مدار ساده ضبط نوار قلب و مانیتور ضربان قلب LabVIEW: 5 مرحله

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

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

یکی از اساسی ترین جنبه های مراقبت های بهداشتی مدرن ، توانایی ضبط موج قلب با استفاده از نوار قلب یا الکتروکاردیوگرام است. این تکنیک ها از الکترودهای سطحی برای اندازه گیری الگوهای الکتریکی مختلف ساطع شده از قلب استفاده می کند ، به طوری که خروجی می تواند به عنوان یک ابزار تشخیصی برای تشخیص بیماریهای قلبی و ریوی مانند انواع مختلف تاکی کاردی ، بلوک شاخه و هیپرتروفی مورد استفاده قرار گیرد. برای تشخیص این شرایط ، شکل موج خروجی با سیگنال ECG معمولی مقایسه می شود.

به منظور ایجاد سیستمی که بتواند شکل موج نوار قلب را بدست آورد ، ابتدا باید سیگنال را تقویت کرده و سپس فیلتر مناسب را برای حذف نویز فیلتر کرد. برای انجام این کار ، می توان یک مدار سه مرحله ای با استفاده از آمپرهای OP ایجاد کرد.

این دستورالعمل اطلاعات لازم را برای طراحی و سپس ساخت یک مدار ساده با قابلیت ضبط سیگنال ECG با استفاده از الکترودهای سطحی و سپس فیلتر کردن آن سیگنال برای پردازش و تجزیه و تحلیل بیشتر ارائه می دهد. علاوه بر این ، این دستورالعمل یک تکنیک مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل آن سیگنال را به منظور ایجاد نمای گرافیکی خروجی مدار و همچنین روشی برای محاسبه ضربان قلب از خروجی مدار شکل موج نوار قلب نشان می دهد.

توجه: هنگام طراحی هر مرحله ، مطمئن شوید که رفت و برگشت AC را به صورت تجربی و از طریق شبیه سازی انجام می دهید تا از رفتار مدار مورد نظر اطمینان حاصل کنید.

مرحله 1: طراحی و ساخت تقویت کننده ابزار دقیق

اولین مرحله در این مدار نوار قلب یک تقویت کننده ابزار دقیق است که از سه آمپر OP تشکیل شده است. دو آمپر اول OP ورودی بافر هستند که سپس به آمپر OP سوم وارد می شوند که به عنوان تقویت کننده دیفرانسیل عمل می کند. سیگنالهای بدن باید بافر شوند در غیر این صورت خروجی کاهش می یابد زیرا بدن نمی تواند جریان زیادی را تأمین کند. آمپر دیفرانسیل تفاوت بین دو منبع ورودی را برای ایجاد یک تفاوت بالقوه قابل اندازه گیری در نظر می گیرد ، در حالی که به طور همزمان نویز مشترک را حذف می کند. این مرحله همچنین دارای افزایش 1000 است و mV معمولی را به ولتاژ قابل خواندن تقویت می کند.

افزایش مدار 1000 برای تقویت کننده ابزار با معادلات نشان داده شده محاسبه می شود. افزایش مرحله 1 تقویت کننده ابزار دقیق با (2) و افزایش مرحله 2 تقویت کننده ابزار با (3) محاسبه می شود. K1 و K2 به گونه ای محاسبه شد که بیش از مقدار 15 با یکدیگر تفاوت نداشتند.

برای افزایش 1000 ، K1 را می توان روی 40 و K2 را روی 25 قرار داد. مقادیر مقاومت را می توان محاسبه کرد ، اما این تقویت کننده ابزار دقیق از مقادیر مقاومت زیر استفاده می کند:

R1 = 40 کیلو وات

R2 = 780 کیلو وات

R3 = 4 کیلو وات

R4 = 100 کیلو وات

مرحله 2: فیلتر Notch را طراحی و بسازید

مرحله بعدی یک فیلتر ناچ برای حذف سیگنال 60 هرتز است که از پریز برق می آید.

در فیلتر ناچ ، مقدار مقاومت R1 با (4) ، مقدار R2 با (5) و مقدار R3 با (6) محاسبه می شود. ضریب کیفیت مدار ، Q ، روی 8 تنظیم شده است زیرا این خطای منطقی را در عین دقت واقعی ارائه می دهد. مقدار Q را می توان با (7) محاسبه کرد. آخرین معادله حاکم بر فیلتر ناچ برای محاسبه پهنای باند استفاده می شود و با (8) شرح داده شده است. علاوه بر ضریب کیفیت 8 ، فیلتر ناچ دارای مشخصات طراحی دیگری نیز بود. این فیلتر برای افزایش 1 طراحی شده است تا سیگنال را تغییر ندهد ، در حالی که سیگنال 60 هرتز را حذف می کند.

