نوار قلب خود را بسازید: 10 قدم

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

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

ضربان قلب شامل انقباضات موزون است که با ارائه خود به خود دپلاریزاسیون الکتریکی در میوسیت های قلبی (سلول های عضلانی قلب) تنظیم می شود. چنین فعالیت الکتریکی را می توان با قرار دادن الکترودهای ضبط غیر تهاجمی در امتداد موقعیت های مختلف بدن ثبت کرد. حتی با درک مقدماتی از مدار و بیوالکتریک ، این سیگنالها را می توان با سهولت نسبی ضبط کرد. در این دستورالعمل روش ساده ای را معرفی می کنیم که می تواند برای ضبط سیگنال الکتروکاردیوگرافی با تجهیزات کاربردی و ارزان استفاده شود. در طول ، ما ملاحظات اساسی در دستیابی به چنین سیگنالهایی را برجسته کرده و تکنیک هایی را برای تجزیه و تحلیل سیگنال برنامه ای ارائه می دهیم.

مرحله 1: مروری بر ویژگی ها

دستگاهی که می سازید از طریق ویژگی های زیر کار می کند:

1. ضبط الکترود
2. تقویت کننده ابزار دقیق
3. فیلتر ناچ
4. فیلتر پایین گذر
5. تبدیل آنالوگ به دیجیتال
6. تجزیه و تحلیل سیگنال با استفاده از LabView

برخی از اجزای اصلی مورد نیاز شما:

1. NI LabView
2. برد کسب اطلاعات NI (برای ورودی های LabView)
3. منبع تغذیه DC (برای تقویت تقویت کننده های عملیاتی)
4. پد الکترودهای پوستی برای ضبط الکترود
5. یا یک مولد عملکرد که می تواند یک سیگنال ECG شبیه سازی شده ایجاد کند

بیایید شروع کنیم!

مرحله 2: یک فیلتر کم گذر طراحی کنید

نوار قلب معمولی شامل ویژگی های قابل تشخیص در شکل موج سیگنال به نام موج P ، کمپلکس QRS و موج T است. همه ویژگی های نوار قلب در محدوده فرکانس زیر 250 هرتز ظاهر می شوند ، و بنابراین ، مهم است که هنگام ثبت نوار قلب از الکترودها فقط ویژگی های مورد علاقه را ضبط کنیم. یک فیلتر کم گذر با فرکانس قطع 250 هرتز اطمینان می دهد که هیچ نویز با فرکانس بالا در سیگنال ضبط نمی شود

مرحله 3: یک فیلتر Notch طراحی کنید

فیلتر ناچ با فرکانس 60 هرتز برای حذف نویز از منبع تغذیه مرتبط با ضبط نوار قلب مفید است. فرکانسهای قطع بین 56.5 هرتز و 64 هرتز به سیگنالهایی با فرکانسهای خارج از آن محدوده اجازه عبور می دهد. ضریب کیفیت 8 به فیلتر اعمال شد. ظرفیت 0.1 uF انتخاب شد. مقاومتهای آزمایشی به شرح زیر انتخاب شدند: R1 = R3 = 1.5 کیلو اهم ، R2 = 502 کیلو اهم. از این مقادیر برای ساخت فیلتر ناچ استفاده شد.

مرحله 4: یک تقویت کننده ابزار طراحی کنید

تقویت کننده ابزار با افزایش 1000 V/V تمام سیگنال های فیلتر شده را تقویت می کند تا اندازه گیری آسان تر شود. تقویت کننده از یک سری تقویت کننده های عملیاتی استفاده می کند و با افزایش K1 و K2 به دو مرحله (چپ و راست) تقسیم می شود. تصویر بالا شماتیک مدار را نشان می دهد که ممکن است به این نتیجه برسد و شکل 6 محاسبات انجام شده را با جزئیات نشان می دهد.

مرحله 5: همه را با هم وصل کنید

سه مرحله تقویت و فیلتر در شکل 7 زیر ترکیب شده است. تقویت کننده ابزار ورودی فرکانس سینوسی را با افزایش 1000V/V تقویت می کند. در مرحله بعد ، فیلتر ناچ تمام فرکانس سیگنال 60 هرتز را با ضریب کیفیت 8 حذف می کند. در نهایت ، سیگنال از یک فیلتر کم گذر عبور می کند که سیگنال ها را فراتر از فرکانس 250 هرتز تضعیف می کند. شکل بالا سیستم کامل ایجاد شده به صورت تجربی را نشان می دهد.

