Elektrokardioqram (EKQ) dövrəsi: 7 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:48

Qeyd: Bu tibbi cihaz deyil. Bu yalnız simulyasiya edilmiş siqnallardan istifadə edərək təhsil məqsədləri üçündür. Bu dövrəni real EKQ ölçmələri üçün istifadə edirsinizsə, zəhmət olmasa dövrənin və dövrə-cihaz əlaqələrinin düzgün izolyasiya üsullarından istifadə etdiyinə əmin olun.

Biyomedikal Mühəndisliyində iki tələbəyik və ilk dövrə dərsimizi aldıqdan sonra çox həyəcanlandıq və faydalı bir şey etmək üçün öyrəndiyimiz əsasları istifadə etməyə qərar verdik: EKQ göstərmək və ürək dərəcəsini oxumaq. Bu, indiyə qədər qurduğumuz ən mürəkkəb sxem olacaq!

EKQ ilə bağlı bəzi məlumatlar:

Bir çox elektrik cihazı insan orqanizmindəki bioloji aktivliyi ölçmək və qeyd etmək üçün istifadə olunur. Belə cihazlardan biri də ürəyin istehsal etdiyi elektrik siqnallarını ölçən elektrokardioqramdır. Bu siqnallar ürəyin quruluşu və funksiyası haqqında obyektiv məlumat verir. EKQ ilk dəfə 1887 -ci ildə hazırlanıb və həkimlərə ürək komplikasiyalarını təyin etmək üçün yeni bir yol təqdim edib. EKQ, ürək ritmini, nəbzini, ürək böhranlarını, ürəyə qeyri -kafi qan və oksigen tədarükünü və struktur anormallıqlarını aşkar edə bilər. Sadə sxem dizaynından istifadə edərək bütün bunları izləyə biləcək bir EKQ edilə bilər.

Addım 1: Materiallar

Dövrün qurulması

Dövrün qurulması üçün lazım olan əsas materiallar şəkillərdə göstərilmişdir. Bunlara daxildir:

• Çörək lövhəsi

• Əməliyyat gücləndiriciləri

  • Bu dövrədə istifadə olunan bütün op amperlər LM741 -dir.
  • Daha çox məlumat üçün məlumat cədvəlinə baxın:
• Rezistorlar
• Kondansatörler
• Tellər

• Yapışqan elektrodlar

  Dövrü real bir adam üzərində sınamağa qərar verdiyiniz təqdirdə bunlar lazımdır

İstifadə olunan proqramlar daxildir:

• LabVIEW 2016
• Dəyərləri yoxlamaq üçün simulyasiyalar üçün CircuitLab və ya PSpice

• Excel

  Dövrünüzün hər hansı bir xüsusiyyətini dəyişdirməyiniz lazım olduqda bu çox tövsiyə olunur. Rezistor və kondansatör dəyərlərini tapana qədər nömrələrlə oynamaq lazım ola bilər. Qələm və kağız hesablamaları bunun üçün cəsarətləndirdi! Bir fikir vermək üçün elektron tablo hesablamalarımızı əlavə etdik

Dövr testi

Daha böyük elektron cihazlara da ehtiyacınız olacaq:

• DC enerji təchizatı
• DAVI kartı, dövrə ilə LabVIEW arasında əlaqə qurur
• Test dövrəsi üçün funksiya generatoru
• Dövrü yoxlamaq üçün osiloskop

Addım 2: Alət Gücləndiricisi

Niyə ehtiyacımız var:

Bədəndən ölçülən kiçik amplitudu gücləndirmək üçün bir alət gücləndiricisi quracağıq. İlk mərhələdə iki gücləndiricinin istifadəsi bədənin yaratdığı səs -küyü (hər iki elektrodda eyni olacaq) ləğv etməyimizə imkan verəcəkdir. Təxminən bərabər qazanc əldə etmək üçün iki mərhələdən istifadə edəcəyik - bu, bütün qazancın bir yerdə baş verməsinin qarşısını alaraq sistemin bir insana bağlı olması istifadəçini qoruyur. EKQ siqnalının normal amplitudu 0,1 ilə 5 mV arasında olduğundan, cihaz gücləndiricisinin qazancının təxminən 100 olmasını istəyirik. Qazancın məqbul tolerantlığı 10%-dir.

Necə qurulacaq:

Bu spesifikasiyaları və cədvəldə görünən tənlikləri (əlavə şəkillər) istifadə edərək, müqavimət dəyərlərimizin R1 = 1.8 kiloOhms, R2 = 8.2 kiloOhms, R3 = 1.5 kiloOhms və R4 = 15 kiloOhms olduğunu gördük. K1 birinci mərhələnin (OA1 və OA2), K2 isə ikinci mərhələnin (OA3) mənfəətidir. Səs -küyü aradan qaldırmaq üçün əməliyyat gücləndiricilərinin enerji təchizatında bərabər tutumlu bypass kondansatörləri istifadə olunur.

