جهاز مراقبة رقمي لتخطيط القلب ومعدل ضربات القلب: 7 خطوات (بالصور)

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

يعد مخطط كهربية القلب ، أو ECG ، طريقة قديمة جدًا لقياس وتحليل صحة القلب. يمكن أن تشير الإشارة التي تتم قراءتها من مخطط كهربية القلب إلى صحة القلب أو مجموعة من المشكلات. يعد التصميم الموثوق والدقيق أمرًا مهمًا لأنه إذا أظهرت إشارة تخطيط القلب شكل موجة مشوهة أو ضربات قلب غير صحيحة ، فقد يتم تشخيص الشخص بشكل خاطئ. الهدف هو تصميم دائرة ECG قادرة على الحصول على إشارة ECG وتضخيمها وتصفيتها. بعد ذلك ، قم بتحويل هذه الإشارة من خلال محول A / D إلى Labview لإنتاج رسم بياني في الوقت الفعلي ونبضات القلب في BPM لإشارة ECG. يجب أن يبدو شكل الموجة الناتج مثل هذه الصورة.

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 الأولى: تصميم الدائرة

يجب أن تكون الدائرة قادرة على الحصول على إشارة تخطيط القلب وتضخيمها. للقيام بذلك ، سنقوم بدمج ثلاثة مرشحات نشطة ؛ مضخم أجهزة ، مرشح بترورث منخفض التردد من الدرجة الثانية وفلتر درجة. يمكن رؤية تصميم هذه الدوائر في الصور. سوف نذهب من خلالهم واحدًا تلو الآخر ، ثم نجمعهم معًا لإكمال الدائرة الكاملة.

الخطوة 2: مضخم الأجهزة

يجب أن يكون كسب مضخم الأجهزة 1000 فولت / فولت للحصول على إشارة جيدة. يحدث التضخيم من خلال مضخم الأجهزة على مرحلتين. تتكون المرحلة الأولى من المضخمين التشغيليين على اليسار والمقاوم R1 و R2 وتتكون المرحلة الثانية من التضخيم من المرجع أمبير على اليمين والمقاومات R3 و R4. يتم إعطاء الكسب (التضخيم) للمرحلة 1 والمرحلة 2 في المعادلة (1) و (2).

ربح المرحلة 1: K1 = 1 + (2R2 / R1) (1)

ربح المرحلة 2: K2 = R4 / R3 (2)

ملاحظة مهمة حول الكسب في الدوائر هو أنه مضاعف ؛ على سبيل المثال كسب الدائرة الكلية في الشكل 2 هو K1 * K2. هذه المعادلات تنتج القيم الموضحة في التخطيطي. المواد اللازمة لهذا الفلتر هي ثلاثة مكبرات تشغيل LM741 ، وثلاثة مقاومات 1 كيلو أوم ، ومقاومتان 24.7 كيلو أوم ومقاومتان 20 كيلو أوم.

الخطوة 3: تصفية الشق

المرحلة التالية هي مرشح الشق لقطع الضوضاء عند 60 هرتز. يجب قطع هذا التردد نظرًا لوجود الكثير من الضوضاء الإضافية عند 60 هرتز بسبب تداخل خط الطاقة ، ولكنه لن يأخذ أي شيء مهم من إشارة مخطط كهربية القلب. تعتمد قيم المكونات المستخدمة في الدائرة على التردد الذي تريد تصفيته ، في هذه الحالة 60 هرتز (377 راديان / ثانية). المعادلات المكونة هي كما يلي

R1 = 1 / (6032 * ج)

R2 = 16 / (377 * ج)

R3 = (R1R2) / (R1 + R2)

كانت المواد المطلوبة لذلك هي LM741 op amp ، وثلاث مقاومات بقيم 1658 أوم ، 424.4 كيلو أوم و 1651 أوم و 3 مكثفات ، اثنان عند 100 nF وواحد عند 200 nF.

الخطوة 4: مرشح الترددات المنخفضة

المرحلة النهائية هي مرشح بترورث منخفض التردد من الدرجة الثانية بتردد قطع يبلغ 250 هرتز. هذا هو تردد القطع لأن إشارة تخطيط القلب تتراوح فقط بحد أقصى 250 هرتز. يتم تحديد معادلات قيم المكونات في المرشح في المعادلات التالية:

R1 = 2 / (1571 (1.4C2 + فرز (1.4 ^ 2 * C2 ^ 2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571 * C1 * C2 * R1)

C1 <(C2 * 1.4 ^ 2) / 4

كانت المواد المطلوبة لهذا المرشح هي LM741 op amp ، ومقاومتان من 15.3 kohm و 25.6 kohm ، ومكثفتان من 47 nF و 22 nF.

بمجرد تصميم وبناء جميع المراحل الثلاث ، يجب أن تبدو الدائرة النهائية مثل الصورة.

