Qarku i thjeshtë i EKG -së dhe Programi i Shkallës së Zemrës LabVIEW: 6 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:27

Elektrokardiogrami, ose i referuar më tej si EKG, është një sistem jashtëzakonisht i fuqishëm diagnostikues dhe monitorues i përdorur në të gjitha praktikat mjekësore. EKG -të përdoren për të vëzhguar aktivitetin elektrik të zemrës në mënyrë grafike për të kontrolluar anomalitë në rrahjet e zemrës ose sinjalizimin elektrik.

Nga një lexim EKG, rrahjet e zemrës së pacientëve mund të përcaktohen nga distanca kohore midis komplekseve QRS. Për më tepër, gjendje të tjera mjekësore mund të zbulohen, siç është një sulm në zemër në pritje nga një ngritje e segmentit ST. Leximet si kjo mund të jenë vendimtare për diagnostikimin dhe trajtimin e duhur të një pacienti. Vala P po tregon tkurrjen e atriumit të zemrës, kurba QRS është tkurrja ventrikulare, dhe vala T është repolarizimi i zemrës. Njohja edhe e informacioneve të thjeshta si kjo mund të diagnostikojë pacientët shpejt për funksionin jonormal të zemrës.

Një EKG standarde e përdorur në praktikën mjekësore ka shtatë elektroda që vendosen në një model të butë gjysmërrethor rreth rajonit të poshtëm të zemrës. Ky vendosje e elektrodave lejon zhurmë minimale gjatë regjistrimit dhe gjithashtu lejon matje më konsistente. Për qëllimin tonë të qarkut të krijuar EKG, ne do të përdorim vetëm tre elektroda. Elektroda hyrëse pozitive do të vendoset në dore të brendshme të djathtë, elektroda hyrëse negative do të vendoset në dore të brendshme të majtë, dhe elektroda e tokëzimit do të lidhet me kyçin e këmbës. Kjo do të lejojë që leximet të merren në zemër me saktësi relative. Me këtë vendosje të elektrodave të lidhura me një përforcues instrumentesh, një filtër me kalim të ulët dhe një filtër të nivelit, format e valëve të EKG -së duhet të dallohen lehtësisht si një sinjal dalës nga qarku i krijuar.

SH NOTNIM: Kjo nuk është një pajisje mjekësore. Kjo është për qëllime edukative vetëm duke përdorur sinjale të simuluara. Nëse përdorni këtë qark për matjet e vërteta të EKG-së, ju lutemi sigurohuni që qarku dhe lidhjet qark-instrument të përdorin teknikat e duhura të izolimit

Hapi 1: Ndërtoni përforcuesin e instrumenteve

Për të ndërtuar një instrument me shumë faza me një fitim prej 1000, ose 60 dB, duhet të zbatohet ekuacioni i mëposhtëm.

Fitim = (1+2*R1/Rifitim)

R1 është i barabartë me të gjithë rezistorët e përdorur në amplifikatorin e instrumenteve përveç rezistencës së fitimit, e cila në njëfarë kuptimi do të bëjë që i gjithë përfitimi të përfshihet në fazën e parë të amplifikatorit. Kjo u zgjodh të ishte 50.3 kΩ. Për të llogaritur rezistencën e fitimit, kjo vlerë futet në ekuacionin e mësipërm.

1000 = (1+2*50300/Rivendos)

Fitim = 100.7

Pasi të llogaritet kjo vlerë, përforcuesi i instrumenteve mund të ndërtohet si qarku i mëposhtëm i treguar në këtë hap. OP/AMP -të duhet të fuqizohen me pozitiv dhe negativ 15 volt siç tregohet në diagramin e qarkut. Kondensatorët e anashkalimit për secilin OP/AMP duhet të vendosen pranë OP/AMP në seri me furnizimin me energji për të shuar çdo sinjal AC që vjen nga burimi i energjisë në tokë për të parandaluar skuqjen e OP/AMP dhe çdo zhurmë shtesë që mund të kontribuojë te sinjali. Gjithashtu, për të testuar fitimin aktual të qarqeve, nyjës së elektrodës pozitive duhet t'i jepet një valë sinus hyrëse dhe nyja e elektrodës negative duhet të lidhet me tokën. Kjo do të lejojë që fitimi i qarkut të shihet me saktësi me një sinjal hyrës prej më pak se 15 mV kulm në kulm.

Hapi 2: Ndërtoni filtrin e rendit të dytë me kalim të ulët

Një filtër i rendit të dytë me kalim të ulët u përdor për të hequr zhurmën mbi frekuencën e interesit për sinjalin EKG i cili ishte 150 Hz.

