מעגל הקלטת א.ק.ג פשוט ומד דופק LabVIEW: 5 שלבים

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

זה אינו מכשיר רפואי. זה מיועד למטרות חינוכיות בלבד באמצעות אותות מדומים. אם אתה משתמש במעגל זה למדידות א.ק.ג אמיתיות, אנא ודא שהמעגל וחיבורי המעגל למכשיר משתמשים בטכניקות בידוד נאותות

אחד ההיבטים הבסיסיים ביותר של בריאות מודרנית, הוא היכולת ללכוד גל לב באמצעות א.ק.ג, או אלקטרוקרדיוגרמה. טכניקות אלה משתמשות באלקטרודות פני השטח כדי למדוד את הדפוסים החשמליים השונים הנפלטים מהלב, כך שניתן להשתמש בפלט ככלי אבחון לאבחון מצבי לב וריאה כגון צורות שונות של טכיקרדיה, בלוק ענפים והיפרטרופיה. כדי לאבחן מצבים אלה, צורת גל הפלט מושווה לאות ECG רגיל.

על מנת ליצור מערכת שיכולה להשיג את צורת גל ה- ECG, תחילה יש להגביר את האות ולאחר מכן לסנן כראוי להסרת רעש. לשם כך ניתן לבנות מעגל תלת שלבי באמצעות מגברי OP.

מדריך זה יספק את המידע הדרוש לתכנון ולאחר מכן בניית מעגל פשוט המסוגל להקליט אות א.ק.ג באמצעות אלקטרודות פני השטח, ולאחר מכן סינון האות להמשך עיבוד וניתוח. בנוסף, הוראה זו תתאר טכניקה אחת המשמשת לניתוח האות על מנת ליצור ייצוג גרפי של פלט המעגל, וכן שיטה לחישוב קצב הלב מפלט מעגל ECG.

הערה: בעת עיצוב כל שלב, הקפד לבצע טאטואי AC הן בניסוי והן באמצעות סימולציות כדי להבטיח את התנהגות המעגל הרצויה.

שלב 1: תכנן ובנה את מגבר המכשור

השלב הראשון במעגל א.ק.ג זה מגבר מכשור, המורכב משלושה מגברי OP. שני מגברי ה- OP הראשונים הם כניסות שנאגרו, אשר מוזנות לאחר מכן למגבר OP שלישי המתפקד כמגבר דיפרנציאלי. האותות מהגוף חייבים להיאגר, אחרת הפלט יפחת מכיוון שהגוף אינו יכול לספק הרבה זרם. המגבר הדיפרנציאלי לוקח את ההבדל בין שני מקורות הקלט כדי לספק הבדל פוטנציאלי מדיד, ובמקביל מבטל את הרעש הנפוץ. לשלב זה יש גם רווח של 1000, המעצים את ה- mV הטיפוסי למתח קריא יותר.

רווח המעגל של 1000 עבור מגבר המכשור מחושב על ידי המשוואות המוצגות. רווח שלב 1 של מגבר המכשור מחושב על ידי (2), ורווח שלב 2 של מגבר המכשור מחושב על ידי (3). K1 ו- K2 חושבו כך שלא היו שונים זה מזה ביחס לערך של 15.

עבור רווח של 1000, K1 יכול להיות מוגדר ל- 40 ו- K2 יכול להיות מוגדר ל- 25. ניתן לחשב את כל ערכי הנגד, אך מגבר מכשור מסוים זה השתמש בערכי הנגד להלן:

R1 = 40 kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = 100 kΩ

שלב 2: תכנן ובנה את מסנן החריץ

השלב הבא הוא מסנן חריץ להסרת האות של 60 הרץ שמגיע משקע החשמל.

במסנן החריץ, ערך הנגד של R1 מחושב על ידי (4), הערך של R2 על (5) והערך של R3 על (6). גורם האיכות של המעגל, Q, מוגדר ל- 8 מכיוון שזה נותן מרווח שגיאות סביר תוך שהוא מדויק מבחינה ריאלית. ניתן לחשב את ערך Q על ידי (7). המשוואה השלטונית האחרונה של מסנן החריץ משמשת לחישוב רוחב הפס, ומתוארת על ידי (8). בנוסף לגורם האיכות של 8, למסנן החריץ היו מפרטי עיצוב אחרים. מסנן זה נועד לקבל רווח של 1 כך שהוא לא ישנה את האות, בעוד שהוא מסיר את האות של 60 הרץ.

