ECG na Kiwango cha Moyo Kiolesura cha Mtumiaji: Hatua 9

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

Kwa hili linaloweza kufundishwa, tutakuonyesha jinsi ya kujenga mzunguko wa kupokea mapigo ya moyo wako na kuionyesha kwenye kiolesura cha mtumiaji halisi (VUI) na pato la picha ya mapigo ya moyo wako na kiwango cha moyo wako. Hii inahitaji mchanganyiko rahisi wa vifaa vya mzunguko na programu ya LabView kuchambua na kutoa data. 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.

Vifaa

Mzunguko:

• Bodi ya mkate:
• Kuzuia:
• Wasimamizi:
• Amps Op:
• Waya za mzunguko (zilizojumuishwa kwenye kiunga cha Breadboard)
• Sehemu za Alligator
• Risasi za ndizi
• Usambazaji wa Nguvu ya Agilent E3631A DC
• Kazi Jenereta
• Oscilloscope

Angalia Maabara:

• Programu ya LabView
• Bodi ya DAQ
• Waya za mzunguko
• Pembejeo ya Analog iliyotengwa
• Jenereta ya kazi

Hatua ya 1: Tambua Vichujio na Amplifiers za Kutumia

Ili kuwakilisha ishara ya ECG, hatua tatu tofauti za mzunguko zilibuniwa na kutekelezwa: kipaza sauti cha vifaa, kichujio cha notch, na kichujio cha kupitisha chini. Amplifier ya vifaa huongeza ishara kwani inapopokelewa kutoka kwa somo mara nyingi ni ndogo sana na ni ngumu kuona na kuchambua. Kichujio cha notch hutumiwa kuondoa kelele saa 60Hz kwa sababu ishara ya ECG haina ishara kwenye 60Hz. Mwishowe kichujio cha kupitisha chini huondoa masafa ya juu kuondoa kelele kutoka kwa ishara na pamoja na kichujio cha notch inaruhusu tu katika masafa ambayo yanawakilishwa katika ishara ya ECG.

Hatua ya 2: Jenga Amplifier ya Vifaa na Ujaribu

Amplifier inahitajika kuwa na faida ya 1000 V / V na kama inavyoweza kuonekana, amplifier imeundwa na hatua mbili. Kwa hivyo, faida lazima igawanywe sawasawa kati ya hatua mbili, na K1 ikiwa faida ya hatua ya kwanza na K2 ikiwa faida ya hatua ya pili. Tuliamua K1 kuwa 40 na K2 kuwa 25. Hizi ni maadili yanayokubalika kwa sababu ya ukweli kwamba wakati unazidishwa pamoja, faida ya 1000 V / V inapatikana, 40 x 25 = 1000, na zina kiwango sawa, na tofauti ya 15 V / V. Kutumia maadili haya kwa faida, upinzaji sahihi unaweza kuhesabiwa. Hesabu zifuatazo hutumiwa kwa mahesabu haya:

Hatua ya 1 Faida: K1 = 1 + 2R2R1 (1)

Hatua ya 2 Faida: K2 = -R4R3 (2)

Tulichukua kiholela thamani ya R1, katika kesi hii ilikuwa 1 kΩ, na kisha tukatatua kwa thamani ya R2. Kuingiza maadili hayo ya zamani kwenye equation kwa faida ya hatua ya 1, tunapata:

40 = 1 + 2R2 * 1000⇒R2 = 19, 500 Ω

Ni muhimu kuhakikisha kuwa wakati wa kuchagua vipingao, ziko kwenye anuwai ya kOhm kwa sababu ya sheria ya kidole gumba kwamba kipingamizi kikubwa ni, nguvu zaidi inaweza kutawanyika salama bila kuumia. Ikiwa upinzani ni mdogo sana na kuna kubwa sana ya sasa, kutakuwa na uharibifu wa kontena na zaidi ya hayo mzunguko yenyewe hautaweza kufanya kazi. Kufuatia itifaki hiyo hiyo ya hatua ya 2, tulichukua kiholela thamani ya R3, 1 kΩ, kisha tukatatua kwa R4. Kuingiza maadili ya zamani kwenye equation kwa faida ya hatua ya 2, tunapata: 25 = -R4 * 1000 4R4 = 25000 Ω

Ishara hasi imekataliwa kwani upinzani hauwezi kuwa hasi. Mara tu unapokuwa na maadili haya, jenga mzunguko ufuatao ulioonyeshwa. Kisha jaribu!

