Биоэлектрдик сигналдарды жаздыруу: ЭКГ жана Жүрөктүн Урушунун Монитору: 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.

Электрокардиограмма (ЭКГ) - бул субъекттин жүрөгүнүн электрдик активдүүлүгүн аныктоо жана өлчөө үчүн беттик электроддор белгилүү бир тартипте объектке жайгаштырылган сыноо [1]. ЭКГнын көптөгөн колдонуулары бар жана хирургия учурунда жүрөк ооруларынын диагнозун коюуда, стресс -тесттерде жана байкоодо иштей алат. ЭКГ ошондой эле жүрөктүн согуусун, аритмияны, инфарктты жана башка көптөгөн тажрыйбаларды жана оорулардын өзгөрүшүн аныктай алат [1], ошондой эле жогоруда көйгөйлүү билдирүүдө. ЭКГ менен өлчөнгөн жүрөк сигналы иштөөчү жүрөктүн жандуу түрүн чагылдырган үч түрдүү толкун формасын чыгарат. Булар жогорудагы сүрөттө көрсөтүлгөн.

Бул долбоордун максаты - чыгаруучу генератордон же адамдан ЭКГ сигналын ала турган жана ызы -чууну жок кылуу менен сигналды кайра чыгаруучу түзүлүштү түзүү. Системанын өндүрүшү BPMди да эсептеп чыгат.

Кел, баштайлы!

1 -кадам: Бардык материалдарды чогултуу

Бул ЭКГны түзүү үчүн биз эки негизги бөлүктөн турган системаны түзөбүз, бул схема жана LabVIEW системасы. Райондун максаты - биз каалаган сигналды алганыбызга ынануу. Биздин ЭКГ сигналын жок кыла турган чөйрөдө ызы -чуу көп, ошондуктан биз сигналды күчөтүшүбүз керек, ошондой эле ар кандай ызы -чууну чыпкалоо керек. Сигнал чыпкаланган жана схема аркылуу күчөтүлгөндөн кийин, биз тазаланган сигналды толкун формасын көрсөтүүчү жана BPMди эсептей турган LabVIEW программасына жөнөтө алабыз. Бул долбоор үчүн төмөнкү материалдар керек:

-Резистор, конденсатор жана иштөөчү күчөткүч (оп -ампер -UA741 колдонулган) электр компоненттери

-Куроо жана сыноо үчүн ширетилбеген нан

-DC электр энергиясы оп-амперлерге энергия берүү үчүн

-Биоэлектрдик сигналды берүүчү генератор

-Кирүү сигналын көрүү үчүн осциллограф

-DAQ тактасы аналогдон санарипке сигналды которуу үчүн

Чыгуу сигналын байкоо үчүн -LabVIEW программасы

-BNC жана өзгөрмөлүү коргошун кабелдери

2 -кадам: Райондун дизайнын түзүү

Биз жаңы эле талкуулагандай, сигналды чыпкалоо жана күчөтүү керек. Бул үчүн биз өзүбүздүн айланабыздын 3 башка этабын орното алабыз. Биринчиден, биз сигналды күчөтүшүбүз керек. Бул прибордун күчөткүчүн колдонуу менен жасалышы мүмкүн. Ошентип, биздин кирүү сигналыбызды акыркы продуктта алда канча жакшы көрүүгө болот. Биз андан кийин бул приборлордун күчөткүчтөрү менен катар саптуу фильтрге ээ болушубуз керек. Чыпка фильтр биздин булактан чыккан ызы -чууну жок кылуу үчүн колдонулат. Андан кийин, биз төмөн өтүү чыпкасы болушу мүмкүн. ЭКГ көрсөткүчтөрү, адатта, төмөнкү жыштыкта болгондуктан, биз ЭКГнын окуу чегинен тышкары болгон бардык жыштыктарды кесип салгыбыз келет, андыктан биз аз өтмө чыпканы колдонобуз. Бул этаптар кийинки кадамдарда кененирээк түшүндүрүлөт.

