Жүрөк ЭКГ: 7 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

Реферат

ЭКГ, же электрокардиограмма, жүрөктүн электрдик сигналдарын жазуу үчүн колдонулган медициналык аппарат. Аларды эң негизги формада жасоо оңой, бирок өсүү үчүн көп орун бар. Бул долбоор үчүн LTSpiceде ЭКГ иштелип чыккан жана симуляцияланган. ЭКГ үч компоненттен турган: приборлордун күчөткүчү, аз өтүүчү чыпкасы жана акырында инверттик эмес күчөткүч. Бул биосигналдын салыштырмалуу алсыз булагынан, ошондой эле чынжырдагы ызы -чууну кетирүү үчүн чыпкадан жетиштүү кирешенин болушун камсыз кылуу болчу. Симуляциялар схеманын ар бир компоненти бардык үч компоненти бар жалпы интегралдык схема сыяктуу эле ийгиликтүү аткарылганын көрсөттү. Бул ЭКГ схемасын түзүүнүн ылайыктуу жолу экенин көрсөтүп турат. Андан кийин биз ЭКГны жакшыртуунун кеңири мүмкүнчүлүктөрүн изилдедик.

1 -кадам: Киришүү/Фон

ЭКГ же электрокардиограмма жүрөктүн электрдик сигналдарын жазуу үчүн колдонулат. Бул абдан таралган жана оорутпаган тест жүрөктүн көйгөйлөрүн аныктоо жана жүрөктүн ден соолугуна мониторинг жүргүзүү үчүн колдонулат. Алар дарыгерлердин кабинеттеринде - клиникаларда же оорукананын бөлмөлөрүндө аткарылат жана операциялык бөлмөлөрдө жана тез жардам машиналарында стандарттык машиналар болуп саналат [1]. Алар ритм үзгүлтүксүз же жок болсо, жүрөктүн канчалык тез согуп жатканын, ошондой эле жүрөктүн ар кайсы бөлүктөрү аркылуу өтүүчү электр импульстарынын күчүн жана убактысын көрсөтө алышат. Болжол менен 12 электрод (же азыраак) көкүрөккө, колго жана буттун терисине жабыштырылган жана импульстарды окуган жана аларды графикке чыгаруучу машинага туташкан [2]. Он эки коргошун ЭКГда 10 электрод бар (жүрөктүн жалпы 12 көрүнүшүн берүү үчүн). 4-коргошун колу-бутуна барат. Экиси билеклеринде, экиси тобукъларында. Финалдык 6 лидер тулкуга барат. V1 төш сөөгүнүн оң жагындагы 4 -интеркосталдык мейкиндикте жүрөт, ал эми V2 ошол сызыкта, бирок төш сөөгүнүн сол жагында. V3 V2 менен V4 ортосуна жайгаштырылган, V5 V4 менен V6 ортоңку каптал сызыгында бирдей деңгээлде алдыңкы аксилардык сызыкка барат [3].

Бул долбоордун максаты - аналогдук сигналды алуу түзүлүшүн долбоорлоо, имитациялоо жана текшерүү - бул учурда электрокардиограмма. Жүрөктүн орточо ылдамдыгы 72де, бирок эс алып жатканда ал 90го чейин түшүп кетиши мүмкүн, медиананын ылдамдыгы болжол менен 60 бит / мин деп эсептелип, жүрөктүн кагышы үчүн 1Гц негизги жыштыгын берет. Жүрөктүн кагышы болжол менен 0,67ден 5 Гцке чейин болушу мүмкүн (40тан 300 чейин / мин). Ар бир сигнал толкундан P, QRS комплекси жана T бөлүгү катары белгилениши мүмкүн болгон толкундан турат. Р толкуну болжол менен 0,67 - 5 Гцте, QRS комплекси 10-50 Гцте, Т толкуну болжол менен 1 - 7 Гцте иштейт [4]. ЭКГнын заманбап абалында машина үйрөнүү [5] бар, мында аритмияны жана ушул сыяктуу нерселерди машинанын өзү классификациялоого болот. Жөнөкөйлөтүү үчүн бул ЭКГда эки гана электрод болот - оң жана терс.

