تخطيط القلب الآلي السهل (1 مكبر للصوت ، 2 مرشحات): 7 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

يقيس مخطط كهربية القلب ويعرض النشاط الكهربائي للقلب باستخدام أقطاب كهربائية مختلفة موضوعة على الجلد. يمكن إنشاء مخطط كهربية القلب باستخدام مضخم للأجهزة ، ومرشح درجة ، ومرشح تمرير منخفض. أخيرًا ، يمكن تصور الإشارة المصفاة والمضخمة باستخدام برنامج LabView. يستخدم LabView أيضًا التردد الوارد للإشارة لحساب نبضات قلب الإنسان. نجح مضخم الأجهزة الذي تم إنشاؤه في أخذ الإشارة الصغيرة للجسم وتضخيمها إلى 1 فولت ، بحيث يمكن عرضها على الكمبيوتر باستخدام LabView. نجحت مرشحات التمرير والمنخفض في تقليل ضوضاء 60 هرتز من مصادر الطاقة وإشارات التداخل فوق 350 هرتز. تم قياس ضربات القلب عند الراحة لتكون 75 نبضة في الدقيقة ، و 137 نبضة في الدقيقة بعد خمس دقائق من التمرين المكثف. كان جهاز تخطيط القلب الذي تم إنشاؤه قادرًا على قياس دقات القلب بقيم واقعية وتصور المكونات المختلفة لشكل موجة نموذجي لتخطيط القلب. في المستقبل ، يمكن تحسين مخطط كهربية القلب هذا عن طريق تغيير القيم السلبية في مرشح الشق لتقليل المزيد من الضوضاء حول 60 هرتز.

الخطوة 1: إنشاء مضخم الأجهزة

سوف تحتاج إلى: LTSpice (أو برنامج آخر لتصور الدوائر)

تم إنشاء مضخم الأجهزة لزيادة حجم الإشارة بحيث تكون مرئية وتسمح بتحليل شكل الموجة.

باستخدام R1 = 3.3 كيلو أوم ، R2 = 33 كيلو أوم ، R3 = 1 كيلو أوم ، R4 = 48 أوم يتم تحقيق كسب X. الكسب = - R4 / R3 (1 + R2 / R1) = -47k / 1k (1- (33k / 3.3k)) = -1008

لأنه في المرجع الأخير ، تذهب الإشارة إلى الدبوس المقلوب ، يكون الكسب 1008. تم إنشاء هذا التصميم في LTSpice ثم تمت محاكاته باستخدام اكتساح التيار المتردد من 1 إلى 1 كيلو هرتز مع 100 نقطة لكل عقد لإدخال موجة جيبية بسعة تيار متردد 1 فولت.

لقد تحققنا من أن مكاسبنا كانت مكسبًا مقصودًا مشابهًا. من الرسم البياني وجدنا أن الكسب = 10 ^ (60/20) = 1000 وهو قريب بدرجة كافية من ربحنا المقصود 1008.

الخطوة 2: قم بإنشاء مرشح Notch

سوف تحتاج إلى: LTSpice (أو برنامج آخر لتصور الدوائر)

مرشح القطع هو نوع محدد من مرشح تمرير منخفض يتبعه مرشح تمرير عالي لإزالة تردد معين. يتم استخدام مرشح القطع لإزالة الضوضاء الصادرة عن جميع الأجهزة الإلكترونية الموجودة عند 60 هرتز.

تم حساب القيم السلبية: C =.1 uF (تم اختيار القيمة) 2C =.2 uF (تستخدم.22 مكثف uF)

سيتم استخدام عامل AQ 8: R1 = 1 / (2 * Q * 2 * pi * f * C) = 1 / (2 * 8 * 2 * 3.14159 * 60 *.1E-6) = 1.66 كيلو أوم (1.8 كيلو أوم تم استخدامه) R2 = 2Q / (2 * pi * f * C) = (2 * 8) / (60 هرتز * 2 * 3.14159 *.1E-6 F) = 424 كيلو أوم (390 كيلو أوم + 33 كيلو أوم = 423 كيلو أوم كان المستخدم) قسم الجهد: Rf = R1 * R2 / (R1 + R2) = 1.8 كيلو أوم * 423 كيلو أوم / (1.8 كيلو أوم + 423 كيلو أوم) = 1.79 كيلو أوم (تم استخدام 1.8 كيلو أوم)

يمتلك تصميم المرشح هذا ربحًا قدره 1 ، مما يعني عدم وجود خصائص تضخيم.

يؤدي توصيل القيم السلبية والمحاكاة على LTSpice باستخدام AC Sweep وإشارة إدخال تبلغ 0.1 فولت من الموجة الجيبية بتردد تيار متردد يبلغ 1 كيلو هرتز إلى مخطط bode المرفق.

