دائرة جمع مخطط كهربية القلب: 5 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:41

إشعار: هذا ليس جهازًا طبيًا. هذا للأغراض التعليمية فقط باستخدام إشارات محاكاة. في حالة استخدام هذه الدائرة لإجراء قياسات حقيقية لمخطط كهربية القلب ، يرجى التأكد من أن الدائرة والتوصيلات من الدائرة إلى الجهاز تستخدم تقنيات عزل مناسبة

ربما يكون القياس الفسيولوجي الأكثر انتشارًا في صناعة الرعاية الصحية اليوم هو مخطط كهربية القلب (ECG / EKG). من الصعب السير في مستشفى أو غرفة طوارئ دون سماع "الصفير" التقليدي لجهاز مراقبة معدل ضربات القلب أو رؤية شكل موجة مخطط كهربية القلب يتدحرج عبر الشاشة في غرفة المريض. ولكن ما هو هذا القياس الذي أصبح مرتبطًا جدًا بالرعاية الصحية الحديثة؟

غالبًا ما يُخطئ مخطط كهربية القلب في تسجيل النشاط البدني للقلب ، ومع ذلك ، كما يوحي الاسم ، فهو في الواقع تسجيل للنشاط الكهربائي ، وإزالة الاستقطاب وإعادة الاستقطاب لعضلات القلب. من خلال تحليل الشكل الموجي المسجل ، يمكن للأطباء اكتساب نظرة ثاقبة لسلوك النظام الكهربائي للقلب. تتضمن بعض التشخيصات الشائعة التي يتم إجراؤها من بيانات مخطط كهربية القلب ما يلي: احتشاء عضلة القلب ، والانسداد الرئوي ، وعدم انتظام ضربات القلب ، وحجب AV.

سيحدد Instructable التالي العملية والمبادئ المستخدمة لبناء دائرة كهربائية أساسية قادرة على جمع مخطط كهربية القلب باستخدام أقطاب كهربائية بسيطة على السطح كما هو الحال في المستشفيات.

الخطوة 1: تصميم مضخم الأجهزة

عنصر الدائرة الأول المطلوب لتسجيل إشارة مخطط كهربية القلب هو مضخم للأجهزة. هذا مكبر للصوت له تأثيران.

1. يقوم بإنشاء عازلة إلكترونية بين أقطاب التسجيل وبقية الدائرة. هذا يقلل من سحب التيار المطلوب من الأقطاب الكهربائية إلى الصفر عمليًا. السماح بجمع الإشارة مع القليل من التشويه الناجم عن مقاومة المدخلات.

2. يقوم بتضخيم الإشارة المسجلة بشكل تفاضلي. هذا يعني أن أي إشارة مشتركة في كلا قطبي التسجيل لن يتم تضخيمها ، في حين أن الاختلافات (الأجزاء المهمة) ستكون كذلك.

عادةً ما تكون تسجيلات القطب الكهربائي السطحية لمخطط كهربية القلب في نطاق ملي فولت. لذلك ، للحصول على هذه الإشارة في نطاق ، يمكننا العمل مع تضخيم (K) 1000 V / V سيكون مناسبًا.

المعادلات الحاكمة لمكبر الصوت الموضحة أعلاه هي:

K1 = 1 + 2 * R2 / R1 ، هذا هو كسب المرحلة 1

K2 = - R4 / R3 ، هذا هو كسب المرحلة 2

لاحظ أنه من الناحية المثالية ، يجب أن يكون K1 و K2 متساويين تقريبًا ولتحقيق التضخيم المطلوب K1 * K2 = 1000

القيم النهائية المستخدمة في دائرتنا كانت….

R1 = 6.5 كيلو أوم

R2 = 100 كيلو أوم

R3 = 3.17 كيلو أوم

R4 = 100 كيلو أوم

الخطوة 2: تصميم مرشح الشق

من المحتمل في العالم الحديث أن يتم جمع مخطط كهربية القلب بالقرب من بعض الأجهزة الإلكترونية الأخرى ، أو حتى في مبنى مزود بالكهرباء من خطوط الكهرباء المحلية. لسوء الحظ ، فإن الطبيعة ذات الجهد العالي والمتذبذب للطاقة المقدمة تعني أنها ستنتج قدرًا كبيرًا من "الضوضاء" الكهربائية في أي مادة موصلة قريبة منها ؛ يتضمن ذلك الأسلاك وعناصر الدوائر المستخدمة في إنشاء دائرة تجميع مخطط كهربية القلب.

لمكافحة هذا ، يمكن ببساطة تصفية أي إشارة ذات تردد مساوٍ للتردد الناتج عن الضوضاء الناتجة عن مصدر الطاقة المحلي (يسمى همهمة الشبكة) وإزالتها بشكل أساسي. في الولايات المتحدة ، تزود شبكة الطاقة الكهربائية 110-120 فولت بتردد 60 هرتز. لذلك ، نحتاج إلى تصفية أي مكون إشارة بتردد 60 هرتز. لحسن الحظ ، تم القيام بذلك عدة مرات من قبل ويتطلب فقط تصميم مرشح درجة (في الصورة أعلاه).

المعادلات التي تحكم هذا المرشح هي….

