ЭКГ жана жүрөктүн кагышынын виртуалдык колдонуучу интерфейси: 9 кадам

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

Бул үйрөткүч үчүн, биз сизге жүрөгүңүздүн согуусун кабыл алуу үчүн схеманы кантип курууну жана аны виртуалдык колдонуучу интерфейсинде (VUI) дисплейиңиздин жүрөгүңүздүн согушу жана жүрөктүн кагышын көрсөтүү менен көрсөтөбүз. Бул анализдөө жана маалыматтарды чыгаруу үчүн райондук компоненттердин салыштырмалуу жөнөкөй айкалышын жана LabView программасын талап кылат. 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.

Материалдар

Район:

• Нан тактасы:
• Каршылаштар:
• Конденсаторлор:
• Op Amps:
• Райондук зымдар (Breadboard шилтемесине киргизилген)
• Аллигатор клиптери
• Банан аккорды
• Agilent E3631A DC электр менен камсыздоо
• Милдети генератор
• Осциллограф

LabView:

• LabView программалык камсыздоо
• DAQ тактасы
• Райондук зымдар
• Изоляцияланган аналогдук киргизүү
• Милдети генератор

1 -кадам: Кандай фильтрлерди жана күчөткүчтөрдү колдонууну аныктаңыз

ЭКГ сигналын көрсөтүү үчүн, чынжырдын үч башка баскычы иштелип чыккан жана ишке ашырылган: приборлордун күчөткүчү, оймо чыпкасы жана аз өтмө чыпкасы. Аспаптык күчөткүч сигналды күчөтөт, анткени предметтен алынган учурда көбүнчө абдан кичинекей жана көрүү жана анализдөө кыйын. Чыпка чыпкасы 60 Гцте ызы -чууну кетирүү үчүн колдонулат, анткени ЭКГ сигналында 60 Гцте сигналдар жок. Акыр-аягы, аз өтүүчү чыпка сигналдан ызы-чууну алып салуу үчүн жогорку жыштыктарды жок кылат жана чыпкасы менен айкалышта ЭКГ сигналында көрсөтүлгөн жыштыктарга гана уруксат берет.

2 -кадам: Инструменталдык күчөткүчтү түзүңүз жана аны сынап көрүңүз

Күчөткүч 1000 В/В кирешеге ээ болушу керек жана көрүнүп тургандай, күчөткүч эки баскычтан турат. Ошондуктан, киреше эки этаптын ортосунда тең бөлүштүрүлүшү керек, мында K1 биринчи этаптын жана K2 экинчи этаптын пайдасы. Биз K1ди 40 жана K2ди 25 деп аныктадык. Бул алгылыктуу баалуулуктар, анткени бирге көбөйтүлгөндө 1000 В/В киреше алынат, 40 x 25 = 1000 жана алар салыштырмалуу өлчөмдө 15 V/V дисперсиясы. Бул баалуулуктарды пайда үчүн колдонуп, туура каршылыктарды эсептеп чыкса болот. Бул эсептөөлөр үчүн төмөнкү теңдемелер колдонулат:

1 -этап: К1 = 1 + 2R2R1 (1)

2 -этап: К2 = -R4R3 (2)

Биз өзүм билемдик менен R1 маанисин тандап алдык, бул учурда ал 1 кОм, андан кийин R2 мааниси үчүн кийин чечилет. Алдыңкы баалуулуктарды 1 -этаптын теңдемесине кошуп, биз:

40 = 1 + 2R2*1000⇒R2 = 19, 500 Ω

Каршылыктарды тандоодо алар kOhm диапазонунда болушун камсыз кылуу маанилүү, анткени чоң резистор канчалык чоң болсо, ошончолук күч зыянга учурабай коопсуз түрдө тарайт. Эгерде каршылык өтө кичине жана ток өтө чоң болсо, анда резистор бузулат жана схеманын өзү иштей албайт. 2 -этап үчүн ошол эле протоколго ылайык, биз өзүм билемдик менен R3, 1 кОм маанисин тандап, андан кийин R4 үчүн чечтик. Мурунку баалуулуктарды 2 -этаптын теңдемесине кошуп, биз: 25 = -R4*1000 ⇒R4 = 25000 Ω

Терс белгиси жокко чыгарылат, анткени каршылыктар терс болушу мүмкүн эмес. Бул баалуулуктарга ээ болгондон кийин, сүрөттөгү төмөнкү схеманы куруңуз. Анда сынап көрүңүз!