عند تردد حوالي 60 هرتز ، تصل الإشارة إلى أدنى جهد لها. نجح المرشح في إزالة ضوضاء 60 هرتز إلى جهد غير ملحوظ قدره 0.01 فولت وتوفير كسب قدره 1 ، لأن جهد الدخل هو 0.1 فولت.

الخطوة 3: إنشاء مرشح تمرير منخفض

سوف تحتاج إلى: LTSpice (أو برنامج آخر لتصور الدوائر)

تم إنشاء مرشح تمرير منخفض لإزالة الإشارات فوق عتبة الفائدة التي قد تحتوي على إشارة ECG. كانت عتبة الاهتمام بين 0 - 350 هرتز.

تم اختيار قيمة المكثف لتكون.1 uF. يتم حساب المقاومة المطلوبة لتردد قطع عالٍ يبلغ 335 هرتز: C = 0.1 uF R = 1 / (2pi * 0.1 * (10 ^ -6) * 335 Hz) = 4.75 kOhm (4.7 kOhm كان يستخدم)

يؤدي توصيل القيم السلبية والمحاكاة على LTSpice باستخدام AC Sweep وإشارة إدخال تبلغ 0.1 فولت من الموجة الجيبية بتردد تيار متردد يبلغ 1 كيلو هرتز إلى مخطط bode المرفق.

الخطوة 4: قم بإنشاء الدائرة على لوحة توصيل

سوف تحتاج إلى: مقاومات ذات قيم مختلفة ، ومكثفات ذات قيم مختلفة ، ومكبرات تشغيل UA 471 ، وكابلات توصيل ، ولوح توصيل ، وكابلات توصيل ، ومصدر طاقة أو بطارية 9 فولت

الآن بعد أن قمت بمحاكاة دائرتك ، حان الوقت لبنائها على لوح التجارب. إذا لم يكن لديك القيم المحددة المدرجة ، فاستخدم ما لديك أو اجمع بين المقاومات والمكثفات لتكوين القيم التي تحتاجها. تذكر أن تقوم بتشغيل لوح الخبز الخاص بك باستخدام بطارية 9 فولت أو مصدر طاقة تيار مستمر. يحتاج كل جهاز أمبير إلى مصدر جهد موجب وسالب.

الخطوة 5: إعداد بيئة LabView

سوف تحتاج إلى: برنامج LabView ، جهاز كمبيوتر

من أجل أتمتة عرض شكل الموجة وحساب معدل ضربات القلب ، تم استخدام LabView. LabView هو برنامج يستخدم لتصور وتحليل البيانات. إخراج دائرة تخطيط القلب هو مدخلات LabView. يتم إدخال البيانات ورسمها وتحليلها بناءً على مخطط الكتلة المصمم أدناه.

أولاً ، يأخذ مساعد DAQ الإشارة التناظرية من الدائرة. تم إعداد تعليمات أخذ العينات هنا. كان معدل أخذ العينات 1 كيلو عينة في الثانية وكان الفاصل الزمني 3 كيلو مللي ثانية ، وبالتالي فإن الفاصل الزمني المرئي في الرسم البياني الموجي هو 3 ثوانٍ. تلقى الرسم البياني Waveform البيانات من مساعد DAQ ثم يرسمها في نافذة اللوحة الأمامية. يشمل القسم السفلي من مخطط الكتلة حساب معدل ضربات القلب. أولاً يتم قياس الحد الأقصى والحد الأدنى للموجة. بعد ذلك ، تُستخدم قياسات السعة هذه لتحديد ما إذا كانت القمم تحدث والتي تعرف بأنها 95٪ من السعة القصوى ، وإذا كان الأمر كذلك ، يتم تسجيل النقطة الزمنية. بمجرد اكتشاف القمم ، يتم تخزين السعة والنقطة الزمنية في مصفوفات. ثم يتم تحويل عدد القمم / الثواني إلى دقائق ويتم عرضها على اللوحة الأمامية. تعرض اللوحة الأمامية شكل الموجة والنبضات في الدقيقة.

تم توصيل الدائرة بـ LabVIEW من خلال شركة National Instruments ADC كما هو موضح في الشكل أعلاه. أنتج مولد الوظيفة إشارة ECG المحاكية التي تم إدخالها في ADC والتي نقلت البيانات إلى LabView للرسم البياني والتحليل. بالإضافة إلى ذلك ، بمجرد حساب BPM في LabVIEW ، تم استخدام المؤشر الرقمي لطباعة تلك القيمة على اللوحة الأمامية للتطبيق جنبًا إلى جنب مع الرسم البياني لشكل الموجة ، كما هو موضح في الشكل 2.