2 -кадам: Методдор жана материалдар

Дизайнды баштоо үчүн изилдөө жана моделдөө үчүн компьютер колдонулган. Колдонулган программа LTSpice болчу. Биринчиден, аналогдук ЭКГнын схемасын иштеп чыгуу үчүн, учурдагы дизайндардын кандай экенин жана аларды жаңы дизайнга кантип эң жакшы киргизүүнү изилдөө үчүн изилдөө жүргүзүлдү. Дээрлик бардык булактар баштоо үчүн приборлордун күчөткүчү менен башталды. Бул эки киргизүүнү алат - ар бир электроддон. Андан кийин, 50 Гцтен жогору сигналдарды алып салуу үчүн аз өткөрмө чыпкасы тандалды, анткени электр линиясынын чуусу болжол менен 50-60 Гцке келет [6]. Андан кийин, биосигналдар өтө кичине болгондуктан, сигналды күчөтүү үчүн инвертер эмес күчөткүч болгон.

Биринчи компонент приборлордун күчөткүчү болгон. Анын эки кирүүсү бар, бири оң, бири терс электрод үчүн. Приборлордун күчөткүчү чынжырды келген сигналдан коргоо үчүн атайын колдонулган. Үч универсалдуу оп-ампер жана 7 резистор бар. Бардык резисторлор R4 (Rgain) бирдей каршылыкта. Инструмент күчөткүчүнүн пайдасын төмөнкү теңдеме менен башкарууга болот: A = 1 + (2RRgain) [7] Биосигналдар өтө кичине болгондуктан киреше 50 деп тандалды. Резисторлор колдонуунун оңойлугу үчүн чоңураак болуп тандалып алынган. Эсептөөлөр анда R = 5000Ω жана Rgain = 200Ω берүү үчүн бул теңдемелердин топтомун карманышат. 50 = 1 + (2RRgain) 50 2 * 5000200

Кийинки колдонулган компонент 50 Гцтен жогору жыштыктарды алып салуу үчүн төмөн өтүү чыпкасы болду, бул PQRST толкунун ушул жыштык диапазонунда сактап, ызы -чууну минималдаштырат. Төмөнкү өткөрмө чыпкасы үчүн теңдеме төмөндө көрсөтүлгөн: fc = 12RC [8] Кесүү үчүн тандалган жыштык 50 Гц болгондуктан жана резистор 1kΩ болуп тандалгандыктан, эсептөөлөр 0.00000318 F. 50 = 12 конденсаторунун маанисин берет. * 1000 * С

ЭКГдагы үчүнчү компонент инверттелбеген күчөткүч болгон. Бул сигналдын аналогго санариптик которгонго чейин (потенциалдуу) жетишерлик чоң болушун камсыз кылуу. Киргизилбеген күчөткүчтүн пайдасы төмөндө көрсөтүлгөн: A = 1 + R2R1 [9] Акыркы сигналдын амплитудасын жогорулатуу үчүн, киреше 50 деп тандалганга чейин. Резистордун эсептөөлөрү төмөнкүдөй: бир резистор 10000Ω болуп тандалып, экинчи каршылыктын мааниси 200Ω. 50 = 1 + 10000R1 50 10000200

Схеманы текшерүү үчүн анализдер ар бир компонентке, андан соң акыркы жалпы схемага жүргүзүлгөн. Экинчи симуляция AC анализи, октавалык шыпыруу, октавага 100 упай жана 1ден 1000 Гцке чейинки жыштыктар аркылуу өтүү болгон.

