دائرة تسجيل تخطيط القلب البسيطة ومراقب معدل ضربات القلب LabVIEW: 5 خطوات

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

هذا ليس جهازًا طبيًا. هذا للأغراض التعليمية فقط باستخدام إشارات محاكاة. إذا كنت تستخدم هذه الدائرة لقياسات حقيقية لتخطيط القلب ، يرجى التأكد من أن الدائرة والتوصيلات من الدائرة إلى الجهاز تستخدم تقنيات عزل مناسبة

أحد الجوانب الأساسية للرعاية الصحية الحديثة هو القدرة على التقاط موجات القلب باستخدام مخطط كهربية القلب أو مخطط كهربية القلب. تستخدم هذه التقنيات أقطابًا كهربائية سطحية لقياس الأنماط الكهربائية المختلفة المنبعثة من القلب ، بحيث يمكن استخدام المخرجات كأداة تشخيصية لتشخيص أمراض القلب والرئة مثل الأشكال المختلفة لتسرع القلب والحصار الفرعي والتضخم. لتشخيص هذه الحالات ، يتم مقارنة شكل الموجة الناتج بإشارة تخطيط القلب العادية.

من أجل إنشاء نظام يمكنه الحصول على شكل موجة ECG ، يجب أولاً تضخيم الإشارة ، ثم ترشيحها بشكل مناسب لإزالة الضوضاء. للقيام بذلك ، يمكن بناء دائرة ثلاثية المراحل باستخدام مكبرات الصوت OP.

سيوفر هذا Instructable المعلومات اللازمة للتصميم ثم بناء دائرة بسيطة قادرة على تسجيل إشارة ECG باستخدام أقطاب سطحية ، ثم تصفية تلك الإشارة لمزيد من المعالجة والتحليل. بالإضافة إلى ذلك ، ستحدد Instructable هذه التقنية المستخدمة لتحليل تلك الإشارة من أجل إنشاء تمثيل رسومي لإخراج الدائرة ، بالإضافة إلى طريقة لحساب معدل ضربات القلب من خرج دائرة الموجة ECG.

ملاحظة: عند تصميم كل مرحلة ، تأكد من إجراء عمليات مسح للتيار المتردد تجريبيًا ومن خلال عمليات المحاكاة لضمان سلوك الدائرة المطلوب.

الخطوة 1: تصميم وبناء مضخم الأجهزة

المرحلة الأولى في دائرة مخطط كهربية القلب هذه هي مضخم للأجهزة ، والذي يتكون من ثلاثة أمبير OP. أول اثنين من مكبرات الصوت OP عبارة عن مدخلات مخزنة ، والتي يتم إدخالها بعد ذلك في مكبر OP ثالث يعمل كمضخم تفاضلي. يجب تخزين الإشارات من الجسم مؤقتًا وإلا سيقل الناتج نظرًا لأن الجسم لا يستطيع توفير الكثير من التيار. يأخذ المضخم التفاضلي الفرق بين مصدري الإدخال لتوفير فرق محتمل قابل للقياس ، مع إلغاء الضوضاء الشائعة في نفس الوقت. تتمتع هذه المرحلة أيضًا بمكاسب قدرها 1000 ، مما يضخم بالسيارات النموذجية إلى جهد أكثر قابلية للقراءة.

يتم حساب كسب الدائرة 1000 لمضخم الأجهزة بواسطة المعادلات الموضحة. يتم حساب كسب المرحلة 1 لمضخم الأجهزة بواسطة (2) ، ويتم حساب كسب المرحلة 2 لمضخم الأجهزة بواسطة (3). تم حساب K1 و K2 بحيث لا يختلفان عن بعضهما البعض بأكثر من القيمة 15.

للحصول على كسب 1000 ، يمكن ضبط K1 على 40 ويمكن ضبط K2 على 25. يمكن حساب جميع قيم المقاوم ، لكن مضخم الأجهزة هذا استخدم قيم المقاوم أدناه:

R1 = 40 كيلو أوم

R2 = 780 كيلو أوم

R3 = 4 كيلو أوم

R4 = 100 كيلو أوم

الخطوة 2: تصميم وبناء مرشح الشق

المرحلة التالية هي مرشح الشق لإزالة إشارة 60 هرتز التي تأتي من مأخذ الطاقة.

في مرشح القطع ، يتم حساب قيمة المقاوم لـ R1 بواسطة (4) ، وقيمة R2 في (5) ، وقيمة R3 في (6). تم ضبط عامل الجودة للدائرة ، Q ، على 8 لأن ذلك يعطي هامش خطأ معقول مع كونه دقيقًا بشكل واقعي. يمكن حساب قيمة Q بـ (7). تُستخدم آخر معادلة تحكم لمرشح القطع في حساب عرض النطاق ، ويتم وصفها بواسطة (8). بالإضافة إلى عامل الجودة 8 ، كان لمرشح الشق مواصفات تصميم أخرى موجودة. تم تصميم هذا الفلتر ليحصل على كسب 1 بحيث لا يغير الإشارة ، بينما يزيل إشارة 60 هرتز.

