מעגל איסוף א.ק.ג: 5 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

הערה: זהו אינו מכשיר רפואי. זה מיועד למטרות לימוד רק באמצעות אותות מדומים. אם אתה משתמש במעגל זה למדידות א.ק.ג אמיתיות, ודא שהמעגל וחיבורי המעגל למכשיר משתמשים בטכניקות בידוד נאותות

המדידה הפיזיולוגית הנפוצה ביותר בתעשיית הבריאות כיום היא האלקטרוקרדיוגרמה (א.ק.ג./א.ק.ג.). קשה לעבור דרך בית חולים או חדר מיון מבלי לשמוע את "הביפ" המסורתי של מד דופק או לראות את צורת גל האק"ג מתגלגלת על פני המסך בחדר של מטופל. אבל, מהי המדידה הזו שהפכה כל כך קשורה לבריאות המודרנית?

האלקטרוקרדיוגרמה טועה לעתים קרובות לרישום הפעילות הגופנית של הלב, אולם, כפי שהשם מרמז, היא למעשה רישום של הפעילות החשמלית, דהפולריזציה ורפולריזציה של שרירי הלב. על ידי ניתוח צורת הגל המוקלטת, הרופאים מסוגלים לקבל תובנה לגבי התנהגות המערכת החשמלית של הלב. כמה אבחונים נפוצים שנעשו מנתוני א.ק.ג כוללים: אוטם שריר הלב, תסחיף ריאתי, הפרעות קצב וחסימות AV.

ההוראות הבאות יפרט את התהליך והעקרונות המשמשים לבניית מעגל חשמלי בסיסי המסוגל לאסוף א.ק.ג באמצעות אלקטרודות פשוטות על פני השטח כפי שנעשה בבתי חולים.

שלב 1: תכנן מגבר מכשור

רכיב המעגל הראשון הנדרש להקלטת אות הא.ק.ג הוא מגבר מכשור. למגבר זה שני אפקטים.

1. הוא יוצר חיץ אלקטרוני בין אלקטרודות ההקלטה לשאר המעגל. זה מקטין את משיכת הזרם הנדרשת מהאלקטרודות לאפס כמעט. מאפשר איסוף אותות עם מעט עיוות הנגרם עקב עכבת קלט.

2. זה מגביר דיפרנציאלית את האות שנרשם. המשמעות היא שכל אות הנפוץ בשתי אלקטרודות ההקלטה לא יוגבר, בעוד שההבדלים (החלקים החשובים) יהיו.

בדרך כלל הקלטות אלקטרודות פני השטח לאק ג יהיו בטווח מיליוולט. לכן, בכדי להכניס את האות הזה לטווח נוכל לעבוד עם הגברה (K) של 1000 V/V יהיה מתאים.

המשוואות השולטות למגבר המוצג לעיל הן:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, זהו הרווח שלב 1

K2 = - R4/R3, זהו רווח שלב 2

שים לב כי באופן אידיאלי, K1 ו- K2 צריכים להיות שווים בערך וכדי להשיג את ההגברה הרצויה K1 * K2 = 1000

הערכים הסופיים שהיו בשימוש במעגל שלנו היו….

R1 = 6.5 קאוהם

R2 = 100 קאוהם

R3 = 3.17 קאוהם

R4 = 100 קאוהם

שלב 2: עיצוב מסנן חריץ

סביר שבעולם המודרני איסוף הא.ק.ג 'יתבצע ליד כמה מכשירים אלקטרוניים אחרים, או אפילו רק בבניין המסופק עם חשמל מקווי חשמל מקומיים. לרוע המזל, אופי המתח הגבוה והמתנדנד של הכוח המסופק פירושו שהוא יפיק כמות גדולה של "רעש" חשמלי כמעט בכל חומר מוליך שנמצא בקרבתו; זה כולל את החוטים ומרכיבי המעגלים המשמשים לבניית מעגל איסוף הא.ק.ג.

כדי להילחם בכך, כל סימן בתדירות השווה לזה של הרעש שנוצר על ידי אספקת החשמל המקומית (הנקרא זמזום רשת) יכול פשוט להיות מסונן החוצה והסרה בעצם. בארצות הברית, רשת החשמל מספקת 110-120V בתדר של 60 הרץ. לכן עלינו לסנן כל רכיב אות בתדר של 60 הרץ. למרבה המזל, הדבר נעשה פעמים רבות בעבר ופשוט דורש עיצוב של מסנן חריץ (בתמונה למעלה).

המשוואות המסדירות את המסנן הזה הן….

