Электрокардиограмм (ЭКГ) хэлхээ: 7 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.

Бид биоанагаахын инженерийн чиглэлээр суралцаж буй хоёр оюутан бөгөөд эхний хэлхээний ангидаа орсны дараа бид маш их догдолж, сурсан мэдлэгээ ашиглан ЭКГ -ийг үзүүлж, зүрхний цохилтыг уншихаар шийдлээ. Энэ бол бидний бүтээсэн хамгийн төвөгтэй хэлхээ байх болно!

ЭКГ -ийн талаархи зарим мэдээлэл:

Хүний биед биологийн идэвхийг хэмжих, бүртгэхэд олон цахилгаан төхөөрөмжийг ашигладаг. Ийм төхөөрөмжүүдийн нэг бол зүрхний үйлдвэрлэсэн цахилгаан дохиог хэмждэг электрокардиограм юм. Эдгээр дохио нь зүрхний бүтэц, үйл ажиллагааны талаар бодитой мэдээлэл өгдөг. ЭКГ -ийг 1887 онд анх боловсруулсан бөгөөд зүрхний хүндрэлийг оношлох шинэ аргыг эмч нарт өгчээ. ЭКГ нь зүрхний хэмнэл, зүрхний цохилт, зүрхний шигдээс, зүрхний цус, хүчилтөрөгчийн хангамж хангалтгүй, бүтцийн хэвийн бус байдлыг илрүүлэх боломжтой. Энгийн хэлхээний дизайныг ашиглан эдгээр бүх зүйлийг хянах боломжтой ЭКГ хийж болно.

Алхам 1: Материал

Хэлхээг бий болгох

Хэлхээг барихад шаардлагатай үндсэн материалыг зураг дээр харуулав. Үүнд:

• Талхны самбар

• Үйл ажиллагааны өсгөгч

  • Энэ хэлхээнд ашигладаг бүх op amps нь LM741 юм.
  • Дэлгэрэнгүй мэдээллийг хүснэгтээс үзнэ үү:
• Эсэргүүцэл
• Конденсатор
• Утас

• Наалдамхай электродууд

  Хэрэв та энэ хэлхээг жинхэнэ хүн дээр туршиж үзэхээр шийдсэн бол эдгээр нь л хэрэгтэй болно

Ашигласан програм хангамжид дараахь зүйлс орно.

• LabVIEW 2016
• CircuitLab эсвэл PSpice нь симуляцийг ашиглан утгыг шалгадаг

• Excel

  Хэрэв та хэлхээнийхээ шинж чанарыг өөрчлөх шаардлагатай бол үүнийг хийхийг зөвлөж байна. Та резистор ба конденсаторын утгыг олох хүртэл тоонуудтай тоглох хэрэгтэй болж магадгүй юм. Үүнийг цаасан дээр үзэг, цаасаар тооцох нь зохисгүй юм! Бид санаа өгөх үүднээс хүснэгтийнхээ тооцоог хавсаргав

Хэлхээг туршиж байна

Мөн танд том хэмжээтэй электрон төхөөрөмж хэрэгтэй болно.

• DC цахилгаан хангамж
• DAQ самбар нь хэлхээг LabVIEW руу холбоно
• Туршилтын хэлхээний функциональ генератор
• Осциллограф хэлхээг турших

Алхам 2: Хэмжих хэрэгслийн өсгөгч

Бидэнд яагаад хэрэгтэй вэ:

Биеэс хэмжсэн жижиг далайцыг нэмэгдүүлэхийн тулд бид багаж хэрэгслийн өсгөгч бүтээх болно. Эхний шатанд хоёр өсгөгч ашиглах нь биеэс үүссэн дуу чимээг цуцлах боломжийг олгодог (энэ нь хоёр электрод дээр ижил байх болно). Бид ойролцоогоор тэнцүү ашиг олох хоёр үе шатыг ашиглах болно - энэ нь бүх ашиг нэг дороос гарахаас сэргийлж систем нь хүнтэй холбогдсон тохиолдолд хэрэглэгчийг хамгаална. ЭКГ дохионы ердийн далайц 0.1 -ээс 5 мВ -ийн хооронд байдаг тул бид багаж хэрэгслийн өсгөгчийн ашиг нь ойролцоогоор 100 байхыг хүсч байна. Ашиглах зөвшөөрөгдөх хүлцэл нь 10%байна.

