Mzunguko wa Electrocardiogram (ECG): Hatua 7

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

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.

Sisi ni wanafunzi wawili katika Uhandisi wa Biomedical na baada ya kuchukua darasa letu la kwanza la mizunguko, tulifurahi sana na tukaamua kutumia misingi tuliyojifunza kufanya kitu muhimu: kuonyesha ECG na kusoma mapigo ya moyo. Hii itakuwa mzunguko ngumu zaidi ambayo tumejenga bado!

Asili fulani kwenye ECG:

Vifaa vingi vya umeme hutumiwa kupima na kurekodi shughuli za kibaolojia katika mwili wa mwanadamu. Kifaa kimoja kama hicho ni elektrokardiyo, ambayo hupima ishara za umeme zinazozalishwa na moyo. Ishara hizi hutoa habari inayofaa kuhusu muundo na utendaji wa moyo. ECG ilitengenezwa kwanza mnamo 1887 na kuwapa madaktari njia mpya ya kugundua shida za moyo. ECG zinaweza kugundua dansi ya moyo, mapigo ya moyo, mshtuko wa moyo, upungufu wa damu na oksijeni kwa moyo, na hali mbaya ya muundo. Kutumia muundo rahisi wa mzunguko, ECG inaweza kufanywa ambayo inaweza kufuatilia vitu hivi vyote.

Hatua ya 1: Vifaa

Kujenga mzunguko

Vifaa vya msingi vinavyohitajika kujenga mzunguko vinaonyeshwa kwenye picha. Ni pamoja na:

• Bodi ya mkate

• Amplifiers za utendaji

  • Amps zote zinazotumika katika mzunguko huu ni LM741.
  • Kwa habari zaidi, angalia hati ya data:
• Resistors
• Capacitors
• Waya

• Fimbo-juu ya elektroni

  Hizi zinahitajika tu ikiwa unaamua kujaribu mzunguko kwa mtu halisi

Programu iliyotumiwa ni pamoja na:

• LabVIEW 2016
• CircuitLab au PSpice kwa uigaji wa kuangalia maadili

• Excel

  Hii inashauriwa sana ikiwa unahitaji kubadilisha tabia yoyote ya mzunguko wako. Unaweza pia kuhitaji kucheza na nambari mpaka utapata viwango vya kupinga na vya capacitor ambavyo vinapatikana kwa urahisi. Mahesabu ya kalamu na karatasi yamekatishwa tamaa kwa hii! Tumeambatanisha mahesabu yetu ya lahajedwali ili kutoa wazo

Kupima mzunguko

Utahitaji pia vifaa vikubwa vya elektroniki:

• Ugavi wa umeme wa DC
• Bodi ya DAQ kushughulikia mzunguko kwa LabVIEW
• Kazi jenereta ya kupima mzunguko
• Oscilloscope kupima mzunguko

Hatua ya 2: Amplifier ya vifaa

Kwa nini tunahitaji:

Tutaunda kipaza sauti ili kukuza amplitude ndogo iliyopimwa kutoka kwa mwili. Kutumia amplifiers mbili katika hatua yetu ya kwanza itaturuhusu kufuta kelele iliyoundwa na mwili (ambayo itakuwa sawa kwa elektroni zote mbili). Tutatumia hatua mbili za faida sawa - hii inalinda mtumiaji ikiwa mfumo umeunganishwa na mtu kwa kuzuia faida yote kutokea mahali pamoja. Kwa kuwa kiwango cha kawaida cha ishara ya ECG ni kati ya 0.1 na 5 mV, tunataka faida ya kifaa cha kuongeza vifaa iwe karibu 100. Uvumilivu unaokubalika juu ya faida ni 10%.

Jinsi ya kuijenga:

Kutumia maagizo haya na hesabu zilizoonekana kwenye jedwali (picha zilizoambatishwa), tuligundua maadili yetu ya kupinga kuwa R1 = 1.8 kiloOhms, R2 = 8.2 kiloOhms, R3 = 1.5 kiloOhms, na R4 = 15 kiloOhms. K1 ni faida ya hatua ya kwanza (OA1 na OA2), na K2 ni faida ya hatua ya pili (OA3). Nguvu sawa za kupitisha capacitors hutumiwa kwenye vifaa vya nguvu vya amplifiers za kufanya kazi ili kuondoa kelele.

Jinsi ya kuijaribu:

Ishara yoyote ambayo imeingizwa ndani ya kifaa cha kuongeza vifaa inapaswa kukuzwa na 100. Kutumia dB = 20log (Vout / Vin) hii inamaanisha uwiano wa 40 dB. Unaweza kuiga hii katika PSpice au CircuitLab, au jaribu kifaa cha mwili, au zote mbili!