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

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

ש = w / B

כאשר wc2 הוא תדר החיתוך הגבוה, w2 תדירות החיתוך הנמוכה, w תדירות החיתוך ברד/שניות ו- Q גורם איכות

שים לב ש- C הוא ערך שניתן לבחור באופן חופשי. הערכים הבאים בשימוש במעגל שלנו היו:

R1 = 1.65 קאוהם

R2 = 424.5 קאוהם

ש = 8

w = 120 * pi rad/sec

שלב 3: מסנן Low Pass

תדירות האק ג היא בסביבות 0 - 150 הרץ. על מנת למנוע יותר רעש מלהתחבר לאות מדברים בעלי תדר גבוה יותר מהטווח הזה, מיושם מסנן ButterWorth נמוך מסדר שני עם ניתוק של 150Hz על מנת לאפשר לאות הא.ק.ג לעבור במעגל בלבד. במקום לבחור מיד ערך קבלים זמין, כמו הרכיבים הקודמים, ערך הקבל הראשון, C2, נבחר על בסיס הנוסחה המופיעה להלן. מערך זה ניתן לחשב את כל ערכי הרכיבים האחרים ולאחר מכן להוסיף אותם למעגל תוך שמירה על הרווח שוב ל- 1V/V.

C2 ≈ 10/fc uf, כאשר fc הוא תדר החיתוך (150 הרץ במקרה זה).

לאחר מכן, ניתן לחשב את הערכים הנותרים כפי שמוצג בטבלה הכלולה כתמונה השנייה בשלב זה.

הערכים הסופיים שהוצבו בעבר בסכימה למעלה הם:

C2 = 66 nF

C1 = 33 nF

R1 = 22.47 קאוהם

R2 = 22.56 קאוהם

שלב 4: הכנת LabVIEW

החומרים היחידים הנדרשים לחלק זה של אוסף הא.ק.ג הם מחשב Windows המצויד בעותק של 64 סיביות של LabVIEW ולוח התניה לאותי מכשירים () עם מודול קלט יחיד. לאחר מכן יש לבנות את תרשים הבלוק הפונקציונאלי בתוך LabVIEW באופן הבא. התחל בפתיחת תרשים בלוק פונקציונלי ריק.

הכנס בלוק DAQ Assistant והתאם את ההגדרות להלן:

מדידה: אנלוגי → מתח

מצב: RSE

דגימה: דגימה רציפה

דגימות שנאספו: 2500

קצב דגימה: 1000 / sec

פלט את צורת הגל שנאספה לגרף של צורת גל. בנוסף, חשב את הערך המרבי של נתוני צורת הגל הנוכחית. הכפל את הערך המרבי של הגל בערך כגון.8 ליצירת סף לגילוי שיא, ניתן להתאים ערך זה בהתאם לרמת הרעש בתוך האות. הזן את המוצר של השלב הקודם כסף ומערך המתח הגולמי כנתוני הפונקציה "זיהוי שיא". לאחר מכן, קח את פלט "המיקום" של מערך זיהוי השיא וחסר את הערכים הראשונים והשניים. זה מייצג את ההבדל בערכי האינדקס של שתי הפסגות במערך הראשוני. לאחר מכן ניתן להמיר את זה להפרש זמן על ידי חלוקת הערך בקצב המדגם, במקרה לדוגמה זה 1000 /שניות. לבסוף, קח את ההפוך של ערך זה (נותן הרץ) וכפל ב- 60 כדי להשיג את קצב הלב בפעימות לדקה BPM. תרשים הבלוק הסופי עבור זה אמור להידמות לתמונת הכותרת לשלב זה.

שלב 5: שילוב מערכת מלא

כעת, לאחר שכל הרכיבים נבנו בנפרד, הגיע הזמן לחבר את הקניון. ניתן לעשות זאת על ידי חיווט פשוט של הפלט של קטע אחד לכניסה של הקטע הבא. יש לחבר את השלבים באותו הסדר שהם מופיעים במדריך זה. לשלב האחרון, מסנן ButterWorth, יש לחבר את הקלט שלו לאחד משני הלידים במודול הקלט של לוח מיזוג האות. יש לחבר את המוביל השני ממודול זה למעגל המשותף.

עבור מגבר המכשור, כל אחד מהלידים שלו צריך להיות מחובר לאלקטרודה של א.ק.ג/א.ק.ג. זה נעשה בקלות בעזרת שני קליפים של תנין. לאחר מכן, הניחו אלקטרודה אחת על כל פרק כף היד. ודא שכל מקטעי המעגל מחוברים וכי LabVIEW VI פועל והמערכת צריכה להוציא תרשים צורת גל בחלון LabVIEW.

הפלט אמור להיראות דומה לתמונה השנייה המסופקת בשלב זה. אם הוא אינו דומה, ייתכן שיהיה צורך להתאים את ערכי המעגל שלך. אחת הבעיות הנפוצות היא שמסנן החריצים לא יהיה מרוכז ישירות ב 60 הרץ ועשוי להיות מעט עד גבוה/נמוך. ניתן לבדוק זאת על ידי יצירת עלילת בודה למסנן. באופן אידיאלי, מסנן החריץ יהיה בעל הנחתה של 20 dB לפחות ב -60 הרץ. זה עשוי גם להיות שימושי לבדוק שהספק המקומי שלך מסופק ב 60 הרץ. אין זה נדיר שלחלק מהאזורים יש אספקת AC של 50 הרץ, הדבר יחייב לרכז את מסנן החריץ סביב ערך זה.