Κάντε το δικό σας ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ): 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:38

ΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ:

Δεν πρόκειται για ιατρική συσκευή. Αυτό είναι μόνο για εκπαιδευτικούς σκοπούς, χρησιμοποιώντας προσομοιωμένα σήματα. Εάν χρησιμοποιείτε αυτό το κύκλωμα για πραγματικές μετρήσεις ΗΚΓ, βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα και οι συνδέσεις κυκλώματος-οργάνου χρησιμοποιούν ισχύ μπαταρίας και άλλες κατάλληλες τεχνικές απομόνωσης.

[Εικόνα παρμένη από

Βήμα 1: Γνωρίστε τα πράγματα σας

Το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ) είναι ένα σημαντικό εργαλείο που χρησιμοποιείται από τους γιατρούς για την παρακολούθηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας της καρδιάς. Είναι χρήσιμο στη σύλληψη των πάντων, από ανώμαλους καρδιακούς ρυθμούς έως διάγνωση θερμικής ανεπάρκειας. Ακολουθώντας αυτό το Instructable, θα μπορέσετε να φτιάξετε μια συσκευή που εμφανίζει το ηλεκτροκαρδιογράφημα ενός ατόμου χρησιμοποιώντας μόνο τις βασικές δεξιότητες για το ψωμί και γενικό εξοπλισμό εργαστηρίου ηλεκτρονικών. Μόλις έχετε καλή έξοδο σήματος, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε αυτό το ίδιο σήμα για να υπολογίσετε τον παλμό, ή μια άλλη ενδιαφέρουσα μέτρηση χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή.

-

Εάν δεν γνωρίζετε τι είναι το ΗΚΓ, είναι απλώς μια καταγραφή της δραστηριότητας της καρδιάς. Λόγω της ηλεκτρικής φύσης των συσπάσεων της καρδιάς, μπορεί κανείς να καταγράψει τη μεταβολή της τάσης τοποθετώντας ηλεκτρόδια στο δέρμα και επεξεργάζοντας το σήμα. Το διάγραμμα αυτών των τάσεων με την πάροδο του χρόνου ονομάζεται ηλεκτροκαρδιογράφημα (συντομογραφία ΗΚΓ). Τα ΗΚΓ χρησιμοποιούνται συνήθως για τη διάγνωση διαφόρων μορφών καρδιακής ανεπάρκειας ή την παθητική παρακολούθηση του στρες των ασθενών. Ένα υγιές ΗΚΓ έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που είναι καθολικά μεταξύ των ανθρώπων. (Αυτό περιλαμβάνει ένα κύμα Ρ, κύμα Q, κύμα R, κύμα S, κύμα Τ και σύμπλεγμα QRS.) Έχω δώσει ένα απλοποιημένο διάγραμμα ενός ΗΚΓ με την αντίστοιχη αντίδραση της καρδιάς.

-

Σημειώστε ότι κάθε ηλεκτρικό συμβάν που συμβαίνει στα νεύρα της καρδιάς αντιστοιχεί σε ένα φυσικό γεγονός που συμβαίνει κατά συνέπεια στον μυϊκό ιστό και ενώ ένα μέρος της καρδιάς συστέλλεται, τα άλλα τμήματα χαλαρώνουν. Με αυτόν τον τρόπο, ο χρονισμός των ηλεκτρικών σημάτων είναι πολύ σημαντικός στην καρδιά, γεγονός που καθιστά το ΗΚΓ ένα πολύ ισχυρό εργαλείο για τη μέτρηση της υγείας της καρδιάς.

-

Για να καταγράψουμε όμως ένα πραγματικό ΗΚΓ, πολλά προβλήματα υλικοτεχνικής υποστήριξης μπαίνουν στο παιχνίδι, όπως το μέγεθος του σήματος, η ποσότητα θορύβου που προέρχεται από το υπόλοιπο σώμα και η ποσότητα θορύβου που προέρχεται από το περιβάλλον. Για να αντισταθμιστεί αυτό, σχεδιάζουμε ένα κύκλωμα που θα αποτελείται από 3 μέρη: έναν διαφορικό ενισχυτή για να αυξήσουμε το μέγεθος του σήματος μας, ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης για την εξάλειψη του θορύβου σημάτων υψηλής συχνότητας και ένα φίλτρο εγκοπών για την απομάκρυνση του θορύβου 60 Hz που είναι πάντα παρούσα σε κτίρια που τροφοδοτούνται με ρεύμα AC. Θα σας περιγράψω λεπτομερώς παρακάτω αυτά τα βήματα.

