Зүрхний ЭКГ: 7 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Хураангуй

ЭКГ буюу электрокардиограм бол зүрхний цахилгаан дохиог бүртгэхэд ашигладаг эмнэлгийн хэрэгсэл юм. Тэдгээрийг хамгийн энгийн хэлбэрээр хийхэд хялбар боловч ургах хангалттай зай бий. Энэхүү төслийн хувьд LTSpice дээр ЭКГ -ийг зохиож, загварчилсан болно. ЭКГ нь багажны өсгөгч, бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр, эцэст нь эргэдэггүй өсгөгч гэсэн гурван бүрэлдэхүүн хэсэгтэй байв. Энэ нь биосигналын харьцангуй сул эх үүсвэр, мөн хэлхээний доторх дуу чимээг арилгах шүүлтүүрээс хангалттай их ашиг олж байгааг баталгаажуулах явдал байв. Загварчлал нь хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсэг бүр гурван бүрэлдэхүүн хэсэгтэй нэгдсэн нэгдсэн хэлхээг амжилттай гүйцэтгэсэн болохыг харуулсан. Энэ нь ЭКГ -ийн хэлхээг бий болгох боломжтой арга гэдгийг харуулж байна. Дараа нь бид ЭКГ -ийг сайжруулах асар их боломжийг судалсан.

Алхам 1: Танилцуулга/Үндсэн мэдээлэл

Зүрхний цахилгаан дохиог бүртгэхэд ЭКГ эсвэл электрокардиограмыг ашигладаг. Энэ нь нэлээд түгээмэл бөгөөд зүрхний эмгэгийг илрүүлэх, зүрхний эрүүл мэндийг хянахад ашиглагддаг өвдөлтгүй тест юм. Тэдгээрийг эмчийн өрөөнд хийдэг - эмнэлэг эсвэл эмнэлгийн өрөө, мэс заслын болон түргэн тусламжийн машинд ашигладаг стандарт машинууд [1]. Хэрэв тэд хэмнэл тогтмол эсвэл тогтмол биш байвал зүрхний цохилт хэр хурдан байгааг, зүрхний янз бүрийн хэсгээр дамжиж буй цахилгаан импульсийн хүч чадал, цаг хугацааг харуулах боломжтой. Цээж, гар, хөлний арьсанд ойролцоогоор 12 электрод (эсвэл түүнээс цөөн) бэхлэгддэг бөгөөд импульсийг уншиж, график хийдэг машинтай холбогддог [2]. Арван хоёр тугалгатай ЭКГ нь 10 электродтой (зүрхний нийт 12 үзэл бодлыг өгдөг). 4 хар тугалга нь мөчрүүд дээр явдаг. Хоёр нь бугуйнд, хоёр нь шагайнд. Шигшээ 6 хар тугалга нь их бие дээр гардаг. V1 нь цээжний баруун талд байрлах 4 -р хавирганы завсраар явдаг бол V2 нь ижил шугам дээр, харин цээжний зүүн талд байрладаг. V3 нь V2 ба V4 -ийн дунд байрладаг, V5 нь урд талын суганы шугам дээр V4 ба V6 нь дунд тэнхлэгийн шугам дээр ижил түвшинд явдаг [3].

Энэхүү төслийн зорилго нь аналог дохио олж авах төхөөрөмжийг зохион бүтээх, загварчлах, шалгах явдал юм - энэ тохиолдолд электрокардиограм. Зүрхний цохилт дунджаар 72 байдаг боловч амрах үед 90 хүртэл буурч чаддаг тул дундаж давтамжийг 60 эргэлтийн хурдтай тооцож, зүрхний цохилтын 1Гц давтамжийг өгдөг. Зүрхний цохилт нь ойролцоогоор 0.67-5 Гц (40-300 bpm) хооронд хэлбэлздэг. Сигнал бүр нь долгионоос бүрдэх P, QRS комплекс, долгионы T хэсэг гэж нэрлэгдэх долгионоос бүрдэнэ. P долгион нь ойролцоогоор 0.67 - 5 Гц, QRS комплекс нь 10-50 Гц орчим, T долгион нь ойролцоогоор 1 - 7 Гц орчим байдаг [4]. ЭКГ -ийн хамгийн сүүлийн үеийн дэвшилтэт техник нь машин сурах чадвартай [5] бөгөөд энд хэм алдагдал гэх мэтийг машин өөрөө ангилж болно. Хялбаршуулахын тулд энэхүү ЭКГ нь зөвхөн эерэг ба сөрөг гэсэн хоёр электродтой байх болно.

