Bioelektrik signallarni yozib olish: EKG va yurak urish tezligi monitor: 7 qadam

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

Ogohlantirish: 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.

Elektrokardiogramma (EKG) - bu sub'ektning yuragining elektr faolligini aniqlash va o'lchash uchun sirt elektrodlari ob'ektga belgilangan usulda joylashtiriladigan sinov. EKG juda ko'p maqsadlarga ega va operatsiya paytida yurak kasalliklari, stress testlari va kuzatuvlarni aniqlashda yordam berishi mumkin. EKG, shuningdek, yurak urishidagi o'zgarishlarni, aritmiyalarni, yurak xurujini va boshqa ko'plab tajribalar va kasalliklarni ham aniqlay oladi [1], shuningdek, yuqoridagi muammo bayonotida tasvirlangan. EKG yordamida o'lchanadigan yurak signallari uchta yurak to'lqin shaklini ishlab chiqaradi, ular ishlayotgan yurakning jonli ovqatlanishini tasvirlaydi, ular yuqoridagi rasmda ko'rsatilgan.

Loyihaning maqsadi - shovqinni yo'q qilishda, ishlab chiqaruvchi yoki odamdan EKG signalini oladigan va signalni qayta ishlab chiqaradigan qurilmani yaratish. Tizimning chiqishi BPMni ham hisoblab chiqadi.

Qani boshladik!

1 -qadam: barcha materiallarni yig'ing

Ushbu EKGni yaratish uchun biz ikkita asosiy qismdan tashkil topgan tizimni yaratamiz: elektron va LabVIEW tizimi. O'chirishning maqsadi - biz xohlagan signalni olishimizga ishonch hosil qilish. Atrofdagi shovqinlar ko'p, ular bizning EKG signalimizni o'chirib yuborishi mumkin, shuning uchun biz signalimizni kuchaytirishimiz va har qanday shovqinni filtrlashimiz kerak. Signal filtr orqali kuchaytirilgandan so'ng, biz to'lqin shaklini ko'rsatadigan va BPMni hisoblaydigan LabVIEW dasturiga aniq signalni yuborishimiz mumkin. Ushbu loyiha uchun quyidagi materiallar kerak bo'ladi:

-Rezistor, kondansatör va operatsion kuchaytirgich (op -amperlar -UA741 ishlatilgan) elektr komponentlari

-Qurilish va sinov uchun lehimsiz non paneli

-Oper-amperlarni quvvat bilan ta'minlash uchun DC quvvat manbai

-Bioelektrik signalni etkazib beradigan generator

-kirish signalini ko'rish uchun osiloskop

Signalni analogdan raqamliga o'tkazish uchun DAQ kartasi

-Chiqish signalini kuzatish uchun LABVIEW dasturi

-BNC va o'zgaruvchan uchli kabellar

2 -qadam: O'chirish sxemasini loyihalash

Biz yuqorida aytib o'tganimizdek, signalimizni filtrlash va kuchaytirish kerak. Buning uchun biz davrimizning 3 xil bosqichini o'rnatishimiz mumkin. Birinchidan, biz signalimizni kuchaytirishimiz kerak. Buni asbob kuchaytirgichi yordamida amalga oshirish mumkin. Shunday qilib, bizning kirish signalimizni yakuniy mahsulotda ancha yaxshi ko'rish mumkin. Keyin biz ushbu asbob kuchaytirgichi bilan ketma -ket chiziqli filtrga ega bo'lishimiz kerak. Chiziq filtri quvvat manbaimizdan shovqinni yo'q qilish uchun ishlatiladi. Shundan so'ng, biz past o'tish filtriga ega bo'lishimiz mumkin. EKG ko'rsatkichlari odatda past chastotali bo'lgani uchun, biz EKG o'qish chegarasidan tashqarida bo'lgan barcha chastotalarni kesib tashlamoqchimiz, shuning uchun past o'tkazgichli filtrdan foydalanamiz. Bu bosqichlar keyingi bosqichlarda batafsilroq tushuntiriladi.

