EKG dhe monitorues i rrahjeve të zemrës: 7 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:28

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.

Një nga mjetet më të rëndësishme diagnostikuese të përdorura për zbulimin e këtyre gjendjeve është elektrokardiogrami (EKG). Një elektrokardiogram punon duke gjurmuar impulsin elektrik nëpër zemrën tuaj dhe duke e transmetuar atë përsëri në makinë [1]. Sinjali merret nga elektrodat e vendosura në trup. Vendosja e elektrodave është vendimtare për marrjen e sinjaleve fiziologjike pasi ato funksionojnë duke regjistruar ndryshimin e potencialit në të gjithë trupin. Vendosja standarde e elektrodave është përdorimi i Trekëndëshit Einthoven. Këtu vendoset një elektrodë në krahun e djathtë, krahun e majtë dhe këmbën e majtë. Këmba e majtë vepron si një bazë për elektrodat dhe merr zhurmën e frekuencës në trup. Krahu i djathtë ka një elektrodë negative dhe e majta ka një elektrodë pozitive për të llogaritur ndryshimin e mundshëm në gjoks dhe për këtë arsye marrjen e energjisë elektrike nga zemra [2]. Qëllimi i këtij projekti ishte krijimi i një pajisjeje që mund të fitojë me sukses një sinjal EKG dhe riprodhoni qartë sinjalin pa zhurmë dhe me shtimin e një matjeje të rrahjeve të zemrës.

Hapi 1: Materialet dhe Mjetet

• Rezistorë dhe kondensatorë të ndryshëm
• Breadboard
• Gjenerator funksionesh
• Osciloskop
• Furnizimi me energji DC
• Op-amps
• Kompjuter me LABView të instaluar
• Kabllot BNC
• Asistent DAQ

Hapi 2: Ndërtoni Amplifikatorin e Instrumentacionit

Për të amplifikuar në mënyrë adekuate sinjalin bioelektrik, përfitimi i përgjithshëm i amplifikatorit të instrumenteve me dy faza duhet të jetë 1000. Çdo fazë shumëzohet për të marrë fitimin e përgjithshëm dhe ekuacionet e përdorura për llogaritjen e fazave individuale janë treguar më poshtë.

Faza 1 Fitimi: K1 = 1+2*R2/R1 Faza 2 Fitimi: K2 = -R4/R3

Duke përdorur ekuacionet e mësipërme, vlerat e rezistencës që përdorëm ishin R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ dhe R4 = 33kΩ. Për të siguruar që këto vlera do të japin daljen e dëshiruar, mund ta simuloni në internet ose mund ta provoni duke përdorur një oshiloskop pasi të keni ndërtuar amplifikatorin fizik.

Pas lidhjes së rezistencave të zgjedhura dhe op-amps në tabelën e bukës, do t'ju duhet të furnizoni op-amps ± 15V nga një furnizim me rrymë DC. Tjetra, lidhni gjeneratorin e funksionit me hyrjen e amplifikatorit të instrumenteve dhe oshiloskopin me daljen.

Fotografia e mësipërme tregon se përforcuesi i kompletuar i instrumenteve do të duket si në tabelën e bukës. Për të kontrolluar që po funksionon siç duhet, vendosni gjeneratorin e funksionit që të prodhojë një valë sinus në 1kHz me një amplitudë kulmi në kulmin 20 mV. Dalja nga amplifikatori në oshiloskop duhet të ketë një amplitudë kulmi në kulm prej 20 V, pasi ka një përfitim prej 1000, nëse funksionon siç duhet.

Hapi 3: Ndërtoni filtrin e nivelit

Për shkak të zhurmës së linjës së energjisë, një filtër ishte i nevojshëm për të filtruar zhurmën në 60Hz që është zhurma e linjës së energjisë në Shtetet e Bashkuara. Një filtër i nivelit u përdor pasi filtron një frekuencë të caktuar. Ekuacionet e mëposhtme u përdorën për të llogaritur vlerat e rezistencës. Një faktor cilësor (Q) prej 8 funksionoi mirë dhe vlerat e kondensatorit prej 0.1uF u zgjodhën për lehtësinë e ndërtimit. Frekuenca në ekuacionet (e përshkruar si w) është frekuenca e nivelit 60Hz e shumëzuar me 2π.

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

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

Duke përdorur ekuacionet e mësipërme, vlerat e rezistencës që përdorëm ishin R1 = 1.5kΩ, R2 = 470kΩ dhe R3 = 1.5kΩ. Për të siguruar që këto vlera do të japin daljen e dëshiruar, mund ta simuloni në internet ose mund ta provoni duke përdorur një oshiloskop pasi të keni ndërtuar amplifikatorin fizik.