Алхам 2: Арга, материал

Дизайныг эхлүүлэхийн тулд компьютерийг судалгаа, загварчлалын аль алинд нь ашигласан. Ашигласан програм хангамж нь LTSpice байсан. Нэгдүгээрт, аналог ЭКГ -ийн бүдүүвчийг боловсруулахын тулд одоогийн загварууд юу вэ, тэдгээрийг хэрхэн шинэлэг дизайнд хэрхэн хэрэгжүүлэх талаар судалгаа хийсэн. Бараг бүх эх сурвалжууд багаж хэрэгслийн өсгөгчөөр эхэлсэн. Энэ нь электрод тус бүрээс хоёр оролт авдаг. Үүний дараа цахилгаан дамжуулах шугамын чимээ 50-60 Гц орчим байдаг тул 50 Гц-ээс дээш дохиог арилгахын тулд бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийг сонгосон байна [6]. Үүний дараа био дохио нь маш бага хэмжээтэй тул дохиог өсгөдөг.

Эхний бүрэлдэхүүн хэсэг нь багаж хэрэгслийн өсгөгч байв. Энэ нь хоёр оролттой бөгөөд нэг нь эерэг, нөгөө нь сөрөг электрод юм. Багажны өсгөгчийг хэлхээг ирж буй дохионоос хамгаалах зорилгоор тусгайлан ашигласан. Гурван бүх нийтийн оп-ампер ба 7 эсэргүүцэл байдаг. R4 (Rgain) -ээс бусад бүх эсэргүүцэл нь ижил эсэргүүцэлтэй байдаг. Багаж хэрэгслийн өсгөгчийн ашиг орлогыг дараах томъёогоор удирдах боломжтой: A = 1 + (2RRgain) [7] Био дохио маш бага тул ашиг орлогыг 50 байхаар сонгосон. Ашиглахад хялбар байхын тулд резисторыг илүү том болгож сонгосон. Тооцоолол нь энэхүү тэгшитгэлийн багцыг дагаж R = 5000Ω ба Rgain = 200Ω болно. 50 = 1 + (2RRain) 50 2 * 5000200

Дараагийн ашигласан бүрэлдэхүүн хэсэг нь 50 Гц -ээс дээш давтамжийг арилгахын тулд бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр байсан бөгөөд энэ нь зөвхөн PQRST долгионыг энэ давтамжийн хүрээнд байлгаж, дуу чимээг багасгах болно. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн тэгшитгэлийг доор харуулав: fc = 12RC [8] Таслахад сонгосон давтамж нь 50 Гц байсан ба резисторыг 1 кОм байхаар сонгосон тул тооцоолол нь конденсаторын 0.00000318 F. 50 = 12 утгыг гаргадаг. * 1000 * C

ЭКГ-ын гурав дахь бүрэлдэхүүн хэсэг нь урвуу биш өсгөгч байв. Энэ нь аналоги тоон хөрвүүлэгч рүү шилжүүлэхээс өмнө дохио хангалттай том байх ёстой. Нэвтрэхгүй өсгөгчийн ашиг орлогыг доор харуулав: A = 1 + R2R1 [9] Эцсийн дохионы далайцыг нэмэгдүүлэхийн тулд олзыг 50 байхаар сонгохоос өмнөх шиг. Эсэргүүцлийн тооцоолол дараах байдалтай байна, нэг эсэргүүцэл нь 10000Ω байхаар сонгогдсон ба эсэргүүцлийн хоёрдахь утга нь 200 Ом байна. 50 = 1 + 10000R1 50 10000200

Схемийг шалгахын тулд бүрэлдэхүүн хэсэг тус бүр дээр дүн шинжилгээ хийж, дараа нь эцсийн ерөнхий схем дээр хийсэн болно. Хоёрдахь симуляци нь AC анализ, октаваар цэвэрлэх, нэг октав тутамд 100 оноотой, 1 -ээс 1000 Гц давтамжтайгаар гүйх явдал байв.