Эгерде сиз өзүңүздүн схемаңыз менен кыйынчылыкка туш болуп жатсаңыз, анда сиздин схемаңызды интернеттеги программада окшоштуруу эң жакшы. Мына ушундай жол менен, сиз каршылыктын жана конденсатордун эсептөөлөрүнүн тууралыгын текшере аласыз.

3 -кадам: Аспаптык күчөткүчтү долбоорлоо

Биоэлектрдик сигналды эффективдүү байкоо үчүн сигналды күчөтүү керек. Бул долбоор үчүн, жалпысынан 1000 V/V жетүү үчүн ээ болуу. Аспаптык күчөткүчтөн көрсөтүлгөн кирешеге жетүү үчүн, схема үчүн каршылык көрсөткүчтөрү төмөнкү теңдемелер менен эсептелген:

(1 -этап) K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

(2 -этап) K2 = -R4 / R3

Жалпы этапты эсептөө үчүн этаптардын ар бири көбөйтүлгөн жерде. 1000 В/В киреше алуу үчүн тандалган резистордук маанилер R1 = 10 kOhms, R2 = 150 kOhms, R3 = 10 kOhms жана R4 = 330 kOhms болуп саналат. Физикалык схеманын оп-амперлерин иштетүү үчүн +/- 15 В чыңалуу диапазонун берүү үчүн туруктуу токтун булагын колдонуңуз (учурдагы чекти төмөн кармоо). Эгерде сиз резисторлордун чыныгы баалуулугун текшерүүнү кааласаңыз же бул кирешеге жетүүнү кааласаңыз, анда PSpice же CircuitLab сыяктуу программаны колдонуу менен схеманы симуляциялоого же берилген сигналдын чыңалуусу бар осциллографты колдонуп, чындыгын текшерүүгө болот. физикалык күчөткүчтү кургандан кийин пайда болот. Функциянын генераторун жана осциллографты схеманы иштетүү үчүн күчөткүчкө туташтырыңыз.

Жогорудагы сүрөттө PSpice симуляциялык программасында схема кандай көрүнгөнү сүрөттөлгөн. Сиздин схемаңыздын туура иштеп жаткандыгын текшерүү үчүн, функция генераторунан 1 кГц 10 мВ чокудан туу чокусуна чейин синус толкунун, схема аркылуу жана осциллографка жеткириңиз. Осциллографта 10 В чокудан туу чокусуна чейин синус толкуну байкалууга тийиш.

4 -кадам: Notch чыпкасын долбоорлоо

Бул схема менен иштөөдө белгилүү бир көйгөй - бул 60 Гц ызы -чуу сигналынын Америка Кошмо Штаттарынын электр менен камсыздоо линиялары тарабынан чыгарылышы. Бул ызы -чууну жок кылуу үчүн, схемага кирүүчү сигнал 60 Гц чыпкаланууга тийиш жана муну фильтр менен караганда кандай жакшы!

Чыпка чыпкасы (жогоруда сүрөттөлгөн схема) - сигналдын белгилүү бир жыштыгын алып салуу үчүн колдонула турган электр чыпкасынын белгилүү бир түрү. 60 Гц сигналын алып салуу үчүн биз төмөнкү теңдемелерди эсептеп чыктык:

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

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

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

Q = w / B

B = w2 - w1

Татыктуу так чыпканы иштеп чыгуу үчүн 8дин сапаттык факторун (Q) колдонуу, оңой чогултуу үчүн 0,033 uFarads сыйымдуулугу (C) жана борбордук жыштыгы (w) 2 * pi * 60 Гц. Бул R1 = 5.024 kOhms, R2 = 1.2861 MOhms жана R3 = 5.004 kOhms резисторлорунун баалуулуктарын ийгиликтүү эсептеп чыкты жана кирүү биоэлектрдик сигналынан 60 Гц жыштыгын алып салуу үчүн чыпканы ийгиликтүү түздү. Эгерде сиз чыпканы текшергиңиз келсе, анда PSpice же CircuitLab сыяктуу программаны колдонуп, схеманы окшоштуруп, же берилген сигналдын чыңалуусу бар осциллографту колдонуп, физикалык күчөткүчтү кургандан кийин алынып салынган сигналды текшериңиз. Функциянын генераторун жана осциллографты схеманы иштетүү үчүн күчөткүчкө туташтырыңыз.

