ЭКГ -ийн хэлхээ (PSpice, LabVIEW, Breadboard): 3 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:05

Тэмдэглэл: Энэ бол эмнэлгийн хэрэгсэл биш юм. Энэ нь зөвхөн дууриамал дохиог ашиглан боловсролын зорилгоор хийгдсэн болно. Хэрэв та энэ хэлхээг ЭКГ-ийн бодит хэмжилтэд ашиглаж байгаа бол хэлхээ ба хэлхээний багажны холболт зөв тусгаарлах аргыг ашиглаж байгаа эсэхийг шалгаарай

Энэхүү зааварчилгаа нь ЭКГ -ийн дохиог хүлээн авч, шүүж, олшруулдаг хэлхээний загварчлах, бүтээх, турших удирдамж юм. Энэхүү зааварчилгааг бүхэлд нь хэрэгжүүлэхийн тулд танд хэлхээний анхан шатны мэдлэг, цөөн тооны хэрэгсэл хэрэгтэй болно.

Электрокардиографи (ЭКГ эсвэл ЭКГ) нь зүрхний цахилгаан үйл ажиллагааг бүртгэдэг өвдөлтгүй, инвазив бус шинжилгээ бөгөөд өвчтөний зүрхний байдлыг ойлгоход хэрэглэгддэг. ЭКГ -ийн заалтыг амжилттай дуурайхын тулд зүрхний оролтын дохиог олшруулж (багажны өсгөгч), шүүж (ховилын болон бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр) хийх шаардлагатай. Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг физик болон хэлхээний симулятор дээр бүтээсэн. Бүрэлдэхүүн хэсэг бүр дохиог зөв олшруулж, шүүж байгаа эсэхийг шалгахын тулд хувьсах гүйдлийг PSpice ашиглан туршилтаар хийж болно. Бүрэлдэхүүн хэсэг тус бүрийг амжилттай туршсаны дараа багажийн өсгөгч, ховилын шүүлтүүр, нам дамжуулах шүүлтүүрээс бүрдсэн дууссан хэлхээгээр зүрхний дохиог оруулах боломжтой. Үүний дараа ЭКГ болон LabVIEW -ээр дамжуулан хүний ЭКГ дохиог оруулж болно. Зохиомол долгионы хэлбэр ба хүний зүрхний дохиог оролтын дохионы минутанд цохилтыг (BPM) тоолохын тулд LabVIEW -ээр дамжуулж болно. Ерөнхийдөө зүрхний оролтын дохио ба хүний дохиог амжилттай өсгөж, шүүж, багажийн өсгөгч, ховилын шүүлтүүр, бага дамжуулалтын шүүлтүүрийн хэлхээг зохион бүтээх, өөрчлөх, туршихын тулд ЭКГ -ийг дуурайлган хийх чадвартай байх ёстой.

Алхам 1: Компьютер дээрх хэлхээний загварчлах

Бидний үүсгэж буй хэлхээг дуурайхын тулд та байгаа бүх програм хангамжийг ашиглаж болно. Би PSpice -ийг ашигласан тул би энэ талаар дэлгэрэнгүй тайлбарлах болно, гэхдээ бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утга (эсэргүүцэл, конденсатор гэх мэт) болон гол арга замууд нь бүгд адилхан тул өөр зүйл ашиглахад чөлөөтэй байгаарай (circuitlab.com гэх мэт)..

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утгыг тооцоолох:

1. Нэгдүгээрт, багаж хэрэгслийн өсгөгчийн утгыг тодорхойлох (зураг харна уу). Зураг дээрх утгуудыг хүссэн 1000 -ийн ашиг олсноор тодорхойлсон болно. Энэ нь хэлхээний энэ хэсгийг оролтын хүчдэлээс үл хамааран үүнийг олзоор нэмэгдүүлэх болно. Жишээлбэл, хэрэв та миний хийсэн шиг 1V өгвөл 1000В байх ёстой. Энэхүү багаж өсгөгч нь хоёр хэсгээс бүрддэг тул ашиг орлогыг K1 ба K2 гэж хуваадаг. Оруулсан зургийг үзнэ үү, бид ашиг нь ойролцоо байхыг хүсч байна (иймээс зураг дээрх тэгшитгэл 2), зураг дээрх 2 ба 3 тэгшитгэлийг зангилааны шинжилгээгээр олж, дараа нь резисторын утгыг тооцоолж болно (зургийг үзнэ үү).
2. Ховилын шүүлтүүрийн эсэргүүцлийн утгыг чанарын коэффициент Q -ийг 8 болгож тодорхойлсон бөгөөд бидэнд 0.022uF конденсатор хангалттай байгаа гэдгийг мэдэж байсан тул эдгээр хоёр нөхцлийг ашиглан тооцооллоор урагшлав. Утга тооцоолохын тулд 5-10 тэгшитгэл бүхий зургийг үзнэ үү. Эсвэл R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω ашиглаарай, энэ бол бидний хийсэн зүйл юм!
3. Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь ЭКГ -т 250 Гц давтамжтай давтамжийг ашиглах нь оновчтой болохыг олж мэдсэн тодорхой давтамжаас давсан дуу чимээг арилгах явдал юм. Энэ давтамж ба тэгшитгэлээс 11-15 (зургийг үзнэ үү) бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн эсэргүүцлийн утгыг тооцоолно уу. K = 1 -ийн ашиг олохын тулд R3 -ийг нээлттэй хэлхээ, R4 -ийг богино холболт гэж үзье. Бид R1 = 15, 300 ом, R2 = 25, 600 ом, C1 = 0.022 uF, C2 = 0.047 uF гэж тооцоолсон.

PSpice дээр нээж, бүтээх:

Эдгээр бүх утгыг ашиглан PSpice -ийг эхлүүлнэ үү - "OrCAD Capture CIS" -г нээнэ үү, хэрэв Cadence Project Choices -ийн цонх гарч ирвэл 'Allegro PCB Design CIS L' -ийг сонгоод, файлыг нээнэ үү -> шинэ төслийг нээнэ үү. Аналог эсвэл холимог A/D ашиглан "хоосон төсөл үүсгэх" -ийг сонгоод төслийнхөө файлын зохион байгуулалтын зургийг үзнэ үү. таны хүсч буй хэлхээ. Хуудас бүр дээр та дээд хэсэгт байрлах багаж хэрэгслийн хэсэг дээр дарж хэсэг дээр дарж резистор, конденсатор, ашиглалтын өсгөгч, тэжээлийн эх үүсвэр хайж буй хэсгүүдийн жагсаалтыг нээнэ. Мөн "Унтраах газар" дээрээс та ашиглах шаардлагатай газар, утсыг олох болно. Хуудас бүрийг тооцоолсон утгыг ашиглан зураг дээр үзүүлсэн шиг хий.

Шүүлтүүр болон олшруулалт нь таны хүлээж байгаа шиг болж байгаа эсэхийг баталгаажуулахын тулд AC Sweeps ажиллуулна уу

Эдгээрийг дуурайхын тулд би хоёр тоо нэмсэн. 60 Гц давтамжтай, өндөр давтамжийг шүүж байгааг анхаарч үзээрэй. Шугамын өнгө, тэмдэглэгдсэн ул мөрийн илэрхийлэлийг анхаарч үзээрэй, би бүхэл бүтэн хэлхээг хамтад нь ажиллуулсан тул та юу хүлээж байх ёстойгоо олж мэдэх хэрэгтэй!

Шалгахын тулд PSpice -ийг сонгоно уу, PSpice, Шинэ загварчлалын профайлыг дарж, AC Sweep болгон өөрчилж, эхлэх, зогсоох, нэмэгдэх утгын хүссэн давтамжийг тохируулна уу. PSpice цэсний дор би тэмдэглэгээ, дэвшилтэт, сонгосон хүчдэлийн дБ -ийг сонгож, гаралтыг хэмжихийг хүссэн газартаа тэмдэглэгээ хийсний дараа энэ нь танд гараар өөрчлөлт оруулах шаардлагагүй болно. Дараа нь PSpice цэсийн товчлуур руу дахин ороод Run -ийг сонгоно уу эсвэл F11 дарна уу. Симулятор нээгдэх үед шаардлагатай бол: мөрийг дарж ул мөр нэмж, дараа нь хэрэв та U6 opamp -ийн OUT зүү дээрх хүчдэлийн гаралтыг хэмжихийг хүсвэл V (U6: OUT) гэх мэт тохирох ул мөрийн илэрхийлэлийг сонгоно уу.

