Санарип ЭКГ жана Жүрөктүн Урушунун Монитору: 8 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 реалдуу ЭКГ өлчөө үчүн колдонуп жатсаңыз, чынжыр менен прибордун байланыштары батарея кубатын жана башка туура изоляциялоо ыкмаларын колдонуп жаткандыгын текшериңиз

Электрокардиограмма (ЭКГ) жүрөктүн циклиндеги электрдик сигналдарды жазат. Жүрөк согуп турган сайын миокард клеткаларынын деполяризациялоо жана гипер поляризациялоо цикли болот. Деполяризациялоочу жана гипер поляризациялоочу электроддор менен жазылышы мүмкүн жана дарыгерлер жүрөктүн иштеши жөнүндө көбүрөөк билүү үчүн бул маалыматты окушат. ЭКГ миокарддын инфарктын, атриалдык же карынчанын фибрилляциясын, тахикардияны жана брадикардияны аныктай алат [1]. ЭКГдан кандай көйгөй бар экенин аныктагандан кийин, дарыгерлер бейтапка ийгиликтүү диагноз коюп, дарылай алышат. Өзүңүздүн электрокардиограмма жазуучу түзмөгүңүздү кантип жасоону үйрөнүү үчүн төмөнкү кадамдарды аткарыңыз!

1 -кадам: материалдар

Райондук компоненттер:

• Беш UA741 оперативдүү күчөткүч
• Резисторлор
• Конденсаторлор
• Өткөргүч зымдар
• DAQ тактасы
• LabVIEW программасы

Сыноо жабдуулары:

• Милдети генератор
• DC электр менен камсыздоо
• Осциллограф
• BNC кабелдери жана Т-сплиттер
• Өтмө кабелдер
• Аллигатор клиптери
• Банан сайгычтары

2 -кадам: Аспаптык күчөткүч

Райондун биринчи этабы - приборлордун күчөткүчү. Бул ЭКГнын ар кандай компоненттерин айырмалоо үчүн биологиялык сигналды күчөтөт.

Аспаптык күчөткүчтүн схемасы жогоруда көрсөтүлгөн. Бул схеманын биринчи этап пайда K1 = 1 + 2*R2 / R1 катары аныкталат. Райондун экинчи стадиядагы пайдасы K2 = R4 / R3 катары аныкталат. Аспаптык күчөткүчтүн жалпы кирешеси K1 * K2. Бул долбоор үчүн керектүү пайда болжол менен 1000 болду, андыктан K1 31 жана K2 33 болуп тандалды. Бул кирешелер үчүн резистордук баалуулуктар схемада жогоруда көрсөтүлгөн. Сиз жогоруда көрсөтүлгөн резистор баалуулуктарын колдонсоңуз болот, же сиз каалаган пайдаңызга жооп берүү үчүн баалуулуктарды өзгөртө аласыз. **

Сиз компоненттин баалуулуктарын тандап алгандан кийин, схеманы нан тактасына курууга болот. Нан тактасындагы схемалык байланыштарды жөнөкөйлөтүү үчүн, үстүндөгү терс горизонталдык темир жол негиз катары коюлган, ал эми астындагы эки горизонталдык рельс тийиштүү түрдө +/- 15V деп коюлган.

Биринчи оп -ампер калган бардык компоненттерге орун калтыруу үчүн нан тактасынын сол жагына коюлган. Тиркемелер казыктардын хронологиялык тартибинде кошулган. Бул эмне кошулганын же кошулбаганын көзөмөлдөөнү жеңилдетет. Опп 1 үчүн бардык казыктар бүткөндөн кийин, кийинки оп ампти жайгаштырууга болот. Дагы, мейкиндикти калтыруу үчүн салыштырмалуу жакын экенин текшериңиз. Ошол эле хронологиялык пин процесси бардык күчөткүчтөр үчүн приборлордун күчөткүчү бүткүчө аяктады.