Ugavi wa Nguvu wa Agilent E3631A DC unapeana nguvu amplifiers za utendaji na pato la +15 V na -15 V kwenda kwenye pini 4 na 7. Weka jenereta ya kazi kutoa Waveform ya Moyo na mzunguko wa 1 kHz, Vpp ya 12.7 mV, na idadi ya 0 V. Uingizaji huu unapaswa kuwa kubandika 3 ya viboreshaji vya utendaji katika hatua ya kwanza ya mzunguko. Pato la kipaza sauti, linatokana na pini 6 ya amplifier ya utendaji ya hatua ya pili, inaonyeshwa kwenye kituo cha 1 cha oscilloscope na kilele cha voltage-to-kilele hupimwa na kurekodiwa. Ili kuhakikisha kuwa kipaza sauti cha vifaa kina faida ya angalau 1000 V / V, kiwango cha juu cha voltage kinapaswa kuwa angalau 12.7 V.

Hatua ya 3: Jenga Kichujio cha Notch na Uijaribu

Kichujio cha notch kinahitajika kuondoa kelele 60 Hz kutoka kwa biosignal. Kwa kuongezea mahitaji haya, kwa sababu kichujio hiki hakihitaji kujumuisha ukuzaji wowote, sababu ya ubora imewekwa kwa 1. Kama ilivyo kwa kipaza sauti cha vifaa, kwanza tuliamua maadili ya R1, R2, R3, na C kwa kutumia muundo ufuatao. equations kwa kichujio cha notch: R1 = 1 / (2Q⍵0C)

R2 = 2Q / (⍵0C)

R3 = R1R / (2R1 + R2)

Q = -0 / β

β = ⍵c2 -⍵c1

Ambapo Q = sababu ya ubora

⍵0 = 2πf0 = masafa ya katikati katika rad / sec

f0 = mzunguko wa kituo katika Hz

β = bandwidth katika rad / sec

1c1, 2c2 = masafa ya cutoff (rad / sec)

Tulichukua kiholela thamani ya C, katika kesi hii ilikuwa 0.15 µF, na kisha tukatatua kwa thamani ya R1. Kuingiza maadili ya awali yaliyoorodheshwa ya sababu ya ubora, masafa ya katikati, na uwezo, tunapata:

R1 = 1 / (2 (1) (2-60) (0.15x10-6)) = 1105.25

Kama ilivyoelezwa hapo juu wakati wa kujadili muundo wa kifaa cha kuongeza vifaa, bado ni muhimu kuhakikisha kuwa wakati wa kusuluhisha upinzani ambao uko katika safu ya kOhm kwa hivyo hakuna uharibifu unaofanywa kwa mzunguko. Ikiwa wakati wa kusuluhisha upinzani, moja ni ndogo sana, thamani inapaswa kubadilishwa, kama uwezo, ili kuhakikisha kuwa hii haifanyiki. Vivyo hivyo kusuluhisha equation kwa R1, R2 na R3 inaweza kutatuliwa:

R2 = 2 (1) / [(2-60) (0.15x10-6)] = 289.9 kΩ

R3 = (1105.25) (289.9x103) / [(1105.25) + (289.9x103)] = 1095.84

Kwa kuongezea, tatua kwa upanaji wa data ili uwe nayo kama thamani ya kinadharia kulinganisha na thamani ya majaribio baadaye:

1 = (2π60) / β⇒β = 47.12 rad / sec

Mara tu unapojua maadili ya upinzani jenga mzunguko kwenye ubao wa mkate.

