Rahisi Mzunguko wa ECG na LabVIEW Programu ya Kiwango cha Moyo: 6 Hatua

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Electrocardiogram, au inayojulikana zaidi kama ECG, ni mfumo wenye nguvu sana wa uchunguzi na ufuatiliaji unaotumika katika mazoea yote ya kimatibabu. ECG hutumiwa kuchunguza shughuli za umeme za moyo kwa picha ili kuangalia hali isiyo ya kawaida katika kiwango cha moyo au ishara ya umeme.

Kutoka kwa usomaji wa ECG, kiwango cha moyo cha wagonjwa kinaweza kuamua na nafasi ya muda kati ya tata za QRS. Kwa kuongezea, hali zingine za matibabu zinaweza kugunduliwa kama shambulio la moyo linalosubiri na mwinuko wa sehemu ya ST. Usomaji kama huu unaweza kuwa muhimu kwa kugundua na kumtibu mgonjwa vizuri. Wimbi la P linaonyesha contraction ya atrium ya moyo, curve ya QRS ni contraction ya ventricular, na wimbi la T ni repolarization ya moyo. Kujua hata habari rahisi kama hii inaweza kugundua wagonjwa haraka kwa kazi isiyo ya kawaida ya moyo.

ECG ya kawaida inayotumika katika mazoezi ya kimatibabu ina elektroni saba ambazo zimewekwa katika muundo mwembamba wa duara kuzunguka mkoa wa chini wa moyo. Uwekaji huu wa elektroni huruhusu kelele ndogo wakati wa kurekodi na pia inaruhusu vipimo thabiti zaidi. Kwa madhumuni yetu ya mzunguko ulioundwa wa ECG, tutatumia elektroni tatu tu. Electrode nzuri ya kuingiza itawekwa kwenye mkono wa ndani wa kulia, elektroni hasi ya kuingiza itawekwa kwenye mkono wa ndani wa kushoto, na elektroni ya ardhi itaunganishwa na kifundo cha mguu. Hii itaruhusu usomaji kuchukuliwa kwa moyo wote kwa usahihi. Pamoja na uwekaji huu wa elektroni zilizounganishwa na kipaza sauti cha vifaa, kichujio cha kupitisha cha chini, na kichungi cha notch, fomu za wimbi za ECG zinapaswa kutofautishwa kwa urahisi kama ishara ya pato kutoka kwa mzunguko ulioundwa.

KUMBUKA: Hii sio kifaa cha matibabu. Hii ni kwa madhumuni ya kielimu tu kwa kutumia ishara zilizoigwa. Ikiwa unatumia mzunguko huu kwa vipimo halisi vya ECG, tafadhali hakikisha mzunguko na unganisho la mzunguko-kwa-chombo zinatumia mbinu sahihi za kujitenga

Hatua ya 1: Jenga Amplifier ya Ala

Ili kujenga vifaa vya multistage na faida ya 1000, au 60 dB, equation ifuatayo inapaswa kutumika.

Faida = (1 + 2 * R1 / Pata)

R1 ni sawa na vipinga vyote vinavyotumika katika kifaa cha kuongeza vifaa isipokuwa kinzani cha faida ambayo kwa maana itasababisha faida yote kuhusika katika hatua ya kwanza ya kipaza sauti. Hii ilichaguliwa kuwa 50.3 kΩ. Ili kuhesabu kipinga faida, dhamana hii imeingizwa kwenye equation hapo juu.

1000 = (1 + 2 * 50300 / Pato)

Pata = 100.7

Baada ya hesabu hii kuhesabiwa, amplifier ya vifaa inaweza kujengwa kama mzunguko ufuatao umeonyeshwa katika hatua hii. OP / AMPs inapaswa kuwezeshwa na volts chanya na hasi 15 kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro wa mzunguko. Vipimo vya kupitisha kwa kila OP / AMP vinapaswa kuwekwa karibu na OP / AMP kwa safu na usambazaji wa nguvu ili kupunguza ishara yoyote ya AC inayotoka kwenye chanzo cha nguvu kwenda ardhini kuzuia OP / AMPs kukaanga na kelele yoyote ya ziada ambayo inaweza kuchangia kwa ishara. Pia, ili kujaribu mizunguko kupata faida halisi, nodi nzuri ya elektroni inapaswa kupewa wimbi la pembejeo na nodi hasi ya elektroni inapaswa kushikamana na ardhi. Hii itaruhusu faida ya mzunguko kuonekana kwa usahihi na ishara ya kuingiza chini ya kilele cha 15 mV hadi kilele.

Hatua ya 2: Jenga Kichujio cha 2 cha Agizo la Chini

Kichujio cha kupitisha cha chini cha 2 kilitumika kuondoa kelele juu ya masafa ya riba kwa ishara ya ECG ambayo ilikuwa 150 Hz.