بر اساس این معادلات ، R1 = 11.0524 kΩ ، R2 = 2.829 MΩ ، R3 = 11.009 kΩ و C1 = 15 nF

مرحله 3: طراحی و ساخت فیلتر گذرگاه درجه دو Butterworth

مرحله نهایی ، یک فیلتر کم گذر است تا همه سیگنالهایی را که ممکن است در بالای بالاترین فرکانس موج نوار قلب قرار بگیرند ، مانند نویز WiFi و سایر سیگنالهای محیطی که ممکن است از سیگنال مورد نظر منحرف شوند ، حذف کند. نقطه -3dB برای این مرحله باید در حدود یا نزدیک به 150 هرتز باشد ، زیرا محدوده استاندارد سیگنالهای موجود در موج نوار قلب از 0.05 هرتز تا 150 هرتز متغیر است.

هنگام طراحی فیلتر درجه دوم باترورث ، مدار مجدداً دارای افزایش 1 است ، که این امر به طراحی مدار ساده تری می انجامد. قبل از انجام هرگونه محاسبات بیشتر ، توجه به این نکته ضروری است که فرکانس قطع مطلوب فیلتر کم گذر روی 150 هرتز تنظیم شده است. ساده ترین کار این است که مقدار خازن 2 ، C2 را محاسبه کنید ، زیرا معادلات دیگر به این مقدار بستگی دارد. C2 را می توان با (9) محاسبه کرد. با محاسبه C2 ، C1 را می توان با (10) محاسبه کرد. در مورد این فیلتر کم گذر ، ضرایب a و b در جایی تعریف می شوند که a = 1.414214 و b = 1. مقدار مقاومت R1 با (11) و مقدار مقاومت R2 با (12) محاسبه می شود. به

از مقادیر زیر استفاده شد:

R1 = 13.842kΩ

R2 = 54.36kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

مرحله 4: برنامه LabVIEW مورد استفاده برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها را راه اندازی کنید

در مرحله بعد ، از برنامه کامپیوتری LabView می توان برای ایجاد وظیفه ای استفاده کرد که نمایشی گرافیکی از ضربان قلب را از سیگنال ECG ایجاد می کند و ضربان قلب را از همان سیگنال محاسبه می کند. برنامه LabView این کار را با پذیرش ابتدا ورودی آنالوگ از برد DAQ انجام می دهد ، که همچنین به عنوان مبدل آنالوگ به دیجیتال عمل می کند. سپس این سیگنال دیجیتال هم بیشتر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و هم ترسیم می شود ، جایی که نمودار نمایش گرافیکی سیگنال ورودی به برد DAQ را نشان می دهد. شکل موج سیگنال با در نظر گرفتن 80٪ از حداکثر مقادیر پذیرفته شده سیگنال تجزیه و تحلیل می شود و سپس از یک تابع آشکارساز پیک برای تشخیص این قله های سیگنال استفاده می کند. همزمان ، برنامه شکل موج را گرفته و اختلاف زمان بین قله های شکل موج را محاسبه می کند. تشخیص پیک با مقادیر 1 یا 0 همراه است ، که در آن 1 نشان دهنده یک قله برای ایجاد نمای موقعیت قله ها است ، و این شاخص سپس در ارتباط با اختلاف زمان بین قله ها برای محاسبه ریاضی ضربان قلب در ضربان در دقیقه (BPM) بلوک دیاگرام مورد استفاده در برنامه LabView نشان داده شده است.

مرحله 5: مونتاژ کامل

هنگامی که تمام مدارها و برنامه LabVIEW خود را ساختید و مطمئن شدید که همه چیز به درستی کار می کند ، آماده ضبط سیگنال نوار قلب هستید. در تصویر ، شماتیک احتمالی مجموعه سیستم مدار کامل است.

الکترود مثبت را به مچ دست راست خود و یکی از ورودی های تقویت کننده ابزار دایره ای شکل و الکترود منفی را به مچ دست چپ و دیگر ورودی تقویت کننده ابزار را مطابق تصویر متصل کنید. ترتیب ورودی الکترود مهم نیست. در نهایت ، یک الکترود زمین را روی مچ پای خود قرار دهید و در مدار خود به زمین وصل شوید. تبریک می گویم ، شما تمام مراحل لازم برای ضبط و سیگنال ECG را انجام داده اید.