[Εικόνα από τη διεύθυνση

Βήμα 2: Συγκεντρώστε τα αναλώσιμά σας

Για αυτό το έργο θα χρειαστείτε:

- 1 μεγάλη σανίδα ψωμιού (αν έχετε 2 ή περισσότερα θα είναι πιο ωραία)

- 5 ενισχυτές γενικής χρήσης

(Χρησιμοποίησα το UA741 με +-15 V, βεβαιωθείτε ότι αυτά που επιλέγετε μπορούν να χειριστούν 15 βολτ, διαφορετικά θα χρειαστεί να προσαρμόσετε τις τιμές των παθητικών εξαρτημάτων σας και θα πρέπει να αρκεστείτε σε λιγότερη ενίσχυση)

Αντιστάσεις

o 2x 165 ωμ

o 3x 1k ohm

o 2x 15k ohm

o 2x 33k ohm

o 1x 42k ohm

o 2x 60k ohm

Πυκνωτές

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Πληθώρα ή άλματα καλωδίων

- Πηγή τάσης DC ικανή να παρέχει +-15 V

- Γεννήτρια λειτουργιών και παλμογράφο (κυρίως για αντιμετώπιση προβλημάτων)

- Τουλάχιστον τρία κολλώδη ηλεκτρόδια εάν σκοπεύετε να καταγράψετε ένα πραγματικό ΗΚΓ

- Αρκετά καλώδια για να συνδέσετε όλη αυτή την ανοησία

- Μια σταθερή κατανόηση των κυκλωμάτων, των ενισχυτών και της εμπειρίας με το breadboarding.

Εάν μόλις πήρατε ένα breadboard για τα γενέθλιά σας και θέλετε να δοκιμάσετε να φτιάξετε κάτι δροσερό με αυτό, κάντε τουλάχιστον μερικές απλούστερες κατασκευές πριν το δοκιμάσετε.

-

Βήμα 3: Δημιουργήστε τον διαφορικό ενισχυτή

Ο διαφορικός ενισχυτής είναι αυτό που θα ενισχύσει το ηχογραφημένο σήμα μας σε ένα εύχρηστο επίπεδο που θα εμφανίζεται σε ένα εύρος ή μια οθόνη. Αυτός ο σχεδιασμός κυκλώματος θα λάβει τη διαφορά τάσης από τα δύο ηλεκτρόδια εισόδου και θα την ενισχύσει. Αυτό γίνεται για τη μείωση του θορύβου, καθώς ο κοινός θόρυβος μεταξύ των ηλεκτροδίων θα εξαλειφθεί. Το σήμα του ΗΚΓ θα ποικίλει σε πλάτος ανάλογα με την τοποθέτηση των ηλεκτροδίων εγγραφής και του ατόμου, αλλά συνήθως είναι της τάξης λίγων χιλιοστών βολτ κατά την εγγραφή από τους καρπούς. (Ενώ δεν είναι απαραίτητο για αυτήν τη ρύθμιση, το πλάτος του σήματος μπορεί να αυξηθεί με την τοποθέτηση ηλεκτροδίων στο στήθος, αλλά η αντιστάθμιση είναι ο θόρυβος από την κίνηση των πνευμόνων.)

-

Έχω συμπεριλάβει ένα σχηματικό σχήμα της εγκατάστασης. Το κύκλωμα στην εικόνα θα πρέπει να ενισχύσει το σήμα σας ~ 1000 φορές. Mayσως χρειαστεί να το προσαρμόσετε ανάλογα με τον τύπο του ενισχυτή που αποφασίσατε να χρησιμοποιήσετε. Ένας γρήγορος τρόπος για να το προσαρμόσετε είναι να αλλάξετε την τιμή του R1. Μειώνοντας την τιμή του R1 στο μισό, θα διπλασιάσετε το κέρδος εξόδου και αντίστροφα.

