondansatör qiymatlari quyida ko'rsatilgan. Bizning haqiqiy qarshilik 318,2 kohm edi.

• R = 1/(2*pi*f*C)

  • f = 0,5 Gts va C = 1 uF ni o'rnating
  • R.ni hisoblang. Bizning qiymatimiz 318.310 kohm

Buni qanday tekshirish mumkin:

Filtr chastotalarni chegaradan yuqori o'zgarishsiz o'tkazishi kerak. Buni AC tozalash vositasi yordamida tekshirish mumkin. Siz buni PSpice yoki CircuitLab -da taqlid qilishingiz yoki jismoniy qurilmani yoki ikkalasini sinab ko'rishingiz mumkin!

6 -qadam: LabVIEW -ni sozlash

Oqim sxemasi loyihaning LabVIEW qismining dizayn kontseptsiyasini belgilaydi, u signalni yuqori namuna olish tezligida yozadi va yurak urish tezligi (BPM) va EKGni ko'rsatadi. Bizning LabView sxemamizda quyidagi komponentlar mavjud: DAQ yordamchisi, indekslar massivi, arifmetik operatorlar, tepalikni aniqlash, raqamli ko'rsatkichlar, to'lqin shakli grafigi, vaqt o'zgarishi, max/min identifikatori va sonlar konstantalari. DAQ yordamchisi 1 kHz tezlikda uzluksiz namunalar olish uchun o'rnatiladi, bunda namunalar soni 3 000 dan 5 000 gacha o'zgarib, tepalikni aniqlash va signal aniqligi uchun o'zgartiriladi.

Sichqonchani elektron diagrammasidagi har xil komponentlar ustida LabVIEW -da qaerdan topish kerakligini o'qing!

7 -qadam: Ma'lumot yig'ish

Endi kontaktlarning zanglashiga olib yig'ilganidan so'ng, uning ishlashini tekshirish uchun ma'lumotlarni yig'ish mumkin! Simulyatsiya qilingan EKGni 1 Gts chastotali elektron orqali yuboring. Natijada QRS kompleksi, P to'lqini va T to'lqini aniq ko'rinadigan toza EKG signal bo'lishi kerak. Bundan tashqari, yurak urish tezligi daqiqada 60 martani ko'rsatishi kerak. O'chirish va LabVIEW sozlamalarini sinab ko'rish uchun chastotani 1,5 Gts va 0,5 Gts ga o'zgartiring. Yurak urishi mos ravishda 90 zarba / min ga o'zgarishi kerak.

Sekinroq yurak urish tezligi aniq ko'rsatilishi uchun har bir grafikda ko'proq to'lqinlarni ko'rsatish uchun DAQ sozlamalarini o'zgartirish kerak bo'ladi. Buni namunalar sonini ko'paytirish orqali amalga oshirish mumkin.

Agar siz qurilmani odamda sinab ko'rishni xohlasangiz, ishonch hosil qiling, siz amper uchun ishlatayotgan quvvat manbai 0,015 mA tokni cheklaydi! Qabul qilinadigan bir nechta qo'rg'oshin konfiguratsiyasi mavjud, lekin biz qo'shilgan rasmda ko'rinib turganidek, ijobiy elektrodni chap to'pig'iga, manfiy elektrodni o'ng bilagiga va er bilagini o'ng to'pig'iga joylashtirishni tanladik.

O'chirishning asosiy tushunchalari va inson yuragi haqidagi bilimlarimizdan foydalanib, biz sizga qanday qilib qiziqarli va foydali qurilmani yaratishni ko'rsatdik. Umid qilamizki, bizning darsligimiz sizga yoqdi!