نوار قلب و مانیتور ضربان قلب: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

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.

یکی از مهمترین ابزارهای تشخیصی که برای تشخیص این شرایط استفاده می شود ، نوار قلب (ECG) است. الکتروکاردیوگرام با ردیابی ضربه الکتریکی در قلب شما و انتقال مجدد آن به دستگاه عمل می کند [1]. سیگنال از الکترودهایی که روی بدنه قرار گرفته است گرفته می شود. قرار دادن الکترودها برای دریافت سیگنالهای فیزیولوژیکی بسیار مهم است زیرا آنها با ثبت تفاوت پتانسیل در سراسر بدن کار می کنند. نحوه قرارگیری استاندارد الکترودها استفاده از مثلث Einthoven است. این جایی است که یک الکترود روی بازوی راست ، بازوی چپ و پای چپ قرار می گیرد. پای چپ به عنوان زمینی برای الکترودها عمل می کند و سر و صدای فرکانس را در بدن افزایش می دهد. بازوی راست دارای الکترود منفی و سمت چپ دارای الکترود مثبت برای محاسبه اختلاف پتانسیل در قفسه سینه و در نتیجه دریافت انرژی الکتریکی از قلب است [2]. هدف از این پروژه ایجاد دستگاهی بود که بتواند با موفقیت بدست آورد یک سیگنال نوار قلب و سیگنال را بدون نویز و با اضافه کردن اندازه گیری ضربان قلب به وضوح بازتولید می کند.

مرحله 1: مواد و ابزارها

• انواع مقاومت و خازن
• تخته نان
• مولد عملکرد
• اسیلوسکوپ
• منبع تغذیه نامتناوب
• آمپر
• رایانه ای با LABView نصب شده است
• کابل های BNC
• دستیار DAQ

مرحله 2: تقویت کننده ابزار را بسازید

به منظور تقویت کافی سیگنال بیوالکتریک ، سود کلی تقویت کننده ابزار دو مرحله ای باید 1000 باشد. هر مرحله برای بدست آوردن سود کلی ضرب می شود و معادلات مورد استفاده برای محاسبه مراحل جداگانه در زیر نشان داده شده است.

مرحله 1 سود: K1 = 1+2*R2/R1 مرحله 2 سود: K2 = -R4/R3

با استفاده از معادلات فوق ، مقادیر مقاومت مورد استفاده ما R1 = 10kΩ ، R2 = 150kΩ ، R3 = 10kΩ و R4 = 33kΩ بود. به منظور اطمینان از این که این مقادیر خروجی مورد نظر را ارائه می دهند ، می توانید آن را بصورت آنلاین شبیه سازی کرده یا بعد از ساخت تقویت کننده فیزیکی با استفاده از اسیلوسکوپ آن را آزمایش کنید.

پس از اتصال مقاومت های انتخاب شده و آمپرهای آمپر در نان برد ، باید 15 آمپر ± 15 ولت را از منبع تغذیه DC تغذیه کنید. در مرحله بعد ، ژنراتور عملکرد را به ورودی تقویت کننده ابزار و اسیلوسکوپ را به خروجی وصل کنید.

عکس بالا نشان می دهد که تقویت کننده ابزار کامل شده در تخته نان به نظر می رسد. برای بررسی عملکرد صحیح آن ، ژنراتور عملکرد را طوری تنظیم کنید که موج سینوسی را در فرکانس 1 کیلوهرتز با حداکثر تا دامنه 20 میلی ولت تولید کند. خروجی آمپلی فایر بر روی اسیلوسکوپ باید از حداکثر تا 20 ولت دامنه داشته باشد ، زیرا اگر به درستی کار کند ، 1000 افزایش می یابد.

مرحله 3: فیلتر Notch بسازید

به دلیل سر و صدای خط برق ، فیلتری برای فیلتر کردن نویز در 60 هرتز مورد نیاز بود که صدای ایالات متحده است. از فیلتر ناچ استفاده شده است زیرا فرکانس خاصی را فیلتر می کند. برای محاسبه مقادیر مقاومت از معادلات زیر استفاده شده است. یک عامل کیفی (Q) 8 خوب کار کرد و مقادیر خازن 0.1uF برای سهولت ساخت انتخاب شد. فرکانس معادلات (نشان داده شده به عنوان w) فرکانس درجه 60 هرتز ضرب در 2π است.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

با استفاده از معادلات فوق ، مقادیر مقاومت مورد استفاده ما R1 = 1.5kΩ ، R2 = 470kΩ و R3 = 1.5kΩ بود. به منظور اطمینان از این که این مقادیر خروجی مورد نظر را ارائه می دهند ، می توانید آن را بصورت آنلاین شبیه سازی کرده یا بعد از ساخت تقویت کننده فیزیکی با استفاده از اسیلوسکوپ آن را آزمایش کنید.