Agar siz o'zingizning davrangiz bilan bog'liq muammolarga duch kelsangiz, o'z davrangizni onlayn dasturda simulyatsiya qilish yaxshiroqdir. Shunday qilib, rezistor va kondansatör qiymatlari bo'yicha hisob -kitoblaringiz to'g'riligini tekshirishingiz mumkin.

3 -qadam: asboblar kuchaytirgichini loyihalash

Bioelektrik signalni yanada samarali kuzatish uchun signalni kuchaytirish kerak. Ushbu loyiha uchun 1000 V/V ga erishish mumkin. Ko'rsatkich kuchaytirgichidan ko'rsatilgan daromadga erishish uchun kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qiymatlari quyidagi tenglamalar yordamida hisoblab chiqilgan:

(1 -bosqich) K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

(2 -bosqich) K2 = -R4 / R3

Bu erda har bir bosqich umumiy daromadni hisoblash uchun ko'paytiriladi. 1000 V/V kuchlanishni yaratish uchun tanlangan rezistor qiymatlari R1 = 10 kOhm, R2 = 150 kOm, R3 = 10 kOm va R4 = 330 kOm. Jismoniy zanjir op-amperlarini quvvatlantirish uchun +/- 15 V kuchlanish oralig'ini (oqim chegarasini past ushlab turish) berish uchun shahar quvvat manbasidan foydalaning. Agar siz rezistorlarning haqiqiy qiymatlarini tekshirishni xohlasangiz yoki qurilishdan oldin bu yutuqqa erishmoqchi bo'lsangiz, siz PSpice yoki CircuitLab kabi onlayn dastur yordamida simulyatsiya qilishingiz yoki berilgan signal signal kuchlanishiga ega osiloskopdan foydalanishingiz mumkin. jismoniy kuchaytirgich qurilgandan keyin daromad. O'chirish uchun funksiya generatori va osiloskopni kuchaytirgichga ulang.

Yuqoridagi fotosuratda PSpice simulyatsion dasturida elektron qanday ko'rinishda bo'lgani tasvirlangan. Sizning kontaktlarning zanglashiga olib kelmasligini tekshirish uchun 1 kHz 10 mV kuchlanishli sinus to'lqinni funktsiya generatoridan, zanjir orqali va osiloskopga etkazib bering. Osiloskopda tepalikdan tepaga 10 V sinus to'lqin kuzatilishi kerak.

4 -qadam: Filtrni loyihalash

Ushbu sxema bilan ishlashda o'ziga xos muammo shundaki, 60 Gts chastotali shovqinli signal AQShda elektr ta'minoti tarmoqlari tomonidan ishlab chiqariladi. Bu shovqinni olib tashlash uchun, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kirish signalini 60 Gts chastotada filtrlash kerak va buni filtrli filtrdan ko'ra yaxshiroq qilish mumkinmi?

Chiziqli filtr (yuqorida ko'rsatilgan sxema) - ma'lum bir chastotani signaldan olib tashlash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan ma'lum turdagi elektr filtr. 60 Gts signalini o'chirish uchun biz quyidagi tenglamalarni hisobladik:

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

R3 = (R1 * R2) / (R1 + R2)

Q = w / B.

B = w2 - w1

Tegishli aniqlikdagi filtrni loyihalash uchun 8 ta sifat koeffitsienti (Q) yordamida, osonroq yig'ish uchun 0,033 uFarad sig'im (C) va markaziy chastotasi (w) 2 * pi * 60 Gts. Bu R1 = 5.024 kOhms, R2 = 1.2861 MOhms va R3 = 5.004 kOhms rezistorlar uchun qiymatlarni muvaffaqiyatli hisoblab chiqdi va kirish bioelektrik signalidan 60 Gts chastotani olib tashlash uchun filtrni muvaffaqiyatli yaratdi. Agar siz filtrni tekshirishni xohlasangiz, PSpice yoki CircuitLab kabi onlayn dastur yordamida simulyatsiyani simulyatsiya qilishingiz mumkin, yoki kirish signal kuchlanishiga ega bo'lgan osiloskopdan foydalaning va jismoniy kuchaytirgich qurilgandan so'ng o'chirilgan signalni tekshiring. O'chirish uchun funksiya generatori va osiloskopni kuchaytirgichga ulang.