Алхам 3: Үр дүн

Хэлхээг шалгахын тулд 1 Гц давтамжаас эхлээд 1000 Гц давтамж хүртэл үргэлжлэх нэг октав тутамд 100 оноотой октавын шүүрийг хийсэн. Оролт нь ЭКГ долгионы мөчлөгийн шинж чанарыг илэрхийлэх синусоидын муруй байв. Энэ нь 0 -ийн далайцтай, 1 -ийн далайцтай, 1 Гц -ийн давтамжтай, 0 -ийн хоцрогдолтой, 0 -ийн teta (1/s), 90 -ийн phi (deg) байсан. Давтамжийг дунджаар 1 гэж тохируулсан. Зүрхний цохилтыг 60 ГБ / минут болгож тохируулж болно, энэ нь 1 Гц юм.

5 -р зурагт үзүүлсэн шиг цэнхэр нь оролт, улаан нь гаралт байв. Дээр дурдсанчлан асар их ашиг олсон нь тодорхой байна.

Бага дамжуулах шүүлтүүрийг 50 Гц болгож тохируулсан бөгөөд энэ нь ЭКГ хийх боломжтой цахилгааны шугамын дуу чимээг арилгах болно. Энд дохио нь 1 Гц тогтмол байхад энд хамаарахгүй тул гаралт нь оролттой ижил байна (Зураг 6).

Цэнхэр өнгөөр харуулсан гаралтыг ногооноор харуулсан оролттой харьцуулахад тодорхой хэмжээгээр нэмэгдүүлсэн болно. Нэмж дурдахад синусын муруйн оргил ба хөндий хоорондоо таарч байгаа тул өсгөгч нь урвуу байрлалгүй байсан нь харагдаж байна (Зураг 7).

Зураг 8 -т бүх муруйг хамтад нь харуулав. Энэ нь жижиг дохионоос хоёр удаа олшруулж, шүүсэн (хэдийгээр шүүлтүүр нь энэ тодорхой дохионд ямар ч нөлөө үзүүлэхгүй) дохиог хэрхэн удирдахыг тодорхой харуулдаг.

Ололт ба таслалтын давтамжийн тэгшитгэлийг ашиглан [10, 11] туршилтын утгыг графикуудаас тодорхойлсон болно. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь хамгийн бага алдаатай байсан бол өсгөгч хоёулаа 10% орчим алдаатай байв (Хүснэгт 1).

Алхам 4: Хэлэлцүүлэг

Схем нь хийх ёстой зүйлээ хийдэг бололтой. Энэ нь өгөгдсөн дохиог авч өсгөж, дараа нь шүүж, дараа нь дахин өсгөв. Энэ бол зөвхөн багажны өсгөгч, бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр, урвуу биш шүүлтүүрээс бүрдсэн маш "жижиг" загвар юм. Тохирох эх сурвалжийг хайж олохын тулд олон цагаар интернетээр аялж байсан ч ЭКГ -ийн эх сурвалжийн талаар тодорхой мэдээлэл ороогүй байна. Харамсалтай нь, энэ нь үр дүнд хүрээгүй ч гэсэн нүглийн долгион нь дохионы мөчлөгийн шинж чанарыг зохих ёсоор орлох болно.

Сонгосон бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь ашиг ба бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн онолын болон бодит үнэ цэнийн хувьд алдааны эх үүсвэр болдог. Ашигласан тэгшитгэлүүд нь эсэргүүцлийн харьцааг 1 -д нэмсэн тул тооцоолохдоо үүнийг үл тоомсорлов. Хэрэв ашигласан резисторууд хангалттай том бол үүнийг хийх боломжтой. Сонгосон резисторууд том хэмжээтэй байсан ч тооцооллыг хийгээгүй нь бага хэмжээний алдааг бий болгоно. Сан Хосе мужийн Сан Хосе мужийн их сургуулийн судлаачид зүрх судасны өвчнийг оношлох зорилгоор тусгайлан ЭКГ хийжээ. Тэд багажны өсгөгч, 1-р эрэмбийн идэвхтэй өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр, 5-р зэрэглэлийн идэвхтэй Bessel бага дамжуулагч дүүргэгч, хоёр давхар идэвхтэй ховилын шүүлтүүр ашигласан [6]. Эдгээр бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигласнаар хүнээс авсан ЭКГ -ийн түүхий долгионыг амжилттай боловсруулж чадсан гэж тэд дүгнэжээ. Пурдугийн Их Сургуульд Орландо Хоулетт хийсэн ЭКГ -ийн энгийн хэлхээний өөр нэг загвар нь зөвхөн багаж хэрэгслийн өсгөгчөөс бүрдсэн байв. Гаралт нь ойлгомжтой, ашиглах боломжтой боловч тодорхой хэрэглээний хувьд цахилгаан шугамын дуу чимээг арилгахын тулд өсгөгч, зурвас нэвтрүүлэх шүүлтүүр, 60 Гц -ийн ховилын шүүлтүүрийг ашиглахыг зөвлөж байна. Эндээс харахад ЭКГ-ийн энэхүү загвар нь бүгдийг хамарч чадаагүй ч ЭКГ-ийн дохиог хүлээн авах хамгийн энгийн арга биш юм.