Agilent E3631A DC Power Supply +15 V жана -15 V чыгуучу операциялык күчөткүчтөргө 4 жана 7 -казыктарга барат. Функция генераторун 1 кГц жыштыгы бар Жүрөк толкун формасын, VV 12,7 мВ, жана 0 V. жылышы. Бул киргизүү схеманын биринчи стадиясында иштөөчү күчөткүчтөрдүн 3 пин болушу керек. Экинчи этаптын иштөөчү күчөткүчүнүн 6-пининен келген күчөткүчтүн чыгышы осциллографтын 1-каналында көрсөтүлөт жана чыңалуунун чокусунан чокусуна чейин ченелет жана жазылат. Аспаптык күчөткүчтүн 1000 В/В кем эмес кирешеге ээ болушун камсыз кылуу үчүн, чыңалуу чокусунан чокуга чейин 12,7 В кем болбошу керек.

3 -кадам: Notch чыпкасын түзүңүз жана аны сынап көрүңүз

Ночной чыпка биосигналдан 60 Гц ызы -чууну алып салуу үчүн керек. Бул талапка кошумча, анткени бул чыпкага мындан аркы күчөтүүнү кошуунун кажети жок, сапаттын коэффициенти 1ге коюлган. Аспаптык күчөткүчтөгүдөй эле, биз биринчи R1, R2, R3 жана C үчүн төмөнкү дизайнды колдонуп баалуулуктарды аныктадык. сап чыпкасы үчүн теңдемелер: R1 = 1/(2Q⍵0C)

R2 = 2Q/(⍵0C)

R3 = R1R/(2R1 + R2)

Q = ⍵0/β

β = ⍵c2 -⍵c1

Бул жерде Q = сапаттык фактор

⍵0 = 2πf0 = борбордук жыштык рад/сек

f0 = борбордук жыштык Гц

β = рад/сек менен өткөрүү жөндөмдүүлүгү

⍵c1, ⍵c2 = чекит жыштыктары (рад/сек)

Биз өзүм билемдик менен С маанисин тандап алдык, бул учурда ал 0.15 µF болгон, андан кийин R1 мааниси үчүн кийин чечилген. Сапат факторунун, борбордук жыштыктын жана сыйымдуулуктун мурунку маанилерине кошулуп, биз төмөнкүлөрдү алабыз:

R1 = 1/(2 (1) (2π60) (0.15x10-6)) = 1105.25

Жогоруда айтылгандай, приборлордун күчөткүчүнүн конструкциясын талкуулоодо, каршылыктарды чечүүдө алар kOhm диапазонунда тургандыктан, чынжырга эч кандай зыян келтирилбегенине ынануу керек. Эгерде каршылыктарды чечүүдө бирөө өтө кичине болсо, анда андай болбошун камсыз кылуу үчүн сыйымдуулук сыяктуу маанини өзгөртүү керек. R1, R2 жана R3 теңдемелерин чечкендей эле чечсе болот:

R2 = 2 (1)/[(2π60) (0.15x10-6)] = 289.9 кОм

R3 = (1105.25) (289.9x103)/[(1105.25) + (289.9x103)] = 1095.84 Ω

Андан тышкары, эксперименталдык мааниге кийин теориялык мааниге ээ болуу үчүн өткөрүү жөндөмдүүлүгүн чечиңиз:

1 = (2π60)/β⇒β = 47.12 рад/сек

Каршылык маанилерин билгенден кийин, нан тактасында схема куруңуз.

