Электрокардиограмма (ЭКГ): 7 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Эскертүү: Бул медициналык аппарат эмес. Бул симуляцияланган сигналдарды колдонуу менен билим берүү максатында. Эгерде бул схеманы чыныгы ЭКГ өлчөө үчүн колдонуп жатсаңыз, чынжыр менен прибордун туташуулары туура изоляциялоо ыкмаларын колдонуп жатканына ишениңиз.

Биз биомедициналык инженериянын эки студентибиз жана биринчи микросхема сабагынан кийин биз абдан толкунданып, пайдалуу нерсени жасоо үчүн үйрөнгөн негиздерибизди колдонууну чечтик: ЭКГны көрсөтүү жана жүрөктүн кагышын окуу. Бул биз курган эң татаал схема болмок!

ЭКГнын айрым маалыматтары:

Көптөгөн электрдик түзүлүштөр адамдын денесиндеги биологиялык активдүүлүктү өлчөө жана жазуу үчүн колдонулат. Мындай түзүлүштөрдүн бири - жүрөк тарабынан чыгарылган электрдик сигналдарды өлчөөчү электрокардиограмма. Бул сигналдар жүрөктүн түзүлүшү жана функциясы жөнүндө объективдүү маалымат берет. ЭКГ биринчи жолу 1887 -жылы иштелип чыккан жана дарыгерлерге жүрөк ооруларын аныктоонун жаңы ыкмасын берген. ЭКГ жүрөктүн ритмин, жүрөктүн кагышын, инфарктты, жүрөккө кан менен кычкылтектин жетишсиздигин жана структуралык аномалияларды аныктай алат. Жөнөкөй схеманы колдонуу менен, мунун баарын көзөмөлдөй турган ЭКГ жасаса болот.

1 -кадам: материалдар

Районду куруу

Районду куруу үчүн керектүү негизги материалдар сүрөттөрдө көрсөтүлгөн. Аларга төмөнкүлөр кирет:

• Breadboard

• Ыкчам күчөткүчтөр

  • Бул схемада колдонулган бардык амперлер LM741.
  • Көбүрөөк маалымат алуу үчүн маалымат барагын караңыз:
• Резисторлор
• Конденсаторлор
• Зымдар

• Жабылган электроддор

  Булар чынжырды чыныгы адамда сынап көрүүнү чечсеңиз гана керек болот

Колдонулган программалык камсыздоо төмөнкүлөрдү камтыйт:

• LabVIEW 2016
• Simulation үчүн CircuitLab же PSpice баалуулуктарды текшерүү үчүн

• Excel

  Бул сиздин схемаңыздын кандайдыр бир өзгөчөлүктөрүн өзгөртүү керек болгон учурда сунушталат. Сиз ошондой эле резистор менен конденсатордун баалуулуктарын тапмайынча сандар менен ойношуңуз керек болот. Калем-кагаз эсептөөлөрү бул үчүн четтетилген! Биз түшүнүк берүү үчүн электрондук жадыбалдын эсептөөлөрүн тиркеп койдук

Райондук тестирлөө

Сизге дагы чоңураак электрондук жабдуулар керек болот:

• DC электр менен камсыздоо
• DAQ тактасы схеманы LabVIEWге интерфейс үчүн
• Функциянын генератору чынжырды текшерет
• Осциллограф чынжырды текшерүү үчүн

2 -кадам: Аспаптык күчөткүч

Эмне үчүн бизге керек:

Биз денеден өлчөнгөн кичинекей амплитудасын күчөтүү үчүн прибордун күчөткүчүн курабыз. Биринчи этапта эки күчөткүчтү колдонуу дененин (эки электроддо бирдей болгон) ызы -чуусун жокко чыгарууга мүмкүндүк берет. Биз болжол менен бирдей кирешенин эки баскычын колдонобуз - бул колдонуучуну коргойт, эгерде система бардык кирешенин бир жерде болуусуна жол бербөө менен адамга туташкан болсо. ЭКГ сигналынын кадимки амплитудасы 0,1ден 5 мВга чейин болгондуктан, биз приборлордун күчөткүчүнүн кирешеси 100гө жакын болушун каалайбыз. Пайдага алгылыктуу толеранттуулук 10%ды түзөт.

Аны кантип куруу керек:

Бул спецификацияларды жана таблицада (тиркелген сүрөттөр) көрүнгөн теңдемелерди колдонуп, биз каршылыгыбыздын маанилерин R1 = 1.8 kiloOhms, R2 = 8.2 kiloOhms, R3 = 1.5 kiloOhms жана R4 = 15 kiloOhms деп таптык. K1 - биринчи этаптын (OA1 жана OA2) пайдасы, ал эми K2 - экинчи этаптын (OA3) пайдасы. Ызы -чууну кетирүү үчүн бирдей сыйымдуулуктагы байпас конденсаторлор иштөөчү күчөткүчтөрдүн энергия булактарында колдонулат.

