مراقب ECG: 8 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.

تخطيط القلب الكهربائي هو عملية تسجيل الإشارات الكهربائية التي يولدها قلب المريض للحصول على معلومات حول نشاط القلب. من أجل التقاط الإشارة الكهربائية بشكل فعال ، يجب ترشيحها وتضخيمها من خلال المكونات الكهربائية. يجب أيضًا تقديم المعلومات للمستخدم بطريقة واضحة وفعالة.

يوضح Instructable التالي كيفية بناء دائرة التضخيم / الترشيح بالإضافة إلى واجهة المستخدم. إنه ينطوي على بناء مضخم للأجهزة ، ومرشح درجة ، ومرشح تمرير منخفض ، وواجهة مستخدم في LabVIEW.

الخطوة الأولى في العملية هي تحديد متطلبات الدائرة التناظرية. بعد تحديد المتطلبات ، يتم اتخاذ القرارات بشأن المكونات الأولية التي ستشكل الدائرة. في وقت لاحق ، يتم تناول تفاصيل أصغر فيما يتعلق بخصائص هذه المكونات الرئيسية ، وأخيرًا يتم الانتهاء من مرحلة تصميم الدائرة من خلال تحديد القيم الدقيقة لكل مقاوم ومكثف في الدائرة.

الخطوة 1: تحديد المتطلبات والمكونات الأساسية

تتمثل وظيفة الدائرة في تضخيم إشارة مخطط كهربية القلب التي يولدها المريض ، وتصفية جميع الضوضاء المرتبطة بها. تتكون الإشارة الأولية من شكل موجة معقد بسعة قصوى تبلغ حوالي 2 مللي فولت ومكونات تردد في نطاق 100 هرتز إلى 250 هرتز في مجمع QRS. هذه هي الإشارة التي سيتم تضخيمها وتسجيلها.

علاوة على إشارة الاهتمام هذه ، يتم إنتاج ضوضاء من عدة مصادر. تولد مصادر الطاقة ضوضاء تبلغ 60 هرتز وتنتج حركة المريض عيوبًا في نطاق أقل من 1 هرتز. يتم إدخال المزيد من الضوضاء عالية التردد من إشعاع الخلفية وإشارات الاتصالات مثل الهواتف المحمولة والإنترنت اللاسلكي. هذه المجموعة من الضوضاء هي الإشارة التي يجب تصفيتها.

يجب أن تقوم الدائرة أولاً بتضخيم الإشارة الأولية. بعد ذلك يجب تصفية ضوضاء 60 هرتز وأي ضوضاء أخرى أعلى من 160 هرتز. تعتبر تصفية الضوضاء منخفضة التردد المرتبطة بحركة المريض غير ضرورية ، حيث يمكن ببساطة توجيه المريض إلى البقاء ثابتًا.

نظرًا لأنه يتم قياس الإشارة على أنها فرق في الجهد بين قطبين موجودين على المريض ، يتم تحقيق التضخيم من خلال استخدام مضخم للأجهزة. يمكن استخدام مضخم فرق بسيط أيضًا ، ولكن غالبًا ما يكون أداء مضخمات الأجهزة أفضل فيما يتعلق برفض الضوضاء والتفاوتات. يتم تحقيق ترشيح 60 هرتز من خلال استخدام مرشح القطع ، ويتم تحقيق بقية الترشيح عالي التردد من خلال استخدام مرشح تمرير منخفض. تشكل هذه العناصر الثلاثة الدائرة التناظرية بأكملها.

بمعرفة العناصر الثلاثة للدائرة ، يمكن تحديد تفاصيل أصغر فيما يتعلق بالمكاسب وترددات القطع وعرض النطاق الترددي للمكونات.

سيتم ضبط مضخم الأجهزة على كسب 670. هذا كبير بما يكفي لتسجيل إشارة صغيرة لتخطيط القلب ، ولكنه أيضًا صغير بما يكفي لضمان أن تتصرف op-amps ضمن نطاقها الخطي عند اختبار الدائرة بإشارات قريبة من 20 mV ، مثل هو الحد الأدنى في بعض مولدات الوظائف.

مرشح الشق سيكون متمركزًا على 60 هرتز.

سيكون لمرشح التمرير المنخفض تردد قطع يبلغ 160 هرتز. يجب أن يستمر هذا في التقاط غالبية مجمع QRS ورفض ضوضاء الخلفية عالية التردد.

الخطوة 2: مضخم الأجهزة

تصف المخططات أعلاه مضخم الأجهزة.

