نحوه ساخت نوار قلب و مانیتور دیجیتال ضربان قلب: 6 مرحله

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

الکتروکاردیوگرام (ECG) فعالیت الکتریکی ضربان قلب را اندازه گیری می کند تا میزان ضربان قلب و همچنین ریتم آن را نشان دهد. یک ضربه الکتریکی وجود دارد که به موج نیز معروف است و از طریق قلب حرکت می کند تا ماهیچه قلب با هر ضربه خون را به بیرون پمپاژ کند. دهلیزهای راست و چپ اولین موج P را ایجاد می کنند و بطن های پایین سمت راست و چپ QRS پیچیده را ایجاد می کنند. موج T نهایی از بازیابی الکتریکی به حالت استراحت است. پزشکان از سیگنال های ECG برای تشخیص بیماری های قلبی استفاده می کنند ، بنابراین دریافت تصاویر واضح بسیار مهم است.

هدف از این دستورالعمل بدست آوردن و فیلتر کردن سیگنال الکتروکاردیوگرام (ECG) با ترکیب تقویت کننده ابزار ، فیلتر ناچ و فیلتر کم گذر در یک مدار است. سپس سیگنال ها از طریق مبدل A/D به LabView می روند تا نمودار زمان واقعی و ضربان قلب در BPM تولید شود.

"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."

مرحله 1: یک تقویت کننده ابزار طراحی کنید

برای ساخت تقویت کننده ابزار دقیق ، ما به 3 آمپر op و 4 مقاومت مختلف نیاز داریم. تقویت کننده ابزار افزایش موج خروجی را افزایش می دهد. برای این طراحی ، ما به دنبال افزایش 1000V بودیم تا یک سیگنال خوب دریافت کنیم. برای محاسبه مقاومتهای مناسب که K1 و K2 سود هستند ، از معادلات زیر استفاده کنید.

مرحله 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

مرحله 2: K2 = -(R4/R3)

برای این طرح ، R1 = 20.02Ω ، R2 = R4 = 10kΩ ، R3 = 10Ω استفاده شد.

مرحله 2: یک فیلتر Notch طراحی کنید

در مرحله دوم ، ما باید یک فیلتر ناچ با استفاده از یک آمپر op ، مقاومت ها و خازن ها بسازیم. هدف این جزء فیلتر کردن نویز در 60 هرتز است. ما می خواهیم دقیقاً در 60 هرتز فیلتر کنیم ، بنابراین همه چیز زیر و فراتر از این فرکانس عبور می کند ، اما دامنه شکل موج در 60 هرتز کمترین خواهد بود. برای تعیین پارامترهای فیلتر ، از افزایش 1 و ضریب کیفیت 8 استفاده کردیم. از معادلات زیر برای محاسبه مقادیر مقاومت مناسب استفاده کنید. Q ضریب کیفیت است ، w = 2*pi*f ، f فرکانس مرکز (Hz) ، B پهنای باند (rad/sec) و wc1 و wc2 فرکانس های قطع (rad/sec) هستند.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

R3 = (R1+R2)/(R1+R2)

Q = w/B

B = wc2 - wc1

مرحله 3: یک فیلتر کم گذر طراحی کنید

هدف از این جزء فیلتر کردن فرکانسهای بالاتر از یک فرکانس قطع خاص (wc) است که اساساً به آنها اجازه عبور نمی دهد. ما تصمیم گرفتیم در فرکانس 250 هرتز فیلتر کنیم تا از برش بیش از حد به فرکانس متوسط مورد استفاده برای اندازه گیری سیگنال نوار قلب (150 هرتز) جلوگیری شود. برای محاسبه مقادیری که برای این جزء استفاده می کنیم ، از معادلات زیر استفاده می کنیم:

C1 <= C2 (a^2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10/فرکانس قطع (هرتز)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b (k -1) C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

ما افزایش را 1 قرار می دهیم ، بنابراین R3 به یک مدار باز (بدون مقاومت) و R4 به یک اتصال کوتاه (فقط یک سیم) تبدیل می شود.

مرحله 4: آزمایش مدار

برای تعیین کارایی فیلتر ، یک جاروب AC برای هر جزء انجام می شود. رفت و برگشت AC اندازه قطعه را در فرکانس های مختلف اندازه گیری می کند. شما انتظار دارید که بسته به جزء ، اشکال مختلفی را مشاهده کنید. اهمیت رفت و برگشت AC این است که از عملکرد صحیح مدار پس از ساخت اطمینان حاصل کنید. برای انجام این آزمایش در آزمایشگاه ، کافی است Vout/Vin را در محدوده فرکانس ضبط کنید. برای تقویت کننده ابزار دقیق ، از 50 تا 1000 هرتز آزمایش کردیم تا محدوده وسیعی را بدست آوریم. برای فیلتر ناچ ، ما از 10 تا 90 هرتز آزمایش کردیم تا ایده خوبی از نحوه واکنش اجزا در حدود 60 هرتز بدست آوریم. برای فیلتر پایین گذر ، ما از 50 تا 500 هرتز آزمایش کردیم تا بفهمیم مدار در هنگام عبور و در هنگام توقف چگونه واکنش نشان می دهد.

مرحله 5: مدار نوار قلب در LabView

در مرحله بعد ، می خواهید یک بلوک دیاگرام در LabView ایجاد کنید که سیگنال ECG را از طریق مبدل A/D شبیه سازی کرده و سپس سیگنال را در رایانه ترسیم کند. ما با تعیین پارامترهای سیگنال برد DAQ با تعیین میزان متوسط ضربان قلب که انتظار داشتیم ، شروع کردیم. ما 60 ضربه در دقیقه را انتخاب کردیم. سپس با استفاده از فرکانس 1 کیلوهرتز ، توانستیم تعیین کنیم که برای بدست آوردن 2-3 قله نوار قلب در نمودار شکل موج ، باید تقریباً 3 ثانیه نمایش دهیم. ما 4 ثانیه را نمایش دادیم تا مطمئن شویم که اوج کافی نوار قلب را ثبت می کنیم. بلوک دیاگرام سیگنال ورودی را می خواند و از تشخیص پیک برای تعیین میزان تپش قلب استفاده می کند.

مرحله 6: نوار قلب و ضربان قلب

با استفاده از کد بلوک دیاگرام ، ECG در کادر شکل موج ظاهر می شود و ضربات در دقیقه در کنار آن نمایش داده می شود. شما اکنون یک مانیتور ضربان قلب کار می کنید! برای به چالش کشیدن بیشتر خود ، از مدار و الکترودهای خود برای نمایش ضربان قلب در زمان واقعی استفاده کنید!