الکتروکاردیوگرام (ECG) خود را بسازید: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

اطلاع:

این دستگاه پزشکی نیست. این فقط برای اهداف آموزشی و با استفاده از سیگنال های شبیه سازی شده است. اگر از این مدار برای اندازه گیری نوار قلب واقعی استفاده می کنید ، لطفاً اطمینان حاصل کنید که مدار و اتصالات مدار به دستگاه از قدرت باتری و سایر تکنیک های جداسازی مناسب استفاده می کنند.

[تصویر برگرفته از

مرحله 1: مطالب خود را بشناسید

نوار قلب (ECG) یک ابزار مهم است که توسط پزشکان برای نظارت بر فعالیت الکتریکی قلب استفاده می شود. برای ضبط همه چیز از ریتم های غیرطبیعی قلب تا تشخیص نارسایی گرمایی مفید است. با پیروی از این دستورالعمل ، شما قادر خواهید بود دستگاهی بسازید که الکتروکاردیوگرام یک فرد را تنها با استفاده از مهارت های اولیه در نان بردن و تجهیزات آزمایشگاهی الکترونیک عمومی نمایش دهد. هنگامی که خروجی سیگنال خوبی دارید ، می توانید از همین سیگنال برای محاسبه ضربان قلب یا معیار جالب دیگری با استفاده از میکروکنترلر استفاده کنید.

-

اگر نمی دانید نوار قلب چیست ، این فقط ثبت فعالیت قلب است. به دلیل ماهیت الکتریکی انقباضات قلب ، می توان با قرار دادن الکترودها روی پوست و پردازش سیگنال ، تغییر ولتاژ را ثبت کرد. نمودار این ولتاژها در طول زمان الکتروکاردیوگرام (به اختصار ECG) نامیده می شود. نوار قلب معمولاً برای تشخیص اشکال مختلف نارسایی قلبی یا نظارت غیرفعال بر استرس بیمار استفاده می شود. یک نوار قلب سالم دارای ویژگی های خاصی است که بین انسان ها جهانی است. (این شامل یک موج P ، موج Q ، موج R ، موج S ، موج T و یک مجتمع QRS است.) من یک نمودار ساده از ECG با واکنش مربوط به قلب ارائه کرده ام.

-

توجه داشته باشید که هر رویداد الکتریکی که در اعصاب قلب رخ می دهد مربوط به یک رویداد فیزیکی است که در نتیجه در بافت ماهیچه ای رخ می دهد و در حالی که یک قسمت از قلب منقبض می شود ، قسمت های دیگر در حال آرامش هستند. به این ترتیب ، زمان بندی سیگنال های الکتریکی در قلب بسیار مهم است ، که این امر نوار قلب را به ابزاری بسیار قدرتمند در اندازه گیری سلامت قلب تبدیل می کند.

-

با این حال ، برای ثبت ECG واقعی ، بسیاری از مسائل لجستیکی مانند اندازه سیگنال ، میزان نویز ناشی از بقیه بدن و میزان نویز ناشی از محیط زیست مطرح می شود. برای جبران این امر ، ما مداری را طراحی می کنیم که از 3 قسمت تشکیل شده است: تقویت کننده دیفرانسیل برای افزایش اندازه سیگنال ، فیلتر کم گذر برای حذف نویز سیگنالهای فرکانس بالا و فیلتر ناچ برای حذف نویز 60 هرتز که همیشه در ساختمانهای مجهز به برق AC وجود دارد. تماشای این مراحل را به تفصیل در زیر برای شما شرح خواهم داد.

[تصویر گرفته شده از

مرحله 2: وسایل خود را جمع آوری کنید

برای این پروژه به موارد زیر نیاز دارید:

- 1 تخته نان بزرگ (داشتن 2 یا بیشتر بهتر است)

- 5 آمپر عمومی

(من از UA741 با +15 ولت استفاده کردم ، فقط مطمئن شوید که مواردی که انتخاب می کنید 15 ولت را تحمل کنند در غیر این صورت شما نیاز به تنظیم مقادیر اجزای غیرفعال خود دارید و باید به تقویت کمتری بسنده کنید)

مقاومت ها

o 2x 165 اهم

o 3x 1k اهم

o 2x 15k اهم

o 2x 33k اهم

o 1x 42k اهم

o 2x 60k اهم

خازن ها

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Mf

- تعداد زیادی سیم یا بلوز

- منبع ولتاژ DC با قابلیت +15 ولت

- مولد عملکرد و اسیلوسکوپ (عمدتا برای عیب یابی)

- اگر قصد ثبت ECG واقعی را دارید ، حداقل سه الکترود چسبناک داشته باشید

- کابلهای کافی برای اتصال این همه مزخرف

- درک محکمی از مدارها ، تقویت کننده ها و تجربه در مورد نان بردن.