-

Υποθέτω ότι οι περισσότεροι από εσάς μπορείτε να μεταφράσετε αυτό το κύκλωμα στο breadboard, παρόλα αυτά έχω συμπεριλάβει ένα διάγραμμα της ρύθμισης του breadboard για να εξορθολογιστεί η διαδικασία και ελπίζω να μειώσετε το χρόνο αντιμετώπισης προβλημάτων. Έχω συμπεριλάβει επίσης μια εικόνα του pinout UA741 (ή LM741) για τη διευκόλυνσή σας. (για τους σκοπούς σας δεν θα χρειαστείτε καρφίτσες 1, 5 ή 8) Οι ακίδες V + και V- στο op-amp θα συνδεθούν στην παροχή +15 V και -15 V αντίστοιχα. -15V δεν είναι το ίδιο με το έδαφος! Μπορείτε να αγνοήσετε τους πυκνωτές στο ψωμί μου. Είναι πυκνωτές παράκαμψης που προορίζονται για την απομάκρυνση του θορύβου AC, αλλά εκ των υστέρων δεν άξιζαν τον κόπο.

-

Σας συνιστώ να δοκιμάσετε κάθε στάδιο καθώς το ολοκληρώνετε για την αντιμετώπιση προβλημάτων. Όπως δείχνει το κύκλωμα, μπορείτε να συνδέσετε μία από τις εισόδους στη γείωση και την άλλη σε μια μικρή πηγή DC για να ελέγξετε την ενίσχυση. (βεβαιωθείτε ότι έχετε εισάγει <15 mV, διαφορετικά θα κορεστούν τα ενισχυτικά). Εάν πρέπει να μειώσετε το κέρδος σας για δοκιμές, μην το ιδρώσετε, οτιδήποτε πάνω από 500 φορές θα είναι αρκετό για τους σκοπούς μας. Επιπλέον, εάν φτιάξατε το κύκλωμά σας για να έχει κέρδος 1000 και δείχνει μόνο κέρδος 800, δεν είναι το τέλος του κόσμου, ο ακριβής αριθμός είναι μη κρίσιμος.

-

Βήμα 4: Δημιουργήστε το φίλτρο Notch

Τώρα που μπορούμε να ενισχύσουμε το σήμα μας, ας εξετάσουμε τον καθαρισμό του. Εάν συνδέσετε ηλεκτρόδια στο κύκλωμά μας αυτή τη στιγμή, πιθανότατα θα έχει έναν τόνο θορύβου 60 Hz. Αυτό επειδή τα περισσότερα κτίρια είναι καλωδιωμένα με ρεύμα AC 60 Hz προκαλώντας αναπόφευκτα μεγάλα σήματα θορύβου. Για να το διορθώσουμε αυτό, θα φτιάξουμε ένα φίλτρο εγκοπής 60 Hz. Ένα φίλτρο εγκοπών έχει σχεδιαστεί για να εξασθενεί πολύ συγκεκριμένες συχνότητες και να αφήνει άλλες συχνότητες ανέγγιχτες. ιδανικό για να απαλλαγείτε από θόρυβο 60 Hz.

-

Όπως και πριν, έχω συμπεριλάβει μια εικόνα του σχηματικού κυκλώματος, της ρύθμισης του breadboard και του δικού μου κυκλώματος. Σημειωτέον, ενώ το φίλτρο εγκοπών είναι σχετικά εύκολο να κατασκευαστεί, μου πήρε το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα για να δουλέψω. Η είσοδός μου εξασθένησε καλά, αλλά στα 63 Hz αντί των 60 Hz, κάτι που δεν θα το κόψει. Εάν αντιμετωπίζετε το ίδιο πρόβλημα, σας συνιστώ να αλλάξετε την τιμή σας R14. (Η αύξηση της αντίστασης του R14 θα μειώσει τη συχνότητα εξασθένησης και το αντίστροφο). Εάν διαθέτετε ένα μεταβλητό κιβώτιο αντίστασης, χρησιμοποιήστε το για να αντικαταστήσετε το R14 και στη συνέχεια το παιχνίδι με τιμές αντίστασης για να μάθετε τι ακριβώς λειτουργεί καλύτερα, καθώς θα είναι ευαίσθητο στις αλλαγές της τάξης του ενός ωμ. Κατέληξα με ένα R14 175 ωμ, αλλά θεωρητικά λειτουργεί καλύτερα για να ταιριάζει με το R12.

-

Και πάλι, μπορείτε να δοκιμάσετε αυτό το στάδιο χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια συναρτήσεων για να εισάγετε ένα ημιτονοειδές κύμα 60 Hz και να καταγράψετε την έξοδό σας σε έναν παλμογράφο. Η έξοδός σας πρέπει να είναι περίπου -20 dB ή το 10% του πλάτους της εισόδου. Όπως είπα και πριν, μπορείτε να ελέγξετε τις κοντινές συχνότητες για βελτιστοποίηση.

