تصميم دائرة وشاشة رقمية لتخطيط القلب: 5 خطوات

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

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

الهدف من هذا المشروع هو بناء دائرة يمكنها تضخيم وترشيح إشارة تخطيط القلب ، والمعروفة أيضًا باسم مخطط كهربية القلب. يمكن استخدام مخطط كهربية القلب لتحديد معدل ضربات القلب وإيقاع القلب ، حيث إنه قادر على اكتشاف الإشارات الكهربائية التي تمر عبر أجزاء مختلفة من القلب خلال مراحل مختلفة من الدورة القلبية. هنا نستخدم مكبر للصوت للأجهزة ، ومرشح الشق ، ومرشح تمرير منخفض لتضخيم وتصفية مخطط كهربية القلب. ثم ، باستخدام LabView ، يتم حساب النبضات لكل دقيقة ويتم عرض تمثيل رسومي لتخطيط القلب. يمكن رؤية المنتج النهائي أعلاه.

الخطوة 1: مضخم الأجهزة

الكسب الضروري لمكبر الصوت هو 1000 فولت / فولت. سيسمح هذا بتضخيم كافٍ للإشارة الواردة الأصغر بكثير. يتم تقسيم مضخم الأجهزة إلى جزأين ، المرحلة 1 والمرحلة 2. يجب أن يكون مكسب كل مرحلة (K) متشابهًا ، بحيث عند ضربه معًا ، يكون الكسب حوالي 1000. يتم استخدام المعادلات أدناه لحساب الكسب.

K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

K2 = -R4 / R3

من هذه المعادلات ، تم العثور على قيم R1 و R2 و R3 و R4. لبناء الدائرة التي تظهر في الصور ، تم استخدام ثلاثة مضخمات تشغيلية ومقاومات uA741. يتم تشغيل أمبير المرجع بجهد 15 فولت من مصدر طاقة تيار مستمر. تم توصيل مدخلات مضخم الأجهزة بمولد وظيفة وتم توصيل الخرج بجهاز راسم الذبذبات. بعد ذلك ، تم إجراء عملية مسح للتيار المتردد ، وتم العثور على مكاسب مضخم الأجهزة ، كما يمكن رؤيته في مخطط "مكسب مضخم الأجهزة" أعلاه. أخيرًا ، تم إعادة إنشاء الدائرة في LabView ، حيث تم إجراء محاكاة للكسب ، كما يتضح من الرسم الأسود أعلاه. أكدت النتائج أن الدائرة تعمل بشكل صحيح.

الخطوة 2: تصفية الشق

يتم استخدام مرشح القطع لإزالة الضوضاء التي تحدث عند 60 هرتز. يمكن حساب قيم المكونات باستخدام المعادلات أدناه. تم استخدام عامل الجودة (Q) من 8. تم اختيار C بالنظر إلى المكثفات المتاحة.

R1 = 1 / (2 * س * ω * ج)

R2 = 2 * Q / (ω * C)

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

تم العثور على قيم المقاوم والمكثف وتم إنشاء الدائرة أعلاه ، ويمكن رؤية القيم المحسوبة هناك. تم تشغيل مكبر الصوت التشغيلي بواسطة مصدر طاقة تيار مستمر ، مع توصيل الإدخال بمولد وظيفة والإخراج إلى راسم الذبذبات. أدى تشغيل عملية مسح التيار المتردد إلى مخطط "اجتياح التيار المتردد لمرشح الشق" أعلاه ، مما يدل على إزالة تردد قدره 60 هرتز. لتأكيد ذلك ، تم تشغيل محاكاة LabView التي أكدت النتائج.

الخطوة 3: مرشح الترددات المنخفضة

يتم استخدام مرشح الترددات المنخفضة بترورث من الدرجة الثانية ، بتردد قطع يبلغ 250 هرتز. لحل قيم المقاوم والمكثف ، تم استخدام المعادلات أدناه. بالنسبة لهذه المعادلات ، تم تغيير تردد القطع بالهرتز ليكون في راديان / ثانية ، والذي وجد أنه 1570.8. تم استخدام كسب K = 1. تم توفير قيم a و b لتكون 1.414214 و 1 على التوالي.

R1 = 2 / (wc (a C2 + sqrt (a ^ 2 + 4 b (K - 1)) C2 ^ 2-4 b C1 C2))

R2 = 1 / (ب C1 C2 R1 مرحاض ^ 2)

R3 = K (R1 + R2) / (K - 1)

R4 = K (R1 + R2)

C1 = (C2 (أ ^ 2 + 4 ب (K-1)) / (4 ب)

C2 = (10 / fc)

بمجرد حساب القيم ، تم إنشاء الدائرة بالقيم ، والتي يمكن رؤيتها في إحدى الصور أعلاه. وتجدر الإشارة إلى أنه منذ استخدام مكسب 1 ، تم استبدال R3 بدائرة مفتوحة واستبدال R4 بدائرة كهربائية قصيرة. بمجرد تجميع الدائرة ، تم تشغيل المرجع أمبير بجهد 15 فولت من مصدر طاقة تيار مستمر. على غرار المكونات الأخرى ، تم توصيل المدخلات والمخرجات بمولد الوظيفة وراسم الذبذبات على التوالي. تم إنشاء مخطط لعملية اكتساح التيار المتردد ، كما هو موضح في "تمرير التيار المتردد المنخفض لمرشح التيار المتردد" أعلاه. المؤامرة باللون الأسود في محاكاة LabView للدائرة ، مما يؤكد نتائجنا.

الخطوة 4: LabVIEW

يتم استخدام برنامج LabVIEW الموضح في الصورة لحساب النبضات في الدقيقة ، ولعرض تمثيل مرئي لتخطيط القلب المدخل. يكتسب مساعد DAQ إشارة الإدخال ويضبط معلمات أخذ العينات. ثم يرسم الرسم البياني لشكل الموجة المدخلات التي يتلقاها DAQ على واجهة المستخدم لعرضها على المستخدم. يتم إجراء تحليلات متعددة على بيانات الإدخال. تم العثور على القيم القصوى لبيانات الإدخال باستخدام معرّف Max / Min ، ويتم تعيين المعلمات للكشف عن القمم باستخدام Peak Detection. باستخدام مصفوفة فهرس لمواقع القمم ، والوقت بين القيم القصوى التي قدمها مكون التغيير في الوقت ، والعمليات الحسابية المختلفة ، يتم حساب BPM وعرضه كإخراج رقمي.

الخطوة 5: الدائرة المكتملة

بمجرد توصيل جميع المكونات ، تم اختبار النظام بالكامل باستخدام إشارة محاكاة ECG. بعد ذلك ، تم استخدام الدائرة لتصفية وتضخيم مخطط كهربية القلب البشري مع عرض النتائج من خلال برنامج LabView المذكور أعلاه. تم ربط الأقطاب الكهربائية بالمعصم الأيمن والمعصم الأيسر والكاحل الأيسر. تم توصيل الرسغ الأيسر والمعصم الأيمن بمدخلات مضخم الأجهزة ، بينما تم توصيل الكاحل الأيسر بالأرض. ثم تم توصيل خرج مرشح الترددات المنخفضة بمساعد DAQ. باستخدام نفس مخطط كتلة LabView من قبل ، تم تشغيل البرنامج. مع مرور ECG البشري ، شوهدت إشارة واضحة ومستقرة من إخراج النظام الكامل ، والتي يمكن رؤيتها في الصورة أعلاه.