3 -кадам: Жыйынтыктар

Районду текшерүү үчүн октаваны шыпыруу жүзөгө ашырылган, 1 оцтавага 100 упай, 1 Гц жыштыктан баштап, 1000 Гц жыштыкка чейин баруу. Киргизүү синусоидалдык ийри болгон, бул ЭКГ толкунунун циклдүү табиятынын өкүлү. Бул DC 0, 1 амплитудасы, 1 Гц жыштыгы, 0 кечиктирүү 0, тета (1/с) 0 жана phi (deg) 90 болгон. Жыштык орточо болгондуктан, 1 деп коюлган жүрөктүн кагышын болжол менен 60 bpm деп коюуга болот, бул 1 Гц.

5 -сүрөттө көрүнүп тургандай, көк түс жана кызыл чыгаруу болгон. Жогоруда көрүнүп тургандай, чоң киреше болду.

Төмөн өтүү чыпкасы ЭКГнын мүмкүн болгон тиркемесиндеги электр линиясынын ызы -чуусун жок кылуу үчүн 50 Гцке коюлган. Бул жерде сигнал 1 Гцте туруктуу болгон жерде колдонулбагандыктан, чыгаруу кириш менен бирдей (Figure 6).

Чыгаруу - көк менен көрсөтүлгөн - жашыл түстө көрсөтүлгөн киргизүүгө салыштырмалуу ачык түрдө күчөтүлгөн. Мындан тышкары, синус ийри сызыктарынын чокулары менен өрөөндөрү бири-бирине дал келгендиктен, бул күчөткүч чындыгында тескери эмес болгонун көрсөтөт (Figure 7).

Figure 8 ийри бардык бирге көрсөтөт. Бул кичинекей сигналдан чыгып, эки жолу күчөтүлгөн жана чыпкаланган сигналдын манипуляциясын ачык көрсөтөт (чыпкалоо бул спецификалык сигналга эч кандай таасирин тийгизбейт).

Теңдемелерди пайда жана кесүү жыштыгы үчүн [10, 11] колдонуп, тажрыйбалык баалуулуктар участоктордон аныкталган. Төмөн өтүү чыпкасы эң аз ката кетирди, ал эми эки күчөткүч 10% га жакын ката менен учуп кетти (1 -таблица).

4 -кадам: Талкуу

Схема кылышы керек болгон нерсени кылат окшойт. Бул берилген сигналды алып, күчөтүп, анан чыпкалап, анан кайра күчөткөн. Айтор, бул абдан кичинекей "дизайн", ал приборлордун күчөткүчүнөн, аз өтмө чыпкасынан жана инвертирленбеген фильтрден турат. Туура булакты табуу үчүн Интернетте сансыз көп саат жүргөнүнө карабастан, ЭКГ булагынын так маалыматы болгон жок. Тилекке каршы, бул ишке ашкан жок, бирок күнөөнүн толкуну сигналдын циклдүү мүнөзүн туура алмаштырды.

Кирешенин теориялык жана реалдуу маанисине келгенде, ката булагы тандалма компоненттер болушу мүмкүн. Колдонулган теңдемелерде каршылыктардын катышы 1ге кошулгандыктан, эсептөөлөрдү жасоодо бул этибарга алынган эмес. Муну ушундай кылса болот, эгерде колдонулган резисторлор жетишерлик чоң болсо. Тандалган резисторлор чоң болгону менен, анын эсептөөлөргө алынбаганы кичине ката кетирет. Сан -Хосе штатындагы Сан -Хосе мамлекеттик университетинин окумуштуулары жүрөк -кан тамыр ооруларын аныктоо үчүн атайын ЭКГ түзүштү. Алар приборлордун күчөткүчүн, 1-даражадагы активдүү жогорку өткөрмө чыпкасын, 5-даражадагы активдүү Бесселдин төмөн өтмө толтургучун жана эгиз-т активдүү оюк чыпкасын колдонушту [6]. Алар бүт бул компоненттерди колдонуу адамдын предметинен чийки ЭКГ толкунунун ийгиликтүү шартталышына алып келген деген жыйынтыкка келишкен. Purdue университетинде Орландо Хоилетт жасаган жөнөкөй ЭКГ схемасынын дагы бир модели приборлордун күчөткүчүнөн гана турган. Чыгуу түшүнүктүү жана колдонууга жарактуу болчу, бирок конкреттүү колдонмолор үчүн өзгөртүүлөр жакшыраак болушу сунушталды - тактап айтканда күчөткүчтөр, өткөрмө чыпкалар жана электр чубалгысынын ызы -чуусун жок кылуу үчүн 60 Гц чыпкасы. Бул ЭКГнын бул долбоору баарын камтыбаса да, ЭКГ сигналын кабыл алуунун эң жөнөкөй ыкмасы эмес экенин көрсөтүп турат.