על פי משוואות אלה, R1 = 11.0524 kΩ, R2 = 2.829 MΩ, R3 = 11.009 kΩ ו- C1 = 15 nF

שלב 3: תכנן ובנה את מסנן ה- Low Pass Pass מסדר שני

השלב הסופי הוא מסנן מעבר נמוך להסרת כל האותות שיכולים להתרחש מעל רכיב התדר הגבוה ביותר של גל אק"ג, כגון רעש WiFi ואותות סביבה אחרים שעלולים להסיח את הדעת מאות העניין. נקודת -3dB לשלב זה צריכה להיות בסביבות 150 הרץ או בקרבתה, שכן טווח האותות הסטנדרטי הקיים בטווח גל אק"ג בין 0.05 הרץ ל -150 הרץ.

בעת תכנון מסנן Butterworth מסדר שני של מעבר נמוך, המעגל שוב מוגדר בעל רווח של 1, מה שאפשר עיצוב מעגל פשוט יותר. לפני ביצוע חישובים נוספים, חשוב לציין שתדירות החיתוך הרצויה של מסנן המעבר הנמוך מוגדרת ל- 150 הרץ. הכי קל להתחיל בחישוב הערך של הקבל 2, C2, שכן משוואות אחרות תלויות בערך זה. ניתן לחשב את C2 על ידי (9). מתוך חישוב C2, ניתן לחשב את C1 על ידי (10). במקרה של מסנן נמוך נמוך זה, המקדמים a ו- b מוגדרים כאשר a = 1.414214, ו- b = 1. ערך הנגד של R1 מחושב על ידי (11), וערך הנגד של R2 מחושב על ידי (12).

נעשה שימוש בערכים הבאים:

R1 = 13.842kΩ

R2 = 54.36kΩ

C1 = 38 nF

C1 = 68 nF

שלב 4: הגדר את תוכנית LabVIEW המשמשת לרכישת וניתוח נתונים

לאחר מכן, ניתן להשתמש בתוכנת המחשב LabView ליצירת משימה שתיצור ייצוג גרפי של פעימות לב מאות א.ק.ג, ולחשב את קצב הלב מאותו אות. תוכנית LabView משיגה זאת על ידי קבלת תחילה קלט אנלוגי מלוח DAQ, המשמש גם כממיר אנלוגי לדיגיטלי. אז אות דיגיטלי מנותח ונוסח עוד יותר, כאשר העלילה מציגה את הייצוג הגרפי של האות שנכנס ללוח DAQ. צורת גל האות מנותחת על ידי לקיחת 80% מערכי המקסימום של האות הדיגיטלי המתקבל, ולאחר מכן משתמשת בפונקציית גלאי שיא כדי לזהות את פסגות האות הללו. במקביל, התוכנית לוקחת את צורת הגל ומחשבת את הפרש הזמן בין פסגות צורת הגל. איתור השיא מצורף לערכים נלווים של 1 או 0, כאשר 1 מייצג שיא ליצירת אינדקס של מיקום הפסגות, ומדד זה משמש לאחר מכן יחד עם הפרש הזמן בין הפסגות לחישוב מתמטי של קצב הלב ב- פעימות לדקה (BPM). מוצגת תרשים החסימה ששימש בתוכנית LabView.

שלב 5: הרכבה מלאה

לאחר שבנית את כל המעגלים ותוכנית LabVIEW והבטחת שהכל פועל כראוי, אתה מוכן להקליט אות א.ק.ג. בתמונה ניתן לראות סכמטי אפשרי של מכלול מערכת המעגלים המלאה.

חבר את האלקטרודה החיובית לפרק כף היד הימנית שלך ואחת מכניסות מגבר המכשור המוקף, ואת האלקטרודה השלילית לשורש כף היד השמאלית ולכניסה של מגבר המכשור השני כפי שמוצג בתמונה. סדר הכניסה לאלקטרודה לא משנה. לבסוף, הניחו אלקטרודה קרקעית על הקרסול, והתחברו לאדמה במעגל שלכם. ברכותינו, סיימת את כל השלבים הדרושים להקלטה ולאות אק ג.