Хэмжих хэрэгслийн өсгөгч: uA741 -ийг гурван өсгөгчийн аль алинд нь ашиглаж, зурган дээрх өсгөгчийг тус тусад нь (U4, U5, U6) дагуу иш татсан болохыг анхаарна уу. Энэ тохиолдолд хүчдэлийн гаралт (1000) -тай тэнцүү байхын тулд нэг хүчдэлийн оролттой хэлхээний давтамжийн хариуг тооцоолохын тулд PSpice дээр AC цэвэрлэгээг ажиллуулна уу.

Ховилын шүүлтүүр: Зураг дээр үзүүлсэн шиг нэг хүчдэлийн хувьсах гүйдлийн эх үүсвэр болон uA741 ашиглалтын өсгөгчийг ашиглаж, ашигласан оп өсгөгч бүрийг (15V тогтмол гүйдэлтэй) тэжээж байгаа эсэхийг шалгаарай. Цахилгаан дамжуулагчийг ажиллуулж, цахилгаан дохиог шүүж чадах 60 Гц давтамжтай байхын тулд 30-100 Гц -ийг 10 Гц -ээр нэмэгдүүлэхийг зөвлөж байна.

Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр: uA741 ашиглалтын өсгөгчийг ашиглана уу (зургийг U1 гэж тэмдэглэсэн болно). 15 вольтын тогтмол гүйдлийн хүчдэл бүхий гүйдлийн амперыг асааж, зураг дээрх утсаар холбосон U1 -ийн 6 -р зүү дээрх хувьсах гүйдлийн гүйдлийн гаралтыг хэмжинэ. Хувьсах гүйдлийн хүчийг хэлхээний давтамжийн хариуг тооцоолоход ашигладаг бөгөөд таны оруулсан нэг хүчдэлийн оролтоор хүчдэлийн гаралт нь ашиг-1-тэй тэнцүү байх ёстой.

Алхам 2: Талхны самбар дээр физик хэлхээг бий болго

Энэ нь хэцүү байж болох ч би чамд бүрэн итгэдэг! Үүнийг талхны самбар дээр бий болгохын тулд өөрийн үүсгэсэн, туршсан утга, схемийг ашиглана уу (энэ нь хэлхээний симуляторын ачаар ажилладаг гэдгийг та мэднэ гэж найдаж байна). Бүх хэлхээг туршихын тулд бүх хэлхээг шалгахын тулд хэсэг бүрийг холбоно уу op amp бүрт V+ ба V- (15V) нийлүүлж, шүүлтүүр хийх гэх мэт зүйл ажиллаж байгаа эсэхийг шалгахын тулд осциллографын тусламжтайгаар гарцыг янз бүрийн давтамжтайгаар хэмжиж, үе шатыг туршиж үзэх боломжтой. Та бүхэл бүтэн хэлхээг туршихдаа зүрхний долгионы хэлбэрийг функц генератор дээр ашиглаж болох бөгөөд дараа нь QRS долгионы хэлбэрийг хүлээгдэж буй байдлаар харах болно. Бага зэрэг бухимдал, тэсвэр тэвчээрээр та үүнийг бие махбодийн хувьд бүтээх чадвартай байх ёстой!

Бид мөн PSpice -т дүрслээгүй op amp хүчдэлтэй зэрэгцэн 0.1uF зурвасын конденсатор нэмсэн.

Бие даасан бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг бүтээхдээ дараахь зөвлөмжийг өгөх болно.

Хэмжих хэрэгслийн өсгөгчийн хувьд хэрэв та алдааны эх үүсвэрийг олоход бэрхшээлтэй байгаа бол гурван op-amp-ийн гаралт тус бүрийг шалгана уу. Нэмж дурдахад та тэжээлийн эх үүсвэр, оролтыг зөв нийлүүлж байгаа эсэхээ шалгаарай. Цахилгаан эх үүсвэрийг 4 ба 7-р зүү, хүчдэлийн оролт, гаралтыг эхний шатны op-amps-ийн 3-р зүү рүү холбох ёстой.

