مدار نوار قلب: 7 مرحله

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

نوار قلب یک آزمایش است که با ثبت ریتم و فعالیت قلب ، فعالیت الکتریکی قلب را اندازه گیری می کند. این کار با گرفتن و خواندن سیگنال های قلب با استفاده از سرنخ هایی که به دستگاه الکتروکاردیوگراف متصل شده اند انجام می شود. این دستورالعمل به شما نشان می دهد که چگونه یک مدار ایجاد کنید که سیگنال بیوالکتریک قلب را ضبط ، فیلتر و نمایش می دهد. این دستگاه پزشکی نیست. این فقط برای اهداف آموزشی با استفاده از سیگنال های شبیه سازی شده است. اگر از این مدار برای اندازه گیری ECG واقعی استفاده می کنید ، لطفاً اطمینان حاصل کنید که مدار و اتصالات مدار به ابزار از تکنیک های جداسازی مناسب استفاده می کنند.

این مدار شامل سه مرحله مختلف است که به صورت سری با یک برنامه LabView به هم متصل می شوند. مقاومت در تقویت کننده ابزار دقیق با افزایش 975 محاسبه شد تا اطمینان حاصل شود که سیگنال های کوچک قلب هنوز می توانند مدار را بردارند. فیلتر ناچ نویز 60 هرتز را از پریز برق در دیوار خارج می کند. فیلتر پایین گذر تضمین می کند که نویز فرکانس بالا از مدار برای تشخیص بهتر سیگنال حذف می شود.

قبل از شروع این دستورالعمل ، مفید خواهد بود که خود را با تقویت کننده عملیاتی هدف عمومی uA741 آشنا کنید. پین های مختلف در op-amp اهداف متفاوتی دارند و در صورت اتصال نادرست ، مدار کار نمی کند. اتصال نادرست پین ها به تخته نان نیز راهی آسان برای سرخ کردن آمپر و غیرفعال کردن آن است. پیوند زیر شامل شماتیک مورد استفاده برای op-amps در این دستورالعمل است.

منبع تصویر:

مرحله 1: جمع آوری مواد

مواد مورد نیاز برای هر 3 مرحله فیلتر:

• اسیلوسکوپ
• مولد عملکرد
• منبع تغذیه (+15V ، -15V)
• تخته نان بدون لحیم
• انواع کابل موز و گیره های تمساح
• برچسب الکترود ECG
• سیم های مختلف جهنده

تقویت کننده ابزار:

• 3 آمپر آمپر (uA741)

• مقاومت ها:

  • 1 کیلو Ω x 3
  • 12 کیلو اهم در 2
  • 39 کیلووات x 2

فیلتر ناچ:

• 1 Op-amp (uA741)

• مقاومت ها:

  • 1.6 کیلو اهم در 2
  • 417 کیلو وات

• خازن ها:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

فیلتر پایین گذر:

• 1 Op-Amp (uA741)

• مقاومت ها:

  • 23.8 کیلو وات
  • 43 کیلو وات

• خازن ها:

  • 22 nF
  • 47 nF

مرحله 2: تقویت کننده ابزار را بسازید

سیگنالهای بیولوژیکی اغلب فقط ولتاژهای خروجی بین 0.2 تا 2 میلی ولت را نشان می دهند [2]. این ولتاژها بسیار کوچک هستند و نمی توان آنها را روی اسیلوسکوپ تجزیه و تحلیل کرد ، بنابراین ما نیاز به ساخت تقویت کننده داشتیم.

پس از ایجاد مدار ، با اندازه گیری ولتاژ در Vout (که در تصویر بالا به عنوان گره 2 نشان داده شده است) از عملکرد صحیح آن مطمئن شوید. ما از مولد عملکرد برای ارسال یک موج سینوسی با ولتاژ دامنه ورودی 20 میلی ولت به تقویت کننده ابزار خود استفاده کردیم. هر چیزی که خیلی بالاتر از این باشد ، نتایج مورد نظر شما را به شما نمی دهد ، زیرا آمپرهای آمپر فقط مقدار معینی -15 و +15 ولت دریافت می کنند. خروجی ژنراتور عملکرد را با خروجی تقویت کننده ابزار دقیق خود مقایسه کنید و به دنبال افزایش نزدیک به 1000 ولت باشید (Vout/Vin باید بسیار نزدیک به 1000 باشد).

نکته برای عیب یابی: مطمئن شوید همه مقاومت ها در محدوده kΩ هستند.

[2]”الکتروکاردیوگرام با عملکرد بالا (ECG) تنظیم سیگنال | آموزش | دستگاههای آنالوگ " [برخط]. قابل دسترسی: https://www.analog.com/fa/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [دسترسی: 10-Dec-2017].]

مرحله 3: فیلتر Notch بسازید

فیلتر ناچ ما برای فیلتر کردن فرکانس 60 هرتز طراحی شده است. ما می خواهیم 60 هرتز را از سیگنال خود فیلتر کنیم زیرا این فرکانس جریان متناوب موجود در پریزهای برق است.