Андан кийин зымдардагы AC бириктирүүдөн арылуу үчүн схемага кошумча айланма конденсаторлор кошулган. Бул конденсаторлор DC чыңалуусуна параллель коюлган жана жогорку горизонталдуу терс темир жолго негизделген. Бул конденсаторлор 0,1ден 1 микрофарадга чейин болушу керек. Ар бир оп -амптын эки айланып өтүүчү конденсатору бар, бирөө 4 -пин үчүн, экинчиси 7 -пин үчүн. Ар бир оп -амптеги эки конденсатор бирдей мааниге ээ болушу керек, бирок оп -амптан оп -ампка чейин өзгөрүшү мүмкүн.

Күчөтүүнү текшерүү үчүн, генератор менен осциллограф күчөткүчтүн кириши жана чыгышы тиешелүү түрдө туташтырылган. Киргизүү сигналы да осциллографка туташтырылган. Күчөтүүнү аныктоо үчүн жөнөкөй синус толкуну колдонулган. Функциянын генераторунун өндүрүшүн приборлордун күчөткүчүнүн эки киргизүү терминалына киргизиңиз. Чыгуу сигналынын кириш сигналга катышын өлчөө үчүн осциллографты коюңуз. Децибелдеги схеманын пайдасы Gain = 20 * log10 (Vout / Vin). 1000 кирешеси үчүн, децибелдеги киреше 60дБ. Осциллографты колдонуу менен, сиз курган схемаңыздын кирешеси сиздин мүнөздөмөлөрүңүзгө жооп береби же сиздин схемаңызды жакшыртуу үчүн резистордун кээ бир маанилерин өзгөртүү керекпи, аныктай аласыз.

Аспаптык күчөткүч туура чогултулуп, иштеп баштагандан кийин, чыпкага өтсөңүз болот.

** Жогорудагы схемада R2 = R21 = R22, R3 = R31 = R32, R4 = R41 = R42

3 -кадам: Notch Filter

Ночной фильтрдин максаты - 60 Гц дубалдын электр булагынан ызы -чууну алып салуу. Чыпка чыпкасы сигналды чектик жыштыкта начарлатат жана жыштыктарды анын үстүнөн жана астынан өткөрөт. Бул схема үчүн каалаган үзүлүү жыштыгы 60 Гц.

Жогоруда көрсөтүлгөн схема үчүн башкаруучу теңдемелер R1 = 1 / (2 * Q * w * C), R2 = 2 * Q / (w * C) жана R3 = R1 * R2 / (R1 + R2), мында Q - сапат фактору жана w - 2 * pi * (үзүлүү жыштыгы). 8дин сапаттык фактору резистор менен конденсатордун баалуулугун акылга сыярлык диапазондо берет. Конденсатордун мааниси баары бирдей деп божомолдоого болот. Ошентип, сиз комплекттериңизде бар конденсатордун маанисин тандай аласыз. Жогорудагы схемада көрсөтүлгөн резистордун баалуулуктары 60 Гц кесилиш жыштыгы, 8 сапаттык фактор жана 0,22 уФ конденсатордун мааниси.

Конденсаторлор параллелдүү түрдө кошулгандыктан, 2С маанисине жетүү үчүн тандалган С маанисиндеги эки конденсатор параллель жайгаштырылган. Ошондой эле, оп -ампка айланып өтүүчү конденсаторлор кошулду.

Тиш чыпкасын текшерүү үчүн, функцияны генератордон чыгууну оюк чыпкасынын киришине туташтырыңыз. Осциллографта схеманын киришине жана чыгышына байкоо жүргүзүңүз. Эффективдүү чыпкага ээ болуу үчүн, сиз кесүү жыштыгында -20dBден азыраак же барабар болушуңуз керек. Компоненттер идеалдуу эмес болгондуктан, буга жетишүү кыйын болушу мүмкүн. Эсептелген резистор менен конденсатордун мааниси сизге каалаган пайда бербеши мүмкүн. Бул сизден резистор жана конденсатордун маанилерине өзгөртүүлөрдү киргизүүнү талап кылат.

Ал үчүн бир эле учурда бир компонентке көңүл буруңуз. Башка компоненттерди өзгөртпөстөн, бир компоненттин баасын жогорулатуу жана азайтуу. Бул схеманын пайдасына кандай таасир этерин байкаңыз. Бул каалаган кирешеге жетүү үчүн көп чыдамдуулукту талап кылышы мүмкүн. Эсиңизде болсун, сиз резисторлордун маанисин көбөйтүү же азайтуу үчүн серияларды кошо аласыз. Биздин пайдабызды жакшырткан өзгөрүү конденсаторлордун бирин 0.33 uFке чейин көбөйтүү болду.