Үүнийг хэрхэн бүтээх вэ:

Эдгээр үзүүлэлтүүд ба хүснэгтэд үзүүлсэн тэгшитгэлийг ашиглан (хавсаргасан зургууд) эсэргүүцлийн утгыг R1 = 1.8 килоОм, R2 = 8.2 килоОм, R3 = 1.5 килоОм, R4 = 15 килоОм болохыг олж тогтоов. K1 бол эхний үе шатны ололт (OA1 ба OA2), K2 бол хоёр дахь шатны (OA3) ололт юм. Дуу чимээг арилгахын тулд ашиглалтын өсгөгчийн тэжээлийн хангамж дээр ижил багтаамжтай тойрог конденсаторыг ашигладаг.

Үүнийг хэрхэн шалгах вэ:

Хэмжих хэрэгслийн өсгөгч рүү орж буй аливаа дохиог 100 -аар нэмэгдүүлэх шаардлагатай. DB = 20log (Vout/Vin) -ийг ашиглавал энэ нь 40 дБ -ийн харьцаатай гэсэн үг юм. Та үүнийг PSpice эсвэл CircuitLab дээр дуурайж эсвэл физик төхөөрөмжийг эсвэл хоёуланг нь туршиж үзэх боломжтой!

Хавсаргасан осциллографын зураг нь 1000 -ийн ашгийг харуулж байна. Жинхэнэ ЭКГ -ийн хувьд энэ нь хэт өндөр байна!

Алхам 3: Ховилын шүүлтүүр

Бидэнд яагаад хэрэгтэй вэ:

Бид АНУ -ын бүх цахилгаан хангамжид байгаа 60 Гц -ийн дуу чимээг арилгахын тулд ховилын шүүлтүүрийг ашиглах болно.

Үүнийг хэрхэн бүтээх вэ:

Бид Q чанарын коэффициентийг 8 болгоно. Мөн конденсаторын утгыг 0.1 мкФ байхаар тохируулсан бөгөөд тооцоолол нь зөвхөн резисторуудад нөлөөлнө. Тооцоолсон ба ашигласан резисторын утгыг хүснэгт (зураг дээр) эсвэл доороос харж болно

• Q = w/B.

  Q -ийг 8 болгож тохируулах (эсвэл өөрийн хэрэгцээнд үндэслэн өөрөө сонгох)

• w = 2*pi*f

  f = 60 Гц ашиглах

• C

  0.1 uF (эсвэл боломжтой конденсаторуудаас өөрийн үнэ цэнийг сонгоно уу)

• R1 = 1/(2*Q*w*C)

  Тооцоолох. Манай үнэ 1.66 кох байна

• R2 = 2*Q/(w*C)

  Тооцоолох. Манай үнэ 424.4 кох юм

• R3 = R1*R2/(R1+R2)

  Тооцоолох. Бидний үнэ 1.65 кох байна

Үүнийг хэрхэн шалгах вэ:

Ховилын шүүлтүүр нь 60 Гц -ээс бусад бүх давтамжийг өөрчлөхгүй байх ёстой. Үүнийг AC цэвэрлэгээний тусламжтайгаар шалгаж болно. 60 Гц -20 дБ -ийн өсөлттэй шүүлтүүрийг сайн гэж үздэг. Та үүнийг PSpice эсвэл CircuitLab дээр дуурайж эсвэл физик төхөөрөмжийг эсвэл хоёуланг нь туршиж үзэх боломжтой!