Vlera K e përdorur në llogaritjet për filtrin e kalimit të ulët të rendit të dytë është fitimi. Për shkak se ne nuk duam ndonjë fitim në filtrin tonë, ne zgjodhëm një vlerë fitimi prej 1 që do të thotë se tensioni i hyrjes do të jetë i barabartë me tensionin e daljes.

K = 1

Për një filtër të rendit të dytë Butterworth i cili do të përdoret për këtë qark, koeficientët a dhe b përcaktohen më poshtë. a = 1.414214 b = 1

Së pari, vlera e dytë e kondensatorit zgjidhet të jetë një kondensator relativisht i madh që është i disponueshëm në laborator dhe në botën reale.

C2 = 0.1 F

Për të llogaritur kondensatorin e parë, përdoren marrëdhëniet e mëposhtme midis tij dhe kondensatorit të dytë. Koeficientët K, a dhe b u futën në ekuacion për të llogaritur se cila duhet të jetë kjo vlerë.

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

Për shkak se kondensatori i parë llogaritet të jetë më i vogël ose i barabartë me 50 nF, vlera e mëposhtme e kondensatorit u zgjodh.

C1 = 33 nF

Për të llogaritur rezistencën e parë të nevojshme për këtë filtër të rendit të dytë me kalim të ulët me një frekuencë të prerë prej 150 Hz, ekuacioni i mëposhtëm u zgjidh duke përdorur të dyja vlerat e kondensatorit të llogaritur dhe koeficientët K, a dhe b. R1 = 2/[(frekuenca e ndërprerjes)*[aC2*sqrt ([(a^2+4b (K-1)) C2^2-4bC1C2])]

R1 = 9478 Ohm

Për të llogaritur rezistencën e dytë, u përdor ekuacioni i mëposhtëm. Frekuenca e ndërprerjes përsëri është 150 Hz dhe koeficienti b është 1.

R2 = 1/[bC1C2R1 (frekuenca e ndërprerjes)^2]

R2 = 35.99 kOhm Pas llogaritjes së vlerave të mësipërme për rezistorët dhe kondensatorët e nevojshëm për një filtër të nivelit të dytë, qarku i mëposhtëm u krijua për të treguar filtrin aktiv të kalimit të ulët që do të përdoret. OP/AMP mundësohet me pozitiv dhe negativ 15 volt siç tregohet në diagram. Kondensatorët e anashkalimit janë të lidhur me burimet e energjisë në mënyrë që çdo sinjal AC që del nga burimi të devijohet në tokë për të siguruar që OP/AMP të mos skuqet nga ky sinjal. Për të testuar këtë fazë të qarkut të EKG -së, nyja e sinjalit hyrës duhet të lidhet me një valë sinus dhe një spastrim AC nga 1 Hz në 200 Hz duhet të kryhet për të parë se si funksionon filtri.

Hapi 3: Ndërtoni filtrin Notch

Filtri i nivelit është një pjesë jashtëzakonisht e rëndësishme e shumë qarqeve për matjen e sinjaleve me frekuencë të ulët. Në frekuenca të ulëta, zhurma AC 60 Hz është jashtëzakonisht e zakonshme pasi është frekuenca e rrymës AC që kalon nëpër ndërtesa në Shtetet e Bashkuara. Kjo zhurmë 60 Hz është e papërshtatshme pasi është në mes të brezit të kalimit për EKG, por një filtër i nivelit mund të heqë frekuenca specifike duke ruajtur pjesën tjetër të sinjalit. Kur hartoni këtë filtër të nivelit, është shumë e rëndësishme që të keni një faktor me cilësi të lartë, Q, për të siguruar që rrotullimi i ndërprerës është i mprehtë rreth pikës së interesit. Më poshtë detajohen llogaritjet e përdorura për të ndërtuar një filtër aktiv të nivelit që do të përdoret në qarkun EKG.

Së pari frekuenca e interesit, 60 Hz duhet të konvertohet nga Hz në rad/s.

frekuencë = 2*pi*frekuencë

frekuenca = 376.99 rad/sekondë

Tjetra, duhet të llogaritet gjerësia e brezit të frekuencave të prera. Këto vlera përcaktohen në një mënyrë që siguron që frekuenca kryesore e interesit, 60 Hz, të ndërpritet plotësisht dhe vetëm disa frekuenca përreth të preken pak.

