جهاز مراقبة معدل ضربات القلب وتخطيط القلب: 7 خطوات (بالصور)

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.

من أهم أدوات التشخيص المستخدمة في الكشف عن هذه الحالات هو مخطط كهربية القلب (ECG). يعمل مخطط كهربية القلب عن طريق تتبع النبضات الكهربائية عبر قلبك وإرسالها مرة أخرى إلى الجهاز [1]. يتم التقاط الإشارة من الأقطاب الكهربائية الموضوعة على الجسم. يعد وضع الأقطاب الكهربائية أمرًا ضروريًا لالتقاط الإشارات الفسيولوجية لأنها تعمل من خلال تسجيل فرق الجهد عبر الجسم. الوضع القياسي للأقطاب الكهربائية هو استخدام Einthoven Triangle. هذا هو المكان الذي يتم فيه وضع قطب كهربائي واحد على الذراع اليمنى والذراع الأيسر والساق اليسرى. تعمل الساق اليسرى كأرضية للأقطاب الكهربائية وتلتقط ضوضاء التردد في الجسم. يحتوي الذراع اليمنى على قطب كهربائي سالب واليسار له قطب موجب لحساب فرق الجهد عبر الصدر وبالتالي التقاط الطاقة الكهربائية من القلب [2] وكان الهدف من هذا المشروع هو إنشاء جهاز يمكنه اكتسابه بنجاح إشارة ECG وإعادة إنتاج الإشارة بوضوح بدون ضوضاء مع إضافة قياس معدل ضربات القلب.

الخطوة 1: المواد والأدوات

• المقاومات والمكثفات المختلفة
• اللوح
• وظيفة المولد
• راسم الذبذبات
• DC امدادات الطاقة
• المرجع أمبير
• جهاز كمبيوتر مثبت عليه LABView
• كابلات BNC
• مساعد دق

الخطوة 2: بناء مضخم الأجهزة

من أجل تضخيم إشارة الكهرباء الحيوية بشكل مناسب ، يجب أن يكون الكسب الإجمالي لمكبر الأجهزة ذات المرحلتين 1000. يتم مضاعفة كل مرحلة للحصول على الكسب الكلي والمعادلات المستخدمة لحساب المراحل الفردية موضحة أدناه.

ربح المرحلة 1: K1 = 1 + 2 * R2 / R1 المرحلة 2 ربح: K2 = -R4 / R3

باستخدام المعادلات أعلاه ، كانت قيم المقاوم التي استخدمناها هي R1 = 10kΩ ، R2 = 150kΩ ، R3 = 10kΩ ، و R4 = 33kΩ. للتأكد من أن هذه القيم ستوفر المخرجات المرغوبة ، يمكنك محاكاتها عبر الإنترنت أو يمكنك اختبارها باستخدام مرسمة الذبذبات بعد بناء مكبر الصوت المادي.

بعد توصيل المقاومات المختارة ومضخمات الصوت في اللوح ، ستحتاج إلى تشغيل أمبير op-amps ± 15V من مصدر طاقة تيار مستمر. بعد ذلك ، قم بتوصيل مولد الوظيفة بمدخل مضخم الأجهزة وراسم الذبذبات بالمخرج.

توضح الصورة أعلاه أن مكبر الصوت المكتمل سيبدو في اللوح. للتحقق من أنه يعمل بشكل صحيح ، اضبط مولد الوظيفة على إنتاج موجة جيبية عند 1 كيلو هرتز بسعة من الذروة إلى الذروة تبلغ 20 مللي فولت. يجب أن يكون للخرج من مكبر الصوت على الذبذبات السعة من الذروة إلى الذروة 20 فولت ، نظرًا لوجود مكسب قدره 1000 ، إذا كان يعمل بشكل صحيح.

الخطوة 3: بناء مرشح الشق

نظرًا لضوضاء خط الطاقة ، كانت هناك حاجة إلى مرشح لتصفية الضوضاء عند 60 هرتز وهي ضوضاء خط الطاقة في الولايات المتحدة. تم استخدام مرشح القطع لأنه يقوم بتصفية تردد معين. تم استخدام المعادلات التالية لحساب قيم المقاوم. عامل نوعي (Q) من 8 يعمل بشكل جيد وتم اختيار قيم مكثف قدرها 0.1 فائق التوهج لسهولة البناء. التردد في المعادلات (كما هو موضح w) هو تردد الشق 60 هرتز مضروبًا في 2π.

R1 = 1 / (2QwC)

R2 = 2Q / (مرحاض)

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

باستخدام المعادلات أعلاه ، كانت قيم المقاوم التي استخدمناها R1 = 1.5kΩ ، R2 = 470kΩ و R3 = 1.5kΩ. للتأكد من أن هذه القيم ستوفر المخرجات المرغوبة ، يمكنك محاكاتها عبر الإنترنت أو يمكنك اختبارها باستخدام مرسمة الذبذبات بعد بناء مكبر الصوت المادي.

