Bioelektrik Siqnalların Qeyd Edilməsi: EKQ və Nəbz Ölçmə Cihazı: 7 Addım

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

DİQQƏT: 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.

Elektrokardioqram (EKQ), mövzunun ürəyinin elektrik aktivliyini aşkar etmək və ölçmək üçün müəyyən bir şəkildə səth elektrodlarının bir mövzuya yerləşdirildiyi bir testdir [1]. EKQ -nin bir çox istifadəsi var və əməliyyat zamanı ürək xəstəliklərinin diaqnozu, stress testləri və müşahidə üçün kömək edə bilər. EKQ həmçinin ürək döyüntülərində, aritmiyalarda, infarktda və yuxarıdakı problem ifadəsində təsvir edilən bir çox təcrübə və xəstəlikdəki dəyişiklikləri də aşkar edə bilər [1]. EKQ ilə ölçülən ürək siqnalı, işləyən ürəyin canlı yemini əks etdirən üç fərqli dalğa forması istehsal edir. Bunlar yuxarıdakı şəkildə göstərilmişdir.

Bu layihənin məqsədi səs generatorunu və ya insandan EKQ siqnalını ala bilən və səs -küyü aradan qaldırarkən siqnalı təkrar istehsal edən bir cihaz yaratmaqdır. Sistemin çıxışı BPM -ni də hesablayacaq.

Gəlin başlayaq!

Addım 1: Bütün materialları toplayın

Bu EKQ -ni yaratmaq üçün iki əsas hissədən ibarət olan bir sistem yaradacağıq, dövrə və LabVIEW sistemi. Dövrün məqsədi, istədiyimiz siqnalı aldığımızdan əmin olmaqdır. EKQ siqnalımızı boğa biləcək bir çox səs -küy var, buna görə siqnalımızı gücləndirməliyik və hər hansı bir səs -küyü süzməliyik. Siqnal süzgəcdən keçirildikdən və dövrə boyunca gücləndirildikdən sonra, zərif siqnalı dalğa formasını göstərəcək və BPM -ni hesablayacaq bir LabVIEW proqramına göndərə bilərik. Bu layihə üçün aşağıdakı materiallar lazımdır:

-Rezistor, kondansatör və əməliyyat gücləndiricisi (op -amperlər -UA741 istifadə edilmişdir) elektrik komponentləri

-Bina və sınaq üçün lehimsiz çörək taxtası

Op-amperlərə enerji təmin etmək üçün DC enerji təchizatı

-Bioelektrik siqnal təmin edən funksiya generatoru

Giriş siqnalını görmək üçün osiloskop

Siqnalın rəqəmsaldan analoqa çevrilməsi üçün DAQ lövhəsi

Çıxış siqnalını müşahidə etmək üçün -LabVIEW proqramı

-BNC və dəyişkən uclu kabellər

Addım 2: Dövrün dizaynı

Bayaq müzakirə etdiyimiz kimi, siqnalımızı həm süzmək, həm də gücləndirmək lazımdır. Bunu etmək üçün dövrəmizin 3 fərqli mərhələsini qura bilərik. Əvvəlcə siqnalımızı gücləndirməliyik. Bu bir cihaz gücləndiricisindən istifadə etməklə edilə bilər. Bu şəkildə, giriş siqnalımızı son məhsulda daha yaxşı görmək olar. Bu alət gücləndiricisi ilə birlikdə bir çentik filtrinə sahib olmalıyıq. Çuxur filtri enerji mənbəyimizdən gələn səs -küyü aradan qaldırmaq üçün istifadə olunacaq. Bundan sonra aşağı keçid filtrinə sahib ola bilərik. EKQ oxunuşları ümumiyyətlə aşağı tezlikdə olduğundan, EKQ oxuma sərhədlərimizdən kənar olan bütün tezlikləri kəsmək istəyirik, buna görə də aşağı keçid filtrindən istifadə edirik. Bu mərhələlər aşağıdakı addımlarda daha ətraflı izah olunur.