Hatua hii tu ya mzunguko ndiyo inayopaswa kupimwa wakati huu, kwa hivyo haipaswi kushikamana na kipaza sauti cha vifaa. Ugavi wa Nguvu wa Agilent E3631A DC hutumiwa kuwezesha amplifier ya utendaji na pato la +15 V na -15 V kwenda kwenye pini 4 na 7. Jenereta ya kazi imewekwa kutoa muundo wa wimbi la sinusoidal na masafa ya awali ya 10 Hz, a Vpp ya 1 V, na malipo ya 0 V. Mchango mzuri unapaswa kushikamana na R1na pembejeo hasi inapaswa kushikamana na ardhi. Uingizaji unapaswa pia kushikamana na kituo cha 1 cha oscilloscope. Pato la kichujio cha notch, inayotokana na pini 6 ya amplifier ya utendaji inaonyeshwa kwenye kituo cha 2 cha oscilloscope. Kufagia AC hupimwa na kurekodiwa kwa kutofautisha masafa kutoka 10 Hz hadi 100 Hz. Mzunguko unaweza kuongezeka kwa kuongezeka kwa 10 Hz hadi kufikia masafa ya 50. Kisha nyongeza ya 2 Hz hutumiwa hadi 59 Hz. Mara baada ya 59 Hz kufikiwa, nyongeza ya 0.1 Hz inapaswa kuchukuliwa. Halafu, baada ya 60 Hz kufikiwa, nyongeza zinaweza kuongezeka tena. Uwiano wa Vout / Vin na angle ya awamu inapaswa kurekodiwa. Ikiwa uwiano wa Vout / Vin sio chini au sawa na -20 dB kwa 60 Hz, maadili ya upinzani yanahitaji kubadilishwa ili kuhakikisha uwiano huu. Mpango wa majibu ya masafa na njama ya majibu ya awamu hujengwa kutoka kwa data hii. Jibu la masafa linapaswa kuonekana kama ile kwenye grafu, ambayo inathibitisha kuwa masafa karibu 60Hz yanaondolewa, ambayo ndio unayotaka!

Hatua ya 4: Jenga Kichujio cha kupita chini na ujaribu

Mzunguko wa cutoff wa kichujio cha kupitisha chini imedhamiriwa kama 150 Hz. Thamani hii ilichaguliwa kwa sababu unataka kuhifadhi masafa yote yaliyopo kwenye ECG wakati wa kuondoa kelele ya ziada, haswa inayopatikana katika masafa ya juu. Mzunguko wa wimbi la T liko katika anuwai kutoka 0-10 Hz, wimbi la P katika anuwai kutoka 5-30 Hz, na tata ya QRS katika safu ya 8-50 Hz. Walakini, upitishaji usiokuwa wa kawaida wa ventrikali unaonyeshwa na masafa ya juu, kawaida juu ya 70 Hz. Kwa hivyo, 150 Hz ilichaguliwa kama masafa ya cutoff ili kuhakikisha kuwa tunaweza kunasa masafa yote, hata masafa ya juu, wakati wa kukata kelele za masafa ya juu. Kwa kuongezea frequency ya 150 Hz cutoff, sababu ya ubora, K, imewekwa kwa 1 kwa sababu hakuna ukuzaji zaidi unahitajika. Kwanza tuliamua maadili ya R1, R2, R3, R4, C1, na C2 kwa kutumia hesabu zifuatazo za muundo wa kichungi cha kupitisha chini:

R1 = 2 / [⍵c [aC2 + sqrt ([a ^ 2 + 4b (K -1)] C2 ^ 2 - 4bC1C2)]

R2 = 1 / [bC1C2R1⍵c ^ 2]

R3 = K (R1 + R2) / (K -1) wakati K> 1

R4 = K (R1 + R2)

C2 kuhusu 10 / fc uF

C1 <C2 [a2 + 4b (K -1)] 4b

Ambapo K = faida

=c = mzunguko wa cutoff (rad / sec)

fc = mzunguko wa cutoff (Hz)

mgawo wa kichungi = 1.414214

b = mgawo wa chujio = 1

Kwa sababu faida ni 1, R3 inabadilishwa na mzunguko wazi na R4is inabadilishwa na mzunguko mfupi ambao hufanya mfuasi wa voltage. Kwa hivyo, maadili hayo hayalazimiki kutatuliwa. Kwanza tulitatua kwa thamani ya C2. Kuingiza maadili ya awali kwenye equation hiyo, tunapata:

C2 = 10/150 uF = 0.047 uF

Kisha, C1 inaweza kutatuliwa kwa kutumia thamani ya C2.

