ΗΚΓ και Παρακολούθηση καρδιακού ρυθμού: 6 βήματα

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

Το ηλεκτροκαρδιογράφημα, που ονομάζεται επίσης ΗΚΓ, είναι μια εξέταση που ανιχνεύει και καταγράφει την ηλεκτρική δραστηριότητα της ανθρώπινης καρδιάς. Ανιχνεύει τον καρδιακό ρυθμό και τη δύναμη και το χρόνο των ηλεκτρικών παλμών που διέρχονται από κάθε τμήμα της καρδιάς, η οποία είναι σε θέση να εντοπίσει καρδιακά προβλήματα όπως καρδιακές προσβολές και αρρυθμίες. Το ΗΚΓ στα νοσοκομεία περιλαμβάνει δώδεκα ηλεκτρόδια στο δέρμα στο στήθος, τα χέρια και τα πόδια. Σε αυτό το δυσεπίλυτο, χρησιμοποιούμε μόνο τρία ηλεκτρόδια, ένα για κάθε καρπό ως δύο θέσεις εγγραφής και ένα για τον δεξιό αστράγαλο ως έδαφος. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι δεν πρόκειται για ιατρική συσκευή. Αυτό είναι για εκπαιδευτικούς σκοπούς μόνο χρησιμοποιώντας προσομοιωμένα σήματα. Εάν χρησιμοποιείτε αυτό το κύκλωμα για πραγματικές μετρήσεις ΗΚΓ, βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα και οι συνδέσεις κυκλώματος-οργάνου χρησιμοποιούν κατάλληλες τεχνικές απομόνωσης.

Για να αποκτήσουμε και να αναλύσουμε ένα σήμα ανθρώπινου ΗΚΓ, χρειαζόμαστε έναν ενισχυτή οργάνων που ενισχύει το σήμα εισόδου κατά 1000, ένα φίλτρο εγκοπών που αφαιρεί τον θόρυβο εναλλασσόμενου ρεύματος (60 Hz) και ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης που φιλτράρει άλλους θορύβους άνω των 250 Hz. Χρησιμοποιείται διακοπή 250Hz επειδή το εύρος συχνοτήτων ενός ανθρώπινου ΗΚΓ είναι μεταξύ 0-250Hz

Βήμα 1: Υλικά

Γεννήτρια λειτουργιών, Τροφοδοτικό, Παλιοσκόπιο, Breadboard.

Αντιστάσεις: 1k - 500k ohm

Πυκνωτές: 20 - 100 nF

Λειτουργικός ενισχυτής x5 (UA741)

Βήμα 2: Δημιουργήστε τον ενισχυτή οργάνων

Αναφερόμενος στο κύκλωμα και τις εξισώσεις του ενισχυτή οργάνων. Πρέπει πρώτα να υπολογίσουμε τις σωστές τιμές αντίστασης. Δεδομένου ότι ο ενισχυτής οργάνων έχει 2 στάδια, υπάρχουν δύο ξεχωριστά κέρδη, k1 και k2. Δεδομένου ότι χρειαζόμαστε κέρδος 1000, το k1 πολλαπλασιασμένο με k2 πρέπει να είναι ίσο με χίλια. Σε αυτό το σεμινάριο χρησιμοποιήσαμε τις ακόλουθες τιμές, μη διστάσετε να αλλάξετε αυτές τις τιμές εάν δεν έχετε μεγάλη γκάμα αντιστάσεων.

R1 = 1000Ω, R2 = 15000Ω άρα, K1 = 1+(2*15000)/1000 = 31R3 = 1000Ω, R4 = 32000Ω, K2 = 32000/1000 = 32

Τώρα που ξέρετε τι τιμές αντίστασης χρειάζεστε, προχωρήστε και κάντε το κύκλωμα.

Για να δοκιμάσετε τον ενισχυτή οργάνων, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια γεννήτρια συναρτήσεων για να δημιουργήσετε ένα ημιτονοειδές κύμα με ένα γνωστό εύρος, να το συνδέσετε στην είσοδο του κυκλώματος και να συνδέσετε την έξοδο του ενισχυτή σε έναν παλμογράφο, θα πρέπει να δείτε ένα ημιτονοειδές κύμα με ένα πλάτος 1000 φορές μεγαλύτερο από το ημιτονοειδές κύμα

Βήμα 3: Δημιουργία φίλτρου εγκοπών

Παρόμοια με τον ενισχυτή οργάνων, ανατρέξτε στο κύκλωμα και τις εξισώσεις για να βρείτε τις κατάλληλες τιμές εξαρτήματος. Γνωρίζουμε ότι σε αυτό το φίλτρο εγκοπής, πρέπει να κόψουμε συχνότητες 60Hz, επομένως το f0 είναι 60Hz, θα χρησιμοποιήσουμε επίσης έναν συντελεστή ποιότητας 8 που θα μας έδινε καλή ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας αυτές τις τιμές, μπορούμε τώρα να βρούμε τις κατάλληλες τιμές συστατικών:

C = 100 nF, Q = 8, w0 = 2ℼf = 2*pi*60 = 120pi

R1 = 1/(2*8*120*pi*100*10^-9) = 1658Ω

R2 = (2*8)/(120*pi*100*10^-9) = 424kΩ

R3 = (1658*424000)/(1658+424000) = 1651Ω

Τώρα που γνωρίζετε τις τιμές των εξαρτημάτων που χρειάζεστε προχωρήστε και δημιουργήστε το κύκλωμα. Όχι ότι θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε αντιστάσεις παράλληλα ή σε σειρά για να φτάσετε τις τιμές όσο το δυνατόν πιο κοντά στις απαιτούμενες τιμές.

