Պարզ ԷՍԳ շրջան և LabVIEW Սրտի զարկերի ծրագիր. 6 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:51

Էլեկտրասրտագրությունը, կամ հետագայում կոչվում է ԷՍԳ, չափազանց հզոր ախտորոշման և մոնիթորինգի համակարգ է, որն օգտագործվում է բոլոր բժշկական պրակտիկայում: ԷՍԳ -ն օգտագործվում է սրտի էլեկտրական ակտիվությունը գրաֆիկորեն դիտելու համար `սրտի բաբախման կամ էլեկտրական ազդանշանների աննորմալությունները ստուգելու համար:

ԷԿԳ -ի ընթերցումից հիվանդների սրտի բաբախյունը կարող է որոշվել QRS համալիրների միջև ընկած ժամանակային հեռավորությամբ: Բացի այդ, կարող են հայտնաբերվել այլ բժշկական պայմաններ, ինչպիսիք են ՝ սպասվող սրտամկանի ինֆարկտը ST հատվածի բարձրությամբ: Նման ընթերցումները կարող են որոշիչ նշանակություն ունենալ հիվանդի ճիշտ ախտորոշման և բուժման համար: P ալիքը ցույց է տալիս սրտի նախասրտի կծկումը, QRS կորը `փորոքային կծկումը, իսկ T ալիքը` սրտի ռեպոլարիզացիան: Այսպիսի պարզ տեղեկությունների իմացությունը կարող է արագ ախտորոշել հիվանդներին սրտի աննորմալ ֆունկցիայի համար:

Բժշկական պրակտիկայում օգտագործվող ստանդարտ ԷՍԳ -ն ունի յոթ էլեկտրոդ, որոնք տեղադրված են մեղմ կիսաշրջանաձև ձևով `սրտի ստորին շրջանի շուրջ: Էլեկտրոդների այս տեղադրումը թույլ է տալիս նվազագույն աղմուկ ձայնագրելիս, ինչպես նաև թույլ է տալիս ավելի հետևողական չափումներ կատարել: Ստեղծված ԷՍԳ սխեմայի մեր նպատակի համար մենք կօգտագործենք ընդամենը երեք էլեկտրոդ: Դրական մուտքային էլեկտրոդը կտեղադրվի աջ ներքին դաստակի վրա, բացասական մուտքային էլեկտրոդը `ձախ ներքին դաստակի վրա, իսկ գրունտային էլեկտրոդը կկապվի կոճին: Սա թույլ կտա ընթերցումներ կատարել սրտով ՝ համեմատական ճշգրտությամբ: Էլեկտրոդների այս տեղադրմամբ, որոնք կապված են գործիքային ուժեղացուցիչի, ցածր անցման ֆիլտրի և խազ ֆիլտրի հետ, ԷՍԳ ալիքի ձևերը պետք է հեշտությամբ տարբերվեն որպես ստեղծված միացումից ելքային ազդանշան:

Նշում. Սա բժշկական սարք չէ: Սա կրթական նպատակների համար է `միայն մոդելավորված ազդանշանների օգտագործմամբ: Եթե այս սխեման օգտագործում եք ԷՍԳ իրական չափումների համար, համոզվեք, որ միացումն ու գործիքը միացումն օգտագործում են մեկուսացման համապատասխան տեխնիկա:

Քայլ 1. Կառուցեք գործիքավորման ուժեղացուցիչ

1000 կամ 60 դԲ շահույթ ունեցող բազմաստիճան գործիքակազմ կառուցելու համար պետք է կիրառվի հետևյալ հավասարումը.

Շահույթ = (1+2*R1/Վերստին)

R1- ը հավասար է գործիքային ուժեղացուցիչում օգտագործվող բոլոր ռեզիստորներին, բացի շահույթի ռեզիստորից, ինչը ինչ -որ իմաստով կհանգեցնի ամբողջ շահույթի ներգրավմանը ուժեղացուցիչի առաջին փուլում: Սա ընտրվել է 50,3 kΩ: Շահույթի ռեզիստորը հաշվարկելու համար այս արժեքը միացված է վերը նշված հավասարմանը:

1000 = (1+2*50300/Վերստին)