Энэ төрлийн ховилын шүүлтүүр нь дуурайлган хувьсах гүйлгээнд сайн ховил үүсгэж болох боловч физик туршилтаар бидний анхны утга нь төлөвлөснөөс бага давтамжтай ховил үүсгэсэн болохыг харуулсан. Үүнийг засахын тулд бид R2 -ийг ойролцоогоор 25 кох -оор өсгөсөн.

Осциллографын зураг нь шүүлтүүр нь 60 Гц дэх оролтын дохионы хэмжээг ихээхэн бууруулдаг болохыг харуулж байна. График нь өндөр чанартай ховилын шүүлтүүрийг AC -ээр цэвэрлэж байгааг харуулж байна.

Алхам 4: Бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр

Бидэнд яагаад хэрэгтэй вэ:

Төхөөрөмжийн сүүлийн шат бол идэвхтэй нэвтрүүлэх чадвар багатай шүүлтүүр юм. ЭКГ -ийн дохио нь олон янзын долгион хэлбэрээр хийгдсэн бөгөөд тус бүр өөрийн давтамжтай байдаг. Бид энэ бүхнийг ямар ч өндөр давтамжтай чимээ шуугиангүйгээр авахыг хүсч байна. 150 Гц -ийн ЭКГ -ийн мониторуудын стандарт таслах давтамжийг сонгосон. (Зүрхний тодорхой асуудлуудыг хянахын тулд заримдаа дээд хязгаарыг сонгодог боловч манай төслийн хувьд бид ердийн хязгаарыг ашиглах болно.)

Хэрэв та илүү хялбар хэлхээ хийхийг хүсч байвал идэвхгүй бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр ашиглаж болно. Үүнд op өсгөгч хамаарахгүй бөгөөд зөвхөн конденсатор бүхий цуврал эсэргүүцэлээс бүрдэнэ. Гаралтын хүчдэлийг конденсатороор хэмжинэ.

Үүнийг хэрхэн бүтээх вэ:

Бид үүнийг a болон b коэффициентийг 1.414214 ба 1 -тэй тэнцүү хоёрдахь эрэмбэтэй Баттервортын шүүлтүүр болгон зохион бүтээнэ. Олзыг 1 болгож тохируулснаар ашиглалтын өсгөгч хүчдэлийн дагалдагч болж хувирдаг. Сонгосон тэгшитгэл ба утгыг хүснэгт (зураг дээр) болон доор үзүүлэв.

• w = 2*pi*f

  f = 150 Гц

• C2 = 10/f

  Тооцоолох. Бидний үнэ 0.067 uF байна

• C1 <= C2*(a^2)/(4b)

  Тооцоолох. Бидний үнэ 0.033 uF байна

• R1 = 2/(w*(aC2+sqrt (a^2*C2^2-4b*C1*C2))))

  Тооцоолох. Манай үнэ 18.836 кох байна

• R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

  Тооцоолох. Манай үнэ 26.634 кох байна

Үүнийг хэрхэн шалгах вэ:

Шүүлтүүр нь захын хязгаараас доош давтамжийг өөрчлөхгүй байх ёстой. Үүнийг AC цэвэрлэгч ашиглан шалгаж болно. Та үүнийг PSpice эсвэл CircuitLab дээр дуурайж эсвэл физик төхөөрөмжийг эсвэл хоёуланг нь туршиж үзэх боломжтой!

Осциллографын зураг нь шүүлтүүрийн хариу урвалыг 100 Гц, 150 Гц, 155 Гц давтамжтайгаар харуулдаг. Манай физик хэлхээ 155 Гц -тэй ойрхон байсан бөгөөд үүнийг -3 дБ харьцаагаар харуулав.

Алхам 5: Өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр

Бидэнд яагаад хэрэгтэй вэ:

Өндөр дамжуулалтын шүүлтүүрийг ашигладаг бөгөөд ингэснээр тодорхой хязгаарын утгаас доогуур давтамжийг бүртгэхгүй бөгөөд цэвэр дохиог дамжуулах боломжийг олгодог. Таслах давтамжийг 0.5 Гц (ЭКГ мониторуудын стандарт утга) гэж сонгосон.