C1 <(0.047x10 ^ -6) [1.414214 ^ 2 + 4 (1) (1 -1)] / 4 (1)

C1 <0.024 uF = 0.022 uF

Mara tu maadili ya uwezo yatatuliwa, R1 na R2 zinaweza kuhesabiwa kama ifuatavyo:

R1 = 2 (2π150) [(1.414214) (0.047x10-6) + ([1.4142142 + 4 (1) (1 -1)] 0.047x10-6) 2 - 4 (1) (0.022x10-6) (0.047 x10-6))] R1 = 25486.92 Ω

R2 = 1 (1) (0.022x10-6) (0.047x10-6) (25486.92) (2π150) 2 = 42718.89

Pamoja na upinzani sahihi jenga mzunguko unaoonekana kwenye mchoro wa mzunguko.

Hii ni hatua ya mwisho ya muundo wa jumla na inapaswa kujengwa kwenye ubao wa mkate moja kwa moja kushoto ya kichungi cha notch na pato la kichungi cha notch na voltage ya pembejeo ya kichujio cha kupitisha chini. Mzunguko huu unapaswa kujengwa kwa kutumia ubao wa mkate sawa na hapo awali, na upinzaji na uwezo uliohesabiwa kwa usahihi, na kipaza sauti kimoja cha kufanya kazi. Mara tu mzunguko unapojengwa kwa kutumia mchoro wa mzunguko kwenye sura ya 3, hujaribiwa. Hatua hii tu inapaswa kujaribiwa wakati huu, kwa hivyo haipaswi kushikamana na kipaza sauti cha vifaa au kichujio cha notch. Kwa hivyo, Agilent E3631A DC Power Supply hutumiwa kuongezea amplifier ya utendaji na pato la +15 na -15 V kwenda kwenye pini 4 na 7. Jenereta ya kazi imewekwa kutoa muundo wa wimbi la sinusoidal na masafa ya awali ya 10 Hz, Vpp ya 1 V, na malipo ya 0 V. Mchango mzuri unapaswa kushikamana na R1na pembejeo hasi inapaswa kushikamana na ardhi. Uingizaji unapaswa pia kushikamana na kituo cha 1 cha oscilloscope. Pato la kichujio cha notch, inayotokana na pini 6 ya amplifier ya utendaji inaonyeshwa kwenye kituo cha 2 cha oscilloscope. Kufagia AC hupimwa na kurekodiwa kwa kutofautisha masafa kutoka 10 Hz hadi 300 Hz. Mzunguko unaweza kuongezeka kwa nyongeza 10 za Hz hadi kufikia masafa ya cutoff ya 150 Hz. Kisha, mzunguko unapaswa kuongezeka kwa 5 Hz hadi kufikia 250 Hz. Kuongezeka kwa juu kwa 10 Hz inaweza kutumika kumaliza kufagia. Uwiano wa Vout / Vin na angle ya awamu imeandikwa. Ikiwa mzunguko wa cutoff sio 150 Hz, basi maadili ya upinzani yanahitaji kubadilishwa ili kuhakikisha kuwa thamani hii ni kweli mzunguko wa cutoff. Mpangilio wa majibu ya masafa inapaswa kuonekana kama picha ambapo unaweza kuona kwamba masafa ya kukatwa ni karibu 150Hz.

Hatua ya 5: Unganisha Vipengele vyote vitatu na Uiga Electrocardiogram (ECG)

Unganisha hatua zote tatu kwa kuongeza waya kati ya sehemu ya mwisho ya mzunguko wa sehemu iliyopita hadi mwanzo wa sehemu inayofuata. Mzunguko kamili unaonekana kwenye mchoro.

Kutumia jenereta ya kazi, onyesha ishara nyingine ya ECG na Ikiwa vifaa vilijengwa na kushikamana vyema, pato lako kwenye oscilloscope linapaswa kuonekana kama hiyo kwenye picha.

