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

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

الکتروکاردیوگرام یا نوار قلب یک روش بسیار قدیمی برای اندازه گیری و تجزیه و تحلیل سلامت قلب است. سیگنالی که از ECG خوانده می شود می تواند قلب سالم یا طیف وسیعی از مشکلات را نشان دهد. طراحی قابل اعتماد و دقیق مهم است زیرا اگر سیگنال ECG شکل موجی تغییر شکل داده یا ضربان قلب نادرست را نشان دهد ، ممکن است فرد دچار اشتباه تشخیص داده شود. هدف این است که یک مدار ECG طراحی کنیم که بتواند سیگنال ECG را بدست آورد ، تقویت و فیلتر کند. سپس ، آن سیگنال را از طریق مبدل A/D به Labview تبدیل کنید تا نمودار زمان واقعی و ضربان قلب در BPM سیگنال ECG تولید شود. شکل موج خروجی باید شبیه این تصویر باشد.

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: طراحی مدار

مدار باید بتواند سیگنال نوار قلب را بدست آورد و تقویت کند. به منظور انجام این کار ، ما سه فیلتر فعال را ترکیب می کنیم. یک تقویت کننده ابزار ، یک فیلتر درجه دوم باترورث درجه دوم و یک فیلتر ناچ. طراحی این مدارها در تصاویر قابل مشاهده است. ما آنها را یکی یکی می رویم ، سپس آنها را کنار هم می گذاریم تا مدار کامل تکمیل شود.

مرحله 2: تقویت کننده ابزار دقیق

افزایش آمپلی فایر ابزار برای دریافت سیگنال خوب باید 1000 V/V باشد. تقویت از طریق تقویت کننده ابزار در دو مرحله اتفاق می افتد. مرحله اول شامل دو آمپر op در سمت چپ و مقاومت R1 و R2 و مرحله دوم تقویت شامل op amp در سمت راست و مقاومت های R3 و R4 است. سود (تقویت) برای مرحله 1 و مرحله 2 در معادله (1) و (2) آورده شده است.

مرحله 1 افزایش: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

مرحله 2 افزایش: K2 = R4/R3 (2)

نکته مهم در مورد افزایش در مدارها ضرب است. به عنوان مثال، افزایش مدار کلی در شکل 2 K1*K2 است. این معادلات مقادیر نشان داده شده در شماتیک را تولید می کنند. مواد مورد نیاز برای این فیلتر سه آمپر LM741 op ، سه مقاومت 1k اهم ، دو مقاومت 24.7 اهم و دو مقاومت 20 اهم است.

مرحله 3: فیلتر ناچ

مرحله بعدی یک فیلتر Notch است که نویز را در 60 هرتز قطع می کند. این فرکانس باید قطع شود زیرا نویز اضافی زیادی در 60 هرتز به دلیل تداخل خط برق وجود دارد ، اما هیچ چیز قابل توجهی از سیگنال ECG خارج نمی کند. مقادیر اجزای مورد استفاده در مدار بر اساس فرکانسی است که می خواهید فیلتر شود ، در این حالت 60 هرتز (377 rad/s). معادلات جزء به شرح زیر است

R1 = 1/ (6032*C)

R2 = 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

مواد مورد نیاز یک آمپر آمپر LM741 ، سه مقاومت با ارزش 1658 اهم ، 424.4 اهم و 1651 اهم و 3 خازن ، دو عدد در 100 nF و یکی در 200 nF بود.

مرحله 4: فیلتر Low Pass

مرحله نهایی یک فیلتر Low-Butterworth درجه دوم با فرکانس قطع 250 هرتز است. این فرکانس قطع است زیرا سیگنال نوار قلب فقط حداکثر 250 هرتز را در بر می گیرد. معادلات مقادیر اجزای موجود در فیلتر در معادلات زیر تعریف شده است:

R1 = 2/ (1571 (1.4C2 + مرتب سازی (1.4^2 * C2^2 - 4C1C2))))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1.4^2) / 4

مواد مورد نیاز برای این فیلتر یک آمپر LM741 ، دو مقاومت 15.3 و 25.6 اهم و دو خازن 47 nF و 22 nF بود.

پس از طراحی و ساخت هر سه مرحله ، مدار نهایی باید شبیه عکس باشد.

