كيفية بناء جهاز مراقبة رقمي لتخطيط القلب ومعدل ضربات القلب: 6 خطوات

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

يقيس مخطط كهربية القلب (ECG) النشاط الكهربائي لضربات القلب لإظهار مدى سرعة ضربات القلب بالإضافة إلى إيقاعها. هناك نبضة كهربائية ، تُعرف أيضًا باسم الموجة ، تنتقل عبر القلب لجعل عضلة القلب تضخ الدم مع كل نبضة. يُنشئ الأذين الأيمن والأيسر الموجة P الأولى ، بينما يصنع البطينان السفليان الأيمن والأيسر مجمع QRS. تكون الموجة T النهائية من الاسترداد الكهربائي إلى حالة الراحة. يستخدم الأطباء إشارات تخطيط القلب لتشخيص أمراض القلب ، لذلك من المهم الحصول على صور واضحة.

الهدف من هذه التعليمات هو الحصول على إشارة مخطط كهربية القلب (ECG) وتصفيتها من خلال الجمع بين مضخم الأجهزة ومرشح الشق ومرشح تمرير منخفض في دائرة. ثم ستنتقل الإشارات عبر محول A / D إلى LabView لإنتاج رسم بياني في الوقت الفعلي ونبضات القلب في BPM.

"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."

الخطوة 1: تصميم مضخم الأجهزة

لبناء مضخم للأجهزة ، نحتاج إلى 3 أمبير و 4 مقاومات مختلفة. يزيد مضخم الأجهزة من كسب موجة الخرج. بالنسبة لهذا التصميم ، كنا نهدف إلى كسب 1000 فولت للحصول على إشارة جيدة. استخدم المعادلات التالية لحساب المقاومات المناسبة حيث K1 و K2 هما الكسب.

المرحلة 1: K1 = 1 + (2R2 / R1)

المرحلة 2: K2 = - (R4 / R3)

لهذا التصميم ، تم استخدام R1 = 20.02Ω ، R2 = R4 = 10kΩ ، R3 = 10Ω.

الخطوة 2: تصميم مرشح الشق

ثانيًا ، يجب أن نبني مرشحًا من الدرجة الأولى باستخدام أمبير ومقاومات ومكثفات. الغرض من هذا المكون هو تصفية الضوضاء عند 60 هرتز. نريد التصفية تمامًا عند 60 هرتز ، لذلك سيمر كل شيء أسفل هذا التردد وفوقه ، لكن سعة شكل الموجة ستكون أقل عند 60 هرتز. لتحديد معلمات المرشح ، استخدمنا كسب 1 وعامل جودة 8. استخدم المعادلات أدناه لحساب قيم المقاوم المناسبة. Q هو عامل الجودة ، w = 2 * pi * f ، f هو التردد المركزي (Hz) ، B هو عرض النطاق الترددي (rad / sec) ، و wc1 و wc2 هما ترددات القطع (rad / sec).

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (مرحاض)

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

س = ث / ب

ب = wc2 - wc1

الخطوة الثالثة: تصميم مرشح تمرير منخفض

الغرض من هذا المكون هو تصفية الترددات فوق تردد قطع معين (wc) ، بشكل أساسي عدم السماح لها بالمرور. قررنا التصفية بتردد 250 هرتز لتجنب قطع قريب جدًا من متوسط التردد المستخدم لقياس إشارة ECG (150 هرتز). لحساب القيم التي سنستخدمها لهذا المكون ، سنستخدم المعادلات التالية:

C1 <= C2 (a ^ 2 + 4b (k-1)) / 4b

C2 = 10 / تردد القطع (هرتز)

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

R2 = 1 / (ب * C1 * C2 * R1 * wc ^ 2)

سنقوم بتعيين الكسب على أنه 1 ، بحيث تصبح R3 دائرة مفتوحة (بدون مقاومة) وتصبح R4 دائرة كهربائية قصيرة (مجرد سلك).

الخطوة 4: اختبر الدائرة

يتم إجراء مسح التيار المتردد لكل مكون لتحديد فعالية المرشح. يقيس اكتساح التيار المتردد حجم المكون عند ترددات مختلفة. تتوقع رؤية أشكال مختلفة حسب المكون. تكمن أهمية اكتساح التيار المتردد في التأكد من أن الدائرة تعمل بشكل صحيح بمجرد بنائها. لإجراء هذا الاختبار في المختبر ، ما عليك سوى تسجيل Vout / Vin على نطاق من الترددات. بالنسبة لمضخم الأجهزة ، اختبرنا من 50 إلى 1000 هرتز للحصول على نطاق واسع. بالنسبة لمرشح الشق ، قمنا باختبار من 10 إلى 90 هرتز للحصول على فكرة جيدة عن كيفية تفاعل المكون حول 60 هرتز. بالنسبة لمرشح التمرير المنخفض ، قمنا باختبار من 50 إلى 500 هرتز لفهم كيفية تفاعل الدائرة عندما من المفترض أن تمر ومتى من المفترض أن تتوقف.

الخطوة 5: دائرة ECG في LabView

بعد ذلك ، تريد إنشاء مخطط كتلة في LabView يحاكي إشارة ECG من خلال محول A / D ثم يرسم الإشارة على الكمبيوتر. بدأنا بتعيين معلمات إشارة لوحة DAQ الخاصة بنا عن طريق تحديد متوسط معدل ضربات القلب الذي كنا نتوقعه ؛ اخترنا 60 نبضة في الدقيقة. ثم باستخدام تردد 1 كيلو هرتز ، تمكنا من تحديد أننا بحاجة إلى عرض 3 ثوانٍ تقريبًا للحصول على 2-3 قمم ECG في مخطط شكل الموجة. عرضنا 4 ثوانٍ للتأكد من أننا نلتقط ما يكفي من قمم تخطيط القلب. سوف يقرأ مخطط الكتلة الإشارة الواردة ويستخدم كشف الذروة لتحديد عدد مرات حدوث ضربات قلب كاملة.

الخطوة 6: تخطيط القلب ومعدل ضربات القلب

باستخدام الكود من مخطط الكتلة ، سيظهر ECG في مربع الشكل الموجي ، وسيتم عرض النبضات في الدقيقة بجانبه. لديك الآن جهاز مراقبة معدل ضربات القلب! لتحدي نفسك أكثر ، حاول استخدام دائرتك الكهربائية والأقطاب الكهربائية لعرض معدل ضربات قلبك في الوقت الفعلي!