Dövrünüzlə bağlı probleminiz varsa, dövrənizi bir onlayn proqramda simulyasiya etmək daha yaxşıdır. Bu yolla, rezistor və kondansatör dəyərləri üçün hesablamalarınızın doğru olub olmadığını yoxlaya bilərsiniz.

Addım 3: Alət Gücləndiricisinin Dizaynı

Bioelektrik siqnalını daha səmərəli müşahidə etmək üçün siqnalın gücləndirilməsi lazımdır. Bu layihə üçün ümumi olaraq 1000 V/V əldə etmək üçün qazanmaq lazımdır. Cihaz gücləndiricisindən göstərilən qazanc əldə etmək üçün dövrə üçün müqavimət dəyərləri aşağıdakı tənliklər ilə hesablandı:

(Mərhələ 1) K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

(Mərhələ 2) K2 = -R4 / R3

Ümumi qazancı hesablamaq üçün mərhələlərin hər birinin vurulduğu yer. 1000 V/V qazanc əldə etmək üçün seçilən rezistor dəyərləri R1 = 10 kOhms, R2 = 150 kOhms, R3 = 10 kOhms və R4 = 330 kOhmsdır. Fiziki dövrənin op-amperlərini gücləndirmək üçün +/- 15 V (cari həddi aşağı saxlamaq) bir gərginlik aralığı vermək üçün DC enerji təchizatı istifadə edin. Rezistorların həqiqi dəyərlərini yoxlamaq və ya qurmadan əvvəl bu qazanc əldə etmək istəyirsinizsə, PSpice və ya CircuitLab kimi bir proqramı istifadə edərək dövrə simulyasiya edə bilərsiniz və ya müəyyən bir giriş siqnal gərginliyi olan bir osiloskopdan istifadə edə bilərsiniz. fiziki gücləndirici qurduqdan sonra qazanc. Dövrəni idarə etmək üçün funksiya generatorunu və osiloskopu gücləndiriciyə qoşun.

Yuxarıdakı fotoşəkil, PSpice simulyasiya proqramında dövrənin necə göründüyünü göstərir. Dövrənizin düzgün işlədiyini yoxlamaq üçün, funksiya generatorundan, dövrə vasitəsilə və osiloskopa 1 kHz 10 mV pik-pik sinus dalğası verin. Osiloskopda 10 V zirvədən zirvəyə qədər sinus dalğası müşahidə edilməlidir.

Addım 4: Çentik filtrinin dizaynı

Bu dövrə ilə məşğul olan xüsusi bir problem, 60 Hz səs -küy siqnalının ABŞ -da elektrik təchizatı xətləri tərəfindən istehsal edilməsidir. Bu səs -küyü aradan qaldırmaq üçün dövrə daxil olan siqnal 60 Hz -də süzülməlidir və bunu etmək üçün bir çentik filtrindən daha yaxşı bir yol var!

Çentik filtri (yuxarıda təsvir olunan dövrə) müəyyən bir tezliyi siqnaldan çıxarmaq üçün istifadə edilə bilən müəyyən bir elektrik filtridir. 60 Hz siqnalını çıxarmaq üçün aşağıdakı tənlikləri hesabladıq:

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

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

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

Q = w / B

B = w2 - w1

Düzgün bir filtr hazırlamaq üçün 8 -lik bir keyfiyyət faktoru (Q) istifadə edərək, daha asan montaj üçün 0,033 uFarad bir tutum (C) və 2 * pi * 60 Hz olan bir mərkəzi tezlik (w) istifadə edin. Bu, R1 = 5.024 kOhms, R2 = 1.2861 MOhms və R3 = 5.004 kOhms müqavimətçiləri üçün dəyərləri uğurla hesabladı və giriş bioelektrik siqnalından 60 Hz tezliyini çıxarmaq üçün bir filtr yaratdı. Filtri yoxlamaq istəyirsinizsə, PSpice və ya CircuitLab kimi bir proqramı istifadə edərək dövrə simulyasiya edə bilərsiniz və ya müəyyən bir giriş siqnal gərginliyi olan bir osiloskopdan istifadə edə bilərsiniz və fiziki gücləndirici qurduqdan sonra çıxarılan siqnalı yoxlaya bilərsiniz. Dövrəni idarə etmək üçün funksiya generatorunu və osiloskopu gücləndiriciyə qoşun.