Imazhi i mësipërm tregon se si do të duket filtri i nivelit të përfunduar në tabelën e bukës. Konfigurimi për op-amps është i njëjtë me amplifikatorin e instrumenteve dhe gjeneratori i funksionit tani duhet të vendoset për të prodhuar një valë sinusale në 1kHz me një amplitudë kulmi në kulmin 1V. Nëse kryeni një spastrim AC duhet të jeni në gjendje të verifikoni që frekuencat rreth 60Hz janë filtruar.

Hapi 4: Ndërtoni një filtër me kalim të ulët

Për të filtruar zhurmën me frekuencë të lartë që nuk lidhet me EKG-në, u krijua një filtër me kalim të ulët me një frekuencë ndërprerjeje prej 150 Hz.

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

R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

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

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

R4 = K (R1+R2)

Duke përdorur ekuacionet e mësipërme, vlerat e rezistencës që përdorëm ishin R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0.01 µF, dhe C2 = 0.068 µF. Vlerat për R3 dhe R4 përfunduan në zero pasi ne donim që fitimi, K, i filtrit të ishte zero, prandaj ne përdorëm tela në vend të rezistorëve këtu në konfigurimin fizik. Për të siguruar që këto vlera do të japin daljen e dëshiruar, mund ta simuloni në internet ose mund ta provoni duke përdorur një oshiloskop pasi të keni ndërtuar amplifikatorin fizik.

Për të ndërtuar filtrin fizik, lidhni rezistorët dhe kondensatorët e zgjedhur me op-amp siç tregohet në skemë. Furnizoni op-amp dhe lidhni gjeneratorin e funksionit dhe oshiloskopin në të njëjtën mënyrë siç përshkruhet në hapat e mëparshëm. Vendosni gjeneratorin e funksionit që të prodhojë një valë sinus në 150Hz dhe me një amplitudë kulmin-kulmin prej rreth 1 V. Meqenëse frekuenca e ndërprerjes duhet të jetë 150Hz, nëse filtri po funksionon siç duhet, madhësia duhet të jetë 3dB në këtë frekuencë. Kjo do t'ju tregojë nëse filtri është konfiguruar si duhet.

Hapi 5: Lidhni të gjithë përbërësit së bashku

Pas ndërtimit të secilit komponent dhe testimit të tyre veç e veç, të gjithë mund të lidhen në seri. Lidhni gjeneratorin e funksionit me hyrjen e amplifikatorit të instrumenteve, pastaj lidhni daljen e tij me hyrjen e filtrit të nivelit. Bëni këtë përsëri duke lidhur daljen e filtrit të nivelit me hyrjen e filtrit të kalimit të ulët. Dalja e filtrit të kalimit të ulët duhet të lidhet me oshiloskopin.

Hapi 6: Konfiguroni LabVIEW

Forma valore e rrahjeve të zemrës EKG u kap më pas duke përdorur një asistent DAQ dhe LabView. Një asistent DAQ merr sinjale analoge dhe përcakton parametrat e marrjes së mostrave. Lidhni asistentin DAQ me gjeneratorin e funksionit që nxjerr një sinjal kardiak arb dhe me kompjuterin me LabView. Konfiguroni LabView sipas skemës së treguar më lart. Asistenti DAQ do të sjellë valën kardiake nga gjeneratori i funksionit. Shtoni grafikun e formës së valës në konfigurimin tuaj LabView gjithashtu për të parë grafikun. Përdorni operatorët numerikë për të vendosur një prag për vlerën maksimale. Në skemën e treguar 80% është përdorur. Analiza e pikut duhet të përdoret gjithashtu për të gjetur vendet e pikut dhe për t'i lidhur ato me ndryshimin në kohë. Shumëzoni frekuencën e pikut me 60 në mënyrë që të llogaritni rrahjet në minutë dhe ky numër është nxjerrë pranë grafikut.

Hapi 7: Tani mund të regjistroni një EKG

[1] "Elektrokardiogrami - Qendra e Informacionit të Zemrës e Institutit të Zemrës së Teksasit." [Online]. Në dispozicion: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Qasur: 09-Dhjetor-2017].

[2] "Drejtimet e EKG -së, Polariteti dhe Trekëndëshi i Einthoven - Fiziologu Studentor." [Online]. E disponueshme: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Qasur: 10-Dhjetor-2017].