R1 = 1 / (2 * س * ث * ج)

R2 = (2 * س) / (ث * ج)

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

س = ث / ب

حيث wc2 هو تردد القطع العالي ، w2 هو تردد القطع المنخفض ، w تردد القطع بالرادار / ثانية ، و Q عامل الجودة

لاحظ أن C قيمة يمكن اختيارها بحرية. القيم التالية المستخدمة في دائرتنا هي:

R1 = 1.65 كيلو أوم

R2 = 424.5 كيلو أوم

س = 8

ث = 120 * بي راد / ثانية

الخطوة 3: مرشح الترددات المنخفضة

يبلغ تردد إشارات مخطط كهربية القلب حوالي 0-150 هرتز. من أجل منع المزيد من الضوضاء من الاقتران بالإشارة من الأشياء ذات التردد العالي من هذا النطاق ، تم تنفيذ مرشح ButterWorth منخفض التمرير من الدرجة الثانية بقطع 150 هرتز للسماح فقط لإشارة ECG بالمرور عبر الدائرة. بدلاً من الاختيار الفوري لقيمة مكثف متاحة بسهولة ، مثل المكونات السابقة ، تم اختيار قيمة المكثف الأولى ، C2 ، بناءً على الصيغة الموجودة أدناه. من هذه القيمة ، يمكن حساب جميع قيم المكونات الأخرى ثم إضافتها إلى الدائرة مع الحفاظ على الكسب مرة أخرى إلى 1V / V.

C2 ≈ 10 / fc uf ، حيث fc هو تردد القطع (150 هرتز لهذه الحالة).

بعد ذلك ، يمكن حساب القيم المتبقية كما هو موضح في الجدول المضمن كصورة ثانية في هذه الخطوة.

القيم النهائية المستخدمة في التخطيط أعلاه هي:

C2 = 66 ن

C1 = 33 nF

R1 = 22.47 كيلو أوم

R2 = 22.56 كيلو أوم

الخطوة 4: تحضير LabVIEW

المواد الوحيدة المطلوبة لهذا القسم من مجموعة ECG هي جهاز كمبيوتر يعمل بنظام Windows مزود بنسخة 64 بت من LabVIEW ولوحة تكييف إشارة الأجهزة الوطنية () مع وحدة إدخال واحدة. يجب بعد ذلك إنشاء مخطط الكتلة الوظيفية داخل LabVIEW بالطريقة التالية. ابدأ بفتح مخطط كتلة وظيفي فارغ.

أدخل مجموعة DAQ Assistant واضبط الإعدادات على ما يلي:

القياس: التناظرية ← الجهد

الوضع: RSE

أخذ العينات: أخذ العينات المستمر

العينات المجمعة: 2500

معدل أخذ العينات: 1000 / ثانية

قم بإخراج شكل الموجة المجمعة إلى رسم بياني لشكل الموجة. بالإضافة إلى ذلك ، احسب القيمة القصوى لبيانات شكل الموجة الحالية. قم بضرب القيمة القصوى للموجة بقيمة مثل.8 لإنشاء عتبة لاكتشاف الذروة ، يمكن ضبط هذه القيمة بناءً على مستوى الضوضاء داخل الإشارة. قم بتغذية ناتج الخطوة السابقة كحد أدنى ومجموعة الجهد الخام كبيانات لوظيفة "اكتشاف الذروة". بعد ذلك ، خذ إخراج "الموقع" من صفيف الكشف عن الذروة واطرح القيمتين الأولى والثانية. يمثل هذا الاختلاف في قيم الفهرس للقمتين في الصفيف الأولي. يمكن بعد ذلك تحويل هذا إلى فرق زمني عن طريق قسمة القيمة على معدل العينة ، في حالة المثال يكون هذا 1000 / ثانية. أخيرًا ، خذ معكوس هذه القيمة (بإعطاء هرتز) واضرب في 60 للحصول على معدل ضربات القلب في نبضة في الدقيقة BPM. يجب أن يشبه مخطط الكتلة النهائي لهذا صورة الرأس لهذه الخطوة.

الخطوة 5: تكامل النظام بالكامل

الآن وقد تم إنشاء جميع المكونات بشكل فردي ، فقد حان الوقت لتجميع المركز التجاري معًا. يمكن القيام بذلك ببساطة عن طريق توصيل خرج قسم واحد بإدخال المقطع التالي. يجب أن تكون المراحل سلكية بنفس الترتيب الذي تظهر به في هذه التعليمات. بالنسبة للمرحلة الأخيرة ، مرشح ButterWorth ، يجب توصيل مدخلاته بأحد الخيوط الموجودة في وحدة الإدخال في لوحة تكييف الإشارة. يجب إرفاق السلك الآخر من هذه الوحدة بالأرضية المشتركة للدوائر.

بالنسبة لمضخم الأجهزة ، يجب توصيل كل من الخيوط الخاصة به بقطب كهربائي ECG / EKG. يتم ذلك بسهولة باستخدام مقطعين من مقاطع التمساح. ثم ضع قطبًا كهربائيًا واحدًا على كل معصم. تأكد من أن جميع أجزاء الدائرة متصلة وأن LabVIEW VI قيد التشغيل وأن النظام يجب أن يُخرج مخططًا موجيًا في نافذة LabVIEW.

يجب أن يبدو الإخراج مشابهًا للصورة الثانية المتوفرة في هذه الخطوة. إذا لم تكن متشابهة ، فقد تحتاج إلى تعديل قيم دائرتك. تتمثل إحدى المشكلات الشائعة في أن مرشح القطع لن يتم توسيطه مباشرةً عند 60 هرتز وقد يكون قليلاً إلى مرتفع / منخفض. يمكن اختبار ذلك عن طريق إنشاء مخطط بودي للمرشح. من الناحية المثالية ، سيكون لمرشح الشق توهينًا بمقدار 20 ديسيبل على الأقل عند 60 هرتز. قد يكون من المفيد أيضًا التحقق من توفير الطاقة المحلية عند 60 هرتز. ليس من غير المألوف أن تحتوي بعض المناطق على إمدادات تيار متردد 50 هرتز ، وهذا يستلزم تركيز مرشح الدرجة حول هذه القيمة.