Муну кантип текшерсе болот:

Аспаптык күчөткүчкө берилүүчү ар кандай сигнал 100 тарабынан күчөтүлүшү керек. DB = 20log (Vout/Vin) колдонуу бул 40 дБ катышын билдирет. Сиз муну PSpice же CircuitLabда окшоштуруп, же физикалык түзмөктү же экөөнү тең сынап көрсөңүз болот!

Тиркелген осциллографтын сүрөтү 1000 кирешени көрсөтөт. Чыныгы ЭКГ үчүн бул өтө жогору!

3 -кадам: Notch Filter

Эмне үчүн бизге керек:

Биз Америка Кошмо Штаттарынын бардык энергия булактарында бар 60 Гц ызы -чууну жок кылуу үчүн нук чыпкасын колдонобуз.

Аны кантип куруу керек:

Биз Q сапат факторун 8 деп коебуз, ал компоненттин баалуулуктарын мүмкүн болгон диапазондо сактоо менен алгылыктуу чыпкалоону камсыз кылат. Биз ошондой эле конденсатордун маанисин 0,1 μF деп койдук, эсептөөлөр резисторлорго гана таасирин тийгизет. Эсептелген жана колдонулган резистордун маанилерин таблицада (сүрөттөрдө) же төмөндө көрүүгө болот

• Q = w/B

  Qны 8ге коюңуз (же өзүңүздүн муктаждыгыңызга жараша өзүңүздү тандаңыз)

• w = 2*pi*f

  колдонуу f = 60 Гц

• C

  0.1 uFке коюңуз (же жеткиликтүү конденсаторлордон өзүңүздүн маанини тандаңыз)

• R1 = 1/(2*Q*w*C)

  Эсептөө. Биздин баа 1.66 kohm болуп саналат

• R2 = 2*Q/(w*C)

  Эсептөө. Биздин баа 424.4 кох

• R3 = R1*R2/(R1+R2)

  Эсептөө. Биздин баа 1.65 кох

Муну кантип текшерсе болот:

Нот чыпкасы 60 Гц тегерегиндегиден башка бардык жыштыктарды өзгөртүүсүз өткөрүшү керек. Бул AC чыпкасы менен текшерилиши мүмкүн. 60 Гцте -20 дБ пайда болгон чыпка жакшы деп эсептелет. Сиз муну PSpice же CircuitLabда окшоштуруп, же физикалык түзмөктү же экөөнү тең сынап көрсөңүз болот!

Мындай чыпкалоо симуляцияланган AC тазалоодо жакшы оюкту пайда кылышы мүмкүн, бирок физикалык тест биздин баштапкы баалуулуктар пландаштырылганга караганда төмөнкү жыштыкта нук жаратканын көрсөттү. Муну оңдоо үчүн, биз R2ди 25 кохго чейин көтөрдүк.

Осциллографтын сүрөтү чыпка 60 Гцте кирген сигналдын чоңдугун абдан азайтат. График жогорку сапаттагы чыпка үчүн AC тазалоону көрсөтөт.

4-кадам: Төмөн өтүү чыпкасы

Эмне үчүн бизге керек:

Түзмөктүн акыркы баскычы-активдүү аз өткөрмө чыпкасы. ЭКГ сигналы ар кандай толкун формаларынан жасалган, алардын ар биринин өз жыштыгы бар. Биз мунун баарын эч кандай жогорку жыштыктагы ызы-чуусуз тартып алгыбыз келет. 150 Гц ЭКГ мониторлору үчүн стандарттык чектөө жыштыгы тандалган. (Жогорку чектөөлөр кээде жүрөктүн белгилүү бир көйгөйлөрүн көзөмөлдөө үчүн тандалат, бирок биздин долбоор үчүн биз кадимки чекти колдонобуз.)

Эгерде сиз жөнөкөй схема жасоону кааласаңыз, пассивдүү аз өтмө чыпканы колдонсоңуз болот. Бул оп -ампти камтыбайт жана конденсатор менен катар каршылаштан турат. Чыгуу чыңалуусу конденсатор аркылуу өлчөнөт.

Аны кантип куруу керек:

Биз муну Экинчи даражадагы Butterworth чыпкасы катары иштеп чыгабыз, ал a жана b коэффициенттери 1.414214 жана 1ге барабар. Кирешени 1ге коюу операциялык күчөткүчтү чыңалуунун жолун жолдоочуга айландырат. Теңдемелер жана баалуулуктар таблицада (сүрөттөрдө) жана төмөндө көрсөтүлгөн.

