Digital ECG na Monitor Rate ya Moyo: 8 Hatua

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

ILANI: 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 nguvu ya betri na mbinu zingine sahihi za kujitenga

Electrocardiogram (ECG) inarekodi ishara za umeme wakati wa mzunguko wa moyo. Kila wakati moyo unapiga, kuna mzunguko wa kushuka moyo na kuparaganyika kwa seli za myocardial. Unyanyasaji wa kusisimua na mfumuko unaweza kurekodiwa na elektroni, na madaktari wakasoma habari hiyo ili kujifunza zaidi juu ya jinsi moyo unavyofanya kazi. ECG inaweza kuamua infarction ya myocardial, nyuzi ya atiria au ya ventrikali, tachycardia, na bradycardia [1]. Baada ya kuamua shida ni nini kutoka kwa ECG, madaktari wanaweza kugundua na kumtibu mgonjwa. Fuata hatua zifuatazo ili ujifunze jinsi ya kutengeneza kifaa chako cha kurekodi elektrokadiolojia!

Hatua ya 1: Vifaa

Vipengele vya mzunguko:

• Amplifiers tano za kazi za UA741
• Resistors
• Capacitors
• Waya za jumper
• Bodi ya DAQ
• Programu ya LabVIEW

Vifaa vya kupima:

• Jenereta ya kazi
• Ugavi wa umeme wa DC
• Oscilloscope
• Nyaya za BNC na T-splitter
• Kamba za jumper
• Sehemu za Alligator
• Ndizi plugs

Hatua ya 2: Amplifier ya vifaa

Hatua ya kwanza ya mzunguko ni vifaa vya kuongeza sauti. Hii inakuza ishara ya kibaolojia ili sehemu tofauti za ECG ziweze kutofautishwa.

Mchoro wa mzunguko wa amplifier ya vifaa umeonyeshwa hapo juu. Faida ya kwanza ya mzunguko huu hufafanuliwa kama K1 = 1 + 2 * R2 / R1. Faida ya hatua ya pili ya mzunguko hufafanuliwa kama K2 = R4 / R3. Faida ya jumla ya vifaa vya kuongeza sauti ni K1 * K2. Faida inayotarajiwa ya mradi huu ilikuwa takriban 1000, kwa hivyo K1 ilichaguliwa kuwa 31 na K2 ilichaguliwa kuwa 33. Maadili ya kupinga kwa faida hizi yameonyeshwa hapo juu kwenye mchoro wa mzunguko. Unaweza kutumia maadili ya kupinga ambayo yameonyeshwa hapo juu, au unaweza kurekebisha maadili ili kukidhi faida yako unayotaka.

Mara tu unapochagua maadili ya sehemu yako, mzunguko unaweza kujengwa kwenye ubao wa mkate. Ili kurahisisha uunganisho wa mzunguko kwenye ubao wa mkate, reli hasi ya usawa juu iliwekwa kama ardhi wakati reli mbili zenye usawa chini ziliwekwa kuwa +/- 15V mtawaliwa.

Op amp ya kwanza iliwekwa upande wa kushoto wa ubao wa mkate ili kuacha nafasi ya vifaa vyote vilivyobaki. Viambatisho viliongezwa kwa mpangilio wa pini. Hii inafanya iwe rahisi kuweka wimbo wa vipande vipi vilivyoongezwa au la. Pini zote zinapokamilika kwa op 1, op op inayofuata inaweza kuwekwa. Tena, hakikisha iko karibu ili kuondoka kwenye nafasi. Mchakato sawa wa pini ya kihistoria ulikamilishwa kwa amps zote hadi kifaa cha kuongeza vifaa kilikamilika.

Viboreshaji vya kupitisha kisha kuongezwa pamoja na mchoro wa mzunguko ili kuondoa uunganishaji wa AC kwenye waya. Hizi capacitors ziliwekwa sambamba na usambazaji wa voltage ya DC na zikawekwa kwenye reli ya juu hasi ya usawa. Hizi capacitors zinapaswa kuwa katika kiwango cha 0.1 hadi 1 microFarad. Kila op op ina capacitors mbili za kupita, moja kwa pini 4 na moja kwa pini 7. Vifunguo viwili kwenye kila op amp lazima iwe na thamani sawa, lakini inaweza kutofautiana kutoka kwa op amp hadi op amp.

Ili kujaribu ukuzaji, jenereta ya kazi na oscilloscope ziliunganishwa pembejeo na pato la kipaza sauti mtawaliwa. Ishara ya pembejeo pia iliunganishwa na oscilloscope. Wimbi rahisi ya sine ilitumiwa kuamua ukuzaji. Ingiza pato la jenereta ya kazi kwenye vituo viwili vya kuingiza vya amplifier ya vifaa. Weka oscilloscope ili kupima uwiano wa ishara ya pato kwa ishara ya kuingiza. Faida ya mzunguko katika decibel ni Gain = 20 * log10 (Vout / Vin). Kwa faida ya 1000, faida katika decibel ni 60dB. Kutumia oscilloscope, unaweza kuamua ikiwa faida ya mzunguko wako uliojengwa hukutana na maelezo yako, au ikiwa unahitaji kubadilisha maadili kadhaa ya kiboreshaji ili kuboresha mzunguko wako.

Mara tu amplifier ya vifaa imekusanywa kwa usahihi na inafanya kazi, unaweza kuendelea na kichujio cha notch.

** Katika mchoro hapo juu wa mzunguko, R2 = R21 = R22, R3 = R31 = R32, R4 = R41 = R42

Hatua ya 3: Kichujio cha Notch

Kusudi la kichungi cha notch ni kuondoa kelele kutoka kwa umeme wa ukuta wa 60 Hz. Kichujio cha notch kinapunguza ishara kwenye masafa ya cutoff, na hupita masafa juu na chini yake. Kwa mzunguko huu, masafa ya kukata cutoff ni 60 Hz.

Hesabu zinazosimamia mchoro wa mzunguko ulioonyeshwa hapo juu ni R1 = 1 / (2 * Q * w * C), R2 = 2 * Q / (w * C), na R3 = R1 * R2 / (R1 + R2), ambapo Q ni sababu ya ubora na w 2 * pi * (cutoff frequency). Sababu ya ubora wa 8 inatoa viwango vya kupinga na vya capacitor katika anuwai inayofaa. Maadili ya capacitor yanaweza kudhaniwa kuwa sawa. Kwa hivyo, unaweza kuchukua thamani ya capacitor inayopatikana kwenye vifaa vyako. Thamani za kupinga zilizoonyeshwa kwenye mzunguko hapo juu ni kwa mzunguko wa cutoff wa 60 Hz, sababu ya ubora wa 8, na thamani ya capacitor ya 0.22 uF.

Kwa kuwa capacitors huongeza kwa sambamba, capacitors mbili za thamani iliyochaguliwa C ziliwekwa sambamba ili kufikia thamani ya 2C. Pia, bypass capacitors ziliongezwa kwa op amp.

Ili kujaribu kichungi cha notch, unganisha pato kutoka kwa jenereta ya kazi na pembejeo la kichungi cha notch. Angalia pembejeo na pato la mzunguko kwenye oscilloscope. Ili kuwa na kichujio cha notch inayofaa, unapaswa kupata faida ya chini au sawa na -20dB kwenye masafa ya cutoff. Kwa kuwa vifaa sio bora, hii inaweza kuwa ngumu kufikia. Vipimo vilivyohesabiwa vya kupinga na vya capacitor haviwezi kukupa faida unayotaka. Hii itahitaji ufanye mabadiliko kwa kontena na maadili ya capacitor.

Ili kufanya hivyo, zingatia sehemu moja kwa wakati. Kuongeza na kupunguza thamani ya sehemu moja bila kubadilisha nyingine yoyote. Angalia athari ambazo ina faida ya mzunguko. Hii inaweza kuhitaji uvumilivu mwingi kufikia faida inayotarajiwa. Kumbuka, unaweza kuongeza vipinga katika safu ili kuongeza au kupunguza maadili ya kupinga. Mabadiliko ambayo yaliboresha faida yetu zaidi ilikuwa kuongeza moja ya capacitors hadi 0.33 uF.

Hatua ya 4: Kichujio cha Kupita Chini

Kichujio cha kupitisha cha chini huondoa kelele ya masafa ya juu ambayo inaweza kuingiliana na ishara ya ECG. Kupunguzwa chini kwa 40 Hz kunatosha kukamata habari za umbo la mawimbi la ECG. Walakini, vifaa vingine vya ECG huzidi 40 Hz. Ukataji wa 100 Hz au 150 Hz pia unaweza kutumika [2].

Kichujio cha kupita cha chini kilichojengwa ni kichujio cha Second Order Butterworth. Kwa kuwa faida ya mzunguko wetu imedhamiriwa na kipaza sauti cha vifaa, tunataka faida ya 1 ndani ya bendi kwa kichujio cha kupitisha cha chini. Kwa faida ya 1, RA ina mzunguko mfupi na RB imefunguliwa wazi kwenye mchoro wa mzunguko hapo juu [3]. Katika mzunguko, C1 = 10 / (fc) uF, ambapo fc ni frequency ya cutoff. C1 inapaswa kuwa chini ya au sawa na C2 * a ^ 2 / (4 * b). Kwa kichujio cha pili cha Butterworth, a = sqrt (2) na b = 1. Kuingiza maadili kwa a na b, equation ya C2 inarahisisha chini ya au sawa na C1 / 2. Kisha R1 = 2 / [w * (* C2 + sqrt (a ^ 2 * C2 ^ 2 - 4 * b * C1 * C2))] na R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * w ^ 2), ambapo w = 2 * pi * fc. Mahesabu ya mzunguko huu yalikamilishwa ili kutoa ukataji wa 40Hz. Thamani za Resistor na capacitor zinazofikia uainishaji huu zinaonyeshwa kwenye mchoro wa mzunguko hapo juu.

Op amp iliwekwa upande wa kulia kabisa wa ubao wa mkate kwani hakuna vifaa vingine vitaongezwa baada yake. Resistors na capacitors ziliongezwa kwa op amp ili kukamilisha mzunguko. Vipimo vya kupitisha pia viliongezwa kwa op amp. Kituo cha kuingiza kilibaki tupu kwani pembejeo itatoka kwa ishara ya pato la kichungi cha notch. Walakini, kwa madhumuni ya upimaji, waya iliwekwa kwenye pini ya kuingiza ili kuweza kutenganisha kichujio cha kupitisha cha chini na kukijaribu kibinafsi.

Wimbi la sine kutoka kwa jenereta ya kazi lilitumika kama ishara ya kuingiza na kuzingatiwa kwa masafa tofauti. Angalia ishara na pembejeo zote kwenye oscilloscope na uamua faida ya mzunguko kwa masafa tofauti. Kwa kichujio cha kupitisha cha chini, faida katika mzunguko uliokatwa inapaswa kuwa -3db. Kwa mzunguko huu, cutoff inapaswa kutokea saa 40 Hz. Mzunguko chini ya 40Hz haipaswi kuwa na upungufu mdogo katika muundo wao wa mawimbi, lakini kadiri mzunguko unavyoongezeka juu ya 40 Hz, faida inapaswa kuendelea kuzima.

Hatua ya 5: Kukusanya Hatua za Mzunguko

Mara baada ya kujenga kila hatua ya mzunguko na kuwajaribu kwa kujitegemea, unaweza kuwaunganisha wote. Pato la amplifier ya vifaa inapaswa kushikamana na pembejeo la kichungi cha notch. Pato la kichungi cha notch inapaswa kushikamana na pembejeo la kichujio cha kupitisha cha chini.

Ili kujaribu mzunguko, unganisha pembejeo ya jenereta ya kazi kwa pembejeo ya hatua ya kipaza sauti. Angalia pembejeo na pato la mzunguko kwenye oscilloscope. Unaweza kujaribu na wimbi la ECG lililopangwa tayari kutoka kwa jenereta ya kazi, au na wimbi la sine na uone athari za mzunguko wako. Katika picha hapo juu ya oscilloscope, curve ya manjano ni muundo wa mawimbi ya pembejeo, na pembe ya kijani ndio pato.

Mara tu ukiunganisha hatua zako zote za mzunguko na kuonyesha kuwa inafanya kazi vizuri, unaweza kuunganisha pato la mzunguko wako kwa bodi ya DAQ na uanze programu katika LabVIEW.

Hatua ya 6: Programu ya LabVIEW

Nambari ya LabVIEW ni kugundua kupigwa kwa kila mita kutoka kwa wimbi la ECG iliyoiga katika masafa tofauti. Ili kupanga programu katika LabVIEW lazima utambue vifaa vyote kwanza. Analog na kibadilishaji cha dijiti, pia inajulikana kama bodi ya upatikanaji wa data (DAQ), lazima iwekwe na kuweka kuendelea kuendelea. Ishara ya pato kutoka kwa mzunguko imeunganishwa na uingizaji wa bodi ya DAQ. Grafu ya umbo la mawimbi katika mpango wa LabVIEW imeunganishwa moja kwa moja na pato la msaidizi wa DAQ. Pato kutoka kwa data ya DAQ pia huenda kwa kitambulisho cha max / min. Ishara kisha hupita kwa mwendeshaji wa hesabu ya kuzidisha. Kiashiria cha nambari cha 0.8 hutumiwa kuhesabu thamani ya kizingiti. Wakati ishara inazidi 0.8 * Upeo, kilele hugunduliwa. Wakati wowote thamani hii ilipatikana ilihifadhiwa katika safu ya faharisi. Pointi mbili za data zimehifadhiwa katika safu ya faharisi na zinaingizwa kwa mwendeshaji wa hesabu ya kutoa. Mabadiliko ya wakati yalipatikana kati ya maadili haya mawili. Kisha, kuhesabu kiwango cha moyo, 60 imegawanywa na tofauti ya wakati. Kiashiria cha nambari, ambacho kinaonyeshwa karibu na grafu ya pato, hutoa kiwango cha moyo kwa beats kwa dakika (bpm) ya ishara ya kuingiza. Mara baada ya programu kusanidi, inapaswa kuwekwa ndani ya kitanzi kinachoendelea wakati. Pembejeo tofauti za masafa hutoa maadili tofauti ya bpm.

Hatua ya 7: Kusanya Takwimu za ECG

Sasa unaweza kuingiza ishara ya ECG iliyoigwa katika mzunguko wako, na urekodi data katika programu yako ya LabVIEW! Badilisha masafa na ukubwa wa ECG iliyoonyeshwa ili kuona jinsi inavyoathiri data yako iliyorekodiwa. Unapobadilisha masafa, unapaswa kuona mabadiliko katika kiwango cha moyo kilichohesabiwa. Umefanikiwa kubuni ECG na mfuatiliaji wa mapigo ya moyo!

Hatua ya 8: Maboresho zaidi

Kifaa kilichojengwa kitafanya kazi vizuri kwa kupata ishara za ECG zilizoiga. Walakini, ikiwa ungependa kurekodi ishara za kibaolojia (hakikisha kufuata tahadhari zinazofaa za usalama), marekebisho zaidi yanapaswa kufanywa kwa nyaya ili kuboresha usomaji wa ishara. Kichujio cha kupita cha juu kinapaswa kuongezwa ili kuondoa kukabiliana na DC na mabaki ya mwendo wa chini. Faida ya amplifier ya vifaa inapaswa pia kupunguzwa mara kumi ili kukaa ndani ya anuwai inayoweza kutumika ya LabVIEW na op amps.

Vyanzo

[1] S. Meek na F. Morris, “Utangulizi. II - istilahi ya kimsingi.,”BMJ, juz. 324, hapana. 7335, ukurasa wa 470–3, Februari 2002.

[2] Chia-Hung Lin, vipengee vya masafa ya uwanja kwa ECG hupiga ubaguzi kwa kutumia upatanishi wa kijivu wa kijamaa, Katika Kompyuta na Hisabati na Maombi, Juzuu 55, Toleo la 4, 2008, Kurasa 680-690, ISSN 0898-1221, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii…

[3] "Kichujio cha Agizo la Pili | Ubunifu wa Kichujio cha Pili cha Agizo la Chini. " Mafunzo ya kimsingi ya Elektroniki, 9 Septemba 2016, www.electronics-tutorials.ws/filter/second-order-…