Алхам 5: Ирээдүйн ажил

ЭКГ -ийн энэхүү загварыг практик төхөөрөмжид оруулахаас өмнө хэд хэдэн зүйлийг шаардах болно. Нэгдүгээрт, 60 Гц ховилын шүүлтүүрийг хэд хэдэн эх сурвалж санал болгосон бөгөөд энд ажиллах цахилгаан дамжуулах шугамын дуу чимээ байхгүй тул симуляцид оруулаагүй болно. Үүнийг физик төхөөрөмж рүү хөрвүүлсний дараа ховилын шүүлтүүр нэмэх нь ашигтай байх болно. Нэмж дурдахад бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн оронд туузан дамжуулагч шүүлтүүртэй байх, шүүлтүүрдэж буй давтамжийг илүү хянах боломжтой байх нь илүү дээр юм. Дахин хэлэхэд симуляцид ийм асуудал гардаггүй, гэхдээ энэ нь физик төхөөрөмж дээр гарч ирэх болно. Үүний дараа ЭКГ нь аналоги тоон хөрвүүлэгч, бөөрөлзгөнө пи -тэй төстэй төхөөрөмжөөс өгөгдлийг цуглуулж компьютерт дамжуулж үзэх, ашиглах шаардлагатай болно. Цаашдын сайжруулалтууд нь 4 мөчний хар тугалгаас эхлэн зүрхний 12 туяаны диаграмыг авахын тулд бүх 10 удирдагчийг төгсгөх болно. Хэрэглэгчийн илүү сайн интерфэйс нь бас ашигтай байх болно - магадгүй эмнэлгийн мэргэжилтнүүдэд ЭКГ -ийн гаралтын зарим хэсэгт хялбархан хандаж, анхаарлаа төвлөрүүлэх боломжтой мэдрэгчтэй дэлгэцтэй болно.

Цаашдын алхамууд нь машин сурах, хиймэл оюун ухааны хэрэглээтэй холбоотой байх болно. Компьютер нь эмнэлгийн ажилтнууд, магадгүй эргэн тойрны хүмүүст хэм алдагдал эсвэл үүнтэй төстэй зүйл тохиолдсон тухай анхааруулах чадвартай байх ёстой. Энэ үед эмч онош тавихын тулд ЭКГ -ийн үр дүнг шалгаж үзэх ёстой. Техникчдийг уншихад сургаж байгаа боловч тэд албан ёсоор онош тавьж чадахгүй. Хэрэв анхны тусламж үзүүлсэн хүмүүсийн хэрэглэдэг ЭКГ нь үнэн зөв оноштой бол эмчилгээг хурдан хийх боломжтой болно. Энэ нь нисдэг тэргээр явах боломжгүй өвчтөнийг эмнэлэгт хүргэхэд нэг цаг гаруй хугацаа шаардагдах хөдөө орон нутагт онцгой ач холбогдолтой юм. Дараагийн алхам бол ЭКГ машинд дефибриллятор нэмэх явдал юм. Дараа нь хэм алдагдал илрэх үед цочролын зохих хүчдэлийг тодорхойлж, цочролын дэвсгэр байрлуулсан тохиолдолд өвчтөнийг синусын хэмнэлд оруулахыг оролдож болно. Өвчтөнүүд аль хэдийн янз бүрийн машинд холбогдсон байдаг, эмнэлгийн тусламж үзүүлэх хүн хүрэлцэхгүй бол түүнийг нэг зүрхний машинаар эмчлэх боломжтой бөгөөд энэ нь хүний амь аврахын тулд шаардлагатай цагийг хэмнэх болно..