Thamani ya K inayotumiwa katika mahesabu ya kichungi cha 2 cha kupitisha chini ni faida. Kwa sababu hatutaki faida yoyote katika kichungi chetu, tulichagua faida ya 1 ambayo inamaanisha voltage ya pembejeo itakuwa sawa na voltage ya pato.

K = 1

Kwa kichujio cha agizo la pili cha Butterworth ambacho kitatumika kwa mzunguko huu, a na b coefficients hufafanuliwa hapa chini. a = 1.414214 b = 1

Kwanza, thamani ya pili ya capacitor imechaguliwa kuwa capacitor kubwa ambayo inapatikana kwa urahisi katika maabara na ulimwengu wa kweli.

C2 = 0.1 F

Ili kuhesabu capacitor ya kwanza, uhusiano ufuatao kati yake na capacitor ya pili hutumiwa. Coefficients ya K, a, na b zilichomekwa kwenye equation ili kuhesabu ni nini thamani hii inapaswa kuwa.

C1 <= C2 * [a ^ 2 + 4b (K-1)] / 4b

C1 <= (0.1 * 10 ^ -6 [1.414214 ^ 2 + 4 * 1 (1-1)] / 4 * 1

C1 <= 50 nF

Kwa sababu capacitor ya kwanza imehesabiwa kuwa chini ya au sawa na 50 nF, thamani ifuatayo ya capacitor ilichaguliwa.

C1 = 33 nF

Ili kuhesabu kipinga cha kwanza kinachohitajika kwa kichujio hiki cha pili cha kupitisha chini na mzunguko uliokatwa wa 150 Hz, equation ifuatayo ilitatuliwa kwa kutumia maadili ya mahesabu ya capacitor na coefficients K, a, na b. R1 = 2 / [(cutoff frequency) * [aC2 * sqrt ([(a ^ 2 + 4b (K-1)) C2 ^ 2-4bC1C2])]

R1 = 9478 Ohm

Ili kuhesabu kipinga cha pili, equation ifuatayo ilitumika. Mzunguko wa cutoff tena ni 150 Hz na mgawo wa b ni 1.

R2 = 1 / [bC1C2R1 (cutoff frequency) ^ 2]

R2 = 35.99 kOhmBaada ya kuhesabu maadili hapo juu kwa vipinga na vitendaji vinavyohitajika kwa kichungi cha noti ya mpangilio wa pili, mzunguko ufuatao uliundwa kuonyesha kichujio cha pasi cha chini kinachotumika ambacho kitatumika. OP / AMP inaendeshwa na volts 15 chanya na hasi kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro. Viboreshaji vya kupitisha vimeunganishwa kwenye vyanzo vya nguvu ili ishara yoyote ya AC inayotoka kwenye chanzo ielekezwe ardhini ili kuhakikisha OP / AMP haigawanyi na ishara hii. Ili kujaribu hatua hii ya mzunguko wa ECG, node ya ishara ya kuingiza inapaswa kushikamana na wimbi la sine na kufagia AC kutoka 1 Hz hadi 200 Hz inapaswa kufanywa ili kuona jinsi kichungi kinavyofanya kazi.

Hatua ya 3: Jenga Kichujio cha Notch

Kichujio cha notch ni sehemu muhimu sana ya nyaya nyingi za kupima ishara za masafa ya chini. Kwa masafa ya chini, 60 Hz AC kelele ni kawaida sana kwani ni masafa ya AC ya sasa inayopita kwenye majengo nchini Merika. Kelele hiyo ya 60 Hz haifai kwani iko katikati ya bendi ya kupitisha kwa ECG, lakini kichujio cha notch kinaweza kuondoa masafa maalum wakati ikihifadhi ishara nyingine. Wakati wa kubuni kichungi hiki cha notch, ni muhimu sana kuwa na sababu ya hali ya juu, Q, kuhakikisha kuwa kuzunguka kwa ukataji ni mkali karibu na hatua ya kupendeza. Chini ya maelezo mahesabu yaliyotumiwa kujenga kichujio cha notch kinachotumika ambacho kitatumika katika mzunguko wa ECG.

Kwanza mzunguko wa riba, 60 Hz lazima ibadilishwe kutoka Hz hadi rad / s.

mzunguko = 2 * pi * mzunguko

masafa = 376.99 rad / sekunde

Ifuatayo, upendeleo wa masafa unapaswa kuhesabiwa. Thamani hizi zimedhamiriwa kwa mtindo ambao unahakikisha kwamba masafa kuu ya riba, 60 Hz, yamekatwa kabisa na masafa machache tu ya karibu yanaathiriwa kidogo.