Bandwidth = Cutoff2-Cutoff1

Gjerësia e brezit = 37.699 Faktori i cilësisë duhet të përcaktohet më tej. Faktori i cilësisë përcakton se sa e mprehtë është niveli dhe sa i ngushtë fillon ndërprerja. Kjo llogaritet duke përdorur gjerësinë e brezit dhe frekuencën e interesit. Q = frekuenca/Gjerësia e brezit

Q = 10

Për këtë filtër zgjidhet një vlerë kondensatori e gatshme. Kondensatori nuk ka nevojë të jetë i madh dhe definitivisht nuk duhet të jetë shumë i vogël.

C = 100 nF

Për të llogaritur rezistencën e parë të përdorur në këtë filtër të nivelit aktiv, u përdor marrëdhënia e mëposhtme që përfshin faktorin e cilësisë, frekuencën e interesit dhe kondensatorin e zgjedhur.

R1 = 1/[2QC*frekuencë]

R1 = 1326.29 Ohm

Rezistenca e dytë e përdorur në këtë filtër llogaritet duke përdorur marrëdhënien e mëposhtme.

R2 = 2Q/[frekuenca*C]

R2 = 530516 Ohm

Rezistenca përfundimtare për këtë filtër llogaritet duke përdorur dy vlerat e mëparshme të rezistencës. Pritet të jetë shumë e ngjashme me rezistencën e parë të llogaritur.

R3 = R1*R2/[R1+R2]

R3 = 1323 Ohm

Pasi të llogariten të gjitha vlerat e komponentit duke përdorur ekuacionet e përshkruara më sipër, filtri i mëposhtëm duhet të ndërtohet për të filtruar me saktësi zhurmën AC 60 Hz që do të prishë sinjalin EKG. OP/AMP duhet të fuqizohet me pozitiv dhe negativ 15 volt siç tregohet në qarkun më poshtë. Kondensatorët e anashkalimit lidhen nga burimet e energjisë në OP/AMP në mënyrë që çdo sinjal AC që vjen nga burimi i energjisë të devijohet në tokë për të siguruar që OP/AMP të mos skuqet. Për të testuar këtë pjesë të qarkut, sinjali i hyrjes duhet të lidhet me një valë sinus dhe një spastrim AC duhet të kryhet nga 40 Hz në 80 Hz për të parë filtrimin e sinjalit 60 Hz.

Hapi 4: Krijoni një Program LabVIEW për Llogaritjen e Rrahjeve të Zemrës

LabVIEW është një mjet i dobishëm për drejtimin e instrumenteve, si dhe mbledhjen e të dhënave. Për të mbledhur të dhënat e EKG -së, përdoret një tabelë DAQ e cila do të lexojë tensionet e hyrjes me një normë mostrimi prej 1 kHz. Këto tensione hyrëse dalin më pas në një grafik i cili përdoret për të shfaqur regjistrimin e EKG -së. Të dhënat që mblidhen kalojnë përmes një gjetësi maksimal i cili nxjerr vlerat maksimale të lexuara. Këto vlera lejojnë që pragu maksimal të llogaritet në 98% të prodhimit maksimal. Më pas, një detektor kulmi përdoret për të përcaktuar kur të dhënat janë më të mëdha se ai prag. Këto të dhëna së bashku me kohën midis majave mund të përdoren për të përcaktuar rrahjet e zemrës. Kjo llogaritje e thjeshtë do të përcaktojë me saktësi rrahjet e zemrës nga tensionet hyrëse të lexuara nga bordi DAQ.

Hapi 5: Testimi

Pasi të keni ndërtuar qarqet tuaja, jeni gati t'i vini në punë! Së pari, çdo fazë duhet të testohet me një spastrim AC të frekuencave nga 0.05 Hz në 200 Hz. Tensioni i hyrjes nuk duhet të jetë më i madh se 15 mV kulmin në pik, në mënyrë që sinjali të mos jetë i kufizuar nga kufizimet OP/AMP. Tjetra, lidhni të gjitha qarqet dhe drejtoni përsëri një spastrim të plotë AC për t'u siguruar që gjithçka po funksionon siç duhet. Pasi të jeni të kënaqur me daljen e qarkut tuaj të plotë, është koha që të lidheni me të. Vendosni elektrodën pozitive në dorën tuaj të djathtë dhe elektrodën negative në dorën tuaj të majtë. Vendosni elektrodën tokësore në kyçin e këmbës. Lidhni daljen e qarkut të plotë me tabelën tuaj DAQ dhe ekzekutoni programin LabVIEW. Sinjali juaj EKG tani duhet të jetë i dukshëm në grafikun e formës valore në kompjuter. Nëse nuk është ose shtrembëruar, provoni të ulni fitimin e qarkut në rreth 10 duke ndryshuar rezistencën e fitimit në përputhje me rrethanat. Kjo duhet të lejojë që sinjali të lexohet nga programi LabVIEW.