مكبر الصوت من مرحلتين. تتكون المرحلة الأولى من مضخمين op-amp على يسار الصور أعلاه ، وتتكون المرحلة الثانية من op-amp واحد على اليمين. يمكن تعديل مكاسب كل من هذه الأشياء كما يشاء المرء ، لكننا قررنا بناءها بكسب 670 فولت / فولت. يمكن تحقيق ذلك بقيم المقاومة التالية:

R1: 100 أوم

R2: 3300 أوم

R3: 100 أوم

R4: 1000 أوم

الخطوة 3: تصفية الشق

تصف المخططات أعلاه مرشح الشق. هذا مرشح نشط ، لذلك يمكننا أن نجعله يضخم الإشارة أو يخففها إذا أردنا ، لكننا حققنا بالفعل كل التضخيم الضروري ، لذلك اخترنا كسبًا واحدًا لهذا المرجع. يجب أن يكون تردد المركز 60 هرتز وأن يكون عامل الجودة 8. ويمكن تحقيق ذلك من خلال قيم المكونات التالية:

R1: 503 أوم

R2: 128612 أوم

R3: 503 أوم

ج: 0.33 ميكرو فاراد

الخطوة 4: مرشح الترددات المنخفضة

مرة أخرى ، هذا مرشح نشط ، لذا يمكننا اختيار أي مكسب نريده ، لكننا سنختار 1. يتم تحقيق ذلك عن طريق تحويل R4 أعلاه إلى دائرة كهربائية قصيرة ، و R3 إلى دائرة مفتوحة. يتم تحقيق الباقي ، كما هو الحال مع المكونات الأخرى ، باستخدام متطلباتنا المحددة مسبقًا جنبًا إلى جنب مع المعادلات التي تحكم الدوائر للحصول على قيم العناصر الفردية:

R1: 12056 أوم

R2: 19873.6 أوم

C1: 0.047 ميكرو فاراد

C2: 0.1 ميكرو فاراد

الخطوة 5: تصميم الدائرة الكاملة افتراضيًا

يمكن أن يكون تصميم دائرة في برنامج بناء الدوائر الافتراضية مثل PSPICE مفيدًا جدًا في اكتشاف الأخطاء وترسيخ الخطط قبل الانتقال إلى تصنيع الدوائر التناظرية الحقيقية. في هذه المرحلة ، يمكن للمرء التقاط عمليات مسح التيار المتردد للدائرة للتأكد من أن كل شيء يتصرف وفقًا للخطة.

الخطوة السادسة: بناء دائرة كاملة

يمكن بناء الدائرة بالطريقة التي تريدها ، ولكن تم اختيار لوحة تجارب لهذه الحالة.

يوصى بالتجميع على اللوح لأنه أسهل من اللحام ، لكن اللحام سيعطي مزيدًا من المتانة. يوصى أيضًا بوضع مكثف تجاوز 0.1 ميكرو فاراد على الأرض بالتوازي مع مصدر الطاقة ، حيث يساعد ذلك على التخلص من الانحرافات غير المرغوب فيها عن الطاقة الثابتة.

الخطوة 7: واجهة مستخدم LabVIEW

واجهة مستخدم LabVIEW هي وسيلة للتحويل من الإشارات التناظرية إلى التمثيلات المرئية والرقمية لإشارة ECG التي يسهل على المستخدم تفسيرها. يتم استخدام لوحة DAQ لتحويل الإشارة من التناظرية إلى الرقمية ، ويتم استيراد البيانات إلى LabVIEW.

البرنامج عبارة عن برنامج قائم على الكائنات يساعد في معالجة البيانات وإنشاء الواجهة. يتم تمثيل البيانات بشكل مرئي أولاً بواسطة الرسم البياني ، ثم يتم إجراء بعض معالجة الإشارات لتحديد وتيرة دقات القلب بحيث يمكن عرضها بجوار الرسم البياني.

من أجل تحديد تواتر معدل ضربات القلب ، يجب على المرء أن يكتشف دقات القلب. يمكن تحقيق ذلك باستخدام كائن الكشف عن الذروة في Lab VIEW. يقوم الكائن بإخراج مؤشرات القمم في مصفوفة البيانات المستلمة ، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك في العمليات الحسابية لتحديد الوقت الذي يمر بين دقات القلب.

نظرًا لأن تفاصيل LabVIEW ستكون تعليمات مختلفة تمامًا ، فسنترك التفاصيل لمصدر آخر. يمكن رؤية طرق العمل الدقيقة للبرنامج في الرسم التخطيطي الموضح أعلاه.

الخطوة 8: واجهة المستخدم النهائية LabVIEW

تعرض واجهة المستخدم النهائية إشارة مكبرة ومفلترة ومحولة ومعالجة إلى جانب قراءة تردد القلب في نبضة في الدقيقة