आसान स्वचालित ईसीजी (1 एम्पलीफायर, 2 फिल्टर): 7 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी) त्वचा पर लगाए गए विभिन्न इलेक्ट्रोड का उपयोग करके हृदय की विद्युत गतिविधि को मापता है और प्रदर्शित करता है। एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर, नॉच फिल्टर और लो पास फिल्टर का उपयोग करके एक ईसीजी बनाया जा सकता है। अंत में, लैबव्यू सॉफ्टवेयर का उपयोग करके फ़िल्टर किए गए और प्रवर्धित सिग्नल की कल्पना की जा सकती है। लैबव्यू मानव विषय के दिल की धड़कन की गणना करने के लिए सिग्नल की आने वाली आवृत्ति का भी उपयोग करता है। निर्मित इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर शरीर के छोटे सिग्नल को लेने और इसे 1 वी तक बढ़ाने में सफल रहा, इसलिए इसे लैबव्यू का उपयोग करके कंप्यूटर पर देखा जा सकता था। नॉच और लो पास फिल्टर बिजली की आपूर्ति से 60 हर्ट्ज शोर को कम करने और 350 हर्ट्ज से ऊपर के संकेतों को बाधित करने में सफल रहे। आराम से दिल की धड़कन को 75 बीपीएम और पांच मिनट के गहन अभ्यास के बाद 137 बीपीएम मापा गया। निर्मित ईसीजी यथार्थवादी मूल्यों पर दिल की धड़कन को मापने और एक विशिष्ट ईसीजी तरंग के विभिन्न घटकों की कल्पना करने में सक्षम था। भविष्य में, इस ईसीजी को नॉच फिल्टर में निष्क्रिय मूल्यों को बदलकर 60 हर्ट्ज के आसपास अधिक शोर को कम करने के लिए बेहतर बनाया जा सकता है।

चरण 1: इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर बनाएं

आपको आवश्यकता होगी: LTSpice (या अन्य सर्किट विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर)

इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर सिग्नल के आकार को बढ़ाने के लिए बनाया गया था ताकि यह दिखाई दे और तरंग के विश्लेषण की अनुमति दे।

R1 = 3.3k ओम, R2 = 33k ओम, R3 = 1k ओम, R4 = 48 ओम का उपयोग करके X का लाभ प्राप्त किया जाता है। लाभ = - R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k(1-(33k/3.3k)) = -1008

क्योंकि अंतिम ऑप amp में सिग्नल इनवर्टिंग पिन में जाता है, लाभ 1008 है। यह डिज़ाइन LTSpice में बनाया गया था, फिर 1V के एसी आयाम के साथ साइन वेव इनपुट के लिए प्रति दशक 100 अंकों के साथ 1 से 1kHz तक एसी स्वीप के साथ सिम्युलेटेड.

हमने जाँच की कि हमारा लाभ समान इच्छित लाभ था। ग्राफ से हमने गेन = 10^(60/20) = 1000 पाया जो कि 1008 के हमारे इच्छित लाभ के काफी करीब है।

चरण 2: नॉच फ़िल्टर बनाएं

आपको आवश्यकता होगी: LTSpice (या अन्य सर्किट विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर)

एक नॉच फिल्टर एक विशिष्ट प्रकार का लो पास फिल्टर है जिसके बाद एक विशिष्ट आवृत्ति को खत्म करने के लिए एक उच्च पास फिल्टर होता है। नॉच फिल्टर का उपयोग सभी इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों द्वारा उत्पन्न शोर को खत्म करने के लिए किया जाता है जो 60 हर्ट्ज पर मौजूद होता है।

निष्क्रिय मानों की गणना की गई:C =.1 uF (मान चुना गया था) 2C =.2 uF (प्रयुक्त.22 uF संधारित्र)