اگر به تازگی برای روز تولد خود یک تخته نان تهیه کرده اید و به دنبال این هستید که چیزی جالب را با آن درست کنید ، قبل از اینکه این کار را امتحان کنید ، حداقل چند ساختار ساده تر انجام دهید.

-

مرحله 3: تقویت کننده دیفرانسیل را بسازید

تقویت کننده دیفرانسیل چیزی است که سیگنال ضبط شده ما را در سطح قابل استفاده تقویت می کند تا در یک محدوده یا صفحه نمایش داده شود. این طراحی مدار تفاوت ولتاژ دو الکترود ورودی را گرفته و آن را تقویت می کند. این کار برای کاهش نویز انجام می شود ، زیرا نویز رایج بین الکترودها حذف می شود. بسته به محل قرارگیری الکترودهای ضبط و شخص ، دامنه سیگنال نوار قلب متفاوت است ، اما هنگام ضبط از مچ دست معمولاً چند میلی ولت است. (در حالی که برای این تنظیم لازم نیست ، دامنه سیگنال را می توان با قرار دادن الکترودها روی قفسه سینه افزایش داد ، اما جبران آن سر و صدای ناشی از حرکت ریه است.)

-

من شماتیک تنظیمات را وارد کرده ام. مدار در تصویر باید سیگنال شما را ~ 1000 برابر تقویت کند. بسته به نوع op-amp که تصمیم به استفاده از آن گرفته اید ، ممکن است نیاز به تنظیم آن داشته باشید. یک راه سریع برای تنظیم این امر تغییر مقدار R1 است. با کاهش نصف مقدار R1 ، سود خروجی را دو برابر می کنید و برعکس.

-

من فرض می کنم که اکثر شما می توانید این مدار را روی تخته نان ترجمه کنید ، با این وجود من نمودار تنظیمات ورق نان را برای ساده سازی روند و امیدوارم زمان عیب یابی خود کاهش داده ام. من همچنین برای راحتی شما تصویری از pinout UA741 (یا LM741) را اضافه کرده ام. (برای اهداف شما نیازی به پین 1 ، 5 یا 8 نخواهید داشت) پین های V + و V- در آپ آمپر به ترتیب به منبع +15 ولت و -15 ولت شما متصل می شوند. -15 ولت با زمین یکسان نیست! شما می توانید خازن های روی نان برد من را نادیده بگیرید. آنها خازن های دور زدن هستند که به منظور حذف سر و صدای AC هستند ، اما در گذشته ارزش تلاش را نداشتند.

-

توصیه می کنم هر مرحله را برای تکمیل مراحل عیب یابی آزمایش کنید. همانطور که مدار نشان می دهد ، می توانید برای بررسی تقویت ، یکی از ورودی ها را به زمین و دیگری را به منبع کوچک DC متصل کنید. (مطمئن شوید <15 میلی ولت وارد می کنید در غیر این صورت آمپر آمپرها را اشباع می کنید). اگر می خواهید سود خود را برای آزمایش کاهش دهید ، عرق نکنید ، هر چیزی که بیش از 500 برابر افزایش یابد برای اهداف ما کافی خواهد بود. علاوه بر این ، اگر مدار خود را طوری ساخته اید که 1000 افزایش داشته باشد و فقط 800 افزایش نشان می دهد ، این پایان جهان نیست ، عدد دقیق آن بحرانی نیست.

-

مرحله 4: فیلتر Notch را بسازید

اکنون که می توانیم سیگنال خود را تقویت کنیم ، بیایید به نظافت آن نگاه کنیم. اگر در حال حاضر الکترودهایی را به مدار ما وصل کرده باشید ، احتمالاً صدای آن 60 تن هرتز خواهد بود. به این دلیل که اکثر ساختمانها با جریان AC 60 هرتز سیم کشی شده اند و سیگنالهای نویز ناگهانی زیادی ایجاد می کنند. برای رفع این مشکل ، ما یک فیلتر ناچ 60 هرتزی خواهیم ساخت. یک فیلتر ناچ برای تضعیف فرکانس های بسیار خاص و دست نخورده قرار دادن فرکانس های دیگر طراحی شده است. مناسب برای از بین بردن صدای 60 هرتز

-

مانند قبل ، من تصویری از شماتیک مدار ، تنظیم تخته نان و مدار خودم را اضافه کردم. به عنوان یک نکته ، در حالی که ساخت فیلتر ناچ یک مرحله نسبتاً آسان است ، بیشترین زمان طول کشید تا من کار کنم. ورودی من به خوبی ضعیف شده بود ، اما به جای 60 هرتز در 63 هرتز ، که باعث کاهش آن نمی شد. اگر با همین مشکل روبرو شدید ، توصیه می کنم مقدار R14 خود را تغییر دهید. (افزایش مقاومت R14 فرکانس میرایی شما را کاهش می دهد و بالعکس). اگر یک جعبه مقاومت متغیر دارید ، از آن برای جایگزینی R14 و سپس اسباب بازی با مقادیر مقاومت استفاده کنید تا دقیقاً بدانید چه چیزی بهتر عمل می کند ، زیرا به تغییرات در واحد اهم حساس است. من با R14 175 اهم به پایان رسیدم ، اما از لحاظ تئوری با R12 مطابقت دارد.