5 -кадам: Келечектеги иш

ЭКГнын бул дизайны практикалык түзүлүшкө салынардан мурун дагы бир нече нерсени талап кылат. Биринчиден, 60 Гц чыпкасы бир нече булактар тарабынан сунушталган жана бул жерде электр линиясынын чуусу болбогондуктан, ал симуляцияга киргизилген эмес. Бул физикалык түзмөккө которулганда, чыпканы кошуу пайдалуу болмок. Мындан тышкары, төмөн өтүү чыпкасынын ордуна, чыпкаланып жаткан жыштыктарды көбүрөөк көзөмөлдөө үчүн, өткөрмө чыпкасы жакшы иштеши мүмкүн. Дагы, симуляцияда мындай маселе көтөрүлбөйт, бирок физикалык түзмөктө пайда болот. Ушундан кийин ЭКГга аналогду санариптик өзгөрткүч, жана, кыязы, малина пи окшош түзмөк талап кылынат жана маалыматтарды чогултуу жана компьютерге көрүү жана колдонуу үчүн берүү. Андан ары өркүндөтүү дагы башка лидерлердин кошулушу болмок, балким 4 мүчөдөн башталат жана жүрөктүн 12 коргошун диаграммасы үчүн бардык 10 жетелейт. Колдонуучунун жакшыраак интерфейси дагы пайдалуу болмок - балким сенсордук экрандын жардамы менен медициналык адистер ЭКГ өндүрүшүнүн айрым бөлүктөрүнө оңой жетип, көңүлүн бура алышат.

Кийинки кадамдар машинаны үйрөнүүнү жана AIди колдонууну камтыйт. Компьютер медициналык кызматкерлерге - жана, балким, айланасындагыларга - аритмия же ушул сыяктуу нерселер болгонун эскерте алгыдай болушу керек. Бул учурда, дарыгер диагноз коюу үчүн ЭКГнын жыйынтыктарын карап чыгышы керек - техниктер аларды окууга үйрөтүлгөнү менен, алар талаада расмий диагноз коё алышпайт. Эгерде биринчи респонденттер колдонгон ЭКГнын так диагнозу болсо, анда ал тезирээк дарыланууга мүмкүндүк берет. Бул, айрыкча айыл жергесинде, вертолет менен ооруканага бара албаган бейтапты алуу үчүн бир сааттан ашык убакыт талап кылынышы мүмкүн. Кийинки этап ЭКГ аппаратынын өзүнө дефибриллятор кошуу болмокчу. Андан кийин, аритмияны аныктаганда, ал шок үчүн туура чыңалууну аныктай алат жана - шок төшөмөлөрү коюлганын эске алганда - пациентти кайра синус ритмине кайтарууга аракет кыла алат. Бул бейтаптар ар кандай машиналарга илинип калган ооруканалардын шарттарында пайдалуу болмок, эгерде медициналык кызматкерлер дароо жардам көрсөтүш үчүн жетишсиз болсо, бардыгы бир жүрөктөгү машинада ага кам көрүшүп, өмүрдү сактап калуу үчүн керектүү убакытты үнөмдөшмөк..