Үүнийг хэрхэн бүтээх вэ:

Үүнийг хийхийн тулд резистор ба конденсаторын утгыг доор харуулав. Бидний ашигладаг бодит эсэргүүцэл нь 318.2 кох байв.

• R = 1/(2*pi*f*C)

  • f = 0.5 Гц, С = 1 uF гэж тохируулна
  • Тооцоолно уу. Бидний үнэ 318.310 кох байна

Үүнийг хэрхэн шалгах вэ:

Шүүлтүүр нь хязгаараас дээш давтамжийг өөрчлөхгүй байх ёстой. Үүнийг AC цэвэрлэгч ашиглан шалгаж болно. Та үүнийг PSpice эсвэл CircuitLab дээр дуурайж эсвэл физик төхөөрөмжийг эсвэл хоёуланг нь туршиж үзэх боломжтой!

Алхам 6: LabVIEW -ийг тохируулах

Урсгал диаграм нь төслийн LabVIEW хэсгийн дизайны үзэл баримтлалыг тодорхойлсон бөгөөд энэ нь дохиог өндөр түүвэрлэлтээр бүртгэж, зүрхний цохилт (BPM) ба ЭКГ -ийг харуулдаг. Манай LabView хэлхээ нь дараах бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг: DAQ туслах, индекс массив, арифметик операторууд, оргил илрүүлэлт, тоон үзүүлэлтүүд, долгионы хэлбэрийн график, цагийн өөрчлөлт, хамгийн их/мин танигч, тоон тогтмолууд. DAQ -ийн туслах нь 1 кГц давтамжтайгаар тасралтгүй дээж авахаар төлөвлөж байгаа бөгөөд дээжийн тоог оргил илрүүлэх, дохионы тодорхой байдлыг хангах зорилгоор 3000-500 дээжийн хооронд өөрчилсөн байна.

Хэлхээ диаграм дээрх өөр өөр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хулганаар хайж олохын тулд LabVIEW -ээс хаанаас уншиж болохыг олж мэдээрэй!

Алхам 7: Мэдээлэл цуглуулах

Нэгэнт хэлхээг угсарсан тул ажиллаж байгаа эсэхийг мэдэхийн тулд өгөгдлийг цуглуулж болно! Зохиомол ЭКГ -ийг 1 Гц давтамжтай хэлхээгээр дамжуулна уу. Үр дүн нь QRS комплекс, P долгион, Т долгионыг тодорхой харж болох ЭКГ -ийн цэвэр дохио байх ёстой. Зүрхний цохилт нь минутанд 60 цохилттой байх ёстой. Цахилгаан хэлхээ болон LabVIEW тохиргоог цаашид шалгахын тулд давтамжийг 1.5 Гц ба 0.5 Гц болгон өөрчилнө үү. Зүрхний цохилт 90 цохилт, 30 цохилт болж өөрчлөгдөх ёстой.

Зүрхний цохилтыг илүү нарийвчлалтай харуулахын тулд та график тутамд илүү олон долгион харуулахын тулд DAQ -ийн тохиргоог өөрчлөх шаардлагатай болж магадгүй юм. Үүнийг дээжийн тоог нэмэгдүүлэх замаар хийж болно.

Хэрэв та төхөөрөмжийг хүн дээр туршихаар шийдсэн бол гүйдлийн хүчийг 0.015 мА хязгаарлаж байгаа эсэхийг шалгаарай. Зөвшөөрөгдсөн хар тугалганы хэд хэдэн тохиргоо байдаг боловч бид эерэг электродыг зүүн шагайнд, сөрөг электродыг баруун бугуйнд, газардуулсан электродыг хавсаргасан зурагт үзүүлсэн шиг байрлуулахаар сонгосон.

Цахилгаан хэлхээний анхан шатны ойлголт, хүний зүрх сэтгэлийн талаарх мэдлэгийг ашиглан хөгжилтэй, хэрэгтэй төхөөрөмжийг хэрхэн бүтээхийг танд харууллаа. Манай хичээл танд таалагдсан гэж найдаж байна!