მარტივი ეკგ წრიული და LabVIEW გულისცემის პროგრამა: 6 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:20

ელექტროკარდიოგრამა, ან შემდგომში ეკგ, უაღრესად მძლავრი დიაგნოსტიკური და მონიტორინგის სისტემაა, რომელიც გამოიყენება ყველა სამედიცინო პრაქტიკაში. ეკგ გამოიყენება გულის ელექტრული აქტივობის გრაფიკულად დასაკვირვებლად გულისცემის ან ელექტრული სიგნალის დარღვევების შესამოწმებლად.

ეკგ -ს მიხედვით, პაციენტების გულისცემა შეიძლება განისაზღვროს QRS კომპლექსებს შორის დროის ინტერვალით. გარდა ამისა, სხვა სამედიცინო მდგომარეობების გამოვლენა შესაძლებელია, როგორიცაა გულის შეტევა მოლოდინში ST სეგმენტის სიმაღლეზე. მსგავსი კითხვები შეიძლება გადამწყვეტი იყოს პაციენტის სწორად დიაგნოზირებისა და მკურნალობისათვის. P ტალღა აჩვენებს გულის ატრიუმის შეკუმშვას, QRS მრუდი არის პარკუჭის შეკუმშვა, ხოლო T ტალღა არის გულის რეპოლარიზაცია. ასეთი მარტივი ინფორმაციის ცოდნამაც კი შეიძლება პაციენტებს სწრაფად დაუსვას დიაგნოზი გულის არანორმალური ფუნქციის შესახებ.

სამედიცინო პრაქტიკაში გამოყენებულ სტანდარტულ ეკგ -ს აქვს შვიდი ელექტროდი, რომლებიც მოთავსებულია რბილი ნახევარწრიული შაბლონით გულის ქვედა რეგიონის გარშემო. ელექტროდების ეს განთავსება იძლევა მინიმალურ ხმაურს ჩაწერისას და ასევე იძლევა უფრო თანმიმდევრული გაზომვების საშუალებას. შექმნილი ეკგ -ს მიკროსქემის მიზნით, ჩვენ გამოვიყენებთ მხოლოდ სამ ელექტროდს. პოზიტიური შესასვლელი ელექტროდი განთავსდება მარჯვენა შიდა მაჯაზე, უარყოფითი შემავალი ელექტროდი განთავსდება მარცხენა შიდა მაჯაზე, ხოლო მიწის ელექტროდი დაუკავშირდება ტერფს. ეს საშუალებას მოგცემთ წაიკითხოთ გულში შედარებით სიზუსტით. ელექტროდების ამ განლაგებით, რომლებიც დაკავშირებულია ინსტრუმენტულ გამაძლიერებელთან, დაბალი გამავლობის ფილტრთან და მაღალი დონის ფილტრთან, ეკგ -ის ტალღის ფორმები ადვილად უნდა განირჩეოდეს, როგორც გამომავალი სიგნალი შექმნილი წრიდან.

შენიშვნა: ეს არ არის სამედიცინო მოწყობილობა. ეს არის საგანმანათლებლო მიზნებისთვის მხოლოდ იმიტირებული სიგნალების გამოყენებით. თუ ამ სქემას იყენებთ ეკგ-ს რეალური გაზომვებისათვის, გთხოვთ დარწმუნდეთ, რომ წრე და ინსტრუმენტთან კავშირი იყენებს იზოლაციის სათანადო ტექნიკას

ნაბიჯი 1: ააშენეთ ინსტრუმენტული გამაძლიერებელი

მრავალსაფეხურიანი ინსტრუმენტის ასაგებად 1000 ან 60 დბ მოგებით, უნდა იქნას გამოყენებული შემდეგი განტოლება.

მოგება = (1+2*R1/კვლავ)

R1 უდრის ყველა იმ რეზისტორს, რომელიც გამოიყენება ინსტრუმენტულ გამაძლიერებელში გარდა მოგების რეზისტორისა, რაც გარკვეულწილად გამოიწვევს გამაძლიერებლის პირველ საფეხურზე მთელი მოგების ჩართვას. ეს შეირჩა 50.3 kΩ. მოგების რეზისტორის გამოსათვლელად, ეს მნიშვნელობა ჩართულია ზემოთ განტოლებაში.