Վերադարձ = 100,7

Այս արժեքը հաշվարկելուց հետո գործիքավորման ուժեղացուցիչը կարող է կառուցվել որպես այս քայլում ցուցադրված հետևյալ սխեմա: OP/AMP- ները պետք է սնուցվեն դրական և բացասական 15 վոլտ հզորությամբ, ինչպես ցույց է տրված սխեմայի սխեմայում: Յուրաքանչյուր OP/AMP- ի շրջանցող կոնդենսատորները պետք է տեղադրվեն OP/AMP- ի մոտակայքում `էլեկտրամատակարարմամբ` էներգիայի աղբյուրից գետնին եկող AC ազդանշանը թուլացնելու համար `կանխելու OP/AMP- երի տապակումը և ցանկացած լրացուցիչ աղմուկ, որը կարող է նպաստել ազդանշանին: Բացի այդ, սխեմաների իրական շահույթը ստուգելու համար դրական էլեկտրոդի հանգույցին պետք է տրվի մուտքային սինուս ալիք, իսկ բացասական էլեկտրոդի հանգույցը `միացված գետնին: Սա թույլ կտա սխեմայի շահույթը ճշգրիտ կերպով տեսնել 15 մՎ -ից պակաս գագաթնակետին հասնող ազդանշանի գագաթնակետին:

Քայլ 2. Կառուցեք 2 -րդ կարգի ցածր փոխանցման զտիչ

2 -րդ կարգի ցածր փոխանցման զտիչ է օգտագործվել ԷԿԳ ազդանշանի հետաքրքրության հաճախականությունից բարձր աղմուկը հեռացնելու համար, որը 150 Հց էր:

2 -րդ կարգի ցածր անցման ֆիլտրի հաշվարկներում օգտագործվող K- ի արժեքը շահույթն է: Քանի որ մենք չենք ցանկանում որևէ շահույթ մեր ֆիլտրում, մենք ընտրեցինք շահույթի 1 արժեքը, ինչը նշանակում է, որ մուտքային լարումը հավասար կլինի ելքային լարման:

K = 1

Երկրորդ կարգի Butterworth ֆիլտրի համար, որը կօգտագործվի այս սխեմայի համար, a և b գործակիցները սահմանվում են ստորև: a = 1.414214 b = 1

Նախ, կոնդենսատորի երկրորդ արժեքը ընտրվում է համեմատաբար մեծ կոնդենսատոր, որը հեշտությամբ հասանելի է լաբորատորիայում և իրական աշխարհում:

C2 = 0.1 F

Առաջին կոնդենսատորի հաշվարկման համար օգտագործվում են դրա և երկրորդ կոնդենսատորի միջև հետևյալ հարաբերությունները: K, a և b գործակիցները միացվել են հավասարման մեջ ՝ հաշվարկելու, թե որն է այս արժեքը:

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

Քանի որ առաջին կոնդենսատորը հաշվարկվում է 50 nF- ից փոքր կամ հավասար, ընտրվել է հետևյալ կոնդենսատորի արժեքը:

C1 = 33 nF

Այս երկրորդ կարգի ցածր անցման ֆիլտրի համար անհրաժեշտ առաջին ռեզիստորը 150 Հց հաճախականությամբ կտրելու համար հետևյալ հավասարումը լուծվեց `օգտագործելով հաշվարկված կոնդենսատորի արժեքները և K, a և b գործակիցները: R1 = 2/[(անջատման հաճախականություն)*[aC2*sqrt ([(a^2+4b (K-1)) C2^2-4bC1C2])]

R1 = 9478 Օմ

Երկրորդ ռեզիստորը հաշվարկելու համար օգտագործվել է հետևյալ հավասարումը. Անջատման հաճախականությունը կրկին 150 Հց է, իսկ b գործակիցը `1:

R2 = 1/[bC1C2R1 (անջատման հաճախականություն)^2]