Για να δοκιμάσετε το φίλτρο εγκοπής, θα μπορούσατε να εκτελέσετε μια σάρωση συχνότητας. Εισάγετε ένα ημιτονοειδές κύμα με πλάτος 0,5V και μεταβάλλετε τη συχνότητα. Κοιτάξτε πώς αλλάζει το πλάτος της εξόδου που είναι συνδεδεμένο με έναν παλμογράφο όταν φτάσετε κοντά στα 60Hz. Για παράδειγμα, όταν η συχνότητά σας είναι κάτω από 50 ή πάνω από 70, θα πρέπει να δείτε ένα σήμα εξόδου παρόμοιο με την είσοδο, αλλά όσο πλησιάζετε στα 60Hz, το πλάτος πρέπει να μειώνεται. Εάν αυτό δεν συμβεί, ελέγξτε το κύκλωμά σας και βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιήσατε τις σωστές τιμές αντίστασης.

Βήμα 4: Δημιουργήστε φίλτρο Butterworth δεύτερης τάξης

Ο τύπος φίλτρου χαμηλής διέλευσης που χρησιμοποιήσαμε είναι ενεργός δεύτερης τάξης. Αυτό το φίλτρο χρησιμοποιείται επειδή μας δίνει μια αρκετά καλή ακρίβεια και παρόλο που απαιτεί ισχύ, αλλά η απόδοση είναι καλύτερη. Το φίλτρο έχει σχεδιαστεί για να κόβει συχνότητες άνω των 250 Hz. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα σήμα ΗΚΓ έχει διαφορετική συνιστώσα συχνότητας που είναι μεταξύ μηδέν και 250 Hz και κάθε σήμα με συχνότητα άνω των 250 Hz θα θεωρείται θόρυβος. Η πρώτη εικόνα δείχνει το σχηματικό σχήμα του φίλτρου χαμηλής διέλευσης με όλες τις σωστές τιμές αντίστασης. (Σημειώστε ότι το R7 πρέπει να είναι 25632Ω αντί 4kΩ). Η δεύτερη εικόνα περιλαμβάνει όλες τις εξισώσεις που θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε για να υπολογίσετε μόνοι σας τις τιμές των συστατικών.

Για να δοκιμάσετε το φίλτρο χαμηλής διέλευσης, χρησιμοποιήστε τη γεννήτρια συναρτήσεων για να δημιουργήσετε ένα ημιτονοειδές κύμα με πλάτος 0,5V. Όταν εισάγετε συχνότητες κάτω των 250Hz, θα πρέπει να βλέπετε μια έξοδο παρόμοια με την είσοδο, αλλά όσο μεγαλύτερη παίρνετε μετά από 250Hz, η έξοδος θα πρέπει να γίνεται μικρότερη και τελικά να γίνεται πολύ κοντά στο μηδέν.

Βήμα 5: Βάλτε τα όλα μαζί

Αφού ολοκληρώσετε την κατασκευή των τριών σταδίων, τοποθετήστε τα όλα μαζί βάζοντας ενισχυτή οργάνων, ακολουθούμενο από φίλτρο εγκοπής και στη συνέχεια φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Το κύκλωμά σας πρέπει να μοιάζει με αυτήν την εικόνα.

Βήμα 6: Δοκιμή ολόκληρου κυκλώματος

Χρησιμοποιώντας μια γεννήτρια λειτουργιών, εισάγετε ένα αυθαίρετο σήμα ΗΚΓ με πλάτος όχι μεγαλύτερο από 15mV στην είσοδο του ενισχυτή οργάνων. Συνδέστε την έξοδο του φίλτρου χαμηλής διέλευσης σε έναν παλμογράφο. Θα πρέπει να έχετε μια έξοδο παρόμοια με αυτήν την εικόνα. Το πράσινο σήμα είναι η έξοδος του πίνακα και το κίτρινο σήμα είναι το σήμα εισόδου στο κύκλωμα. Μπορείτε επίσης να μετρήσετε τον καρδιακό ρυθμό αποκτώντας τη συχνότητα χρησιμοποιώντας τον παλμογράφο και πολλαπλασιάζοντας αυτόν τον αριθμό επί 60.

Σημειώστε ότι εάν θέλετε να μετρήσετε το δικό σας σήμα ΗΚΓ θα μπορούσατε να το κάνετε συνδέοντας τις δύο εισόδους του ενισχυτή οργάνων σε κάθε έναν από τους καρπούς σας χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρόδιο και γειώνοντας το πόδι σας. Απλώς κρατήστε στη μέση πριν το κάνετε αυτό, βεβαιωθείτε ότι το κύκλωμα και οι συνδέσεις κυκλώματος-οργάνου χρησιμοποιούν κατάλληλες τεχνικές απομόνωσης.