Hatua ya 6: Sanidi Bodi ya DAQ

Juu ya bodi ya DAQ inaweza kuonekana. Unganisha nyuma ya kompyuta ili kuiweka na uweke Pembejeo ya Analog iliyotengwa kwenye kituo cha 8 cha bodi (ACH 0/8). Ingiza waya mbili kwenye mashimo yaliyoandikwa '1' na '2' ya Pembejeo ya Analog iliyotengwa. Weka jenereta ya kazi ili kutoa ishara ya ECG ya 1Hz na Vpp ya 500mV na kukabiliana na 0V. Unganisha pato la jenereta ya kazi na waya zilizowekwa kwenye Ingizo la Analog iliyotengwa.

Hatua ya 7: Fungua LabView, Unda Mradi Mpya na Sanidi Msaidizi wa DAQ

Fungua programu ya LabView na uunda mradi mpya na ufungue VI mpya chini ya menyu ya kushuka kwa faili. Bonyeza kulia kwenye ukurasa kufungua kidirisha cha sehemu. Tafuta 'Ingizo la Msaidizi wa DAQ' na uburute kwenye skrini. Hii itachukua moja kwa moja dirisha la kwanza.

Chagua Pata Ishara> Ingizo la Analog> Voltage. Hii itachukua dirisha la pili.

Chagua ai8 kwa sababu umeweka Pembejeo yako ya Analog iliyotengwa kwenye kituo cha 8. Chagua Maliza ili kuvuta dirisha la mwisho.

Badilisha Njia ya Upataji iwe Sampuli za Kuendelea, Sampuli za Kusoma kwa 2k na Kiwango kuwa 1kHz. Kisha Chagua Run juu ya dirisha lako na pato kama ile iliyoonekana hapo juu inapaswa kujitokeza. Ikiwa ishara ya ECG imegeuzwa, badilisha tu unganisho kutoka kwa jenereta ya kazi kwenda kwa bodi ya DAQ kote. Hii inaonyesha kuwa unafanikiwa kupata ishara ya ECG! (Yay!) Sasa unahitaji kuiandika ili kuichambua!

Hatua ya 8: Maoni ya Maoni ya Kuchambua Vipengele vya Ishara ya ECG na Kuhesabu Mapigo ya Moyo

Tumia alama kwenye picha kwenye LabView

Tayari umeweka Msaidizi wa DAQ. Msaidizi wa DAQ huchukua ishara ya kuingiza, ambayo ni ishara ya voltage ya analog, inayofananishwa na jenereta ya kazi au kupokea moja kwa moja kutoka kwa mtu aliyefungwa kwa elektroni zilizowekwa vyema. Halafu inachukua ishara hii na kuiendesha kupitia kibadilishaji cha A / D na sampuli inayoendelea na vigezo vya sampuli 2000 zisomwe, kiwango cha sampuli 1 kHz na viwango vya juu vya voltage na 10V na -10V mtawaliwa. Ishara hii inayopatikana ni pato kwenye grafu ili iweze kuonekana. Inachukua pia muundo huu wa wimbi uliobadilishwa na inaongeza 5, kuhakikisha inachukua hesabu hasi na kisha huzidishwa na 200 ili kufanya kilele kiwe tofauti zaidi, kikubwa na rahisi kuchambua. Halafu huamua kiwango cha juu na min cha muundo wa wimbi ndani ya dirisha lililopewa la sekunde 2.5 kupitia operesheni ya max / min. Thamani kubwa inayohesabiwa inahitaji kuzidishwa na asilimia ambayo inaweza kubadilishwa lakini kawaida ni 90% (0.9). Thamani hii huongezwa kwa thamani ya min na kupelekwa kwenye kilele cha kugundua operesheni kama kizingiti. Kama matokeo kila hatua ya grafu ya umbo la mawimbi inayozidi kizingiti hiki hufafanuliwa kama kilele na kuokolewa kama safu ya vilele katika mwendeshaji wa upelelezi wa kilele. Safu hii ya kilele hutumwa kwa kazi mbili tofauti. Moja ya kazi hizi hupokea safu ya kilele na pato la mawimbi na mwendeshaji wa thamani kubwa. Ndani ya kazi hii, dt, pembejeo hizi mbili hubadilishwa kuwa thamani ya wakati kwa kila kilele. Kazi ya pili ina waendeshaji wa faharisi wawili ambao huchukua matokeo ya eneo la kazi ya kugundua kilele na huwapatia alama tofauti ili kupata maeneo ya kilele cha 0 na kilele cha 1. Tofauti kati ya maeneo haya mawili huhesabiwa na mwendeshaji wa minus na kisha kuzidishwa na maadili ya wakati yaliyopatikana kutoka kwa kazi ya dt. Hii hutoa kipindi, au wakati kati ya kilele mbili kwa sekunde. Kwa ufafanuzi, 60 iliyogawanywa na kipindi inatoa BPM. Thamani hii inaendeshwa kupitia operesheni kamili ili kuhakikisha kuwa pato huwa chanya kila wakati na kisha huzungushwa kwa nambari nzima iliyo karibu. Hii ni hatua ya mwisho katika kuhesabu na mwishowe kutoa kiwango cha moyo kwenye skrini sawa na pato la wimbi. Mwisho huu ndivyo mchoro wa block unapaswa kuonekana kama picha ya kwanza.