6 -кадам: Жыйынтык

Бул долбоордо ЭКГ схемасы ийгиликтүү иштелип чыгып, андан кийин LTSpice аркылуу симуляцияланган. Бул прибордун күчөткүчүнөн, аз өтүүчү чыпкадан жана сигналды шарттоо үчүн инверттелбеген күчөткүчтөн турган. Симуляция бардык үч компонент жеке интегралдык микросхема үчүн бириктирилгенде жекече, ошондой эле бирге иштегенин көрсөттү. Күчөткүчтөрдүн ар биринин кирешеси 50 болгон, бул факт LTSpiceде иштеген симуляциялар менен тастыкталган. Төмөн өтүү чыпкасы электр чубалгыларынан чыккан ызы -чууну жана териден жана кыймылдан арылтуу үчүн 50 Гц кесүү жыштыгына ээ болгон. Бул абдан кичинекей ЭКГ схемасы болгону менен, бир нече фильтрди кошкондон тартып, ЭКГны алып, окуп, жана дароо дарылоону камсыз кылуу.

7 -кадам: Шилтемелер

Шилтемелер

[1] "Электрокардиограмма (ЭКГ же ЭКГ)" Майо Клиникасы, 09-Апрель-2020. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/ekg/about/pac-20384983. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[2] "Электрокардиограмма", Улуттук жүрөк өпкө жана кан институту. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/electrocardiogram. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[3] A. Randazzo, "Ultimate 12-Lead ЭКГ жайгаштыруу көрсөтмөсү (иллюстрациялары менен)," Prime Medical Training, 11-Nov-2019. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://www.primemedicaltraining.com/12-lead-ecg-placement/. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[4] C. Уотфорд, "ЭКГнын чыпкаланышын түшүнүү", EMS 12 Коргошун, 2014. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://ems12lead.com/2014/03/10/understanding-ecg-filtering/. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[5] RK Sevakula, WTM Au -Yeung, JP Singh, EK Heist, EM Isselbacher жана AA Armoundas, "Жүрөк -кан тамыр системасына тиешелүү пациенттердин жыйынтыктарын жакшыртууга багытталган заманбап машиналарды үйрөнүү техникасы", Journal Америка Жүрөк Ассоциациясы, т. 9, жок. 4, 2020.

[6] W. Y. Du, "Жүрөк -кан тамыр ооруларынын диагнозу үчүн ЭКГ сенсордук схемасынын дизайны", International Journal of Biosensors & Bioelectronics, vol. 2, жок. 4, 2017.

[7] "Instrumentation Amplifier Output Voltage Calculator," ncalculators.com. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://ncalculators.com/electronics/instrumentation-amplifier-calculator.htm. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[8] "Low Pass Filter Calculator," ElectronicBase, 01-Apr-2019. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://electronicbase.net/low-pass-filter-calculator/. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[9] "Инвертивдүү эмес операциялык күчөткүч-Инвертивдүү эмес оп-амп", Электрониканын негизги окуу куралдары, 06-Ноябрь-2020. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_3.html. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[10] E. Sengpiel, "Эсептөө: амплификация (пайда) жана демпинг (жоготуу) фактор (катыш) катары децибелдин деңгээлине (дБ)", аудио күчөткүчтү эсептөөнүн күчөтүү жана өчүрүү (жоготуу) фактору үчүн дБ калькулятору децибел дБ катышы - sengpielaudio Sengpiel Берлин. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://www.sengpielaudio.com/calculator-amplification.htm. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[11] "Low Pass Filter-Passive RC Filter Tutorial," Basic Electronics Tutorials, 01-May-2020. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_2.html. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[12] O. H. Instructables, "Super Simple Electrocardiogram (ECG) Circuit", Instructables, 02-Apr-2018. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://www.instructables.com/Super-Simple-Electrocardiogram-ECG-Circuit/. [Киргизилген: 04-Дек-2020].

[13] Брент Корнелл, "Электрокардиография", BioNinja. [Онлайн]. Жеткиликтүү: https://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-6-human-physiology/62-the-blood-system/electrocardiography.html. [Киргизилген: 04-Дек-2020].