دائرة مخطط كهربية القلب: 7 خطوات

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

تخطيط القلب هو اختبار يقيس النشاط الكهربائي للقلب عن طريق تسجيل إيقاع القلب ونشاطه. وهو يعمل عن طريق أخذ وقراءة الإشارات من القلب باستخدام خيوط متصلة بجهاز تخطيط القلب. سيوضح لك هذا Instructable كيفية إنشاء دائرة تسجل الإشارة الكهربية الحيوية للقلب وتصفيتها وتعرضها. هذا ليس جهاز طبي. 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.

تحتوي هذه الدائرة على ثلاث مراحل مختلفة متصلة ببعضها البعض في سلسلة باستخدام برنامج LabView. تم حساب المقاومات في مضخم الأجهزة مع كسب 975 لضمان أن الإشارات الصغيرة من القلب لا يزال من الممكن التقاطها في الدائرة. يزيل مرشح النوتش ضوضاء 60 هرتز من مأخذ الطاقة في الحائط. يضمن مرشح التمرير المنخفض إزالة ضوضاء التردد العالي من الدائرة لاكتشاف أفضل للإشارة.

قبل البدء في Instructable ، سيكون من المفيد التعرف على مضخم تشغيلي للأغراض العامة uA741. المسامير المختلفة في المرجع أمبير لها أغراض مختلفة ولن تعمل الدائرة إذا كانت متصلة بشكل غير صحيح. يعد توصيل المسامير باللوحة بشكل غير صحيح أيضًا طريقة سهلة لقلي جهاز op-amp وجعله غير وظيفي. يحتوي الرابط أدناه على التخطيطي المستخدم لـ op-amps في هذا التدريب.

مصدر الصورة:

الخطوة 1: جمع المواد

المواد اللازمة لجميع مراحل الفلتر الثلاثة:

• راسم الذبذبات
• وظيفة المولد
• مصدر الطاقة (+ 15 فولت ، -15 فولت)
• لوح لحام
• كابلات الموز المختلفة ومقاطع التمساح
• ملصقات القطب الكهربائي ECG
• أسلاك توصيل مختلفة

مضخم صوت الأجهزة:

• 3 أمبير (uA741)

• المقاومات:

  • 1 كيلو أوم × 3
  • 12 كيلو أوم × 2
  • 39 كيلو أوم × 2

مرشح الشق:

• 1 Op-amp (uA741)

• المقاومات:

  • 1.6 كيلو أوم × 2
  • 417 كيلو أوم

• المكثفات:

  • 100 nF x 2
  • 200 نف

مرشح تمرير منخفض:

• 1 Op-Amp (uA741)

• المقاومات:

  • 23.8 كيلو أوم
  • 43 كيلو أوم

• المكثفات:

  • 22 نف
  • 47 nF

الخطوة 2: بناء مضخم الأجهزة

غالبًا ما تخرج الإشارات البيولوجية فقط الفولتية بين 0.2 و 2 mV [2]. هذه الفولتية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تحليلها على مرسمة الذبذبات ، لذلك احتجنا إلى بناء مكبر للصوت.

بعد بناء دائرتك ، اختبر للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح عن طريق قياس الجهد في Vout (كما هو موضح في العقدة 2 في الصورة أعلاه). استخدمنا مولد الوظيفة لإرسال موجة جيبية بجهد سعة إدخال يبلغ 20 مللي فولت إلى مضخم الأجهزة الخاص بنا. أي شيء أعلى من هذا لن يمنحك النتائج التي تبحث عنها لأن مكبرات الصوت كانت تحصل فقط على قدر معين من الطاقة من -15 و +15 فولت. قارن خرج مولد الوظيفة بإخراج مضخم الأجهزة الخاص بك و ابحث عن مكسب قريب من 1000 فولت (يجب أن يكون Vout / Vin قريبًا جدًا من 1000).

نصيحة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها: تأكد من أن جميع المقاومات في نطاق kΩ.

[2] "تكييف إشارة مخطط كهربية القلب عالي الأداء | التعليم | الأجهزة التناظرية." [متصل]. متاح: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [تم الدخول: 10-ديسمبر -2017].]

الخطوة 3: بناء مرشح الشق

تم تصميم مرشح القطع الخاص بنا لتصفية التردد عند 60 هرتز. نريد تصفية 60 هرتز من إشارتنا لأن هذا هو تردد التيار المتردد الموجود في المنافذ الكهربائية.