Bandwidth = Cutoff2-Cutoff1

Bandwidth = 37.699 Sababu ya ubora lazima iamuliwe ijayo. Sababu ya ubora huamua jinsi notch ilivyo kali na jinsi ukataji unavyoanza. Hii imehesabiwa kwa kutumia kipimo data na masafa ya maslahi. Q = masafa / Upana wa Bendi

Swali = 10

Thamani ya capacitor inayopatikana kwa urahisi imechaguliwa kwa kichujio hiki. Capacitor haina haja ya kuwa kubwa na dhahiri haipaswi kuwa ndogo sana.

C = 100 nF

Ili kuhesabu kipinga cha kwanza kilichotumiwa kwenye kichujio hiki cha alama, uhusiano ufuatao ulitumika ukihusisha sababu ya ubora, masafa ya kupendeza, na capacitor iliyochaguliwa.

R1 = 1 / [2QC * masafa]

R1 = 1326.29 Ohm

Kinzani ya pili inayotumiwa kwenye kichujio hiki imehesabiwa kwa kutumia uhusiano ufuatao.

R2 = 2Q / [masafa * C]

R2 = 530516 Ohm

Kinzani ya mwisho ya kichungi hiki imehesabiwa kwa kutumia maadili mawili ya awali ya kupinga. Inatarajiwa kuwa sawa na kontena la kwanza lililohesabiwa.

R3 = R1 * R2 / [R1 + R2]

R3 = 1323 Ohm

Baada ya maadili yote ya sehemu kuhesabiwa kwa kutumia hesabu zilizoelezwa hapo juu, kichujio cha alama kifuatacho kinapaswa kujengwa ili kuchuja kwa usahihi kelele 60 Hz AC ambayo itasumbua ishara ya ECG. OP / AMP inapaswa kuwezeshwa na volts chanya na hasi 15 kama inavyoonyeshwa kwenye mzunguko hapa chini. Viboreshaji vya kupitisha vimeunganishwa kutoka kwa vyanzo vya nguvu kwenye OP / AMP ili ishara yoyote ya AC inayotoka kwa chanzo cha nguvu igeuzwe chini ili kuhakikisha kuwa OP / AMP haigawiki. Ili kujaribu sehemu hii ya mzunguko, ishara ya kuingiza inapaswa kushikamana na wimbi la sine na kufagia AC inapaswa kufanywa kutoka 40 Hz hadi 80 Hz kuona uchujaji wa ishara ya 60 Hz.

Hatua ya 4: Unda Programu ya LabVIEW ili Kuhesabu Kiwango cha Moyo

LabVIEW ni zana muhimu kwa vyombo vya kuendesha na pia kukusanya data. Kukusanya data ya ECG, bodi ya DAQ hutumiwa ambayo itasoma voltages za pembejeo kwa kiwango cha sampuli ya 1 kHz. Voltages hizi za kuingiza hutolewa kwa njama ambayo hutumiwa kuonyesha rekodi ya ECG. Takwimu ambazo hukusanywa kisha hupita kwa mkutaji wa kiwango cha juu ambayo hutoa viwango vya juu vya kusoma. Maadili haya huruhusu kizingiti cha kilele kuhesabiwa kwa 98% ya pato la kiwango cha juu. Baada ya, kichunguzi cha kilele hutumiwa kuamua wakati data ni kubwa kuliko kizingiti hicho. Takwimu hizi pamoja na wakati kati ya kilele zinaweza kutumiwa kuamua kiwango cha moyo. Hesabu hii rahisi itaamua kwa usahihi mapigo ya moyo kutoka kwa voltages za pembejeo zilizosomwa na bodi ya DAQ.

Hatua ya 5: Upimaji

Baada ya kujenga mizunguko yako uko tayari kuifanya ifanye kazi! Kwanza, kila hatua inapaswa kupimwa na kufagia AC ya masafa kutoka 0.05 Hz hadi 200 Hz. Voltage ya kuingiza haipaswi kuwa kubwa kuliko kilele cha 15 mV hadi kilele ili ishara isilaibishwe na mapungufu ya OP / AMP. Ifuatayo, unganisha mizunguko yote na utekeleze tena AC kamili ili kuhakikisha kuwa kila kitu kinafanya kazi vizuri. Baada ya kuridhika na pato la mzunguko wako kamili wakati wake wa kujiunganisha nayo. Weka elektroni chanya kwenye mkono wako wa kulia na elektroni hasi kwenye mkono wako wa kushoto. Weka elektroni ya ardhi kwenye kifundo cha mguu wako. Unganisha pato la mzunguko kamili kwenye bodi yako ya DAQ na uendeshe programu ya LabVIEW. Ishara yako ya ECG inapaswa sasa kuonekana kwenye grafu ya umbizo la mawimbi kwenye kompyuta. Ikiwa sio au imepotoshwa jaribu kuacha faida ya mzunguko hadi 10 kwa kubadilisha kipingaji cha faida ipasavyo. Hii inapaswa kuruhusu ishara isomwe na mpango wa LabVIEW.