Алхам 6: Дүгнэлт

Энэхүү төсөлд ЭКГ -ийн хэлхээг амжилттай зохион бүтээж, дараа нь LTSpice ашиглан загварчлав. Энэ нь багажийн өсгөгч, бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр, дохиог тохируулахын тулд эргэдэггүй өсгөгчөөс бүрдэнэ. Энэхүү симуляци нь бүх гурван бүрэлдэхүүн хэсэг нь тус тусдаа болон нийлээд нэгдсэн хэлхээг нэгтгэсэн болохыг харуулсан. Өсгөгч тус бүр 50 -ийн ашиг олсон нь LTSpice дээр хийгдсэн симуляциар нотлогдсон баримт юм. Бага дамжуулах шүүлтүүр нь 50 Гц -ийн хязгаартай давтамжтай байсан бөгөөд цахилгаан дамжуулах шугамаас гарах дуу чимээ, арьс, хөдөлгөөнөөс үүссэн олдворуудыг бууруулдаг. Энэ нь маш жижиг ЭКГ -ийн хэлхээ боловч хэд хэдэн шүүлтүүр нэмж, зүрх судасны аппаратад оруулах, унших, унших гэх мэт бүх зүйлийг сайжруулах боломжтой. яаралтай эмчилгээ хийх.

Алхам 7: Ашигласан материал

Ашигласан материал

[1] "Электрокардиограм (ЭКГ эсвэл ЭКГ)" Майо клиник, 2020 оны 4-р сарын 09. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://www.mayoclinic.org/tests-procedures/ekg/about/pac-20384983. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[2] "Электрокардиограм", Зүрхний үндэсний уушиг, цусны хүрээлэн. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://www.nhlbi.nih.gov/health-topics/electrocardiogram. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[3] А. Рандаззо, "ЭКГ-ийн 12 тугалганы эцсийн удирдамж (Зурагтай)," Prime Medical Training, 11-Nov-2019. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://www.primemedicaltraining.com/12-lead-ecg-placement/. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[4] C. Уотфорд, "ЭКГ -ийн шүүлтүүрийг ойлгох нь", EMS 12 Lead, 2014. [Онлайн]. Боломжтой: https://ems12lead.com/2014/03/10/understanding-ecg-filtering/. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[5] РК Севакула, WTM Au -Yeung, JP Singh, EK Heist, EM Isselbacher, AA Armoundas, "Зүрх судасны системтэй холбоотой өвчтөний үр дүнг сайжруулахад чиглэсэн хамгийн сүүлийн үеийн дэвшилтэт машин сурах арга техник" сэтгүүл. Америкийн зүрхний холбоо, боть. 9, үгүй. 4, 2020 он.

[6] W. Y. Du, "Зүрх судасны өвчний оношлогоонд зориулсан ЭКГ мэдрэгчийн хэлхээний дизайн", Олон улсын биосенсор ба биоэлектроникийн сэтгүүл, боть. 2, үгүй. 2017 оны 4 -р сар.

[7] "Хэмжих хэрэгслийн өсгөгчийн гаралтын хүчдэлийн тооцоолуур," ncalculators.com. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://ncalculators.com/electronics/instrumentation-amplifier-calculator.htm. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[8] "Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн тооцоолуур", ElectronicBase, 01-04-2019. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://electronicbase.net/low-pass-filter-calculator/. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[9] "Эргэдэггүй үйлдлийн өсгөгч-Урвуу ороогүй оп-өсгөгч", Электроникийн үндсэн хичээлүүд, 2020 оны 11-р сарын 06. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_3.html. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[10] Э. Сенгпиел, “Тооцоолол: Дефибелийн түвшин (дБ) хүртэлх хүчин зүйл (харьцаа) болгон олшруулах (олз) ба норголт (алдагдал)”, аудио өсгөгчийн тооцооллын олшруулалт ба сааруулагч (алдагдал) коэффициентийн dB тооцоолуур. децибел дБ харьцаа - sengpielaudio Sengpiel Берлин. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://www.sengpielaudio.com/calculator-amplification.htm. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[11] "Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр-Идэвхгүй RC шүүлтүүрийн заавар", Электроникийн үндсэн хичээлүүд, 01-5-р сар, 2020 он. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_2.html. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[12] O. H. Instructables, “Супер энгийн электрокардиограмм (ЭКГ) хэлхээ,” Instructables, 02-April-2018. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://www.instructables.com/Super-Simple-Electrocardiogram-ECG-Circuit/. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].

[13] Брент Корнелл, "Электрокардиографи", BioNinja. [Онлайнаар]. Боломжтой: https://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-6-human-physiology/62-the-blood-system/electrocardiography.html. [Оруулсан: 04-12-р сар-2020].