Necə yoxlamaq olar:

Alət gücləndiricisinə daxil olan hər hansı bir siqnal 100 ilə gücləndirilməlidir. DB = 20log (Vout/Vin) istifadə etməklə bu 40 dB nisbətidir. Bunu PSpice və ya CircuitLab -da simulyasiya edə və ya fiziki cihazı və ya hər ikisini sınaya bilərsiniz!

Əlavə edilmiş osiloskop şəkli 1000 qazancını göstərir. Əsl EKQ üçün bu çox yüksəkdir!

Addım 3: Çentik Filtri

Niyə ehtiyacımız var:

ABŞ -dakı bütün enerji təchizatında mövcud olan 60 Hz səs -küyünü aradan qaldırmaq üçün bir çentik filtrindən istifadə edəcəyik.

Necə qurulacaq:

Q keyfiyyət faktorunu 8 olaraq təyin edəcəyik ki, bu da komponent dəyərlərini mümkün olan diapazonda saxlayarkən qəbul edilə bilən bir filtrasiya çıxışı təmin edəcək. Hesablamaların yalnız rezistorlara təsir etməsi üçün kondansatör dəyərini 0.1 μF olaraq təyin edirik. Hesablanmış və istifadə olunan müqavimət dəyərlərini cədvəldə (şəkillərdə) və ya aşağıda görmək olar

• Q = B/B

  Q -ni 8 -ə qoyun (və ya ehtiyacınıza görə özünüzü seçin)

• w = 2*pi*f

  f = 60 Hz istifadə edin

• C

  0.1 uF olaraq təyin edin (və ya mövcud kondansatörlərdən öz dəyərinizi seçin)

• R1 = 1/(2*Q*w*C)

  Hesablayın. Dəyərimiz 1.66 kohmdur

• R2 = 2*Q/(w*C)

  Hesablayın. Dəyərimiz 424.4 kohmdur

• R3 = R1*R2/(R1+R2)

  Hesablayın. Dəyərimiz 1.65 kohmdur

Necə yoxlamaq olar:

Çentik filtri 60 Hz ətrafında olanlar istisna olmaqla bütün tezlikləri dəyişmədən keçməlidir. Bunu AC süpürgəsi ilə yoxlamaq olar. 60 Hz -20 dB qazancı olan bir filtr yaxşı hesab olunur. Bunu PSpice və ya CircuitLab -da simulyasiya edə və ya fiziki cihazı və ya hər ikisini sınaya bilərsiniz!

Bu cür çentik filtri, simulyasiya edilmiş AC süpürgəsində yaxşı bir çentik yarada bilər, ancaq fiziki bir test, orijinal dəyərlərimizin nəzərdə tutulduğundan daha aşağı bir tezlikdə bir çentik meydana gətirdiyini göstərdi. Bunu düzəltmək üçün R2 -ni təxminən 25 kohm -a qaldırdıq.

Osiloskop şəkli, filtrin 60 Hz -də giriş siqnalının böyüklüyünü əhəmiyyətli dərəcədə azaldığını göstərir. Qrafik yüksək keyfiyyətli çentik filtri üçün AC süpürgəsini göstərir.

Addım 4: Aşağı keçid filtri

Niyə ehtiyacımız var:

Cihazın son mərhələsi aktiv aşağı keçid filtridir. EKQ siqnalı, hər birinin öz tezliyinə malik olan bir çox fərqli dalğa formasından ibarətdir. Bütün bunları yüksək tezlikli səs-küy olmadan çəkmək istəyirik. 150 Hz -lik EKQ monitorları üçün standart kəsmə tezliyi seçilir. (Yüksək kəsilmələr bəzən xüsusi ürək problemlərini izləmək üçün seçilir, lakin layihəmiz üçün normal bir kəsmə istifadə edəcəyik.)

Daha sadə bir dövrə etmək istəyirsinizsə, passiv aşağı keçid filtrindən də istifadə edə bilərsiniz. Bura bir op amp daxil olmayacaq və bir kondansatörlü seriyalı bir rezistordan ibarət olacaq. Çıxış gərginliyi kondansatör boyunca ölçülür.

Necə qurulacaq:

Bunu sırasıyla 1.414214 və 1 -ə bərabər olan a və b əmsallarına malik olan ikinci dərəcəli Butterworth filtri olaraq dizayn edəcəyik. Qazancın 1 olaraq təyin edilməsi əməliyyat gücləndiricisini bir gərginlik izləyicisinə çevirir. Seçilən tənliklər və dəyərlər cədvəldə (şəkillərdə) və aşağıda göstərilmişdir.