4 -кадам: Low Pass чыпкасы

Төмөн өтүү чыпкасы ЭКГ сигналына тоскоол болушу мүмкүн болгон жогорку жыштыктагы чууну жок кылат. 40 Гц төмөн өтүү чекит ЭКГ толкун маалымат алуу үчүн жетиштүү болуп саналат. Бирок ЭКГнын кээ бир компоненттери 40 Гцтен ашат. 100 Гц же 150 Гц чектөө да колдонулушу мүмкүн [2].

Төмөн өтүү чыпкасы экинчи Баттерворт чыпкасы болуп саналат. Биздин схеманын кирешеси приборлордун күчөткүчү тарабынан аныкталгандыктан, биз төмөн өтүү чыпкасы үчүн тилкеде 1 кирешени каалайбыз. 1 пайда алуу үчүн, RA кыска туташкан жана RB ачык схемада жогорудагы схемада ачык [3]. Райондо C1 = 10 / (fc) uF, мында fc - үзүлүү жыштыгы. C1 C2 * a^2 / (4 * b) аз же барабар болушу керек. Экинчи даражадагы Butterworth чыпкасы үчүн, a = sqrt (2) жана b = 1. a жана b маанилерин кошуп, C2 теңдемеси C1 / 2ден кичине же ага барабар кылат. Андан кийин R1 = 2 / [w * (a * C2 + sqrt (a^2 * C2^2 - 4 * b * C1 * C2))] жана R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * w^2), мында w = 2 * pi * fc Бул схема үчүн эсептөөлөр 40 Гц чегин камсыз кылуу үчүн толтурулган. Бул спецификацияларга жооп берген резистор жана конденсатор баалуулуктары жогорудагы схемада көрсөтүлгөн.

Оп ампери нандын оң жагына коюлган, анткени андан кийин башка компоненттер кошулбайт. Резисторлор жана конденсаторлор схеманы аягына чыгаруу үчүн оп -ампка кошулган. Айналып өтүүчү конденсаторлор да оп -ампка кошулду. Кирүү терминалы бош калды, анткени кириш чыпка чыгаруу сигналынан келет. Бирок, тестирлөө максатында, кирүү пинине аз өткөрмө чыпканы изоляциялоо жана аны жекече текшерүү үчүн зым коюлган.

Функция генераторунун синус толкуну кирүү сигналы катары колдонулган жана ар кандай жыштыктарда байкалган. Осциллографта кирүүчү жана чыккан сигналдарды байкаңыз жана ар кандай жыштыкта чынжырдын пайдасын аныктаңыз. Төмөн өтүү чыпкасы үчүн, кесүү жыштыгында пайда -3db болушу керек. Бул схема үчүн өчүрүү 40 Гцте болушу керек. 40 Гц астындагы жыштыктардын толкун формасында анча -мынча өчүрүү болушу керек, бирок жыштыгы 40 Гцтен жогорулаган сайын, киреше кете бериши керек.

5 -кадам: Райондук этаптарды чогултуу

Райондун ар бир баскычын куруп, өз алдынча сыноодон өткөндөн кийин, бардыгын туташтырсаңыз болот. Аспаптык күчөткүчтүн чыгышы оюк чыпкасынын киришине туташтырылышы керек. Чыпканын чыпкасы аз өтмө чыпканын киришине туташтырылышы керек.

Районду текшерүү үчүн, функция генераторунун киришин приборлордун күчөткүч стадиясынын киришине туташтырыңыз. Осциллографта микросхеманын кириши менен чыгышын байкаңыз. Сиз функция генераторунан алдын ала программаланган ЭКГ толкуну менен, же синус толкуну менен текшерип, схемаңыздын эффекттерин байкай аласыз. Жогорудагы осциллографтын сүрөтүндө сары ийри - бул кирүү толкуну, ал эми жашыл ийри - чыгаруу.