تصویر بالا نشان می دهد که فیلتر بریدگی تکمیل شده در نان برد چگونه خواهد بود. راه اندازی op-amps همان تقویت کننده ابزار دقیق است و ژنراتور عملکرد باید در حال حاضر طوری تنظیم شود که موج سینوسی در فرکانس 1 کیلوهرتز با دامنه حداکثر تا 1 ولت تولید کند. در صورت انجام AC Sweep باید بتوانید بررسی کنید که فرکانس های حدود 60 هرتز فیلتر شده اند.

مرحله 4: یک فیلتر Low Pass بسازید

به منظور فیلتر کردن نویز فرکانس بالا که مربوط به ECG نیست ، یک فیلتر کم گذر با فرکانس قطع 150 هرتز ایجاد شد.

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1)) C2^2-4b*C1*C2)

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

R3 = K (R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

R4 = K (R1+R2)

با استفاده از معادلات فوق ، مقادیر مقاومت مورد استفاده ما R1 = 12kΩ ، R2 = 135kΩ ، C1 = 0.01 µF ، و C2 = 0.068 µF بود. مقادیر R3 و R4 صفر شد زیرا ما می خواستیم مقدار فیلتر K صفر باشد ، بنابراین در تنظیمات فیزیکی ما به جای مقاومت از سیم استفاده کردیم. به منظور اطمینان از این که این مقادیر خروجی مورد نظر را ارائه می دهند ، می توانید آن را بصورت آنلاین شبیه سازی کرده یا بعد از ساخت تقویت کننده فیزیکی با استفاده از اسیلوسکوپ آن را آزمایش کنید.

برای ساخت فیلتر فیزیکی ، مقاومت ها و خازن های انتخاب شده را مطابق شکل (شماتیک) به op-amp وصل کنید. op-amp را تغذیه کرده و ژنراتور عملکرد و اسیلوسکوپ را به همان روشی که در مراحل قبل توضیح داده شده وصل کنید. ژنراتور عملکرد را طوری تنظیم کنید که موج سینوسی را در 150 هرتز و با دامنه پیک تا پیک در حدود 1 ولت تولید کند. از آنجا که فرکانس قطع باید 150 هرتز باشد ، اگر فیلتر به درستی کار می کند ، در این فرکانس مقدار باید 3dB باشد. این به شما می گوید که فیلتر به درستی تنظیم شده است.

مرحله 5: همه اجزا را با هم وصل کنید

پس از ساختن هر جزء و آزمایش جداگانه آنها ، همه آنها می توانند به صورت سری به هم متصل شوند. ژنراتور عملکرد را به ورودی تقویت کننده ابزار وصل کنید ، سپس خروجی آن را به ورودی فیلتر ناچ متصل کنید. دوباره این کار را با اتصال خروجی فیلتر ناچ به ورودی فیلتر پایین گذر انجام دهید. سپس خروجی فیلتر کم گذر باید به اسیلوسکوپ متصل شود.

مرحله 6: راه اندازی LabVIEW

سپس شکل موج ضربان قلب ECG با استفاده از دستیار DAQ و LabView ثبت شد. یک دستیار DAQ سیگنال های آنالوگ را بدست می آورد و پارامترهای نمونه برداری را تعیین می کند. دستیار DAQ را به ژنراتور عملکردی که سیگنال قلب قلب را منتقل می کند و با LabView به کامپیوتر وصل کنید. مطابق شماتیک نشان داده شده در بالا ، LabView را راه اندازی کنید. دستیار DAQ موج قلب را از ژنراتور عملکرد وارد می کند. نمودار شکل موج را نیز به تنظیمات LabView خود اضافه کنید تا نمودار را مشاهده کنید. از عملگرهای عددی برای تعیین آستانه حداکثر مقدار استفاده کنید. در شماتیک نشان داده شده از 80٪ استفاده شده است. همچنین باید از اوج تجزیه و تحلیل برای یافتن مکانهای اوج و پیوند آنها با تغییرات زمان استفاده کرد. برای محاسبه ضربان در دقیقه ، فرکانس پیک را در 60 ضرب کنید و این عدد در کنار نمودار خروجی داده می شود.

مرحله 7: اکنون می توانید نوار قلب را ثبت کنید

[1] "الکتروکاردیوگرام - مرکز اطلاعات قلب موسسه تگزاس قلب." [برخط]. موجود: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [دسترسی: 09-Dec-2017].

[2] "ECG Leads، Polarity and Einthoven's مثلث - دانشجو فیزیولوژیست." [برخط]. موجود: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [دسترسی: 10-Dec-2017].