Picha ya oscilloscope iliyoambatanishwa inaonyesha faida ya 1000. Kwa ECG halisi, hii ni kubwa sana!

Hatua ya 3: Kichujio cha Notch

Kwa nini tunahitaji:

Tutatumia kichujio cha noti kuondoa kelele ya 60 Hz iliyopo katika vifaa vyote vya umeme nchini Merika.

Jinsi ya kuijenga:

Tutaweka sababu ya ubora Q kuwa 8, ambayo itatoa pato la kuchuja linalokubalika wakati wa kuweka maadili ya sehemu katika anuwai inayowezekana. Pia tunaweka thamani ya capacitor kuwa 0.1 μF ili mahesabu yaathiri vipinga tu. Thamani za kupinga zilizohesabiwa na kutumika zinaweza kuonekana kwenye jedwali (kwenye picha) au chini

• Q = w / B

  weka Q hadi 8 (au chagua yako mwenyewe kulingana na mahitaji yako mwenyewe)

• w = 2 * pi * f

  tumia f = 60 Hz

• C

  weka hadi 0.1 uF (au chagua thamani yako mwenyewe kutoka kwa vitendaji vinavyopatikana)

• R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

  Hesabu. Thamani yetu ni 1.66 kohm

• R2 = 2 * Q / (w * C)

  Hesabu. Thamani yetu ni 424.4 kohm

• R3 = R1 * R2 / (R1 + R2)

  Hesabu. Thamani yetu ni 1.65 kohm

Jinsi ya kuijaribu:

Kichujio cha notch kinapaswa kupitisha masafa yote bila kubadilika isipokuwa kwa wale karibu 60 Hz. Hii inaweza kuchunguzwa na kufagia AC. Kichungi kilicho na faida ya -20 dB kwa 60 Hz inachukuliwa kuwa nzuri. Unaweza kuiga hii katika PSpice au CircuitLab, au jaribu kifaa cha mwili, au zote mbili!

Aina hii ya kichujio cha notch inaweza kutoa notch nzuri katika kufagia kwa AC ya kuiga, lakini jaribio la mwili lilionyesha kuwa maadili yetu ya asili yalizalisha noti kwa masafa ya chini kuliko ilivyokusudiwa. Ili kurekebisha hili, tumepiga R2 kwa karibu 25 kohm.

Picha ya oscilloscope inaonyesha kichujio hupunguza sana ukubwa wa ishara ya pembejeo kwa 60 Hz. Grafu inaonyesha kufagia AC kwa kichujio cha hali ya juu.

Hatua ya 4: Kichujio cha kupita chini

Kwa nini tunahitaji:

Hatua ya mwisho ya kifaa ni kichujio kinachotumika cha kupitisha chini. Ishara ya ECG imetengenezwa na aina nyingi za mawimbi, ambayo kila mmoja ana masafa yake mwenyewe. Tunataka kunasa hizi zote, bila kelele yoyote ya masafa ya juu. Mzunguko wa kawaida wa kukata kwa wachunguzi wa ECG wa 150 Hz huchaguliwa. (Ukataji wa juu wakati mwingine huchaguliwa kufuatilia shida maalum za moyo, lakini kwa mradi wetu, tutatumia cutoff ya kawaida.)

Ikiwa ungependa kufanya mzunguko rahisi, unaweza kutumia kichujio cha kupita cha kupita. Hii haitajumuisha op amp, na itakuwa na kontena tu katika safu na capacitor. Voltage ya pato itapimwa kwa kila capacitor.

Jinsi ya kuijenga:

Tutaibuni kama kichujio cha pili cha Butterworth, kilicho na coefficients a na b sawa na 1.414214 na 1, mtawaliwa. Kuweka faida kwa 1 hufanya amplifier ya kufanya kazi kuwa mfuasi wa voltage. Usawa na maadili yaliyochaguliwa yanaonyeshwa kwenye jedwali (kwenye picha) na chini.

• w = 2 * pi * f

  kuweka f = 150 Hz

• C2 = 10 / f

  Hesabu. Thamani yetu ni 0.067 uF

• C1 <= C2 * (a ^ 2) / (4b)

  Hesabu. Thamani yetu ni 0.033 uF

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

  Hesabu. Thamani yetu ni 18.836 kohm

• R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * w ^ 2)

  Hesabu. Thamani yetu ni 26.634 kohm

Jinsi ya kuijaribu:

Kichujio kinapaswa kupitisha masafa chini ya cutoff bila kubadilika. Hii inaweza kupimwa kwa kutumia kufagia AC. Unaweza kuiga hii katika PSpice au CircuitLab, au jaribu kifaa cha mwili, au zote mbili!