Бардык райондук этаптарыңызды туташтырып, анын туура иштээрин көрсөткөндөн кийин, сиз схемаңыздын чыгарылышын DAQ тактасына туташтырып, LabVIEWдо программалоону баштасаңыз болот.

6 -кадам: LabVIEW программасы

LabVIEW коду - ар кандай жыштыкта симуляцияланган ЭКГ толкунунун метрге согуусун аныктоо. LabVIEWдо программалоо үчүн, адегенде бардык компоненттерди аныктоо керек. Маалыматты алуу (DAQ) тактасы катары да белгилүү болгон санариптик алмаштыргычка орнотуу жана үзгүлтүксүз иштөө үчүн орнотуу керек. Райондон чыккан сигнал DAQ тактасынын киришине туташат. LabVIEW программасындагы толкун формасынын графиги DAQ жардамчысынын чыгуусуна түз байланышкан. DAQ маалыматтарынын чыгышы да макс/мин идентификаторуна барат. Андан кийин сигнал көбөйтүүнүн арифметикалык операторунан өтөт. 0.8 сандык көрсөткүчү босоголук маанини эсептөө үчүн колдонулат. Сигнал 0,8*Максимумдан ашканда, чоку аныкталат. Качан болбосун бул маани индекстин массивинде сакталгандыгы аныкталган. Эки маалымат пункту индекстин массивинде сакталат жана алып салуу арифметикалык операторуна киргизилет. Убакыттын өзгөрүшү бул эки баалуулуктун ортосунда табылган. Андан кийин, жүрөктүн кагышын эсептөө үчүн 60 убакыттын айырмасына бөлүнөт. Чыгыш графигинин жанында көрсөтүлгөн сандык индикатор жүрөктүн кагышын кирүү сигналынын мүнөтүнө (bpm) чыгарат. Программа орнотулгандан кийин, анын баары үзгүлтүксүз циклдин ичине киргизилиши керек. Ар кандай жыштыктагы кирүүлөр ар кандай bpm маанилерин берет.

7 -кадам: ЭКГ маалыматын чогултуу

Эми сиз схемаңызга симуляцияланган ЭКГ сигналын киргизе аласыз жана маалыматтарды LabVIEW программаңызга жаздыра аласыз! Бул сиздин жазылган маалыматка кандай таасир этерин билүү үчүн симуляцияланган ЭКГнын жыштыгын жана амплитудасын өзгөртүңүз. Жыштыгы өзгөргөн сайын, сиз эсептелген жүрөктүн кагышынын өзгөрүшүн көрүшүңүз керек. Сиз ЭКГны жана жүрөктүн кагышын көзөмөлдөөчү камераны ийгиликтүү иштеп чыктыңыз!

8 -кадам: Андан ары жакшыртуу

Курулган аппарат симуляцияланган ЭКГ сигналдарын алуу үчүн жакшы иштейт. Бирок, эгерде сиз биологиялык сигналдарды жазгыңыз келсе (тийиштүү коопсуздук чараларын сактоону унутпаңыз), сигналдын окулушун жакшыртуу үчүн микросхемаларга кошумча өзгөртүүлөрдү киргизүү керек. DC өтүүсүн жана төмөнкү жыштыктагы кыймыл артефакттарын жок кылуу үчүн жогорку өткөрмө чыпкасы кошулушу керек. Приборлордун күчөткүчүнүн кирешеси LabVIEW жана op amps үчүн жарактуу диапазондо калуу үчүн он эсе азайышы керек.

Булактар

[1] S. Meek жана F. Morris, “Киришүү. II-негизги терминология.,”BMJ, vol. 324, жок. 7335, 470–3 -бб., Февраль 2002.

[2] Чиа-Хун Лин, ЭКГ үчүн Frequency-домендик өзгөчөлүктөр боз реляциялык анализге негизделген классификаторду колдонуп, дискриминацияны жеңет, In Computers & Mathematics with Applications, Volume 55, Issue 4, 2008, 680-690, ISSN 0898-1221, [3] “Экинчи орден чыпкасы | Экинчи даражадагы төмөн өтмө чыпканын дизайны.” Негизги Электрондук Окутуулар, 9 Сентябрь 2016, www.electronics-tutorials.ws/filter/second-order-…