1000 = (1+2*50300/კვლავ)

მოგება = 100.7

ამ მნიშვნელობის გამოანგარიშების შემდეგ, ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი შეიძლება აშენდეს, როგორც შემდეგი ნაბიჯი, რომელიც ნაჩვენებია ამ ნაბიჯში. OP/AMP– ები უნდა იკვებებოდეს პოზიტიური და უარყოფითი 15 ვოლტით, როგორც ეს ნაჩვენებია სქემის დიაგრამაში. შემოვლითი კონდენსატორები თითოეული OP/AMP– ისთვის უნდა განთავსდეს OP/AMP– ის მიმდევრობით, ელექტროენერგიის მიწოდებით, რათა შეაფერხოს ენერგიის წყაროდან მიწიდან მომდინარე ნებისმიერი AC სიგნალი, რათა თავიდან იქნას აცილებული OP/AMP– ების შემწვარი და ნებისმიერი დამატებითი ხმაური, რამაც შეიძლება ხელი შეუწყოს სიგნალისკენ. ასევე, სქემების რეალური მოგების შესამოწმებლად, პოზიტიურ ელექტროდის კვანძს უნდა მიეცეს შეყვანის სინუსური ტალღა და უარყოფითი ელექტროდის კვანძი მიერთებული იყოს მიწასთან. ეს საშუალებას მისცემს მიკროსქემის მომატებას ზუსტად დაინახოს შეყვანის სიგნალი 15 მვ -ზე ნაკლები პიკიდან მწვერვალამდე.

ნაბიჯი 2: შექმენით მე -2 რიგის დაბალი გამავლობის ფილტრი

მე -2 რიგის დაბალი გამავლობის ფილტრი გამოიყენეს ეკგ სიგნალის ინტერესის სიხშირის ზემოთ ხმაურის მოსაშორებლად, რომელიც იყო 150 ჰერცი.

მე -2 რიგის დაბალი გავლის ფილტრის გამოთვლებში გამოყენებული K მნიშვნელობა არის მოგება. იმის გამო, რომ ჩვენ არ გვინდა რაიმე მოგება ჩვენს ფილტრში, ჩვენ ავირჩიეთ მოგების მნიშვნელობა 1 რაც ნიშნავს იმას, რომ შეყვანის ძაბვა უდრის გამომავალ ძაბვას.

K = 1

მეორე რიგის ბუტერვორტის ფილტრისთვის, რომელიც გამოყენებული იქნება ამ სქემისთვის, a და b კოეფიციენტები განისაზღვრება ქვემოთ. a = 1.414214 b = 1

პირველი, მეორე კონდენსატორის მნიშვნელობა არის არჩეული შედარებით დიდი კონდენსატორი, რომელიც ადვილად ხელმისაწვდომია ლაბორატორიაში და რეალურ სამყაროში.

C2 = 0.1 F

პირველი კონდენსატორის გამოსათვლელად გამოიყენება შემდეგი ურთიერთობები მასსა და მეორე კონდენსატორს შორის. K, a და b კოეფიციენტები შეყვანილია განტოლებაში, რათა გამოითვალოს რა უნდა იყოს ეს მნიშვნელობა.

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

C1 <= (0.1*10^-6 [1.414214^2+4*1 (1-1)]/4*1

C1 <= 50 nF

იმის გამო, რომ პირველი კონდენსატორი გამოითვლება 50 nF– ზე ნაკლები ან ტოლი, შეირჩა შემდეგი კონდენსატორის მნიშვნელობა.

C1 = 33 nF

ამ მეორე რიგის დაბალი გამავლობის ფილტრისათვის საჭირო პირველი რეზისტენტის გამოსათვლელად 150 ჰც სიხშირით, შემდეგი განტოლება ამოხსნილი იქნა როგორც გამოთვლილი კონდენსატორის მნიშვნელობების, ასევე კოეფიციენტების K, a და b. R1 = 2/[(შეწყვეტის სიხშირე)*[aC2*sqrt ([(a^2+4b (K-1)) C2^2-4bC1C2])]

R1 = 9478 ოჰ

მეორე რეზისტორის გამოსათვლელად გამოიყენება შემდეგი განტოლება. შეწყვეტის სიხშირე კვლავ არის 150 ჰც და b კოეფიციენტი არის 1.