Ховилын шүүлтүүрийн хувьд шүүлтүүрийг 60 Гц давтамжтайгаар шүүж авахын тулд резисторын утгуудад зарим тохируулга хийх шаардлагатай байв. Хэрэв шүүлтүүр нь 60 Гц -ээс их байвал резисторуудын аль нэгийг нэмэгдүүлэх (бид 2 -ийг тохируулсан) нь шүүлтүүрийн давтамжийг бууруулахад тусална.

Бага дамжуулагч шүүлтүүрийн хувьд эсэргүүцлийн энгийн утгыг (танд байгаа резисторууд) баталгаажуулах нь алдааг мэдэгдэхүйц бууруулах болно!

Алхам 3: ЭКГ долгионы хэлбэрийг зурж, зүрхний цохилтыг тооцоолох LabVIEW

LabVIEW дээр та блок диаграм болон хэрэглэгчийн интерфэйсийг үүсгэх бөгөөд энэ нь ЭКГ -ийн долгионы хэлбэрийг график дээр харуулах бөгөөд зүрхний цохилтын тоон тоог харуулах болно. LabVIEW дээр юу бүтээх тухай зургийг би хавсаргасан бөгөөд та шаардлагатай бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хайж олохын тулд хайлтын мөрийг ашиглаж болно. Үүнд тэвчээртэй байгаарай, мөн тусламж тус бүрийг уншиж болно.

Таны хэлхээг компьютерт холбохын тулд физик DAQ -ийг ашиглахаа мартуузай. DAQ туслах дээр дээж авах ажлыг тасралтгүй, 4k болгож өөрчилнө үү.

Диаграмыг бий болгох талаархи зарим зөвлөмжийг энд оруулав.

• DAQ Туслах холболт нь "өгөгдөл" ба "зогсоох" -оос гарч байна.
• DAQ туслах нь хамгийн ихдээ "долгионы хэлбэрийг оруулах".
• Зурган дээр үзүүлсэн тоон дээр хулганы баруун товчийг дараад үүсгээд тогтмолыг сонгоно уу.
• Баруун товчлуур дээр дарж зүйлийг сонгоно уу, dt, энэ нь t0 -ийг dt болгон өөрчлөх явдал юм
• Оргил илрүүлэлт нь "дохио оруулах", "босго", "өргөн" гэсэн холболттой байдаг.
• "Массив", тогтмолуудыг "индекс" рүү холбоно уу.
• DAQ самбарын физик зүү (өөрөөр хэлбэл аналог 8) нь таны DAQ Туслахад сонгосон зүү байгаа эсэхийг шалгаарай (зургийг үзнэ үү)

'IMG_9875.mov' видео нь LabVIEW -ийн VI Хэрэглэгчийн интерфэйсийг харуулсан компьютер бөгөөд ЭКГ -ийн долгионы хэлбэр өөрчлөгдөж, оролтонд үндэслэн минут тутамд цохилтыг харуулдаг (давтамжийг ямар болгож өөрчилсөн болохыг сонсоорой).

1Гц давтамжийн оролтыг илгээж загвараа туршиж үзээрэй, энэ нь цэвэр долгионы хэлбэртэй (харьцуулах зургийг үзнэ үү) гэхдээ та минутанд 60 цохилт унших чадвартай байх ёстой!

Таны хийсэн зүйлийг хүний ЭКГ -ийн дохиог уншихад ашиглаж болно, учир нь энэ бол эмнэлгийн төхөөрөмж биш юм. Дизайн руу нийлүүлж буй гүйдэлд анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй. Хавсаргасан гадаргуугийн электродууд: зүүн шагайнд эерэг, баруун бугуйнд сөрөг, баруун шагайнд газар хавсаргана. LabVIEW програмаа ажиллуулаад долгионы хэлбэр график дээр гарч ирэх бөгөөд минут тутамд гарах цохилт нь дижитал дэлгэцийн хайрцагт гарч ирэх болно.