Ռ OP/AMP- ը սնուցվում է դրական և բացասական 15 վոլտ հզորությամբ, ինչպես ցույց է տրված դիագրամում: Շրջանցման կոնդենսատորները միացված են էներգիայի աղբյուրներին, որպեսզի աղբյուրից դուրս եկող ցանկացած AC ազդանշան շեղվի գետնին `ապահովելու համար, որ OP/AMP- ն այս ազդանշանից չի տապակվի: ԷՍԳ -ի միացման այս փուլը փորձարկելու համար մուտքային ազդանշանի հանգույցը պետք է միացված լինի սինուսային ալիքին և 1 Հց -ից մինչև 200 Հց հոսանքի հոսք կատարվի `տեսնելու, թե ինչպես է աշխատում զտիչը:

Քայլ 3: Կառուցեք Notch զտիչը

Notանապարհային զտիչը ցածր սխեմաների չափազանց կարևոր մասն է ցածր հաճախականության ազդանշանների չափման համար: Lowածր հաճախականությունների դեպքում 60 Հց AC աղմուկը չափազանց տարածված է, քանի որ դա Միացյալ Նահանգների շենքերում հոսող AC հոսանքի հաճախականությունն է: Այդ 60 Հց աղմուկն անհարմար է, քանի որ գտնվում է ԷՍԳ -ի անցման գոտու մեջտեղում, սակայն խազ ֆիլտրը կարող է հեռացնել որոշակի հաճախականություններ ՝ պահպանելով մնացած ազդանշանը: Այս խազի զտիչը նախագծելիս շատ կարևոր է ունենալ բարձրորակ գործոն ՝ Q, ապահովելու համար, որ անջատիչի գլանափաթեթը կտրուկ լինի հետաքրքրության կետի շուրջը: Ստորև մանրամասն ներկայացված են այն ակտիվ հաշվարկային ֆիլտրի կառուցման համար օգտագործվող հաշվարկները, որոնք կօգտագործվեն ԷԿԳ -ի միացումում:

Նախ հետաքրքրության հաճախականությունը `60 Հցը պետք է փոխակերպվի Հց -ից ռադիոժամ/վրկ:

հաճախականություն = 2*pi*հաճախականություն

հաճախականություն = 376,99 ռադ/վայրկյան

Հաջորդը, պետք է հաշվարկվի հաճախականությունների կրճատման թողունակությունը: Այս արժեքները որոշվում են այն ձևով, որն ապահովում է, որ հետաքրքրության հիմնական հաճախականությունը `60 Հց, ամբողջովին անջատված է, և միայն մի քանի շրջապատող հաճախականություններ են փոքր -ինչ ազդվում:

Թողունակություն = Cutoff2-Cutoff1

Թողունակություն = 37.699 Որակի գործոնը պետք է որոշվի հաջորդիվ: Որակի գործոնը որոշում է, թե որքան կտրուկ է խազը և որքան նեղ է սկսվում անջատումը: Սա հաշվարկվում է թողունակության և հետաքրքրության հաճախականության հիման վրա: Q = հաճախականություն/գոտու լայնություն

Q = 10

Այս զտիչի համար ընտրվում է կոնդենսատորի մատչելի արժեքը: Կոնդենսատորը կարիք չունի մեծ լինել և միանշանակ չպետք է չափազանց փոքր լինի:

C = 100 nF

Այս ակտիվ խազի ֆիլտրում օգտագործված առաջին դիմադրությունը հաշվարկելու համար օգտագործվել է հետևյալ հարաբերությունը `ներառելով որակի գործոնը, հետաքրքրության հաճախականությունը և ընտրված կոնդենսատորը:

R1 = 1/[2QC*հաճախականություն]

R1 = 1326.29 Օմ

Այս ֆիլտրում օգտագործվող երկրորդ դիմադրությունը հաշվարկվում է ՝ օգտագործելով հետևյալ հարաբերությունները:

R2 = 2Q/[հաճախականությունը*C]

R2 = 530516 Օմ

Այս ֆիլտրի վերջնական դիմադրությունը հաշվարկվում է `օգտագործելով նախորդ երկու դիմադրության արժեքներ: Ակնկալվում է, որ այն շատ նման կլինի առաջին հաշվարկված դիմադրությանը:

R3 = R1*R2/[R1+R2]