Picha ya oscilloscope inaonyesha majibu ya kichujio kwa 100 Hz, 150 Hz, na 155 Hz. Mzunguko wetu wa mwili ulikuwa na cutoff karibu na 155 Hz, iliyoonyeshwa na uwiano wa -3 dB.

Hatua ya 5: Kichujio cha kupita sana

Kwa nini tunahitaji:

Kichujio cha kupitisha kwa juu hutumiwa ili masafa chini ya thamani fulani ya kukatwa hayajarekodiwa, ikiruhusu ishara safi kupitishwa. Mzunguko wa kukatwa huchaguliwa kuwa 0.5 Hz (thamani ya kawaida kwa wachunguzi wa ECG).

Jinsi ya kuijenga:

Vipimo vya kupinga na capacitor vinavyohitajika kufanikisha hii vinaonekana hapa chini. Upinzani wetu halisi uliotumiwa ulikuwa 318.2 kohm.

• R = 1 / (2 * pi * f * C)

  • kuweka f = 0.5 Hz, na C = 1 uF
  • Hesabu R. Thamani yetu ni 318.310 kohm

Jinsi ya kuijaribu:

Kichujio kinapaswa kupitisha masafa juu ya kukatwa bila kubadilika. Hii inaweza kupimwa kwa kutumia kufagia AC. Unaweza kuiga hii katika PSpice au CircuitLab, au jaribu kifaa cha mwili, au zote mbili!

Hatua ya 6: Kuweka LabVIEW

Chati ya mtiririko inaweka dhana ya muundo wa sehemu ya LabVIEW ya mradi ambayo inarekodi ishara kwa kiwango cha juu cha sampuli na inaonyesha kiwango cha moyo (BPM) na ECG. Mzunguko wetu wa LabView una vifaa vifuatavyo: Msaidizi wa DAQ, safu ya faharisi, waendeshaji wa hesabu, kugundua kilele, viashiria vya nambari, grafu ya umbo la mawimbi, mabadiliko ya wakati, kitambulisho cha max / min, na idadi ya idadi. Msaidizi wa DAQ amewekwa kuchukua sampuli zinazoendelea kwa kiwango cha 1 kHz, na idadi ya sampuli zimebadilishwa kati ya sampuli 3, 000 na 5, 000 kwa kugundua kilele na madhumuni ya uwazi wa ishara.

Panya juu ya vifaa anuwai kwenye mchoro wa mzunguko kusoma ambapo katika LabVIEW kuzipata!

Hatua ya 7: Kukusanya Takwimu

Sasa kwa kuwa mzunguko umekusanywa, data inaweza kukusanywa ili kuona ikiwa inafanya kazi! Tuma ECG iliyoigwa kupitia mzunguko saa 1 Hz. Matokeo yake yanapaswa kuwa ishara safi ya ECG ambapo tata ya QRS, wimbi la P, na wimbi la T linaweza kuonekana wazi. Kiwango cha moyo pia kinapaswa kuonyesha mapigo 60 kwa dakika (bpm). Ili kujaribu zaidi mzunguko na usanidi wa LabVIEW, badilisha masafa kuwa 1.5 Hz na 0.5 Hz. Kiwango cha moyo kinapaswa kubadilika kuwa 90 bpm na 30 bpm mtawaliwa.

Kwa viwango vya polepole vya moyo kuonyeshwa kwa usahihi huenda ukahitaji kurekebisha mipangilio ya DAQ ili kuonyesha mawimbi zaidi kwa kila grafu. Hii inaweza kufanywa kwa kuongeza idadi ya sampuli.

Ikiwa unachagua kujaribu kifaa kwa mwanadamu hakikisha usambazaji wa umeme unaotumia kwa amps hupunguza sasa kwa 0.015 mA! Kuna mipangilio kadhaa ya kuongoza inayokubalika lakini tulichagua kuweka elektroni chanya kwenye kifundo cha mguu wa kushoto, elektroni hasi kwenye mkono wa kulia, na elektroni ya ardhini kwenye kifundo cha mguu wa kulia kama inavyoonekana kwenye picha iliyoambatishwa.

Kutumia dhana zingine za msingi za mzunguko na ujuzi wetu wa moyo wa mwanadamu tumekuonyesha jinsi ya kuunda kifaa cha kufurahisha na muhimu. Tunatumahi kuwa umefurahiya mafunzo yetu!