Бул схема менен 1 Гцтен 1 кГцке чейинки диапазондо 1 В чокудан туу чокусуна чейин чыңалуу диапазонун аткаруу, 60 Гцтеги "нук" түрүндөгү өзгөчөлүктү бериши керек, ал кириштен алынып салынат. сигнал.

5 -кадам: Low Pass чыпкасын иштеп чыгуу

Райондун акыркы баскычы төмөн өтүү чыпкасы, атап айтканда Экинчи Тартип Баттерворт Төмөн өтмө чыпкасы. Бул биздин ЭКГ сигналын изоляциялоо үчүн колдонулат. ЭКГнын толкун формалары адатта 0дөн ~ 100 Гцке чейинки жыштык чектеринде болот. Ошентип, биз резисторубуздун жана конденсаторубуздун маанилерин 100 Гц кесилиш жыштыгына жана 8 салыштырмалуу так чыпкасына негиздеп эсептейбиз.

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

Биз эсептеген баалуулуктар R1 = 81.723kOhms, R2 = 120.92kOHms, C1 = 0.1 microFarads жана C2 = 0.045 microFarads менен аяктады. + Жана 15В туруктуу чыңалуудагы оп -амперди кубаттаңыз. Эгерде сиз чыпканы текшергиңиз келсе, анда PSpice же CircuitLab сыяктуу программаны колдонуу менен схеманы симуляциялай аласыз, же берилген сигналдын чыңалуусу бар осциллографты колдонуңуз жана физикалык күчөткүчтү кургандан кийин алынып салынган сигналды текшериңиз. Функциянын генераторун жана осциллографты схеманы иштетүү үчүн күчөткүчкө туташтырыңыз. Чектөө жыштыгында сиз -3 дБ чоңдугун көрүшүңүз керек. Бул сиздин схемаңыздын туура иштеп жатканын көрсөтүп турат.

6 -кадам: LabVIEW орнотуу

Эми схема түзүлгөндөн кийин, биз сигналды чечмелей алгыбыз келет. Бул үчүн биз LabVIEW колдоно алабыз. DAQ жардамчысы схемадан сигнал алуу үчүн колдонулушу мүмкүн. LabVIEW ачкандан кийин, схеманы жогорудагы диаграммада көрсөтүлгөндөй орнотуңуз. DAQ жардамчысы бул кирүүнү окуудан алат жана сигнал толкун формасына өтөт. Бул ЭКГнын толкун формасын көрүүгө мүмкүнчүлүк берет!

Кийинки биз BPM эсептеп келет. Жогорудагы орнотуу муну сиз үчүн кылат. Программа алгач ЭКГ сигналынын максималдуу маанилерин алуу менен иштейт. Босого мааниси бизге келе жаткан бардык жаңы баалуулуктарды аныктоого мүмкүндүк берет, алар биздин максималдуу маанибиздин пайызына жетет (бул учурда 90%). Бул баалуулуктардын жайгашкан жерлери индекстөө массивине жөнөтүлөт. Индекстөө 0дөн башталып жаткандыктан, биз 0 -жана 1 -пункттарды алып, алардын ортосундагы убакыттын өзгөрүүсүн эсептегибиз келет. Бул бизге уруунун ортосундагы убакытты берет. Андан кийин BPMди табуу үчүн ошол маалыматтарды экстраполяциялайбыз. Тактап айтканда, бул dt элементинен чыккан чыгымды көбөйтүү жана индекстөө массивдериндеги эки маанинин ортосундагы азайтууну чыгаруу жана 60ка бөлүү аркылуу жасалат (анткени биз мүнөткө айландырып жатабыз).

7 -кадам: Баарын туташтырып, сынап көрүңүз

DAQ тактасынын киришине схеманы туташтырыңыз. Эми сиз киргизген сигнал DAQ тактасына өтөт жана LabVIEW программасы толкун формасын жана эсептелген BPMди чыгарат.

Куттуктайм!