R2 = 1/[bC1C2R1 (შეწყვეტის სიხშირე)^2]

R2 = 35,99 kOhm მეორე რიგის მაღალი დონის ფილტრისათვის საჭირო რეზისტორებისა და კონდენსატორების ზემოთ მოყვანილი მნიშვნელობების გამოთვლის შემდეგ შეიქმნა შემდეგი წრე, რომელიც აჩვენებს აქტიურ დაბალგამტარ ფილტრს, რომელიც გამოყენებული იქნება. OP/AMP იკვებება დადებითი და უარყოფითი 15 ვოლტით, როგორც ეს მოცემულია დიაგრამაში. შემოვლითი კონდენსატორები დაკავშირებულია ენერგიის წყაროსთან ისე, რომ ნებისმიერი AC სიგნალი, რომელიც ამოდის წყაროდან გადამისამართდება მიწაზე, რათა უზრუნველყოს OP/AMP არ შემწვარი ამ სიგნალით. ეკგ -ს მიკროსქემის ამ ეტაპის შესამოწმებლად, შეყვანის სიგნალის კვანძი უნდა იყოს დაკავშირებული სინუსურ ტალღასთან და უნდა განხორციელდეს AC გაწმენდა 1 Hz– დან 200 Hz– მდე, რომ ნახოთ როგორ მუშაობს ფილტრი.

ნაბიჯი 3: შექმენით მაღალი დონის ფილტრი

მაღალი დონის ფილტრი მრავალი სქემის უკიდურესად მნიშვნელოვანი ნაწილია დაბალი სიხშირის სიგნალების გასაზომად. დაბალ სიხშირეზე, 60 Hz AC ხმაური ძალზე გავრცელებულია, რადგან ეს არის შეერთებული შტატების შენობებში AC დენის სიხშირე. ეს 60 Hz ხმაური არასასიამოვნოა, როგორც ეს არის ეკგ -ს გამტარ ზოლში, მაგრამ მაღალი დონის ფილტრს შეუძლია ამოიღოს კონკრეტული სიხშირეები, ხოლო დანარჩენი სიგნალი შენარჩუნდეს. ამ მაღალი დონის ფილტრის შემუშავებისას ძალიან მნიშვნელოვანია გქონდეთ მაღალი ხარისხის კოეფიციენტი, Q, რათა უზრუნველყოთ, რომ გათიშვის ნაკადი მკვეთრია ინტერესის წერტილის გარშემო. ქვემოთ მოცემულია გაანგარიშებები, რომლებიც გამოიყენება აქტიური დონის ფილტრის შესაქმნელად, რომელიც გამოყენებული იქნება ეკგ -ს წრეში.

ჯერ ინტერესის სიხშირე, 60 Hz უნდა გადაკეთდეს Hz– დან რადი/წმ – ში.

სიხშირე = 2*pi*სიხშირე

სიხშირე = 376,99 რადი/წამი

შემდეგი, უნდა გამოითვალოს შემცირებული სიხშირეების გამტარუნარიანობა. ეს მნიშვნელობები განისაზღვრება ისე, რომ უზრუნველყოს ინტერესის ძირითადი სიხშირე, 60 Hz, მთლიანად გათიშული და მხოლოდ რამდენიმე მიმდებარე სიხშირე ოდნავ იყოს დაზარალებული.

გამტარუნარიანობა = Cutoff2-Cutoff1

გამტარუნარიანობა = 37.699 ხარისხის ფაქტორი უნდა განისაზღვროს შემდეგში. ხარისხის ფაქტორი განსაზღვრავს, თუ რამდენად მკვეთრია ნაკაწრი და რამდენად ვიწროდ იწყება გათიშვა. ეს გამოითვლება გამტარუნარიანობის და ინტერესის სიხშირის გამოყენებით. Q = სიხშირე/ზოლის სიგანე

Q = 10

ამ ფილტრისთვის არჩეულია ადვილად ხელმისაწვდომი კონდენსატორის მნიშვნელობა. კონდენსატორი არ უნდა იყოს დიდი და ნამდვილად არ უნდა იყოს ძალიან პატარა.

C = 100 nF

ამ აქტიური დონის ფილტრში გამოყენებული პირველი რეზისტორის გამოსათვლელად იქნა გამოყენებული შემდეგი ურთიერთობა ხარისხის ფაქტორთან, ინტერესის სიხშირესთან და არჩეულ კონდენსატორთან.

R1 = 1/[2QC*სიხშირე]

R1 = 1326.29 Ohm

ამ ფილტრში გამოყენებული მეორე რეზისტორი გამოითვლება შემდეგი ურთიერთობის გამოყენებით.

R2 = 2Q/[სიხშირე*C]

R2 = 530516 Ohm

ამ ფილტრის საბოლოო რეზისტორი გამოითვლება წინა ორი რეზისტორის მნიშვნელობის გამოყენებით. მოსალოდნელია, რომ ის ძალიან ჰგავს გამოთვლილ პირველ რეზისტორს.