مرحله 5: آزمایش مدار

پس از ایجاد مدار ، باید آزمایش شود تا از عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل شود. یک جارو AC باید روی هر فیلتر با استفاده از سیگنال ورودی قلب با فرکانس 1 هرتز از ژنراتور ولتاژ اجرا شود. پاسخ اندازه در dB باید شبیه تصاویر باشد. اگر نتایج حاصل از رفت و برگشت AC صحیح باشد ، مدار به پایان رسیده و آماده استفاده است. اگر پاسخ ها صحیح نباشد ، مدار باید اشکال زدایی شود. با بررسی تمام اتصالات و ورودی های برق شروع کنید تا مطمئن شوید همه چیز اتصال خوبی دارد. اگر این مشکل را حل نمی کند ، از معادلات اجزای فیلترها برای تنظیم مقادیر مقاومت ها و خازن ها در صورت نیاز تا خروجی به جایی که باید باشد استفاده کنید.

مرحله 6: ایجاد VUI در Labview

Labview یک نرم افزار جمع آوری داده های دیجیتالی است که به کاربر اجازه می دهد VUI یا رابط کاربری مجازی طراحی کند. برد DAQ یک مبدل A/D است که می تواند سیگنال ECG را به Labview تبدیل و منتقل کند. با استفاده از این نرم افزار می توان سیگنال ECG را در نمودار دامنه در مقابل زمان رسم کرد تا سیگنال را به وضوح بخواند و سپس سیگنال را در ضربان قلب در ضربان قلب به ضربان قلب تبدیل کند. اولین چیزی که برای این مورد لازم است یک برد DAQ است که داده ها را بدست می آورد و آنها را به سیگنال دیجیتال تبدیل می کند تا به Labview در رایانه ارسال شود. اولین چیزی که باید به طراحی Labview اضافه شود ، DAQ Assistant بود که سیگنال را از برد DAQ دریافت می کند و پارامترهای نمونه برداری را مشخص می کند. مرحله بعدی اتصال نمودار شکل موج به خروجی دستیار DAQ در طراحی VUI است که سیگنال ECG را نشان می دهد که شکل موج ECG را نشان می دهد. اکنون که نمودار شکل موج کامل شده است ، داده ها نیز باید تبدیل شوند تا خروجی عددی ضربان قلب تولید شود. اولین قدم در این محاسبه یافتن حداکثر داده های ECG با اتصال عنصر max/min به خروجی داده های DAQ در VUI بود ، و سپس این را به عنصر دیگری به نام تشخیص پیک و به عنصری که تغییر زمان به نام dt. عنصر تشخیص پیک نیز به آستانه ای از max/min نیاز داشت که با گرفتن حداکثر از عنصر max min و ضرب آن در.8 محاسبه می شد تا 80٪ از حداکثر مقدار را پیدا کرده و سپس به عنصر تشخیص پیک وارد شود. این آستانه به عنصر تشخیص پیک اجازه می دهد حداکثر موج R را پیدا کند و مکان حداکثر در آن رخ می دهد در حالی که دیگر قله های سیگنال را نادیده می گیرد. مکان قله ها سپس به یک عنصر آرایه شاخص اضافه شده در VUI ارسال می شود. عنصر آرایه فهرست تنظیم شد تا روی آرایه ذخیره شود و ایندکس از 0 شروع می شود ، و سپس یکی دیگر با ایندکس 1 شروع می شود. سپس ، این دو از یکدیگر تفریق می شوند تا تفاوت دو مکان پیک ، که مربوط به عدد است ، پیدا شود. نقاط بین هر قله تعداد نقاط ضرب شده در اختلاف زمان بین هر نقطه ، زمان لازم برای هر ضربه را فراهم می کند. این امر با ضرب خروجی از عنصر dt و خروجی از تفریق دو آرایه انجام شد. سپس این عدد بر 60 تقسیم می شود تا ضربان در دقیقه پیدا شود و سپس با استفاده از یک عنصر نشانگر عددی در VUI خروجی داده می شود. تنظیمات طراحی VUI در Labview در شکل نشان داده شده است.

مرحله 7: همه چیز را کنار هم قرار دهید

پس از اتمام VUI در Labview ، آخرین مرحله اتصال مدار به برد DAQ است ، بنابراین سیگنال از طریق مدار ، به برد و سپس به Labview منتقل می شود. اگر همه چیز به درستی کار کند ، یک سیگنال 1 هرتز باید شکل موج نشان داده شده در شکل و ضربان قلب 60 ضربان در دقیقه را تولید کند. اکنون شما یک ECG و مانیتور دیجیتال ضربان قلب دارید.