الخطوة 5: اختبار الدائرة

بعد بناء الدائرة ، يجب اختبارها للتأكد من أنها تعمل بشكل صحيح. يجب تشغيل عملية مسح التيار المتردد على كل مرشح باستخدام إشارة إدخال القلب عند 1 هرتز من مولد الجهد. يجب أن تبدو استجابة المقدار بالديسيبل مثل الصور. إذا كانت نتائج مسح التيار المتردد صحيحة ، تكون الدائرة قد اكتملت وجاهزة للاستخدام. إذا كانت الاستجابات غير صحيحة ، فيجب تصحيح أخطاء الدائرة. ابدأ بفحص جميع التوصيلات ومدخلات الطاقة للتأكد من أن كل شيء لديه اتصال جيد. إذا لم يؤد ذلك إلى حل المشكلة ، فاستخدم المعادلات الخاصة بمكونات المرشحات لضبط قيم المقاومة والمكثفات حسب الحاجة حتى يصبح الإخراج في المكان الذي ينبغي أن يكون فيه.

الخطوة 6: بناء VUI في Labview

Labview هو برنامج للحصول على البيانات الرقمية يتيح للمستخدم تصميم واجهة مستخدم افتراضية VUI. لوحة DAQ هي محول A / D يمكنه تحويل ونقل إشارة ECG إلى Labview. باستخدام هذا البرنامج ، يمكن رسم إشارة ECG على الرسم البياني للسعة مقابل الوقت لقراءة الإشارة بوضوح ثم تحويل الإشارة إلى نبضات القلب في BPM. أول شيء مطلوب لهذا هو لوحة DAQ التي تحصل على البيانات وتحولها إلى إشارة رقمية لإرسالها إلى Labview على الكمبيوتر. أول شيء يجب إضافته إلى تصميم Labview هو DAQ Assistant ، الذي يحصل على الإشارة من لوحة DAQ ويحدد معلمات أخذ العينات. تتمثل الخطوة التالية في توصيل الرسم البياني لشكل الموجة بإخراج مساعد DAQ في تصميم VUI الذي يرسم إشارة ECG التي تعرض شكل موجة ECG. الآن بعد أن اكتمل الرسم البياني لشكل الموجة ، يجب أيضًا تحويل البيانات لإنتاج مخرجات رقمية لمعدل ضربات القلب. كانت الخطوة الأولى في هذا الحساب هي إيجاد الحد الأقصى لبيانات مخطط كهربية القلب عن طريق توصيل عنصر max / min بإخراج بيانات DAQ في VUI ، ثم إخراج هذا إلى عنصر آخر يسمى اكتشاف الذروة وإلى عنصر يمكنه العثور على تغيير في الوقت يسمى dt. احتاج عنصر اكتشاف الذروة أيضًا إلى حد من الحد الأقصى / دقيقة والذي تم حسابه بأخذ الحد الأقصى من الحد الأقصى للعنصر وضربه في 0.8 ، للعثور على 80٪ من القيمة القصوى ، ثم إدخاله في عنصر الكشف الذروة. سمحت هذه العتبة لعنصر اكتشاف الذروة بالعثور على الحد الأقصى لموجة R والموقع الذي حدث فيه الحد الأقصى مع تجاهل القمم الأخرى للإشارة. ثم تم إرسال مواقع القمم إلى عنصر مصفوفة فهرس تمت إضافته بعد ذلك على واجهة المستخدم الرسومية. تم تعيين عنصر مصفوفة الفهرس للتخزين في مصفوفة مع الفهرس بدءًا من 0 ، ثم عنصرًا آخر يبدأ بفهرس 1. ثم تم طرحها من بعضها البعض للعثور على الفرق بين موقعي الذروة ، والذي يتوافق مع الرقم من النقاط بين كل قمة. يوفر عدد النقاط مضروبًا في فارق التوقيت بين كل نقطة الوقت الذي يستغرقه حدوث كل نبضة. تم تحقيق ذلك بضرب الناتج من عنصر dt والإخراج من طرح المصفوفتين. تم بعد ذلك قسمة هذا الرقم على 60 ، للعثور على النبضات في الدقيقة ، ثم تم إخراجها باستخدام عنصر مؤشر رقمي في واجهة المستخدم الرسومية (VUI). يظهر إعداد تصميم واجهة المستخدم الرسومية (VUI) في Labview في الشكل.

الخطوة 7: ضعها معًا

بمجرد الانتهاء من VUI على Labview ، فإن الخطوة الأخيرة هي توصيل الدائرة بلوحة DAQ ، بحيث تمر الإشارة عبر الدائرة ، إلى اللوحة ، ثم إلى Labview. إذا كان كل شيء يعمل بشكل صحيح ، يجب أن تنتج إشارة 1 هرتز الشكل الموجي الموضح في الشكل ونبضات قلب تبلغ 60 نبضة في الدقيقة. الآن لديك جهاز مراقبة رقمي فعال لتخطيط القلب ومعدل ضربات القلب.