R3 = 1323 Օմ

Այն բանից հետո, երբ բոլոր բաղադրիչների արժեքները հաշվարկվեն `օգտագործելով վերը նկարագրված հավասարումները, պետք է կառուցվի հետևյալ խորշ ֆիլտրը` 60 Հց հաճախականությամբ AC աղմուկը ճշգրիտ զտելու համար, որը կխափանի ԷԿԳ ազդանշանը: OP/AMP- ը պետք է սնուցվի դրական և բացասական 15 վոլտ հզորությամբ, ինչպես ցույց է տրված ստորև տրված սխեմայում: Շրջանցիկ կոնդենսատորները միացված են OP/AMP- ի էներգիայի աղբյուրներից, այնպես որ էներգիայի աղբյուրից եկող ցանկացած AC ազդանշան շեղվում է գետնին `ապահովելու համար, որ OP/AMP- ը չի տապակվի: Շղթայի այս հատվածը փորձարկելու համար մուտքային ազդանշանը պետք է միացված լինի սինուսային ալիքին և պետք է իրականացվի AC մաքրում 40 Հց -ից մինչև 80 Հց `60 Հց ազդանշանի զտումը տեսնելու համար:

Քայլ 4: Ստեղծեք LabVIEW ծրագիր ՝ սրտի բաբախյունը հաշվարկելու համար

LabVIEW- ը օգտակար գործիք է գործարկվող գործիքների, ինչպես նաև տվյալների հավաքագրման համար: ԷՍԳ տվյալների հավաքման համար օգտագործվում է DAQ տախտակ, որը կարդալու է մուտքային լարումները 1 կՀց ընտրանքային արագությամբ: Այս մուտքային լարումները այնուհետև դուրս են գալիս գծապատկեր, որն օգտագործվում է ԷԿԳ ձայնագրությունը ցուցադրելու համար: Տվյալները, որոնք հավաքվում են, անցնում են առավելագույն որոնիչով, որը թողարկում է ընթերցված առավելագույն արժեքները: Այս արժեքները թույլ են տալիս առավելագույն գագաթնակետի շեմը հաշվարկել ելքային առավելագույնների 98% -ի չափով: Հետո, գագաթնակետային դետեկտորն օգտագործվում է որոշելու համար, թե երբ տվյալներն ավելի մեծ են, քան այդ շեմը: Այս տվյալները գագաթների միջև ընկած ժամանակահատվածի հետ միասին կարող են օգտագործվել սրտի բաբախյունը որոշելու համար: Այս պարզ հաշվարկը ճշգրիտ կերպով կորոշի DAQ տախտակի ընթերցած մուտքային լարումներից սրտի բաբախյունը:

Քայլ 5: Փորձարկում:

Ձեր սխեմաները կառուցելուց հետո դուք պատրաստ եք դրանք գործի դնել: Նախ, յուրաքանչյուր փուլ պետք է ստուգվի 0,05 Հց -ից մինչև 200 Հց հաճախականությունների փոփոխական հոսքով: Մուտքային լարումը պետք է լինի ոչ ավելի, քան 15 մՎ գագաթնակետից գագաթնակետին, որպեսզի ազդանշանը չմշակվի OP/AMP սահմանափակումներով: Հաջորդը, միացրեք բոլոր սխեմաները և կրկին գործարկեք ամբողջական AC մաքրում `համոզվելու համար, որ ամեն ինչ ճիշտ է աշխատում: Այն բանից հետո, երբ դուք բավարարված եք ձեր ամբողջական շրջանի թողարկումով, ժամանակն է ինքներդ ձեզ միանալ դրան: Տեղադրեք դրական էլեկտրոդը ձեր աջ դաստակի վրա, իսկ բացասական էլեկտրոդը `ձեր ձախ դաստակի վրա: Տեղադրեք էլեկտրոդը ձեր կոճին: Միացրեք ամբողջական սխեմայի ելքը ձեր DAQ տախտակին և գործարկեք LabVIEW ծրագիրը: Ձեր ԷԿԳ ազդանշանը այժմ պետք է տեսանելի լինի համակարգչի ալիքի ձևի գրաֆիկի վրա: Եթե այն չի կամ աղավաղված է, փորձեք իջեցնել շրջանի շահույթը մոտ 10 -ի ՝ համապատասխանաբար փոխելով շահույթի ռեզիստորը: Սա պետք է թույլ տա ազդանշանը կարդալ LabVIEW ծրագիրը: