Kurekodi Ishara za Bioelectric: ECG na Monitor Rate ya Moyo: Hatua 7

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 mbinu sahihi za kujitenga.

Electrocardiogram (ECG) ni mtihani ambao elektroni za uso huwekwa kwenye somo kwa njia maalum ili kugundua na kupima shughuli za umeme za moyo wa mhusika [1]. ECG ina matumizi mengi na inaweza kufanya kazi kusaidia katika kugundua hali ya moyo, vipimo vya mafadhaiko, na uchunguzi wakati wa upasuaji. ECG pia inaweza kugundua mabadiliko ya mapigo ya moyo, arrhythmias, mshtuko wa moyo, na uzoefu na magonjwa mengine mengi [1] pia yameelezewa katika taarifa ya shida hapo juu. Ishara ya moyo iliyopimwa na ECG hutoa maumbo matatu tofauti ya mawimbi ambayo yanaonyesha lishe ya moja kwa moja ya moyo unaofanya kazi. Hizi zinaonyeshwa kwenye picha hapo juu.

Lengo la mradi huu ni kuunda kifaa ambacho kinaweza kupata ishara ya ECG kutoka kwa jenereta ya pato au binadamu na kuzaa ishara wakati wa kuondoa kelele. Pato la mfumo pia litahesabu BPM.

Tuanze!

Hatua ya 1: Kusanya vifaa vyote

Ili kuunda ECG hii, tutakuwa tukiunda mfumo ambao una sehemu kuu mbili, mzunguko na mfumo wa LabVIEW. Kusudi la mzunguko ni kuhakikisha kuwa tunapata ishara ambayo tunataka. Kuna kelele nyingi za mazingira ambazo zinaweza kuzima ishara yetu ya ECG, kwa hivyo tunahitaji kuongeza ishara yetu na kuchuja kelele yoyote. Baada ya ishara kuchujwa na kukuzwa kupitia mzunguko, tunaweza kutuma ishara iliyosafishwa kwa programu ya LabVIEW ambayo itaonyesha umbo la mawimbi na pia kuhesabu BPM. Vifaa vifuatavyo ni muhimu kwa mradi huu:

-Resistor, capacitor, na amplifier ya utendaji (op-amps - UA741 zilitumika) vifaa vya umeme

-Bodi ya mkate isiyo na vidonge ya ujenzi na upimaji

-Usambazaji wa umeme kutoa nguvu kwa op-amps

-Jenereta ya kazi kusambaza ishara ya bioelectric

-Oscilloscope kuona ishara ya pembejeo

Bodi ya -DAQ kubadilisha ishara kutoka kwa analog kwenda kwa dijiti

-LABVIEW programu ya uchunguzi wa ishara ya pato

-BNC na nyaya za risasi zinazoongoza mwisho

Hatua ya 2: Kubuni Mzunguko

Kama tulivyojadili tu, inahitajika kuchuja na kukuza ishara yetu. Ili kufanya hivyo, tunaweza kuweka hatua 3 tofauti za mzunguko wetu. Kwanza, tunahitaji kuongeza ishara yetu. Hii inaweza kufanywa kwa kutumia kipaza sauti cha vifaa. Kwa njia hii, ishara yetu ya kuingiza inaweza kuonekana bora zaidi katika bidhaa ya mwisho. Tunahitaji basi kuwa na kichujio cha noti katika safu na kipaza sauti hiki cha vifaa. Kichujio cha notch kitatumika kuondoa kelele kutoka kwa chanzo chetu cha nguvu. Baada ya hapo, tunaweza kuwa na kichujio cha kupitisha cha chini. Kwa kuwa usomaji wa ECG kawaida huwa wa kiwango cha chini, tunataka kukata masafa yote yaliyo kwenye masafa ambayo hayako kwenye mipaka yetu ya kusoma ya ECG, kwa hivyo tunatumia kichujio cha kupita cha chini. Hatua hizi zinaelezewa kwa undani zaidi katika hatua zifuatazo.

Ikiwa una shida na mzunguko wako, ni bora kuiga mzunguko wako katika programu mkondoni. Kwa njia hii, unaweza kuangalia ikiwa mahesabu yako ya kontena na maadili ya capacitor ni sahihi.

Hatua ya 3: Kubuni Amplifier ya Ala

Kuangalia ishara ya bioelectric kwa ufanisi zaidi, ishara inahitaji kuongezeka. Kwa mradi huu, kupata mafanikio kwa jumla ni 1000 V / V. Ili kufikia faida maalum kutoka kwa kipaza sauti cha vifaa, maadili ya upinzani kwa mzunguko yalihesabiwa na hesabu zifuatazo:

(Hatua ya 1) K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

(Hatua ya 2) K2 = -R4 / R3

Ambapo kila moja ya hatua huzidishwa ili kukokotoa faida ya jumla. Thamani za kupinga zilizochaguliwa ili kuunda faida ya 1000 V / V ni R1 = 10 kOhms, R2 = 150 kOhms, R3 = 10 kOhms, na R4 = 330 kOhms. Tumia usambazaji wa umeme wa DC kutoa anuwai ya voltage ya +/- 15 V (kuweka kikomo cha sasa chini) kuwezesha op-amps za mzunguko wa mwili. Ikiwa unataka kuangalia maadili ya kweli ya vipinga, au unataka kufikia faida hii kabla ya kujenga, unaweza kuiga mzunguko ukitumia programu kama PSpice au CircuitLab mkondoni, au tumia oscilloscope na voltage ya ishara ya pembejeo na utafute ukweli kupata baada ya kujenga kipaza sauti. Unganisha jenereta ya kazi na oscilloscope kwa amplifier ili kuendesha mzunguko.

Picha hapo juu inaonyesha jinsi mzunguko unavyoonekana katika programu ya simulizi ya PSpice. Kuangalia kuwa mzunguko wako unafanya kazi vizuri, toa wimbi la sine 1 kHz 10 mV kilele-hadi-kilele kutoka kwa jenereta ya kazi, kupitia mzunguko, na oscilloscope. Wimbi la sine ya kilele cha 10 V-kilele inapaswa kuzingatiwa kwenye oscilloscope.

Hatua ya 4: Kubuni Kichujio cha Notch

Shida maalum wakati wa kushughulika na mzunguko huu ni ukweli kwamba ishara ya kelele 60 Hz hutolewa na laini za usambazaji wa umeme huko Merika. Ili kuondoa kelele hii, ishara ya kuingiza kwenye mzunguko inapaswa kuchujwa kwa 60 Hz, na ni njia gani nzuri ya kufanya hivyo kuliko na kichungi cha notch!

Kichujio cha notch (mzunguko ulioonyeshwa hapo juu) ni aina fulani ya kichungi cha umeme ambacho kinaweza kutumika kuondoa masafa fulani kutoka kwa ishara. Ili kuondoa ishara ya 60 Hz, tulihesabu hesabu zifuatazo:

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

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

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

Q = w / B

B = w2 - w1

Kutumia kipengee cha ubora (Q) cha 8 kubuni kichujio sahihi, uwezo (C) wa 0.033 uFarads kwa mkutano rahisi, na masafa ya kituo (w) ya 2 * pi * 60 Hz. Hii ilifanikiwa kuhesabiwa vyema kwa resistors R1 = 5.024 kOhms, R2 = 1.2861 MOhms, na R3 = 5.004 kOhms, na ilifanikiwa kuunda kichujio ili kuondoa masafa ya 60 Hz kutoka kwa ishara ya bioelectric ya kuingiza. Ikiwa unataka kuangalia kichungi unaweza kuiga mzunguko ukitumia programu kama PSpice au CircuitLab mkondoni, au tumia oscilloscope na voltage ya ishara ya pembejeo na uangalie ishara iliyoondolewa baada ya kujenga kipaza sauti. Unganisha jenereta ya kazi na oscilloscope kwa amplifier ili kuendesha mzunguko.

Kufanya kufagia AC na mzunguko huu juu ya masafa anuwai kutoka 1 Hz hadi 1 kHz kwa 1 V kilele-hadi-kilele ishara inapaswa kutoa kipengee cha aina ya "notch" saa 60 Hz katika njama ya pato, ambayo imeondolewa kwenye pembejeo ishara.

Hatua ya 5: Kubuni Kichujio cha Pass Pass

Hatua ya mwisho ya mzunguko ni kichujio cha kupitisha cha chini, haswa kichujio cha Pili cha Agizo la Butterworth. Hii hutumiwa kutenganisha ishara yetu ya ECG. Fomu za wimbi la ECG kawaida huwa ndani ya mipaka ya masafa ya 0 hadi ~ 100 Hz. Kwa hivyo, tunahesabu hesabu zetu za kupinga na za capacitor kulingana na mzunguko wa cutoff wa 100 Hz na sababu ya ubora wa 8, ambayo itatupa kichujio sahihi.

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

Thamani ambazo tulihesabu ziliishia kuwa R1 = 81.723kOhms, R2 = 120.92kOHms, C1 = 0.1 microFarads, na C2 = 0.045 microFarads. Nguvu ya op-amps na voltage ya DC ya + na - 15V. Ikiwa unataka kuangalia kichungi unaweza kuiga mzunguko ukitumia programu kama PSpice au CircuitLab mkondoni, au tumia oscilloscope na voltage ya ishara ya pembejeo na uangalie ishara iliyoondolewa baada ya kujenga kipaza sauti. Unganisha jenereta ya kazi na oscilloscope kwa amplifier ili kuendesha mzunguko. Katika mzunguko wa cutoff, unapaswa kuona ukubwa wa -3 dB. Hii inaonyesha kwamba mzunguko wako unafanya kazi kwa usahihi.

Hatua ya 6: Kuweka LabVIEW

Sasa kwa kuwa mzunguko umeundwa, tunataka kuweza kutafsiri ishara yetu. Ili kufanya hivyo, tunaweza kutumia LabVIEW. Msaidizi wa DAQ anaweza kutumiwa kupata ishara kutoka kwa mzunguko. Baada ya kufungua LabVIEW, weka mzunguko kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapo juu. Msaidizi wa DAQ atachukua usomaji huu wa pembejeo kutoka kwa mzunguko na ishara itaenda kwenye grafu ya umbizo la mawimbi. Hii itakuruhusu kuona muundo wa wimbi la ECG!

Ifuatayo tunataka kuhesabu BPM. Yaliyowekwa hapo juu yatakufanyia haya. Programu inafanya kazi kwa kuchukua kwanza maadili ya juu ya ishara inayoingia ya ECG. Thamani ya kizingiti inatuwezesha kugundua maadili yote mapya ambayo yanakuja ambayo hufikia asilimia ya thamani yetu ya juu (katika kesi hii, 90%). Maeneo ya maadili haya yanatumwa kwa safu ya kuorodhesha. Kwa kuwa kuorodhesha kunaanza saa 0, tunataka kuchukua hatua ya 0 na 1 na kuhesabu mabadiliko kwa wakati kati yao. Hii inatupa wakati kati ya mapigo. Kisha tunatoa data hiyo ili kupata BPM. Hasa, hii inafanywa kwa kuzidisha pato kutoka kwa kipengee cha dt na pato la kutoa kati ya maadili mawili kwenye safu za kuorodhesha, na kisha kugawanya na 60 (kwani tunabadilisha kuwa dakika).

Hatua ya 7: Unganisha Zote na Ujaribu

Unganisha mzunguko na pembejeo ya bodi ya DAQ. Sasa ishara kwamba pembejeo itapita kupitia mzunguko kwa bodi ya DAQ na mpango wa LabVIEW utatoa muundo wa wimbi na BPM iliyohesabiwa.

Hongera!