• w = 2*pi*f

  f = 150 Hz təyin edin

• C2 = 10/f

  Hesablayın. Dəyərimiz 0.067 uF -dir

• C1 <= C2*(a^2)/(4b)

  Hesablayın. Dəyərimiz 0.033 uF -dir

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

  Hesablayın. Qiymətimiz 18.836 kohm -dır

• R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

  Hesablayın. Dəyərimiz 26.634 kohmdur

Necə yoxlamaq olar:

Filtr, kəsilmənin altındakı tezlikləri dəyişmədən keçməlidir. Bu AC süpürgəsi istifadə edərək yoxlanıla bilər. Bunu PSpice və ya CircuitLab -da simulyasiya edə və ya fiziki cihazı və ya hər ikisini sınaya bilərsiniz!

Osiloskop şəkli filtrin 100 Hz, 150 Hz və 155 Hz -dəki reaksiyasını göstərir. Fiziki dövrəmizdə -3 dB nisbəti ilə göstərilən 155 Hz -ə yaxın bir kəsmə var idi.

Addım 5: Yüksək Süzgəc

Niyə ehtiyacımız var:

Yüksək keçid filtri, müəyyən bir kəsmə dəyərindən aşağı olan tezliklərin qeydə alınmaması üçün istifadə olunur və bu, təmiz bir siqnalın keçməsinə imkan verir. Kəsmə tezliyi 0,5 Hz (EKQ monitorları üçün standart dəyər) olaraq seçilir.

Necə qurulacaq:

Bunun üçün lazım olan müqavimət və kondansatör dəyərləri aşağıda göstərilmişdir. İstifadə etdiyimiz həqiqi müqavimət 318.2 kohm idi.

• R = 1/(2*pi*f*C)

  • f = 0.5 Hz və C = 1 uF təyin edin
  • R. hesablayın. Dəyərimiz 318.310 kohmdur

Necə yoxlamaq olar:

Filtr, kəsilmənin üstündəki tezlikləri dəyişmədən keçməlidir. Bu AC süpürgəsi ilə yoxlanıla bilər. Bunu PSpice və ya CircuitLab -da simulyasiya edə və ya fiziki cihazı və ya hər ikisini sınaya bilərsiniz!

Addım 6: LabVIEW qurmaq

Axın cədvəli, yüksək nümunə götürmə sürətində siqnal yazan və ürək dərəcəsini (BPM) və EKQ -ni göstərən layihənin LabVIEW hissəsinin dizayn konsepsiyasını ortaya qoyur. LabView sxemimiz aşağıdakı komponentləri ehtiva edir: DAQ köməkçisi, indeks dizisi, hesab operatorları, pik aşkarlama, ədədi göstəricilər, dalğa şəkli qrafiki, vaxt dəyişikliyi, max/min identifikator və ədəd sabitləri. DAQ köməkçisi, pik aşkarlama və siqnal aydınlığı məqsədləri üçün nümunələrin sayı 3 ilə 5000 arasında dəyişən 1 kHz sürətlə davamlı nümunələr götürməyə hazırdır.

Onları tapmaq üçün LabVIEW -də oxumaq üçün dövrə diaqramındakı fərqli komponentlər üzərində siçan!

Addım 7: Məlumatların toplanması

İndi dövrə yığıldıqdan sonra işlədiyini görmək üçün məlumatlar toplana bilər! Simulyasiya edilmiş EKQ -ni 1 Hz -də dövrə vasitəsilə göndərin. Nəticə, QRS kompleksinin, P dalğasının və T dalğasının aydın şəkildə görünə biləcəyi təmiz bir EKQ siqnalı olmalıdır. Nəbz də dəqiqədə 60 vuruş (bpm) göstərməlidir. Dövrəni və LabVIEW quruluşunu daha da sınamaq üçün tezliyi 1,5 Hz və 0,5 Hz olaraq dəyişdirin. Ürək dərəcəsi sırasıyla 90 bpm və 30 bpm olaraq dəyişməlidir.

Yavaş nəbzlərin dəqiq göstərilməsi üçün qrafik başına daha çox dalğa göstərmək üçün DAQ parametrlərini tənzimləməyiniz lazım ola bilər. Bu nümunələrin sayını artırmaqla edilə bilər.

Cihazı insan üzərində sınamağı seçsəniz, əmin olun ki, op amper üçün istifadə etdiyiniz enerji təchizatı cərəyanı 0,015 mA məhdudlaşdırır! Qəbul edilən bir neçə qurğuşun konfiqurasiyası var, ancaq əlavə olunmuş şəkildə gördüyümüz kimi pozitiv elektrodu sol ayaq biləyinə, mənfi biləyi sağ biləyinə və yer elektrodunu sağ ayaq biləyinə yerləşdirməyi seçdik.

Bəzi əsas sxem anlayışlarından və insan qəlbi haqqında biliklərimizdən istifadə edərək sizə əyləncəli və faydalı bir cihaz yaratmağın yollarını göstərdik. Ümid edirik ki, dərslərimizdən zövq aldınız!