1 V dan 1 kGts gacha bo'lgan chastotalar oralig'ida 1 V kuchlanishdan yuqori tog'li signalga o'zgaruvchan tokni aylantirish, chiqish uchastkasida 60 gts chastotali "chiziqli" xususiyatni berishi kerak, bu esa kirishdan olib tashlanadi. signal

5 -qadam: past o'tish filtrini loyihalash

O'chirishning oxirgi bosqichi past o'tkazgichli filtr, aniqrog'i Ikkinchi darajali Butterworth past o'tkazgichli filtr. Bu bizning EKG signalimizni ajratish uchun ishlatiladi. EKG to'lqin shakllari odatda 0 dan ~ 100 Gts gacha bo'lgan chastota chegaralarida bo'ladi. Shunday qilib, biz qarshilik va kondansatör qiymatlarini 100 Gts chegara chastotasi va 8 sifat koeffitsienti asosida hisoblaymiz, bu bizga nisbatan aniq filtr beradi.

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1)))

C2^2-4b*C1*C2) R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

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

Biz hisoblagan qiymatlar R1 = 81.723kOhms, R2 = 120.92kOHms, C1 = 0.1 microFarads va C2 = 0.045 microFarads edi. + Va - 15V doimiy kuchlanishli op -amperlarni quvvatlang. Agar siz filtrni tekshirishni xohlasangiz, PSpice yoki CircuitLab kabi onlayn dastur yordamida simulyatsiyani simulyatsiya qilishingiz mumkin, yoki kirish signal kuchlanishiga ega bo'lgan osiloskopdan foydalaning va jismoniy kuchaytirgich qurilgandan so'ng o'chirilgan signalni tekshiring. O'chirish uchun funksiya generatori va osiloskopni kuchaytirgichga ulang. Kesish chastotasida siz -3 dB kattaligini ko'rishingiz kerak. Bu sizning sxemangiz to'g'ri ishlashini ko'rsatadi.

6 -qadam: LabVIEW -ni sozlash

Endi sxema tuzildi, biz signalimizni sharhlay olmoqchimiz. Buning uchun biz LabVIEW -dan foydalanishimiz mumkin. DAQ yordamchisidan sxemadan signal olish uchun foydalanish mumkin. LabVIEW -ni ochgandan so'ng, sxemani yuqoridagi diagrammada ko'rsatilgandek o'rnating. DAQ yordamchisi ushbu kirishni o'qishdan oladi va signal to'lqin shakli grafigiga o'tadi. Bu sizga EKG to'lqin shaklini ko'rish imkonini beradi!

Keyin biz BPMni hisoblashni xohlaymiz. Yuqoridagi sozlamalar buni siz uchun qiladi. Dastur avval EKG signalining maksimal qiymatlarini qabul qilib ishlaydi. Chegaraviy qiymat bizga kelayotgan barcha yangi qiymatlarni aniqlashga imkon beradi, ular bizning maksimal qiymatimiz foiziga etadi (bu holda 90%). Keyin bu qiymatlarning joylashuvi indekslash qatoriga yuboriladi. Indekslash 0 dan boshlangani uchun biz 0 va 1 -chi nuqtalarni olib, ular orasidagi vaqt o'zgarishini hisoblab chiqmoqchimiz. Bu bizga zarbalar orasidagi vaqtni beradi. Keyin biz BPMni topish uchun bu ma'lumotlarni ekstrapolyatsiya qilamiz. Xususan, bu dt elementidan chiqishni va indekslash massivlaridagi ikkita qiymatni ayirish natijasini ko'paytirish va 60 ga bo'lish orqali amalga oshiriladi (chunki biz daqiqalarga aylanyapmiz).

7 -qadam: Hammasini ulang va sinab ko'ring

Devrenni DAQ kartasining kirishiga ulang. Endi siz kiritgan signal DAQ kartasiga o'tadi va LabVIEW dasturi to'lqin shakli va hisoblangan BPM ni chiqaradi.

Tabriklaymiz!