بناء مخطط كهربية القلب الخاص بك: 10 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

يتكون دقات القلب من تقلصات إيقاعية تنظمها التقديم التلقائي لإزالة الاستقطاب الكهربائي في الخلايا العضلية القلبية (خلايا عضلات القلب). يمكن التقاط مثل هذا النشاط الكهربائي عن طريق وضع أقطاب تسجيل غير جراحية على طول مواضع مختلفة من الجسم. حتى مع الفهم التمهيدي للدوائر والكهرباء الحيوية ، يمكن التقاط هذه الإشارات بسهولة نسبية. نقدم في Instructable منهجية مبسطة يمكن استخدامها لالتقاط إشارة تخطيط كهربية القلب بمعدات عملية وغير مكلفة. طوال الوقت ، سنسلط الضوء على الاعتبارات الأساسية في الحصول على مثل هذه الإشارات ، ونقدم تقنيات لتحليل الإشارات البرنامجي.

الخطوة 1: نظرة عامة على الميزات

سيعمل الجهاز الذي تقوم ببنائه من خلال الميزات التالية:

1. تسجيلات القطب
2. مضخم صوت الأجهزة
3. مرشح الشق
4. مرشح الترددات المنخفضة
5. التحويل التناظري إلى الرقمي
6. تحليل الإشارة باستخدام LabView

بعض المكونات الأساسية التي ستحتاجها:

1. NI LabView
2. لوحة الحصول على بيانات NI (للمدخلات إلى LabView)
3. مصدر طاقة التيار المستمر (لتزويد مضخمات التشغيل بالطاقة)
4. وسادات قطب كهربائي لتسجيلات القطب
5. أو مولد وظيفي يمكنه إنشاء إشارة محاكاة ECG

هيا بنا نبدأ!

الخطوة 2: تصميم مرشح تمرير منخفض

يحتوي مخطط كهربية القلب العادي على ميزات يمكن تحديدها في شكل موجة الإشارة تسمى الموجة P ومركب QRS وموجة T. ستظهر جميع ميزات ECG في نطاق التردد أقل من 250 هرتز ، وعلى هذا النحو ، من المهم التقاط الميزات المهمة فقط عند تسجيل مخطط كهربية القلب من الأقطاب الكهربائية. سيضمن مرشح التمرير المنخفض بتردد قطع يبلغ 250 هرتز عدم التقاط ضوضاء عالية التردد في الإشارة

الخطوة 3: تصميم مرشح الشق

يُعد مرشح النوتش بتردد 60 هرتز مفيدًا لإزالة الضوضاء من أي مصدر طاقة مرتبط بتسجيل مخطط كهربية القلب. تسمح ترددات القطع بين 56.5 هرتز و 64 هرتز بمرور الإشارات ذات الترددات خارج هذا النطاق. تم تطبيق عامل جودة 8 على الفلتر. تم اختيار سعة 0.1 uF. تم اختيار المقاومات التجريبية على النحو التالي: R1 = R3 = 1.5 كيلو أوم ، R2 = 502 كيلو أوم. تم استخدام هذه القيم لبناء مرشح الشق.

الخطوة 4: تصميم مضخم الأجهزة

مكبر للأجهزة بكسب 1000 فولت / فولت سيضخم جميع الإشارات التي تمت تصفيتها للسماح بسهولة القياس. يستخدم مكبر الصوت سلسلة من مكبرات الصوت التشغيلية وينقسم إلى مرحلتين (يسار ويمين) مع كسب كل منهما K1 و K2. تعرض الصورة أعلاه مخططًا للدوائر التي قد تحقق هذه النتيجة ويفصل الشكل 6 الحسابات التي تم إجراؤها.

الخطوة 5: قم بتوصيلها جميعًا معًا

يتم الجمع بين المراحل الثلاث للتضخيم والتصفية في الشكل 7 أدناه. يضخم مضخم الأجهزة إدخال التردد الجيبي مع كسب 1000 فولت / فولت. بعد ذلك ، يزيل مرشح القطع كل تردد الإشارة البالغ 60 هرتز مع عامل جودة 8. أخيرًا ، تمر الإشارة عبر مرشح تمرير منخفض يخفف الإشارات التي تتجاوز تردد 250 هرتز. يعرض الشكل أعلاه النظام الكامل الذي تم إنشاؤه تجريبيًا.

الخطوة 6: … وتأكد من أنها تعمل

إذا كان لديك مولد وظيفي ، فيجب عليك إنشاء منحنى استجابة التردد لضمان الاستجابة المناسبة. توضح الصورة أعلاه النظام الكامل ومنحنى استجابة التردد الذي يجب أن تتوقعه. إذا بدا أن نظامك يعمل ، فأنت جاهز للانتقال إلى الخطوة التالية: تحويل الإشارة التناظرية إلى رقمية!

