מעגל א.ק.ג פשוט ותוכנית קצב הלב LabVIEW: 6 שלבים

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

אלקטרוקרדיוגרמה, או המכונה עוד א.ק.ג, היא מערכת אבחון וניטור עוצמתית ביותר המשמשת את כל השיטות הרפואיות. בדיקות א.ק.ג משמשות לצפייה בפעילות החשמלית של הלב באופן גרפי כדי לבדוק אם אין חריגות בקצב הלב או באיתות חשמלי.

מקריאת א.ק.ג., ניתן לקבוע את קצב הלב של המטופלים לפי מרווח הזמן בין מתחמי QRS. בנוסף, ניתן לזהות מצבים רפואיים אחרים כגון התקף לב ממתין על ידי גובה קטע ST. קריאות כאלה יכולות להיות קריטיות לאבחון וטיפול נכון של מטופל. גל P מראה את התכווצות אטריום הלב, עקומת QRS היא התכווצות החדר, וגל T הוא ריפולזציה של הלב. הכרת מידע פשוט כמו זה יכולה לאבחן חולים במהירות לתפקוד לב לא תקין.

א.ק.ג סטנדרטי המשמש בתרגול הרפואי כולל שבע אלקטרודות הממוקמות בתבנית חצי עגולה קלה סביב האזור התחתון של הלב. מיקום זה של אלקטרודות מאפשר רעש מינימלי בעת ההקלטה ומאפשר מדידות עקביות יותר. לצורך מטרת מעגל האק ג שנוצר, נשתמש רק בשלוש אלקטרודות. אלקטרודת הכניסה החיובית תוצב על פרק כף היד הפנימית הימנית, אלקטרודת הקלט השלילית תונח על פרק כף היד הפנימית השמאלית, והאלקטרודה הקרקע תחובר לקרסול. זה יאפשר קריאה על פני הלב בדיוק יחסית. עם מיקום זה של אלקטרודות המחוברות למגבר מכשור, מסנן מעבר נמוך ומסנן חריץ, צורות גל א.ק.ג צריכות להיות מובנות בקלות כאות פלט מהמעגל שנוצר.

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

שלב 1: בנה מגבר מכשור

כדי לבנות מכשיר רב שלבי בעל רווח של 1000 או 60 dB, יש להחיל את המשוואה הבאה.

רווח = (1+2*R1/Rgain)

R1 שווה לכל הנגדים המשמשים את מגבר המכשור מלבד הנגד הגובר אשר במובן מסוים יגרום לכל הרווח להיות מעורב בשלב הראשון של המגבר. זה נבחר להיות 50.3 kΩ. כדי לחשב את הנגד רווח, ערך זה מחובר למשוואה לעיל.

1000 = (1+2*50300/Rgain)

Rgain = 100.7

לאחר חישוב ערך זה, ניתן לבנות את מגבר המכשור כמעגל הבא המוצג בשלב זה. יש להפעיל את OP/AMP עם 15 וולט חיוביים ושליליים כפי שמוצג בתרשים המעגל. יש למקם את קבלים המעקפים עבור כל OP/AMP בסמוך ל- OP/AMP בסדרה עם ספק הכוח כדי לדכא כל אות AC שמגיע ממקור החשמל לקרקע כדי למנוע מ- OP/AMP להיטגן וכל רעש נוסף שעלול לתרום לאות. כמו כן, כדי לבדוק את הרווח האמיתי של המעגלים, יש לתת לצומת האלקטרודה החיובית גל סינוס קלט ולחבר את צומת האלקטרודה השלילית לאדמה. זה יאפשר לראות את הרווח של המעגל במדויק עם אות קלט של פחות מ -15 mV שיא לשיא.

שלב 2: בנה את מסנן ה- Low Pass של ההזמנה השנייה

מסנן מעבר נמוך מהסדר השני שימש להסרת רעש מעל תדירות העניין של אות ה- ECG שהיה 150 הרץ.

ערך K המשמש בחישובים למסנן המעבר הנמוך מהסדר השני הוא הרווח. מכיוון שאיננו רוצים כל רווח במסנן שלנו, בחרנו בערך רווח של 1 שמשמעותו מתח הכניסה יהיה שווה למתח המוצא.