هنگام آزمایش فیلتر ناچ ، نسبت پیک به پیک بین نمودارهای ورودی و خروجی را اندازه گیری کنید. در 60 هرتز ، باید نسبت -20 دسی بل یا بهتر وجود داشته باشد. این به این دلیل است که در -20 دسی بل ، ولتاژ خروجی در اصل 0 ولت است ، بدین معنی که شما با موفقیت سیگنال را در 60 هرتز فیلتر کرده اید! فرکانس های حدود 60 هرتز را نیز آزمایش کنید تا مطمئن شوید هیچ فرکانس دیگری تصادفی فیلتر نشده است.

نکته برای عیب یابی: اگر نمی توانید دقیقا -20dB را در 60 هرتز دریافت کنید ، یک مقاومت انتخاب کنید و آن را کمی تغییر دهید تا به نتایج دلخواه برسید. ما مجبور بودیم با مقدار R2 بازی کنیم تا به نتایج مورد نظر خود برسیم.

مرحله 4: فیلتر Low Pass بسازید

فیلتر پایین گذر ما با فرکانس قطع 150 هرتز طراحی شده است. ما این قطع را انتخاب کردیم زیرا وسیع ترین محدوده تشخیصی برای نوار قلب 0.05 هرتز - 150 هرتز است ، با فرض یک محیط بی حرکت و کم سر و صدا [3]. فیلتر کم گذر قادر است نویز فرکانس بالا را که از ماهیچه ها یا سایر قسمت های بدن می آید خلاص کند [4].

به منظور آزمایش این مدار برای اطمینان از عملکرد صحیح آن ، Vout را اندازه گیری کنید (به عنوان گره 1 در نمودار مدار نشان داده شده است). در 150 هرتز ، دامنه سیگنال خروجی باید 0.7 برابر دامنه سیگنال ورودی باشد. ما از یک سیگنال ورودی 1 ولت استفاده کردیم تا بتوانیم به راحتی ببینیم که خروجی ما باید 0.7 در 150 هرتز باشد.

نکاتی برای عیب یابی: تا زمانی که فرکانس قطع شما در محدوده چند هرتز 150 هرتز باشد ، مدار شما هنوز باید کار کند. قطع ما 153 هرتز بود. محدوده سیگنالهای بیولوژیکی کمی در بدن نوسان می کند ، تا زمانی که بیش از چند هرتز خاموش نباشید ، مدار شما هنوز باید کار کند.

[3] “فیلترهای نوار قلب | MEDTEQ. " [برخط]. موجود: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [دسترسی: 10-Dec-2017].

[4] K. L. Venkatachalam ، J. E. Herbrandson و S. J. Asirvatham ، "سیگنال ها و پردازش سیگنال ها برای الکتروفیزیولوژیست: قسمت اول: خرید Electrogram" ، Circ. آریتمی الکتروفیزیول ، جلد. 4 ، نه 6 ، صص 965–973 ، دسامبر 2011.

مرحله 5: ایجاد برنامه LabView

[5] "BME 305 Design Lab Project" (پاییز 2017).

این بلوک نمودار آزمایشگاهی برای تجزیه و تحلیل سیگنال در حال برنامه ریزی ، تشخیص قله های نوار قلب ، جمع آوری اختلاف زمان بین قله ها و محاسبه ریاضی BPM طراحی شده است. همچنین نمودار شکل موج نوار قلب را خروجی می دهد.

مرحله 6: هر سه مرحله را به هم وصل کنید

با اتصال خروجی تقویت کننده ابزار به ورودی فیلتر ناچ و خروجی فیلتر ناچ به ورودی فیلتر کم گذر ، هر سه مدار را به صورت سری وصل کنید. خروجی فیلتر کم گذر را به دستیار DAQ وصل کنید و دستیار DAQ را به کامپیوتر وصل کنید. هنگام اتصال سیمها به یکدیگر ، مطمئن شوید که نوارهای برق برای هر تخته نان به هم متصل شده اند و نوارهای زمینی همه به یک ترمینال زمین متصل هستند.

در تقویت کننده ابزار دقیق ، op-amp دوم باید بدون زمین باشد تا دو سیم الکترود که به موضوع آزمایش متصل شده اند بتوانند هر کدام در مرحله اول آن فیلتر به یک amp amp متصل شوند.

مرحله 7: دریافت علائم از یک فرد آزمایشی

یک برچسب الکترود باید روی هر مچ قرار داده شود ، و یکی باید برای مچ پا روی زمین قرار گیرد. از گیره تمساح برای اتصال دو الکترود مچ دست به ورودی های تقویت کننده ابزار و مچ پا به زمین استفاده کنید. پس از آماده شدن ، روی "اجرا" در برنامه LabView کلیک کنید و ضربان قلب و نوار قلب خود را روی صفحه مشاهده کنید!