Бул жерде чынжырдын бул этабы гана сыналышы керек, андыктан аны приборлордун күчөткүчүнө туташтырууга болбойт. Agilent E3631A DC Power Supply операциялык күчөткүчтү +15 В жана -15 V 4 жана 7 -казыктарга баруу үчүн колдонулат. Функция генератору 10 Гц баштапкы жыштыгы бар синусоидалык толкун формасын чыгарууга коюлган. Vpp 1 V, жана 0 V. жылышы Оң кириш R1ге, ал эми терс киргизүү жерге туташтырылышы керек. Кириш да осциллографтын 1 -каналына туташтырылышы керек. Операциялык күчөткүчтүн 6 -пининен келген оюк чыпкасынын чыгышы осциллографтын 2 -каналында көрсөтүлөт. AC чыпкасы 10 Гцтен 100 Гцке чейинки жыштыкты өзгөртүү менен өлчөнөт жана жазылат. Жыштыгы 50 Гцке жеткенге чейин 10 Гц кадам менен көбөйтүүгө болот. Андан кийин 2 Гц өсүштөрү 59 Гцке чейин колдонулат. 59 Гцке жеткенден кийин, 0.1 Гц өлчөмүн алуу керек. Андан кийин, 60 Гцке жеткенден кийин, кадамдарды дагы бир жолу көбөйтүүгө болот. Vout/Vin катышы жана фаза бурчу жазылышы керек. Vout/Vin катышы 60 Гцте -20 дБдан кем эмес же барабар болсо, бул катышты камсыз кылуу үчүн каршылык маанилерин өзгөртүү керек. Андан кийин бул маалыматтан жыштык жооп схемасы жана фазалык жооп схемасы курулат. Жыштыктын жообу графикте окшош болушу керек, бул 60Гцтин тегерегиндеги жыштыктар алынып салынганын далилдейт, бул сиз каалаган нерсе!

4-кадам: Төмөн өтмө чыпканы түзүңүз жана аны сынап көрүңүз

Аз өтмө чыпканын үзүлүү жыштыгы 150 Гц деп аныкталат. Бул маани ЭКГда бар болгон бардык жыштыктарды сактап калгыңыз келгендиктен, өзгөчө жогорку жыштыктарда ашыкча ызы -чууну алып салууну каалагандыктан тандалды. Т толкунунун жыштыгы 0-10 Гц, Р толкуну 5-30 Гц диапазонунда жана 8-50 Гц диапазонунда QRS комплекси. Бирок, анормалдуу карынчанын өткөрүмдүүлүгү адатта 70 Гцтен жогору болгон жыштыктар менен мүнөздөлөт. Ошондуктан, жогорку жыштыктагы ызы -чууну кесип жатканда, биз бардык жыштыктарды, атүгүл жогорку жыштыктарды басып алууну камсыз кылуу үчүн 150 Гц чектик жыштык катары тандалды. 150 Гц чектик жыштыктан тышкары, сапаттык фактор К дагы 1ге коюлат, анткени мындан ары күчөтүү талап кылынбайт. Биз биринчи R1, R2, R3, R4, C1 жана C2 үчүн төмөнкү өткөрмө чыпкасы үчүн төмөнкү дизайн теңдемелерин колдонуу менен баалуулуктарды аныктадык:

R1 = 2/[⍵c [aC2 + sqrt ([a^2 + 4b (K -1)] C2^2 - 4bC1C2)]

R2 = 1/[bC1C2R1⍵c^2]

K> 1 болгондо R3 = K (R1+ R2)/(K -1)

R4 = K (R1+R2)

C2 болжол менен 10/fc uF

C1 <C2 [a2 + 4b (K -1)] 4b

Бул жерде K = пайда

⍵c = кесүү жыштыгы (рад/сек)

fc = кесүү жыштыгы (Гц)

а = чыпкасы коэффициенти = 1.414214

b = чыпканын коэффициенти = 1

Киреше 1 болгондуктан, R3 ачык микросхема менен алмаштырылат жана R4is кыска чыңалуу менен алмаштырылат, бул аны чыңалуунун жолдоочусу кылат. Ошондуктан, бул баалуулуктарды чечүүнүн кажети жок. Биз биринчи C2 мааниси үчүн чечтик. Бул теңдемеге мурунку баалуулуктарды кошуп, биз төмөнкүлөрдү алабыз:

C2 = 10/150 uF = 0.047 uF

Андан кийин, C1ди C2 маанисин колдонуу менен чечсе болот.