R3 = R1*R2/[R1+R2]

R3 = 1323 Ohm

მას შემდეგ, რაც ყველა კომპონენტის მნიშვნელობა გამოითვლება ზემოთ აღწერილი განტოლებების გამოყენებით, უნდა გაკეთდეს შემდეგი ფილტრი, რომ ზუსტად გაფილტროს 60 Hz AC ხმაური, რომელიც ჩაშლის ეკგ სიგნალს. OP/AMP უნდა იკვებებოდეს პოზიტიური და უარყოფითი 15 ვოლტით, როგორც ეს ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ წრეში. შემოვლითი კონდენსატორები დაკავშირებულია ენერგიის წყაროებიდან OP/AMP– ზე, ისე რომ ნებისმიერი AC სიგნალი, რომელიც მოდის ენერგიის წყაროდან, გადამისამართებულია მიწაზე, რათა უზრუნველყოს OP/AMP არ შემწვარი. წრედის ამ ნაწილის შესამოწმებლად, შეყვანის სიგნალი უნდა იყოს დაკავშირებული სინუსურ ტალღასთან და უნდა მოხდეს AC გაწმენდა 40 Hz– დან 80 Hz– მდე 60 Hz სიგნალის გაფილტვრის სანახავად.

ნაბიჯი 4: შექმენით LabVIEW პროგრამა გულისცემის გამოსათვლელად

LabVIEW არის სასარგებლო ინსტრუმენტი გაშვებული ინსტრუმენტებისათვის და მონაცემთა შეგროვებისათვის. ეკგ მონაცემების შესაგროვებლად გამოიყენება DAQ დაფა, რომელიც წაიკითხავს შეყვანის ძაბვებს შერჩევის სიჩქარით 1 კჰც. ეს შეყვანის ძაბვები შემდეგ გამოდის ნაკვეთზე, რომელიც გამოიყენება ეკგ ჩანაწერის გამოსახატავად. შეგროვებული მონაცემები შემდეგ გადის მაქსიმალურ პოვნაში, რომელიც გამოაქვს წაკითხული მაქსიმალური მნიშვნელობები. ეს მნიშვნელობები იძლევა პიკის ზღვრის გამოთვლის მაქსიმალურ გამომუშავებათა 98% -ზე. ამის შემდეგ, პიკის დეტექტორი გამოიყენება იმის დასადგენად, თუ როდის არის მონაცემები ამ ზღურბლზე მეტი. ეს მონაცემები მწვერვალებს შორის დროსთან ერთად შეიძლება გამოყენებულ იქნას გულისცემის დასადგენად. ეს მარტივი გაანგარიშება ზუსტად განსაზღვრავს გულისცემას DAQ დაფის მიერ წაკითხული შეყვანის ძაბვებიდან.

ნაბიჯი 5: ტესტირება

სქემების აგების შემდეგ თქვენ მზად ხართ მათი მუშაობისთვის! პირველ რიგში, თითოეული ეტაპი უნდა შემოწმდეს AC სიხშირეებით 0.05 Hz– დან 200 Hz– მდე. შეყვანის ძაბვა არ უნდა აღემატებოდეს 15 მვ პიკს მწვერვალამდე ისე, რომ სიგნალი არ იყოს მოაჯირებული OP/AMP შეზღუდვებით. შემდეგი, შეაერთეთ ყველა სქემა და კვლავ გაუშვით სრული AC გაწმენდა, რათა დარწმუნდეთ, რომ ყველაფერი გამართულად მუშაობს. მას შემდეგ რაც კმაყოფილი იქნებით თქვენი სრული წრის გამომავალი დროა დაუკავშირდეთ მას. მოათავსეთ დადებითი ელექტროდი თქვენს მარჯვენა მაჯაზე და უარყოფითი ელექტროდი თქვენს მარცხენა მაჯაზე. მიამაგრეთ ელექტროდი თქვენს ტერფზე. შეაერთეთ მთლიანი წრე გამომავალი თქვენს DAQ დაფაზე და გაუშვით LabVIEW პროგრამა. თქვენი ეკგ სიგნალი უნდა იყოს ხილული კომპიუტერის ტალღის ფორმის დიაგრამაზე. თუ ეს არ არის ან დამახინჯებულია, სცადეთ წრედის მოგება ჩამოაგდოთ დაახლოებით 10 -მდე, შესაბამისად შეცვალოთ მოგების რეზისტორი. ამან უნდა უზრუნველყოს სიგნალის წაკითხვა LabVIEW პროგრამის მიერ.