الخطوة 6: اختبار الدائرة باستخدام مولد الوظيفة

سوف تحتاج إلى: دائرة على اللوح ، كابلات توصيل ، مصدر طاقة أو بطارية 9 فولت ، National Instruments ADC ، LabView Software ، كمبيوتر

لاختبار أجهزة LabView ، تم إدخال مخطط كهربية القلب المحاكي إلى الدائرة وتم توصيل خرج الدائرة بـ LabView من خلال National Instruments ADC. أولاً تم إدخال إشارة 20mVpp عند 1 هرتز إلى الدائرة لمحاكاة دقات القلب أثناء الراحة. تظهر اللوحة الأمامية LabView في الصورة أدناه. يمكن رؤية كل من موجات P و T و U و QRS. يتم حساب BMP بشكل صحيح وعرضه في المؤشر الرقمي. هناك ربح يبلغ حوالي 8 فولت / 0.02 فولت = 400 من خلال الدائرة وهو مشابه لما رأيناه عندما تم توصيل الدائرة بمؤشر الذبذبات. تم إرفاق صورة للنتيجة في LabView. بعد ذلك ، لمحاكاة ضربات القلب المرتفعة على سبيل المثال أثناء التمرين ، تم إدخال إشارة 20mVpp عند 2Hz إلى الدائرة. كان هناك مكسب مماثل للاختبار في معدل ضربات القلب أثناء الراحة. يُنظر إلى أسفل الشكل الموجي على أنه يحتوي على جميع الأجزاء نفسها كما كان من قبل بمعدل أسرع. يتم حساب معدل ضربات القلب وعرضه في المؤشر الرقمي ونرى 120 نبضة في الدقيقة المتوقعة.

الخطوة 7: اختبار الدائرة باستخدام الإنسان

ستحتاج إلى: دائرة على اللوح ، كابلات توصيل ، مصدر طاقة أو بطارية 9 فولت ، National Instruments ADC ، LabView Software ، كمبيوتر ، أقطاب كهربائية (على الأقل ثلاثة) ، موضوع بشري

أخيرًا ، كانت الدائرة تختبر مع إدخال يقود ECG لموضوع بشري في الدائرة وإخراج الدائرة في LabView. تم وضع ثلاثة أقطاب كهربائية على موضوع ما للحصول على إشارة حقيقية. تم وضع أقطاب كهربائية على الرسغين والكاحل الأيمن. كان الرسغ الأيمن هو المدخل الإيجابي ، وكان الرسغ الأيسر سلبيًا وكان الكاحل أرضًا. مرة أخرى ، تم إدخال البيانات في LabView للمعالجة. تم إرفاق تكوين القطب كصورة.

أولاً ، تم عرض وتحليل إشارة مخطط كهربية القلب أثناء الراحة للموضوع. في حالة الراحة ، كان لدى الشخص معدل ضربات قلب يبلغ 75 نبضة في الدقيقة تقريبًا. ثم شارك المفحوص في نشاط بدني مكثف لمدة 5 دقائق. تم إعادة توصيل الموضوع وتسجيل الإشارة المرفوعة. كان معدل ضربات القلب حوالي 137 نبضة في الدقيقة بعد النشاط. كانت هذه الإشارة أصغر ولها ضوضاء أكبر. تم وضع أقطاب كهربائية على الرسغين والكاحل الأيمن. كان الرسغ الأيمن هو المدخل الإيجابي ، وكان الرسغ الأيسر سلبيًا وكان الكاحل أرضًا. مرة أخرى تم إدخال البيانات في LabView للمعالجة.

لدى الشخص العادي إشارة ECG تبلغ حوالي 1 مللي فولت. كان مكسبنا المتوقع حوالي 1000 ، لذلك نتوقع جهد خرج قدره 1 فولت. من التسجيل عند السكون المرئي في الصورة XX ، فإن سعة مجمع QRS تقريبًا (-0.7) - (-1.6) = 0.9 V. ينتج هذا خطأ بنسبة 10 ٪. (1-0.9) / 1 * 100 = 10٪ معدل ضربات القلب في حالة الراحة للإنسان العادي هو 60 ، وكان المقاس حوالي 75 ، وهذا ينتج | 60-75 | * 100/60 = 25٪ خطأ. معدل ضربات القلب المرتفع للإنسان القياسي هو 120 ، وكان المقاس حوالي 137 ، وهذا ينتج | 120-137 | * 100/120 = 15٪ خطأ.

تهاني! لقد قمت الآن ببناء مخطط كهربية القلب الآلي الخاص بك.