C1 <(0.047x10^-6) [1.414214^2 + 4 (1) (1 -1)]/4 (1)

C1 <0.024 uF = 0.022 uF

Сыйымдуулуктун маанилери чечилгенден кийин, R1 жана R2 төмөнкүчө эсептелиши мүмкүн:

R1 = 2 (2π150) [(1.414214) (0.047x10-6) + ([1.4142142 + 4 (1) (1 -1)] 0.047x10-6) 2-4 (1) (0.022x10-6) (0.047 x10-6))] R1 = 25486.92 Ω

R2 = 1 (1) (0.022x10-6) (0.047x10-6) (25486.92) (2π150) 2 = 42718.89 Ω

Туура каршылыктар менен схемада көрүнгөн схеманы куруңуз.

Бул жалпы дизайндын акыркы этабы жана нан чыпкасынын сол жагында, чыпкалуу чыпканын чыгышы жана аз өтүүчү чыпка үчүн киргизүү чыңалуусу бар нан тактасына курулушу керек. Бул схема туура эсептелген каршылыгы жана сыйымдуулугу жана мурунку эле нан тактасы жана бир иштөөчү күчөткүч менен курулушу керек. Район 3 -сүрөттөгү схеманы колдонуу менен курулгандан кийин, ал сыналат. Бул этап гана ушул жерде сыналышы керек, андыктан ал приборлордун күчөткүчүнө же оюк чыпкасына туташпашы керек. Ошондуктан, Agilent E3631A DC Power Supply +15 жана -15 V 4 жана 7 -казыктарга бара турган операциялык күчөткүчтү иштетүү үчүн колдонулат. Функциянын генератору 10 Гц баштапкы жыштыгы бар синусоидалык толкун формасын чыгарууга коюлган, a Vpp 1 V, жана 0 V офсет. Оң киргизүү R1ге, ал эми терс киргизүү жерге туташтырылышы керек. Кириш да осциллографтын 1 -каналына туташтырылышы керек. Операциялык күчөткүчтүн 6 -пининен келген оюк чыпкасынын чыгышы осциллографтын 2 -каналында көрсөтүлөт. AC чыпкасы 10 Гцтен 300 Гцке чейинки жыштыктагы өзгөрүүлөр менен өлчөнөт жана жазылат. 150 Гц кесүү жыштыгына жеткенге чейин жыштыгы 10 Гц кадам менен көбөйтсө болот. Андан кийин, жыштыгы 5 Гцке 250 Гцке жеткенге чейин көбөйтүү керек. Шыпырууну бүтүрүү үчүн 10 Гц жогорку кадамдар колдонулушу мүмкүн. Vout/Vin катышы жана фаза бурчу жазылат. Эгерде чектин жыштыгы 150 Гц эмес болсо, анда каршылыктын маанилерин өзгөртүү керек, бул чындыгында чектин жыштыгы. Жыштыкка жооп берүү сюжети сүрөттөгүдөй болушу керек, анда сиз кесүү жыштыгы 150 Гц тегерегинде экенин көрө аласыз.

5 -кадам: Бардык 3 компонентти бириктирип, электрокардиограммага окшоштуруу (ЭКГ)

Мурунку компоненттин акыркы райондук компонентинин арасына кийинки компоненттин башына зым кошуу менен бардык үч этапты туташтырыңыз. Толук схема диаграммада көрүнүп турат.

Функция генераторун колдонуп, ЭКГнын дагы бир сигналын окшоштуруңуз, эгерде компоненттер ийгиликтүү курулган жана туташтырылган болсо, анда осциллографта сүрөттө көрсөтүлгөндөй болушу керек.

