مانیتور نوار قلب: 8 مرحله

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

توجه: 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.

الکتروکاردیوگرافی فرآیند ثبت سیگنالهای الکتریکی است که توسط قلب بیمار برای به دست آوردن اطلاعات در مورد فعالیت قلب تولید می شود. برای اینکه سیگنال الکتریکی به طور م capturedثر ضبط شود ، باید از طریق قطعات الکتریکی فیلتر و تقویت شود. اطلاعات همچنین باید به روشنی و م effectiveثر به کاربر ارائه شود.

دستورالعمل زیر نحوه ساخت مدار تقویت/فیلتر و همچنین رابط کاربری را توضیح می دهد. این شامل ایجاد یک تقویت کننده ابزار دقیق ، یک فیلتر ناچ ، یک فیلتر کم گذر و یک رابط کاربری در LabVIEW است.

اولین قدم در این فرایند ، تعیین الزامات مدار آنالوگ است. پس از تعریف الزامات ، تصمیماتی در مورد اجزای اصلی تشکیل دهنده مدار گرفته می شود. بعداً ، جزئیات کوچکتر در مورد ویژگی های این اجزای اصلی مورد بررسی قرار می گیرد و در نهایت مرحله طراحی مدار با تعریف مقادیر دقیق هر مقاومت و خازن در مدار به پایان می رسد.

مرحله 1: تعریف الزامات و اجزای اصلی

وظیفه مدار تقویت سیگنال ECG تولید شده توسط بیمار و تصفیه همه نویز مربوطه است. سیگنال خام شامل یک شکل موج پیچیده با حداکثر دامنه تقریباً 2 میلی ولت و اجزای فرکانسی در محدوده 100 هرتز تا 250 هرتز در مجموعه QRS است. این سیگنالی است که باید تقویت و ضبط شود.

علاوه بر سیگنال مورد علاقه ، نویز از منابع مختلف تولید می شود. منبع تغذیه نویز 60 هرتز ایجاد می کند و حرکت بیمار مصنوعاتی در محدوده کمتر از 1 هرتز تولید می کند. سر و صدای فرکانس بیشتری از تابش پس زمینه و سیگنال های مخابراتی مانند تلفن های همراه و اینترنت بی سیم ایجاد می شود. این مجموعه نویز سیگنالی است که باید فیلتر شود.

ابتدا مدار باید سیگنال خام را تقویت کند. سپس باید نویز 60 هرتز و هر گونه نویز بالاتر از 160 هرتز را فیلتر کند. فیلتر کردن سر و صدا با فرکانس پایین همراه با حرکت بیمار غیر ضروری تلقی می شود ، زیرا می توان به بیمار دستور داد بی حرکت بماند.

از آنجا که سیگنال به عنوان تفاوت پتانسیل بین دو الکترود واقع در بیمار اندازه گیری می شود ، تقویت با استفاده از تقویت کننده ابزار دقیق انجام می شود. یک تقویت کننده تفاوت ساده نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد ، اما آمپرهای ابزار دقیق اغلب از نظر رد و تحمل نویز عملکرد بهتری دارند. فیلتر 60 هرتز با استفاده از فیلتر ناچ و بقیه فیلتر با فرکانس بالا با استفاده از فیلتر کم گذر به دست می آید. این سه عنصر کل مدار آنالوگ را تشکیل می دهند.

با دانستن سه عنصر مدار می توان جزئیات کوچکتری را در مورد افزایش ، فرکانس قطع و پهنای باند قطعات تعریف کرد.

آمپر ابزار دقیق 670 تنظیم می شود. این اندازه به اندازه ای است که می تواند یک سیگنال ECG کوچک را ضبط کند ، اما به اندازه کافی کوچک است تا اطمینان حاصل شود که هنگام آزمایش مدار با سیگنالهای نزدیک به 20 میلی ولت ، مدارهای آمپ در محدوده خطی خود رفتار می کنند ، به عنوان مثال حداقل در برخی از ژنراتورهای عملکرد است.

فیلتر ناچ روی 60 هرتز متمرکز می شود.

فیلتر کم گذر دارای فرکانس قطع 160 هرتز خواهد بود. این هنوز هم باید اکثریت مجموعه QRS را بگیرد و نویز پس زمینه با فرکانس بالا را رد کند.

مرحله 2: تقویت کننده ابزار دقیق

نمودارهای بالا تقویت کننده ابزار را توصیف می کند.