Baada ya kumaliza mchoro wa kizuizi, ikiwa utaendesha programu hiyo unapaswa kupata pato lililoonyeshwa.

Hatua ya 9: Unganisha Mzunguko na Vipengele vya LabView na Unganisha kwa Mtu Halisi

Sasa kwa sehemu ya kufurahisha! Kuchanganya mzunguko wako mzuri na mpango wa LabView kupata ECG halisi na kuhesabu kiwango cha moyo wake. Ili kurekebisha mzunguko kufuata mwanadamu na kutoa ishara inayofaa, faida ya kifaa cha kuongeza vifaa lazima ipunguzwe kupata faida ya 100. Hii ni kwa sababu ya ukweli kwamba wakati umeunganishwa na mtu, kuna malipo ambayo kisha hujaza kipaza sauti cha kufanya kazi. Kwa kupunguza faida, hii itapunguza suala hili. Kwanza, faida ya hatua ya kwanza ya amplifier ya vifaa inabadilishwa kuwa faida ya 4 ili faida ya jumla iwe 100. Halafu, kwa kutumia equation 1, R2is imewekwa kwa 19.5 kΩ, na R1is inapatikana kama ifuatavyo:

4 = 1 + 2 (19, 500) R1⇒R1 = 13 kΩ Halafu, kipaza sauti cha vifaa hubadilishwa kwa kubadilisha upinzani wa R1to 13 kΩ kama inavyoonyeshwa katika hatua ya 2 kwenye ubao wa mkate uliojengwa hapo awali. Mzunguko mzima umeunganishwa na mzunguko unaweza kupimwa kwa kutumia LabView. Ugavi wa Umeme wa Agilent E3631A DC unapeana nguvu amplifiers za utendaji na pato la + 15 V na -15 V kwenda kwenye pini 4 na 7. Elektroni za ECG zimeunganishwa na somo na risasi chanya (G1) inayoenda kwenye kifundo cha mguu wa kushoto, risasi hasi (G2) kwenda kwenye mkono wa kulia, na ardhi (COM) inaenda kwenye kifundo cha mguu wa kulia. Ingizo la mwanadamu linapaswa kuwa kubandika 3 ya viboreshaji vya utendaji katika hatua ya kwanza ya mzunguko na risasi chanya iliyounganishwa na pini 3 ya kipaza sauti cha kwanza cha kazi na risasi hasi iliyounganishwa na pini 3 ya kipaza sauti cha pili cha utendaji. Ardhi inaunganisha na ardhi ya ubao wa mkate. Pato la kipaza sauti, kutoka kwa pini 6 ya kichujio cha kupitisha chini, imeambatanishwa na bodi ya DAQ. Hakikisha kuwa kimya na utulivu na unapaswa kupata pato kwenye LabView ambayo inaonekana sawa na ile iliyo kwenye picha.

Ishara hii ni dhahiri zaidi kelele kuliko ishara kamili iliyoigwa na jenereta ya kazi. Kama matokeo mapigo ya moyo wako yataruka karibu sana lakini inapaswa kubadilika na anuwai ya BPM 60-90. Na hapo unayo! Njia ya kufurahisha ya kupima mapigo yetu ya moyo kwa kujenga mzunguko na kuweka alama kwenye programu zingine!