6 -кадам: DAQ тактасын орнотуу

DAQ тактасынын үстүн көрүүгө болот. Аны иштетүү үчүн компьютердин арт жагына туташтырыңыз жана Изоляцияланган Аналогдук Киргизүүнү тактанын 8 -каналына (ACH 0/8) коюңуз. Изоляцияланган аналогдук кирүүнүн "1" жана "2" деп белгиленген тешиктерине эки зым салыңыз. Функция генераторун 1 Гц ЭКГ сигналын Vm 500мВ жана 0В офсет менен чыгаруу үчүн орнотуңуз. Функция генераторунун чыгышын Изоляцияланган Аналогдук Киргизүүгө жайгаштырылган зымдарга туташтырыңыз.

7 -кадам: LabView ачыңыз, жаңы долбоор түзүңүз жана DAQ жардамчысын орнотуңуз

LabView программалык камсыздоону ачыңыз жана жаңы долбоорду түзүңүз жана файлдын ачылуучу менюсунда жаңы VI ачыңыз. Баракты оң баскыч менен чыкылдатып, компонент терезесин ачыңыз. "DAQ Assistant Input" издеп, экранга сүйрөңүз. Бул автоматтык түрдө биринчи терезени тартат.

Сигналдарды алуу> Аналогдук киргизүү> Чыңалуу тандоо. Бул экинчи терезени тартат.

Ai8ди тандаңыз, анткени сиз изоляцияланган аналогдук кирүүнү 8 -каналга киргиздиңиз. Акыркы терезени тартуу үчүн Finish тандаңыз.

Алуу режимин үзгүлтүксүз үлгүлөргө, үлгүлөрдү окуу үчүн 2к жана ченди 1кГцке өзгөртүңүз. Андан кийин терезеңиздин жогору жагында Run тандаңыз жана жогорудагыдай көрүнүшү керек. Эгерде ЭКГ сигналы тескери болсо, байланыш генерациясынан DAQ тактасына которуңуз. Бул сиз ЭКГ сигналын ийгиликтүү алып жатканыңызды көрсөтөт! (Ооба!) Эми аны анализдөө үчүн коддош керек!

8 -кадам: Code LabView ЭКГ сигналынын компоненттерин талдоо жана жүрөктүн кагышын эсептөө

LabViewде сүрөттөгү символдорду колдонуңуз

Сиз буга чейин DAQ жардамчысын койгонсуз. DAQ жардамчысы аналогдук чыңалуу сигналы болгон сигналды алат, же функция генератору менен окшоштурулган же тийиштүү түрдө жайгаштырылган электроддорго илинген адамдан алынган. Андан кийин бул сигналды алып, аны үзгүлтүксүз тандоо жана 2000 үлгүлөрдүн параметрлери бар A/D конвертери аркылуу иштетет, 1 кГц ылдамдыкта ылдамдыкта жана максималдуу жана мин чыңалуусу 10В жана -10В. Бул алынган сигнал визуалдык түрдө көрүнүшү үчүн графикке чыгарылат. Ал ошондой эле бул айландырылган толкун формасын алат жана 5ти кошуп, терс бурулушту камсыз кылат жана андан кийин чокуларды айкыныраак, чоңураак жана анализдөө үчүн 200гө көбөйтүлөт. Андан кийин 2.5/max операнд аркылуу толкун формасынын максималдуу жана мини маанисин 2,5 секунд ичинде аныктайт. Максималдуу маанини өзгөртө турган пайызга көбөйтүү керек, бирок адатта 90% (0.9) түзөт. Бул маани минималдуу мааниге кошулат жана чоку катары операнддын чокусуна жөнөтүлөт. Натыйжада, бул чектен ашкан толкун формасынын графигинин ар бир чекити чоку катары аныкталат жана чоку детекторунун операторунун чокулары катарында сакталат. Бул чокулар массиви эки башка функцияга жөнөтүлөт. Бул функциялардын бири эң чоң массивди жана толкун формасын максималдуу маани оператору аркылуу алат. Бул функциянын ичинде, dt, бул эки киргизүү чокулардын ар бири үчүн убакыт маанисине айландырылат. Экинчи функция эки индекстин операторунан турат, алар чокуну аныктоо функциясынын жайгашуусун алып, 0 -чокунун жана 1 -чокунун жайгашкан жерлерин алуу үчүн өзүнчө индекстейт. Бул эки жердин ортосундагы айырма минус оператор тарабынан эсептелет жана андан кийин dt функциясынан алынган убакыт маанилерине көбөйтүлөт. Бул мезгилди же эки чокунун ортосундагы убакытты секундада чыгарат. Аныктама боюнча, мезгилге бөлүнгөн 60 BPM берет. Бул маани абсолюттук операнд аркылуу иштелип чыгат, бул дайыма оң болгондугуна ынануу үчүн жана жакынкы бүтүн санга тегеректелет. Бул жүрөктүн кагышын толкун формасынын чыгышы менен бир экранга чыгаруунун акыркы этабы. Акыр -аягы, бул блок -схема биринчи сүрөттө окшош болушу керек.