K = 1

למסנן Butterworth מסדר שני אשר ישמש עבור מעגל זה, מקדמי a ו- b מוגדרים להלן. a = 1.414214 b = 1

ראשית, ערך הקבל השני נבחר להיות קבל גדול יחסית הזמין במעבדה ובעולם האמיתי.

C2 = 0.1 F

לחישוב הקבל הראשון משתמשים ביחסים הבאים בינו לבין הקבל השני. מקדמי K, a ו- b חוברו למשוואה כדי לחשב מה ערך זה צריך להיות.

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

מכיוון שהקבל הראשון מחושב שהוא פחות או שווה ל- 50 nF, ערך הקבלים הבא נבחר.

C1 = 33 nF

כדי לחשב את הנגד הראשון הדרוש למסנן מעבר נמוך מסדר שני זה עם תדר ניתוק של 150 הרץ, נפתרה המשוואה הבאה באמצעות ערכי קבלים מחושבים ועם המקדמים K, a ו- b. R1 = 2/[(תדר ניתוק)*[aC2*sqrt ([(a^2+4b (K-1)) C2^2-4bC1C2]

R1 = 9478 אוהם

לחישוב הנגד השני נעשה שימוש במשוואה הבאה. תדירות הניתוק שוב היא 150 הרץ ומקדם b הוא 1.

R2 = 1/[bC1C2R1 (תדירות ניתוק)^2]

R2 = 35.99 kOhm לאחר חישוב הערכים לעיל עבור הנגדים והקבלים הדרושים למסנן חריץ ממדרגה שנייה, נוצר המעגל הבא כדי להציג את מסנן הנמוך הפעיל שישמש. ה- OP/AMP מופעל עם 15 וולט חיובי ושלילי כפי שמוצג בתרשים. קבלים עוקפים מחוברים למקורות החשמל כך שכל אות AC שיוצא מהמקור יוסט לקרקע כדי להבטיח שה OP/AMP לא יטוגן על ידי אות זה. כדי לבדוק שלב זה של מעגל הא.ק.ג, יש לחבר את צומת אות הכניסה לגל סינוס ולבצע טאטת AC מ -1 הרץ עד 200 הרץ כדי לראות כיצד המסנן פועל.

שלב 3: בנה את מסנן החריץ

מסנן החריצים הוא חלק חשוב ביותר במעגלים רבים למדידת אותות בתדר נמוך. בתדרים נמוכים, רעש AC של 60 הרץ נפוץ ביותר מכיוון שהוא תדירות זרם ה- AC שעובר בבניינים בארצות הברית. רעש זה של 60 הרץ אינו נוח כפי שהוא באמצע פס המעבר לאק ג, אך מסנן חריץ יכול להסיר תדרים ספציפיים תוך שמירה על שאר האות. בעת תכנון מסנן החריצים הזה, חשוב מאוד שיהיה גורם איכותי, Q, על מנת להבטיח שגלול החיתוך יהיה חד סביב נקודת העניין. להלן פירוט החישובים המשמשים לבניית מסנן חריץ פעיל שישמש במעגל הא.ק.ג.

ראשית יש להמיר את תדר העניין, 60 הרץ מהרץ לרד/ש.

תדר = 2*pi*תדר

תדירות = 376.99 ראד/שנייה

לאחר מכן, יש לחשב את רוחב הפס של קיצוץ התדרים. ערכים אלה נקבעים באופן המבטיח כי התדר העיקרי של העניין, 60 הרץ, ינותק לחלוטין ורק כמה תדרים מסביב מושפעים מעט.

רוחב פס = Cutoff2-Cutoff1

רוחב פס = 37.699 בשלב הבא יש לקבוע את גורם האיכות. גורם האיכות קובע עד כמה החריץ חד ועד כמה הצמצום מתחיל. זה מחושב באמצעות רוחב הפס ותדירות הריבית. ש = תדר/רוחב פס

ש = 10

ערך קבל זמין נבחר עבור מסנן זה. הקבל לא צריך להיות גדול ובהחלט לא צריך להיות קטן מדי.