-

Βήμα 5: Δημιουργήστε το φίλτρο χαμηλής διέλευσης

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι η μείωση του θορύβου από το σώμα σας και ό, τι άλλο περιορίζει το δωμάτιο στο οποίο βρίσκεστε. Ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης είναι καλό για αυτό, επειδή, όσον αφορά τα σήματα, ο καρδιακός σας χτύπος είναι αρκετά αργός. Ο στόχος μας με το φίλτρο χαμηλής διέλευσης είναι να εξαλείψουμε όλα τα σήματα που περιέχουν συχνότητες υψηλότερες από το ΗΚΓ σας. Για να γίνει αυτό πρέπει να ορίσουμε μια "συχνότητα διακοπής". Στην περίπτωσή μας, τα πάντα πάνω από αυτήν τη συχνότητα θέλουμε να εξαλείψουμε και όλα κάτω από αυτήν τη συχνότητα θέλουμε να διατηρήσουμε. Ενώ ένας καρδιακός παλμός συμβαίνει στην τάξη 1 έως 3 Hertz, οι επιμέρους κυματομορφές που απαρτίζουν το ΗΚΓ μας αποτελούνται από συχνότητες πολύ υψηλότερες από αυτήν. κοντά σε 1 έως 50 Hertz. Εξαιτίας αυτού, επέλεξα μια συχνότητα διακοπής 80 Hz. Είναι αρκετά υψηλή για να διατηρεί όλα τα χρήσιμα στοιχεία στο σήμα, αλλά εξακολουθεί να μειώνει τον θόρυβο από το ραδιόφωνο HAM που έχετε στο διπλανό δωμάτιο.

-

Δεν έχω καμία συμβουλή σοφού για το φίλτρο χαμηλής διέλευσης, είναι πολύ απλό σε σύγκριση με τα άλλα στάδια. Ομοίως με τον ενισχυτή, μην ανησυχείτε για μια ακριβή διακοπή στα 80 Hz. αυτό δεν είναι κρίσιμο και δεν θα συμβεί ρεαλιστικά. Παρ 'όλα αυτά, θα πρέπει να ελέγξετε την έξοδο του χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια συναρτήσεων. Κατά κανόνα, ένα ημιτονοειδές κύμα πρέπει να περάσει από το φίλτρο άθικτο στα 10 Hz και πρέπει να κοπεί στο μισό κατά 130 Hz.

-

Βήμα 6: Συνδέστε το

Αν τα καταφέρατε είναι τόσο μακριά, συγχαρητήρια! Έχετε όλα τα συστατικά ενός ΗΚΓ. Το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να τα συνδέσετε μεταξύ τους, να χτυπήσετε τα ηλεκτρόδια και να συνδέσετε την έξοδο στο παλμογράφο για να δείτε το ΗΚΓ σας!

-

Σε περίπτωση που δεν είστε σίγουροι για το πώς να βάλετε ηλεκτρόδια, σας συνιστώ να κολλήσετε τα ηλεκτρόδια εισόδου στους καρπούς σας (ένα σε κάθε καρπό) και να συνδέσετε ένα ηλεκτρόδιο γείωσης στο πόδι σας (η εικόνα μπορεί να βοηθήσει.) Ως υπενθύμιση, κάθε ηλεκτρόδιο εισόδου πρέπει πηγαίνετε μια θετική είσοδο στα ενισχυτικά op στον ενισχυτή. (Γειώνεται μόνο στο διάγραμμα κυκλώματος για σκοπούς προσομοίωσης)

-

Μόλις συνδεθείτε, συνδέστε την έξοδο του φίλτρου χαμηλής διέλευσης σε έναν παλμογράφο και είστε περήφανοι για τον εαυτό σας! Βάλτε όλα τα παιδιά σας να βάλουν ηλεκτρόδια και να κοιτάξουν τους χτύπους της καρδιάς τους. Διάολε, κάνε τους γείτονές σου να το δοκιμάσουν. Εάν αισθάνεστε επιπλέον κίνητρο συνδέστε την έξοδο σε έναν μικροελεγκτή για να υπολογίσετε τον καρδιακό ρυθμό από το single. (Πιθανότατα θέλετε να μειώσετε την ενίσχυση πριν το κάνετε αυτό, μπορεί να τηγανίσει τον πίνακα που χρησιμοποιείτε). Ανεξάρτητα από αυτό, συγχαρητήρια για την κατασκευή και καλή προετοιμασία!

[Η εικόνα έχει ληφθεί από