توضح الصورة أعلاه كيف سيبدو مرشح الشق المكتمل في اللوح. الإعداد لـ op-amps هو نفسه مضخم الأجهزة ويجب الآن تعيين مولد الوظيفة لإنتاج موجة جيبية عند 1 كيلو هرتز مع سعة من الذروة إلى الذروة 1 فولت. إذا قمت بإجراء مسح للتيار المتردد ، فيجب أن تكون قادرًا على التحقق من تصفية الترددات حول 60 هرتز.

الخطوة 4: إنشاء مرشح تمرير منخفض

من أجل تصفية الضوضاء عالية التردد التي لا تتعلق بتخطيط القلب ، تم إنشاء مرشح تمرير منخفض بتردد قطع يبلغ 150 هرتز.

R1 = 2 / (w [aC2 + sqrt (a2 + 4b (K-1)) C2 ^ 2-4b * C1 * C2)

R2 = 1 / (ب * C1 * C2 * R1 * ث ^ 2)

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

C1 <= C2 [a ^ 2 + 4b (K-1)] / 4b

R4 = K (R1 + R2)

باستخدام المعادلات أعلاه ، كانت قيم المقاوم التي استخدمناها هي R1 = 12kΩ ، R2 = 135kΩ ، C1 = 0.01 µF ، و C2 = 0.068 F. انتهى الأمر بقيم R3 و R4 إلى الصفر لأننا أردنا أن يكون الكسب ، K ، للمرشح صفرًا ، لذلك استخدمنا الأسلاك بدلاً من المقاومات هنا في الإعداد المادي. للتأكد من أن هذه القيم ستوفر المخرجات المرغوبة ، يمكنك محاكاتها عبر الإنترنت أو يمكنك اختبارها باستخدام مرسمة الذبذبات بعد بناء مكبر الصوت المادي.

لبناء المرشح المادي ، قم بتوصيل المقاومات والمكثفات المختارة بـ op-amp كما هو موضح في التخطيطي. قم بتشغيل جهاز op-amp وتوصيل مولد الوظيفة وراسم الذبذبات بنفس الطريقة الموضحة في الخطوات السابقة. اضبط مولد الوظيفة لإنتاج موجة جيبية عند 150 هرتز وبسعة من الذروة إلى الذروة تبلغ حوالي 1 فولت. نظرًا لأن 150 هرتز يجب أن يكون تردد القطع ، إذا كان المرشح يعمل بشكل صحيح ، فيجب أن يكون الحجم 3 ديسيبل عند هذا التردد. سيخبرك هذا ما إذا تم إعداد الفلتر بشكل صحيح.

الخطوة 5: قم بتوصيل جميع المكونات معًا

بعد بناء كل مكون واختبارهم بشكل منفصل ، يمكن توصيلهم جميعًا في سلسلة. قم بتوصيل مولد الوظيفة بمدخل مضخم الأجهزة ، ثم قم بتوصيل خرج ذلك بمدخل مرشح الشق. قم بذلك مرة أخرى عن طريق توصيل إخراج مرشح القطع بإدخال مرشح الترددات المنخفضة. يجب بعد ذلك توصيل خرج مرشح الترددات المنخفضة بمؤشر الذبذبات.

الخطوة 6: إعداد LabVIEW

تم بعد ذلك التقاط شكل موجة ضربات القلب ECG باستخدام مساعد DAQ و LabView. يكتسب مساعد DAQ الإشارات التناظرية ويحدد معلمات أخذ العينات. قم بتوصيل مساعد DAQ بمولد الوظيفة الذي يخرج إشارة ARB القلبية والكمبيوتر باستخدام LabView. قم بإعداد LabView وفقًا للتخطيطي الموضح أعلاه. سيقوم مساعد DAQ بإحضار الموجة القلبية من مولد الوظيفة. أضف الرسم البياني لشكل الموجة إلى إعداد LabView الخاص بك أيضًا لعرض الرسم البياني. استخدم العوامل العددية لتعيين حد أقصى قيمة. في المخطط المبين تم استخدام 80٪. يجب أيضًا استخدام تحليل الذروة للعثور على مواقع الذروة وربطها بالتغيير في الوقت المناسب. اضرب تردد الذروة في 60 لحساب النبضات في الدقيقة ، وتم إخراج هذا الرقم بجوار الرسم البياني.

الخطوة 7: يمكنك الآن تسجيل مخطط كهربية القلب

[1] "مخطط كهربية القلب - مركز معلومات القلب بمعهد تكساس للقلب." [متصل]. متاح: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [تم الدخول: 09-ديسمبر -2017].

[2] "يؤدي مخطط كهربية القلب والقطبية ومثلث أينتهوفن - عالم فسيولوجيا الطالب." [متصل]. متاح: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [تم الوصول إليه: 10-ديسمبر -2017].