الخطوة 7: (اختياري) تصور مخطط كهربية القلب على راسم الذبذبات

يسجل مخطط كهربية القلب إشارة بقطبين كهربيين ويستخدم قطبًا كهربيًا ثالثًا كأرضي. باستخدام أقطاب تسجيل مخطط كهربية القلب ، أدخل أحدها في أحد مدخلات مضخم الأجهزة ، والآخر في مدخل مضخم الأجهزة الآخر ، وقم بتوصيل الثالث بالأرض على اللوح. بعد ذلك ، ضع قطبًا كهربائيًا واحدًا على معصم ، والآخر على الرسغ الآخر ، وقم بتثبيته على كاحلك. هذا هو تكوين الرصاص 1 لتخطيط القلب. لتصور الإشارة على الذبذبات الخاصة بك ، استخدم مسبار الذبذبات لقياس خرج المرحلة الثالثة.

الخطوة الثامنة: الحصول على البيانات مع National Instruments DAQ

إذا كنت ترغب في تحليل إشارتك في LabView ، فستحتاج إلى طريقة ما لجمع البيانات التناظرية من مخطط كهربية القلب الخاص بك ونقلها إلى الكمبيوتر. هناك العديد من الطرق للحصول على البيانات! National Instruments هي شركة متخصصة في أجهزة الحصول على البيانات وأجهزة تحليل البيانات. إنها مكان جيد للبحث عن أدوات لجمع البيانات. يمكنك أيضًا شراء التناظرية الرخيصة الخاصة بك إلى رقاقة المحول الرقمي ، واستخدام Raspberry Pi لنقل الإشارة الخاصة بك! ربما يكون هذا هو الخيار الأرخص. في هذه الحالة ، كان لدينا بالفعل وحدة NI DAQ و NI ADC و LabView في المنزل ، لذلك تمسكنا بأجهزة وبرامج National Instruments بشكل صارم.

الخطوة 9: استيراد البيانات إلى LabVIEW

تم استخدام لغة البرمجة المرئية LabVIEW لتحليل البيانات التي تم جمعها من نظام التضخيم / الترشيح التناظري. تم جمع البيانات من وحدة NI DAQ مع مساعد DAQ ، وهي وظيفة مدمجة لجمع البيانات في LabVIEW. باستخدام عناصر تحكم LabView ، تم تحديد عدد العينات والمدة الزمنية لجمع العينات برمجيًا. يمكن ضبط عناصر التحكم يدويًا ، مما يسمح للمستخدم بضبط معلمات الإدخال بسهولة. مع العدد الإجمالي للعينات والمدة الزمنية المعروفة ، تم إنشاء متجه زمني مع كل قيمة مؤشر تمثل الوقت المقابل في كل عينة في الإشارة الملتقطة.

الخطوة العاشرة: التنسيق والتحليل والانتهاء من ذلك

تم تحويل البيانات من وظيفة مساعد DAQ إلى تنسيق قابل للاستخدام. تم إعادة إنشاء الإشارة كمصفوفة 1D من المضاعفات عن طريق تحويل نوع بيانات الإخراج DAQ أولاً إلى نوع بيانات الموجي ثم التحويل إلى زوج (X ، Y) متفاوت من الزوجي. تم تحديد كل قيمة Y من الزوج (X ، Y) وإدراجها في صفيف 1D فارغ مبدئيًا من المضاعفات بمساعدة بنية حلقات. تم رسم المصفوفة 1D من المضاعفات والمتجهات الزمنية المقابلة على الرسم البياني XY. في الوقت نفسه ، تم تحديد الحد الأقصى لقيمة الصفيف 1D من الزوجي بوظيفة تحديد القيمة القصوى. تم استخدام ستة أعشار من القيمة القصوى كحد أدنى لخوارزمية الكشف عن الذروة المضمنة في LabView. تم تحديد قيم الذروة للمصفوفة 1D من المضاعفات مع وظيفة الكشف عن الذروة. مع مواقع الذروة المعروفة ، تم حساب فرق الوقت بين كل قمة. تم تحويل هذا الفارق الزمني ، بوحدات الثواني لكل ذروة ، إلى قمم في الدقيقة. تم اعتبار القيمة الناتجة لتمثيل معدل ضربات القلب في نبضة في الدقيقة.

هذا كل شيء! لقد قمت الآن بجمع وتحليل إشارة ECG!