مرحله 6:… و مطمئن شوید که کار می کند

اگر شما یک مولد تابع دارید ، باید یک منحنی پاسخ فرکانسی بسازید تا از پاسخ مناسب اطمینان حاصل کنید. تصویر بالا سیستم کامل و منحنی پاسخ فرکانسی را که باید انتظار داشته باشید نشان می دهد. اگر به نظر می رسد سیستم شما کار می کند ، پس آماده حرکت به مرحله بعدی هستید: تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال!

مرحله 7: (اختیاری) نوار قلب خود را روی اسیلوسکوپ تجسم کنید

نوار قلب سیگنال را با دو الکترود ضبط می کند و از الکترود سوم به عنوان زمین استفاده می کند. با الکترودهای ضبط نوار قلب خود ، یکی را در یک ورودی تقویت کننده ابزار ، دیگری را در ورودی آمپر ابزار دیگر وارد کنید ، و سوم را به تخته نان به زمین متصل کنید. در مرحله بعد ، یک الکترود را روی یک مچ دست ، دیگری را روی مچ دیگر قرار دهید و زمین را روی مچ پای خود قرار دهید. این پیکربندی Lead 1 برای نوار قلب است. برای تجسم سیگنال روی اسیلوسکوپ ، از یک پروب اسیلوسکوپ برای اندازه گیری خروجی مرحله سوم خود استفاده کنید.

مرحله 8: اطلاعات را با DAQ ابزارهای ملی بدست آورید

اگر می خواهید سیگنال خود را در LabView تجزیه و تحلیل کنید ، باید راهی برای جمع آوری داده های آنالوگ از نوار قلب و انتقال آن به رایانه داشته باشید. انواع روشها برای به دست آوردن داده ها وجود دارد! National Instruments شرکتی است که در زمینه دستگاه های جمع آوری داده و دستگاه های تجزیه و تحلیل داده تخصص دارد. آنها مکان خوبی برای جستجوی ابزارهایی برای جمع آوری داده ها هستند. همچنین می توانید تراشه مبدل ارزان قیمت آنالوگ به دیجیتال خود را خریداری کرده و از Raspberry Pi برای انتقال سیگنال خود استفاده کنید! احتمالاً این گزینه ارزان تر است. در این مورد ، ما قبلاً یک ماژول NI DAQ یعنی NI ADC و LabView در خانه داشتیم ، بنابراین ما سخت افزار و نرم افزار کاملاً National Instruments را نگه داشتیم.

مرحله 9: وارد کردن داده ها به LabVIEW

از زبان برنامه نویسی بصری LabVIEW برای تجزیه و تحلیل داده های جمع آوری شده از سیستم تقویت/فیلتر آنالوگ استفاده شد. داده ها از واحد NQ DAQ با DAQ Assistant ، یک عملکرد جمع آوری داده داخلی در LabVIEW ، جمع آوری شد. با استفاده از کنترل های LabView ، تعداد نمونه ها و مدت زمان جمع آوری نمونه به صورت برنامه ای مشخص شد. کنترل ها به صورت دستی قابل تنظیم هستند و به کاربر اجازه می دهد پارامترهای ورودی را به راحتی تنظیم کند. با مشخص شدن تعداد کل نمونه ها و مدت زمان ، یک بردار زمان با هر مقدار شاخص نشان دهنده زمان مربوطه در هر نمونه در سیگنال گرفته شده ایجاد شد.

مرحله 10: قالب بندی ، تجزیه و تحلیل ، و تمام شد

داده های تابع دستیار DAQ به یک قالب قابل استفاده تبدیل شد. با تبدیل نوع داده خروجی DAQ به نوع داده شکل موج و سپس تبدیل به یک جفت خوشه ای (X ، Y) دوتایی ، سیگنال به عنوان یک آرایه 1 بعدی دوتایی ایجاد شد. هر مقدار Y از جفت (X ، Y) انتخاب شد و در یک آرایه 1D خالی در ابتدا از دو برابر با کمک یک ساختار حلقه وارد شد. آرایه 1 بعدی دو برابر و بردار زمان مربوطه بر روی نمودار XY رسم شد. به طور همزمان ، حداکثر مقدار آرایه 1D دوتایی با یک تابع شناسایی مقدار حداکثر مشخص شد. شش دهم حداکثر مقدار به عنوان آستانه ای برای الگوریتم تشخیص پیک تعبیه شده در LabView استفاده شد. مقادیر اوج آرایه 1D دوتایی با عملکرد تشخیص پیک مشخص شد. با مشخص شدن مکان های قله ، اختلاف زمان بین هر قله محاسبه شد. این تفاوت زمانی ، بر حسب واحد ثانیه در اوج ، به قله در دقیقه تبدیل شد. مقدار حاصله نشان دهنده ضربان قلب بر حسب ضربان در دقیقه در نظر گرفته شد.

خودشه! اکنون سیگنال نوار قلب را جمع آوری و تجزیه و تحلیل کرده اید!