Bu dövrə ilə 1 V-dan 1 kHz-ə qədər bir tezlik aralığında 1 V pikdən zirvəyə qədər bir siqnalda AC girişi çıxarılarkən 60 Hz-də "çentik" tipli bir xüsusiyyət əldə edilməlidir. siqnal.

Addım 5: Aşağı keçid filtrinin dizaynı

Dövrün son mərhələsi aşağı keçid filtridir, xüsusən də İkinci Sifariş Butterworth Low-pass filtridir. Bu EKQ siqnalımızı təcrid etmək üçün istifadə olunur. EKQ dalğa formaları ümumiyyətlə 0-100 Hz tezlik həddindədir. Beləliklə, müqavimət və kondansatör dəyərlərimizi 100 Hz kəsmə tezliyinə və 8 nisbətində keyfiyyət nisbətinə əsaslanaraq hesablayırıq ki, bu da bizə nisbətən dəqiq bir filtr verəcəkdir.

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

Hesabladığımız dəyərlər R1 = 81.723kOhms, R2 = 120.92kOHms, C1 = 0.1 microFarads və C2 = 0.045 microFarads idi. + Və - 15V DC gərginlikli op -amperləri gücləndirin. Filtri yoxlamaq istəyirsinizsə, PSpice və ya CircuitLab kimi bir proqramı istifadə edərək dövrə simulyasiya edə bilərsiniz və ya müəyyən bir giriş siqnal gərginliyi olan bir osiloskopdan istifadə edə bilərsiniz və fiziki gücləndirici qurduqdan sonra çıxarılan siqnalı yoxlaya bilərsiniz. Dövrəni idarə etmək üçün funksiya generatorunu və osiloskopu gücləndiriciyə qoşun. Kesim tezliyində -3 dB böyüklüyünü görməlisiniz. Bu, dövrənizin düzgün işlədiyini göstərir.

Addım 6: LabVIEW qurmaq

İndi dövrə yaradıldıqdan sonra siqnalımızı şərh edə bilmək istəyirik. Bunu etmək üçün LabVIEW istifadə edə bilərik. DAQ köməkçisi dövrə siqnalını almaq üçün istifadə edilə bilər. LabVIEW proqramını açdıqdan sonra yuxarıdakı diaqramda göstərildiyi kimi dövrə qurun. DAQ köməkçisi bu giriş oxunuşunu dövrədən alacaq və siqnal dalğa şəkli qrafikinə gedəcək. Bu, EKQ dalğa formasını görməyə imkan verəcək!

Sonra BPM hesablamaq istəyirik. Yuxarıdakı quruluş bunu sizin üçün edəcək. Proqram əvvəlcə gələn EKQ siqnalının maksimum dəyərlərini alaraq işləyir. Eşik dəyəri, maksimum dəyərimizin bir faizinə (bu halda, 90%) çatan bütün yeni dəyərləri aşkar etməyə imkan verir. Bu dəyərlərin yerləri daha sonra indeksləmə sırasına göndərilir. İndeksləmə 0 -da başladığından 0 -cı və 1 -ci nöqtələri götürüb aralarındakı zaman dəyişikliyini hesablamaq istəyirik. Bu, bizə atışlar arasında vaxt verir. Daha sonra BPM tapmaq üçün bu məlumatları ekstrapolyasiya edirik. Xüsusilə, bu, dt elementindən çıxarılan və indeksləşdirmə massivlərindəki iki dəyər arasındakı toplama əməliyyatının çıxarıldığı və sonra 60 -a bölündüyü üçün edilir (dəqiqələrə çevrildiyimiz üçün).

Addım 7: Hamısını birləşdirin və sınayın

Dövrəni DAQ kartının girişinə qoşun. İndi daxil etdiyiniz siqnal dövrədən DAQ lövhəsinə keçəcək və LabVIEW proqramı dalğa formasını və hesablanmış BPM -ni çıxaracaq.

Təbriklər!