تقویت کننده دارای دو مرحله است. مرحله اول شامل دو op-amper در سمت چپ تصاویر بالا و مرحله دوم شامل op-amp واحد در سمت راست است. سود هر یک از این موارد را می توان به دلخواه تعدیل کرد ، اما ما تصمیم گرفته ایم که آن را با سود 670 V/V بسازیم. این را می توان با مقادیر مقاومت زیر به دست آورد:

R1: 100 اهم

R2: 3300 اهم

R3: 100 اهم

R4: 1000 اهم

مرحله 3: فیلتر ناچ

نمودارهای بالا فیلتر ناچ را توصیف می کند. این یک فیلتر فعال است ، بنابراین اگر بخواهیم می توانیم آن را تقویت یا تضعیف کنیم ، اما ما قبلاً به همه تقویت های لازم دست یافته ایم ، بنابراین برای این op-amp یک افزایش یک انتخاب می کنیم. فرکانس مرکز باید 60 هرتز و ضریب کیفیت 8 باشد. این را می توان با مقادیر زیر اجزا به دست آورد:

R1: 503 اهم

R2: 128612 اهم

R3: 503 اهم

C: 0.33 میکرو فاراد

مرحله 4: فیلتر Low Pass

باز هم ، این یک فیلتر فعال است ، بنابراین ما می توانیم هر سود را که می خواهیم انتخاب کنیم ، اما 1 را انتخاب می کنیم. این امر با تبدیل R4 بالا به یک اتصال کوتاه و R3 به یک مدار باز انجام می شود. بقیه ، مانند سایر اجزا ، با استفاده از الزامات قبلی تعریف شده ما در ترکیب با معادلات حاکم بر مدارها برای به دست آوردن مقادیر عنصر فردی به دست می آید:

R1: 12056 اهم

R2: 19873.6 اهم

C1: 0.047 میکرو فاراد

C2: 0.1 میکرو فاراد

مرحله 5: طراحی مدار کامل بصورت مجازی

طراحی یک مدار در یک نرم افزار ساخت مدار مجازی مانند PSPICE می تواند در تشخیص خطاها و تقویت برنامه ها قبل از انتقال به ساخت مدار آنالوگ واقعی بسیار مفید باشد. در این مرحله ، می توانید رفت و برگشت AC مدار را ضبط کنید تا اطمینان حاصل شود که همه چیز طبق برنامه رفتار می کند.

مرحله 6: ایجاد یک مدار کامل

مدار را می توان به هر روشی که دوست دارید بسازید ، اما یک تخته نان برای این مورد انتخاب شد.

مونتاژ روی تخته نان توصیه می شود زیرا راحت تر از لحیم کاری است ، اما لحیم کاری دوام بیشتری می بخشد. قرار دادن یک خازن بای پس 0.1 میکرو فاراد به زمین به موازات منبع تغذیه نیز توصیه می شود ، زیرا این امر به حذف انحرافات ناخواسته از توان ثابت کمک می کند.

مرحله 7: رابط کاربری LabVIEW

رابط کاربری LabVIEW وسیله ای برای تبدیل سیگنال های آنالوگ به نمایش های بصری و عددی سیگنال ECG است که تفسیر آن برای کاربر آسان است. از یک برد DAQ برای تبدیل سیگنال از آنالوگ به دیجیتال استفاده می شود و داده ها به LabVIEW وارد می شوند.

این نرم افزار یک برنامه مبتنی بر شی است که به پردازش داده ها و ایجاد رابط کمک می کند. داده ها ابتدا بصورت بصری با نمودار نشان داده می شوند ، و سپس برخی از پردازش سیگنال ها به منظور تعیین فرکانس ضربان قلب انجام می شود تا بتوان آن را در کنار نمودار نمایش داد.

برای تعیین فرکانس ضربان قلب ، باید ضربان قلب را تشخیص داد. این را می توان با شیء تشخیص پیک Lab VIEW انجام داد. این شی شاخص های قله در آرایه داده های دریافتی را خارج می کند ، که می تواند در محاسبات برای تعیین زمان بین ضربان قلب استفاده شود.

از آنجا که جزئیات LabVIEW کاملاً متفاوت است ، ما جزئیات را به منبع دیگری واگذار می کنیم. نحوه عملکرد دقیق برنامه را می توان در بلوک دیاگرام ارائه شده در بالا مشاهده کرد.

مرحله 8: رابط کاربری نهایی LabVIEW

رابط کاربری نهایی یک سیگنال تقویت شده ، فیلتر شده ، تبدیل شده و پردازش شده را به همراه بازخوانی فرکانس قلب بر حسب ضربان در دقیقه نمایش می دهد.