وفقًا لتلك المعادلات ، R1 = 11.0524 kΩ ، R2 = 2.829 MΩ ، R3 = 11.009 kΩ ، و C1 = 15 nF

الخطوة 3: تصميم وبناء مرشح الترددات المنخفضة بترورث من الدرجة الثانية

المرحلة النهائية ، هي مرشح تمرير منخفض لإزالة جميع الإشارات التي يمكن أن تحدث فوق أعلى مكون تردد لموجة ECG ، مثل ضوضاء WiFi ، والإشارات المحيطة الأخرى التي قد تصرف الانتباه عن الإشارة محل الاهتمام. يجب أن تكون النقطة -3dB لهذه المرحلة حول 150 هرتز أو بالقرب منها ، نظرًا لأن النطاق القياسي للإشارات موجود في نطاق موجة ECG من 0.05 هرتز إلى 150 هرتز.

عند تصميم مرشح Butterworth من الدرجة الثانية منخفض التمرير ، يتم تعيين الدائرة مرة أخرى للحصول على مكاسب قدرها 1 ، مما سمح بتصميم دائرة أكثر بساطة. قبل إجراء أي حسابات أخرى ، من المهم ملاحظة أن تردد القطع المطلوب لمرشح تمرير الترددات المنخفضة مضبوط على 150 هرتز. من الأسهل البدء بحساب قيمة المكثف 2 ، C2 ، حيث تعتمد المعادلات الأخرى على هذه القيمة. يمكن حساب C2 بواسطة (9). انطلاقًا من حساب C2 ، يمكن حساب C1 بواسطة (10). في حالة مرشح التمرير المنخفض هذا ، يتم تحديد المعاملين a و b حيث a = 1.414214 ، و b = 1. يتم حساب قيمة المقاوم لـ R1 بواسطة (11) ، وقيمة المقاوم R2 تُحسب بـ (12).

تم استخدام القيم التالية:

R1 = 13.842 كيلو أوم

R2 = 54.36 كيلو أوم

C1 = 38 ن

C1 = 68 ن

الخطوة 4: قم بإعداد برنامج LabVIEW المستخدم للحصول على البيانات وتحليلها

بعد ذلك ، يمكن استخدام برنامج الكمبيوتر LabView لإنشاء مهمة من شأنها إنشاء تمثيل رسومي لنبض القلب من إشارة تخطيط القلب ، وحساب معدل ضربات القلب من نفس الإشارة. يحقق برنامج LabView هذا من خلال قبول الإدخال التناظري أولاً من لوحة DAQ ، والتي تعمل أيضًا كمحول تناظري إلى رقمي. يتم بعد ذلك تحليل هذه الإشارة الرقمية وتخطيطها على حد سواء ، حيث تُظهر المؤامرة التمثيل الرسومي للإشارة التي يتم إدخالها في لوحة DAQ. يتم تحليل شكل موجة الإشارة بأخذ 80٪ من القيم القصوى للإشارة الرقمية المقبولة ، ثم يستخدم وظيفة كشف الذروة لاكتشاف قمم الإشارة هذه. في نفس الوقت ، يأخذ البرنامج شكل الموجة ويحسب الفارق الزمني بين قمم شكل الموجة. يقترن اكتشاف الذروة بالقيم المصاحبة إما 1 أو 0 ، حيث يمثل 1 ذروة لإنشاء فهرس لموقع القمم ، ثم يتم استخدام هذا الفهرس بالتزامن مع فرق الوقت بين القمم لحساب معدل ضربات القلب رياضيًا في نبضة في الدقيقة (BPM). يظهر مخطط الكتلة الذي تم استخدامه في برنامج LabView.

الخطوة 5: التجميع الكامل

بمجرد إنشاء جميع الدوائر الخاصة بك وبرنامج LabVIEW والتأكد من أن كل شيء يعمل بشكل صحيح ، تكون جاهزًا لتسجيل إشارة ECG. في الصورة مخطط محتمل لتجميع نظام الدائرة الكاملة.

قم بتوصيل القطب الموجب بمعصمك الأيمن وأحد مدخلات مضخم الأجهزة المحاطة بدائرة ، والقطب السالب بمعصمك الأيسر ومدخل مضخم الأجهزة الأخرى كما هو موضح في الصورة. لا يهم ترتيب إدخال القطب. أخيرًا ، ضع قطبًا أرضيًا على كاحلك ، وقم بتوصيله بالأرض في دائرتك. تهانينا ، لقد أكملت جميع الخطوات اللازمة للتسجيل وإشارة تخطيط القلب.