-

مجدداً می توانید این مرحله را با استفاده از ژنراتور عملکرد برای وارد کردن موج سینوسی 60 هرتز و ثبت خروجی خود در یک اسیلوسکوپ آزمایش کنید. خروجی شما باید حدود -20 دسی بل یا 10٪ دامنه ورودی باشد. همانطور که قبلاً گفتم ، می توانید فرکانس های نزدیک را برای بهینه سازی بررسی کنید.

-

مرحله 5: فیلتر Low-Pass را بسازید

همانطور که قبلا ذکر شد ، یکی دیگر از عوامل مهم کاهش نویز از بدن شما و هر چیز دیگری است که بر روی اتاق شما تأثیر می گذارد. یک فیلتر کم گذر در انجام این کار خوب است زیرا تا آنجا که به سیگنال ها می رسد ، ضربان قلب شما بسیار کند است. هدف ما از فیلتر کم گذر حذف تمام سیگنالهایی است که دارای فرکانسهای بالاتر از ECG شما هستند. برای انجام این کار ، ما باید "فرکانس قطع" را تعیین کنیم. در مورد ما ، هر چیزی را که فراتر از این فرکانس است می خواهیم حذف کنیم و هر چیزی را که زیر این فرکانس است می خواهیم حفظ کنیم. در حالی که ضربان قلب در حد 1 تا 3 هرتز اتفاق می افتد ، شکل های موج فردی که نوار قلب ما را تشکیل می دهند از فرکانس های بسیار بالاتر از این تشکیل شده است. نزدیک 1 تا 50 هرتز به همین دلیل ، من فرکانس قطع 80 هرتز را انتخاب کردم. آنقدر بالا است که می تواند تمام اجزای مفید را در سیگنال نگه دارد ، اما هنوز نویز رادیوی HAM را که در اتاق بعدی دارید ، قطع می کند.

-

من هیچ توصیه حکیمانه ای در مورد فیلتر کم گذر ندارم ، در مقایسه با مراحل دیگر بسیار ساده است. مشابه آمپلی فایر ، نگران قطع دقیق در 80 هرتز نباشید. این مهم نیست و واقعاً رخ نخواهد داد با این وجود ، باید خروجی آن را با استفاده از ژنراتور عملکرد بررسی کنید. به عنوان یک قاعده کلی ، یک موج سینوسی باید در 10 هرتز دست نخورده از فیلتر عبور کند و باید 130 هرتز به نصف برسد.

-

مرحله 6: آن را متصل کنید

اگر تا اینجا پیش رفته اید ، تبریک می گویم! شما تمام اجزای نوار قلب را دارید. تنها کاری که باید انجام دهید این است که آنها را به هم وصل کنید ، روی الکترودها بکشید و خروجی را به اسیلوسکوپ وصل کنید تا ECG خود را ببینید!

-

در صورت عدم اطمینان از نحوه قرار دادن الکترودها ، توصیه می کنم الکترودهای ورودی را روی مچ دست خود بچسبانید (یکی روی هر مچ دست) و یک الکترود زمینی را به پای خود وصل کنید (ممکن است تصویر کمک کند.) به عنوان یادآوری ، هر الکترود ورودی باید یک ورودی مثبت بر روی آمپرهای تقویت کننده وارد کنید. (فقط در نمودار مدار برای اهداف شبیه سازی شده است)

-

پس از اتصال ، خروجی فیلتر کم گذر را به یک اسیلوسکوپ وصل کنید و به خودتان افتخار کنید! همه بچه های خود را وادار کنید که الکترود بگذارند و به ضربان قلب آنها نگاه کنند. خوب ، همسایگان خود را وادار کنید آن را امتحان کنند. اگر احساس می کنید انگیزه بیشتری دارید ، خروجی را به میکروکنترلر وصل کنید تا ضربان قلب را از تک آهنگ محاسبه کنید. (احتمالاً قبل از انجام این کار می خواهید تقویت کننده را کاهش دهید ، ممکن است تخته ای که از آن استفاده می کنید سرخ شود). صرف نظر از این ، تبریک می گویم برای ساخت ، و خوشحال ساخت!

[تصویر برگرفته از