• w = 2*pi*f

  жөндөө f = 150 Гц

• C2 = 10/f

  Эсептөө. Биздин баа 0.067 UF болуп саналат

• C1 <= C2*(a^2)/(4b)

  Эсептөө. Биздин баа 0.033 UF болуп саналат

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

  Эсептөө. Биздин баа 18.836 kohm болуп саналат

• R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

  Эсептөө. Биздин баа 26.634 kohm болуп саналат

Муну кантип текшерсе болот:

Чыпка чегинен төмөн жыштыктарды өзгөртүүсүз өткөрүп бериши керек. Бул AC тазалагычтын жардамы менен текшерилиши мүмкүн. Сиз муну PSpice же CircuitLabда окшоштуруп, же физикалык түзмөктү же экөөнү тең сынап көрсөңүз болот!

Осциллографтын сүрөтү фильтрдин реакциясын 100 Гц, 150 Гц жана 155 Гцте көрсөтөт. Биздин физикалык схемабыз 155 Гцке жакын болгон, -3 дБ катышы менен көрсөтүлгөн.

5-кадам: Жогорку өткөрмө чыпкасы

Эмне үчүн бизге керек:

Жогорку өткөрмө чыпкасы таза сигналды өткөрүүгө мүмкүндүк берүүчү, белгилүү бир чекке жеткен жыштыктар жазылбашы үчүн колдонулат. Чектөө жыштыгы 0,5 Гц деп тандалат (ЭКГ мониторлору үчүн стандарттык маани).

Аны кантип куруу керек:

Буга жетүү үчүн керек болгон резистор менен конденсатордун баалуулуктары төмөндө көрсөтүлгөн. Биздин колдонулган чыныгы каршылыгыбыз 318.2 кохм болчу.

• R = 1/(2*pi*f*C)

  • f = 0,5 Гц жана C = 1 uF коюңуз
  • R. эсептеп чыккыла. Биздин баалуулук 318.310 кох

Муну кантип текшерсе болот:

Чыпка өзгөрүүлөрдүн чегинен жогору жыштыктарды өткөрүп бериши керек. Бул AC тазалагычтын жардамы менен текшерилиши мүмкүн. Сиз муну PSpice же CircuitLabда окшоштуруп, же физикалык түзмөктү же экөөнү тең сынап көрсөңүз болот!

6 -кадам: LabVIEW орнотуу

Блок -схема долбоордун LabVIEW бөлүгүнүн дизайн концепциясын аныктайт, ал сигналды жогорку ылдамдыкта жазат жана жүрөктүн кагышын (BPM) жана ЭКГны көрсөтөт. Биздин LabView схемасы төмөнкү компоненттерди камтыйт: DAQ жардамчысы, индекстин массиви, арифметикалык операторлор, чокуну аныктоо, сандык көрсөткүчтөр, толкун формасынын графиги, убакыттын өзгөрүшү, макс/мин идентификатору жана сандын константалары. DAQ жардамчысы 1 кГц ылдамдыкта үзгүлтүксүз үлгүлөрдү алуу үчүн коюлган, үлгүлөрдүн саны чокуну аныктоо жана сигналдын тунуктугу үчүн 3 000ден 5 000 үлгүсүнө чейин өзгөргөн.

Райондук диаграммада ар кандай компоненттердин үстүндө чычкан, аларды LabVIEWден кайдан окууга болот!

7 -кадам: маалыматтарды чогултуу

Эми схема чогултулган соң, анын иштээрин билүү үчүн маалыматтарды чогултууга болот! Симуляцияланган ЭКГны 1 Гц схемасы аркылуу жөнөтүңүз. Натыйжада QRS комплекси, Р толкуну жана Т толкуну ачык көрүнүп турган таза ЭКГ сигналы болушу керек. Жүрөктүн кагышы мүнөтүнө 60 жолу согушу керек (bpm). Районду жана LabVIEW орнотуусун андан ары текшерүү үчүн жыштыкту 1,5 Гц жана 0,5 Гцке өзгөртүңүз. Жүрөктүн согушу 90 соккуга чейин өзгөрүшү керек.

Жайыраак жүрөктүн кагышы так көрсөтүлүшү үчүн, графикке көбүрөөк толкундарды көрсөтүү үчүн DAQ жөндөөлөрүн тууралашыңыз керек болот. Бул үлгүлөрдүн санын көбөйтүү менен жасалышы мүмкүн.

Эгерде сиз түзмөктү адамда сынап көрүүнү чечсеңиз, ампер үчүн колдонуп жаткан электр энергиясы токту 0,015 мА чектейт! Бир нече алгылыктуу коргошун конфигурациялары бар, бирок биз оң электродду сол чурайга, терс электродду оң билегибизге жана тиркелген сүрөттө көрүнүп тургандай, оң таманга жерге электрод коюуну чечтик.

Негизги схема түшүнүктөрүн жана адамдын жүрөгү жөнүндөгү билимибизди колдонуу менен биз сизге кызыктуу жана пайдалуу аппаратты кантип түзүүнү көрсөткөнбүз. Биздин үйрөткүч сизге жакты деп ишенебиз!