C = 100 nF

כדי לחשב את הנגד הראשון המשמש במסנן חריץ פעיל זה, נעשה שימוש במערכת היחסים הבאה הכוללת את גורם האיכות, תדירות העניין והקבל שנבחר.

R1 = 1/[2QC*תדירות]

R1 = 1326.29 אוהם

הנגד השני המשמש במסנן זה מחושב באמצעות הקשר הבא.

R2 = 2Q/[תדירות*C]

R2 = 530516 אוהם

הנגד הסופי של מסנן זה מחושב באמצעות שני ערכי הנגד הקודמים. הוא צפוי להיות דומה מאוד לנגד הראשון המחושב.

R3 = R1*R2/[R1+R2]

R3 = 1323 אוהם

לאחר חישוב כל ערכי הרכיבים באמצעות המשוואות שתוארו לעיל, יש לבנות את מסנן החריצים הבא כדי לסנן במדויק את רעש ה- AC של 60 הרץ שישבש את אות הא.ק.ג. יש להפעיל את ה- OP/AMP עם 15 וולט חיוביים ושליליים כפי שמוצג במעגל שלהלן. קבלים עוקפים מחוברים ממקורות החשמל ב- OP/AMP כך שכל אות AC המגיע ממקור החשמל יוסט לקרקע על מנת להבטיח שה- OP/AMP לא יטוגן. כדי לבדוק חלק זה של המעגל, אות הכניסה. צריך להיות מחובר לגל סינוס ויש לבצע טאטת AC מ -40 הרץ עד 80 הרץ כדי לראות את הסינון של האות של 60 הרץ.

שלב 4: צור תוכנית LabVIEW לחישוב קצב הלב

LabVIEW הוא כלי שימושי להפעלת מכשירים וכן לאיסוף נתונים. כדי לאסוף נתוני א.ק.ג., נעשה שימוש בלוח DAQ שיקרא את מתח הכניסה בקצב דגימה של 1 קילוהרץ. מתחי כניסה אלה יוצאים לאחר מכן לעלילה המשמשת להצגת הקלטת הא.ק.ג. הנתונים שנאספים עוברים אחר כך מאתר מקסימלי המפיק את הערכים המרביים הנקראים. ערכים אלה מאפשרים חישוב סף שיא ב -98% מהתפוקה המרבית. לאחר מכן, גלאי שיא משמש כדי לקבוע מתי הנתונים גדולים מסף זה. ניתן להשתמש בנתונים אלה יחד עם הזמן בין הפסגות לקביעת קצב הלב. חישוב פשוט זה יקבע במדויק את קצב הלב ממתחי הכניסה הנקראים על ידי לוח DAQ.

שלב 5: בדיקה

לאחר בניית המעגלים שלך אתה מוכן להפעיל אותם! ראשית, כל שלב צריך להיבדק בעזרת טאטת AC של תדרים מ 0.05 Hz עד 200 Hz. מתח הכניסה לא צריך להיות גדול מ- 15 mV לשיא לשיא, כך שהאות לא ייסגר על ידי מגבלות OP/AMP. לאחר מכן, חבר את כל המעגלים והפעל שוב טאטא AC מלא כדי לוודא שהכל פועל כראוי. אחרי שאתה מרוצה מהתפוקה של המעגל השלם שלך הגיע הזמן לחבר את עצמך אליו. הנח את האלקטרודה החיובית על פרק כף היד הימנית ואת האלקטרודה השלילית על פרק כף היד השמאלית. שים את האלקטרודה הקרקעית על הקרסול שלך. חבר את פלט המעגל השלם ללוח ה- DAQ והפעל את תוכנית LabVIEW. כעת אמור להיות אות ה- ECG שלך גלוי בגרף צורת הגל במחשב. אם זה לא או מעוות נסה להוריד את הרווח של המעגל לכ -10 על ידי שינוי הנגד הגובר בהתאם. זה אמור לאפשר את קריאת האות על ידי תוכנית LabVIEW.