Блок -схеманы бүтүргөндөн кийин, эгер сиз программаны иштетсеңиз, анда сүрөттү чыгаруу керек.

9 -кадам: Районду жана LabView компоненттерин бириктирип, чыныгы адамга туташыңыз

Эми кызыктуу бөлүгү үчүн! Чыныгы ЭКГга ээ болуу жана анын жүрөгүнүн кагышын эсептөө үчүн сулуу схемаңыз менен LabView программасын бириктирип. Районду адамга ылайыкташтырып өзгөртүү жана жашоого жөндөмдүү сигналды чыгаруу үчүн, приборлордун күчөткүчүнүн кирешеси 100гө чейин төмөндөтүлүшү керек. анда операциялык күчөткүчтү каныктырат. Кирешени азайтуу менен бул бул маселени азайтат. Биринчиден, приборлордун күчөткүчүнүн биринчи этабынын кирешеси 4кө көбөйтүлөт, ошондо жалпы киреше 100 болот. Андан кийин 1 -теңдөөнү колдонуп, R2is 19,5 кОмго чейин орнотулат жана R1is төмөнкүчө табылган:

4 = 1 + 2 (19, 500) R1⇒R1 = 13 kΩ Андан кийин, приборлордун күчөткүчү мурда жасалган нан тактасында 2 -кадамда көрсөтүлгөндөй R1to 13 kΩ каршылыгын өзгөртүү аркылуу өзгөртүлөт. Бүт схема туташтырылган жана схеманы LabView аркылуу текшерсе болот. Agilent E3631A DC Power Supply +15 V жана -15 V чыгуучу операциялык күчөткүчтөргө 4 жана 7 -казыктарга барат. ЭКГ электроддору темага оң коргошун (G1) менен сол чурайга барат, терс коргошун (G2) оң билекке барат, жана жер (COM) оң таманга барат. Адамдын салымы позитивдүү коргошун биринчи операциялык күчөткүчтүн 3 -пунктуна жана экинчи иштөөчү күчөткүчүнүн 3 -түйүнүнө туташкан терс коргошун менен чынжырдын биринчи этабында иштөөчү күчөткүчтөрдүн 3 -пин туташтырылышы керек. Жер нандын тактайынын жерине туташат. Күчөткүчтүн чыгышы, аз өтүүчү чыпканын 6-пининен келип, DAQ тактасына тиркелет. Абдан тынч жана тынч турганыңызды текшериңиз жана LabViewде сүрөттөгүдөй окшош чыгууну алышыңыз керек.

Бул сигнал, албетте, функция генератору симуляциялаган кемчиликсиз сигналга караганда алда канча ызы -чуу. Натыйжада, жүрөктүн кагышы көп секирет, бирок 60-90 BPM диапазону менен өзгөрүшү керек. Жана сенде бар! Район куруу жана кээ бир программаларды коддоо аркылуу өзүбүздүн жүрөктүн кагышын өлчөөнүн кызыктуу жолу!