عند اختبار مرشح الشق ، قم بقياس نسبة الذروة إلى الذروة بين الرسوم البيانية للإدخال والمخرجات. عند 60 هرتز ، يجب أن تكون النسبة -20 ديسيبل أو أفضل. هذا لأنه عند -20 ديسيبل ، يكون جهد الخرج في الأساس 0 فولت ، مما يعني أنك نجحت في تصفية الإشارة عند 60 هرتز! اختبر الترددات حول 60 هرتز أيضًا للتأكد من عدم تصفية أي ترددات أخرى عن طريق الخطأ.

نصيحة لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها: إذا لم تتمكن من الحصول على -20 ديسيبل بالضبط عند 60 هرتز ، فاختر مقاومًا واحدًا وقم بتغييره قليلاً حتى تحصل على النتائج المرجوة. كان علينا أن نتلاعب بقيمة R2 حتى نحصل على النتائج التي أردناها.

الخطوة 4: بناء مرشح تمرير منخفض

تم تصميم مرشح التمرير المنخفض بتردد قطع يبلغ 150 هرتز. لقد اخترنا هذا القطع لأن النطاق التشخيصي الأوسع لتخطيط القلب هو 0.05 هرتز - 150 هرتز ، بافتراض بيئة بلا حراك ومنخفضة الضوضاء [3]. مرشح الترددات المنخفضة قادر على التخلص من الضوضاء عالية التردد القادمة من العضلات أو أجزاء أخرى من الجسم [4].

لاختبار هذه الدائرة للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح ، قم بقياس Vout (كما هو موضح في العقدة 1 في مخطط الدائرة). عند 150 هرتز ، يجب أن يكون اتساع إشارة الخرج 0.7 مرة من سعة إشارة الدخل. استخدمنا إشارة إدخال 1 فولت حتى نتمكن من رؤية أن خرجنا يجب أن يكون 0.7 عند 150 هرتز.

نصائح لاستكشاف الأخطاء وإصلاحها: طالما أن تردد القطع الخاص بك يقع في نطاق بضع هرتز من 150 هرتز ، يجب أن تظل دائرتك تعمل. انتهى الأمر بقطعنا إلى 153 هرتز. سيتذبذب نطاق الإشارات البيولوجية قليلاً في الجسم ، طالما أنك لست بعيدًا عن أكثر من بضع هرتز ، يجب أن تظل دائرتك تعمل.

[3] "مرشحات ECG | MEDTEQ. " [متصل]. متاح: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [تم الوصول إليه: 10-ديسمبر -2017].

[4] K. L. Venkatachalam ، J. E. Herbrandson ، and S. J. Asirvatham ، "الإشارات ومعالجة الإشارات لعالم الفيزيولوجيا الكهربية: الجزء الأول: اقتناء المخطط الكهربائي ،" Circ. عدم انتظام ضربات القلب Electrophysiol.، vol. 4 ، لا. 6 ، ص 965-973 ، ديسمبر 2011.

الخطوة الخامسة: إنشاء برنامج LabView

[5] "مشروع معمل التصميم BME 305" (خريف 2017).

تم تصميم مخطط كتلة labview هذا لتحليل الإشارة التي تمر عبر البرنامج ، واكتشاف قمم ECG ، وجمع فرق الوقت بين القمم ، وحساب BPM رياضيًا. كما أنه ينتج رسمًا بيانيًا لشكل موجة ECG.

الخطوة 6: قم بتوصيل جميع المراحل الثلاث

قم بتوصيل جميع الدوائر الثلاث في سلسلة عن طريق توصيل خرج مكبر للصوت بمدخل مرشح الشق وإخراج مرشح الشق بمدخل مرشح التمرير المنخفض. قم بتوصيل خرج مرشح التمرير المنخفض بمساعد DAQ وقم بتوصيل مساعد DAQ بالكمبيوتر. عند توصيل الدوائر ببعضها البعض ، تأكد من توصيل شرائط الطاقة لكل لوحة توصيل وأن الشرائح الأرضية كلها متصلة بالطرف الأرضي نفسه.

في مضخم الأجهزة ، يحتاج جهاز op-amp الثاني إلى أن يكون غير مؤرض بحيث يمكن توصيل قطبين متصلين بموضوع الاختبار بمكبر op أمبير مختلف في المرحلة الأولى من هذا المرشح.

الخطوة 7: احصل على إشارات من أحد الأشخاص الذين يخضعون للاختبار

يجب وضع ملصق قطب كهربائي واحد على كل معصم ، ويجب وضع أحدهم على الكاحل للأرض. استخدم مقاطع التمساح لتوصيل قطبي المعصم بمدخلات مضخم الأجهزة والكاحل بالأرض. عندما تكون جاهزًا ، انقر فوق "تشغيل" في برنامج LabView وشاهد معدل ضربات القلب وتخطيط القلب على الشاشة!