8 के AQ फ़ैक्टर का उपयोग किया जाएगा: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3.14159*60*.1E-6) = 1.66 kOhm (1.8 kOhm) इस्तेमाल किया गया था) R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3.14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm था) प्रयुक्त) वोल्टेज डिवीजन: Rf = R1*R2/(R1 + R2) = 1.8 kOhm * 423 kOhm / (1.8 kOhm + 423 kOhm) = 1.79 kOhm (1.8 kOhm इस्तेमाल किया गया था)

इस फ़िल्टर डिज़ाइन में 1 का लाभ है, जिसका अर्थ है कि कोई प्रवर्धक गुण नहीं हैं।

निष्क्रिय मूल्यों में प्लगिंग और एक एसी स्वीप के साथ एलटीस्पाइस पर अनुकरण और 1 किलोहर्ट्ज़ की एसी आवृत्ति के साथ 0.1 वी साइन लहर का एक इनपुट सिग्नल संलग्न बोड प्लॉट में परिणाम देता है।

लगभग 60 हर्ट्ज की आवृत्ति पर, सिग्नल अपने सबसे कम वोल्टेज तक पहुंच जाता है। फिल्टर 60 हर्ट्ज शोर को 0.01 वी के एक अनजान वोल्टेज को हटाने और 1 का लाभ प्रदान करने में सफल है, क्योंकि इनपुट वोल्टेज.1 वी है।

चरण 3: लो पास फ़िल्टर बनाएं

आपको आवश्यकता होगी: LTSpice (या अन्य सर्किट विज़ुअलाइज़ेशन सॉफ़्टवेयर)

ब्याज की दहलीज से ऊपर के संकेतों को हटाने के लिए एक कम पास फिल्टर बनाया गया था जिसमें ईसीजी सिग्नल होगा। ब्याज की सीमा 0 - 350Hz के बीच थी।

संधारित्र मान को.1 uF चुना गया था। 335 हर्ट्ज की उच्च कटऑफ आवृत्ति के लिए आवश्यक प्रतिरोध की गणना की जाती है: C = 0.1 uF R = 1/(2pi*0.1*(10^-6)*335 Hz) = 4.75 kOhm (4.7 kOhm का उपयोग किया गया था)

निष्क्रिय मूल्यों में प्लगिंग और एक एसी स्वीप के साथ एलटीस्पाइस पर अनुकरण और 1 किलोहर्ट्ज़ की एसी आवृत्ति के साथ 0.1 वी साइन लहर का एक इनपुट सिग्नल संलग्न बोड प्लॉट में परिणाम देता है।

चरण 4: ब्रेडबोर्ड पर सर्किट बनाएं

आपको आवश्यकता होगी: विभिन्न मूल्यों के प्रतिरोधी, विभिन्न मूल्यों के कैपेसिटर, यूए 471 परिचालन एम्पलीफायर, जम्पर केबल्स, एक ब्रेडबोर्ड, कनेक्शन केबल्स, बिजली की आपूर्ति या 9 वी बैटरी

अब जब आपने अपने सर्किट का अनुकरण कर लिया है, तो इसे ब्रेडबोर्ड पर बनाने का समय आ गया है। यदि आपके पास सूचीबद्ध सटीक मान नहीं हैं, तो आपके पास जो कुछ है उसका उपयोग करें या अपने आवश्यक मान बनाने के लिए प्रतिरोधों और कैपेसिटर को मिलाएं। 9 वोल्ट की बैटरी या डीसी बिजली की आपूर्ति का उपयोग करके अपने ब्रेड बोर्ड को बिजली देना याद रखें। प्रत्येक ऑप amp को एक सकारात्मक और नकारात्मक वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता होती है।

चरण 5: सेटअप लैब व्यू एनवायरनमेंट

आपको आवश्यकता होगी: लैबव्यू सॉफ्टवेयर, एक कंप्यूटर

तरंग के प्रदर्शन और हृदय गति की गणना को स्वचालित करने के लिए, LabView का उपयोग किया गया था। LabView एक प्रोग्राम है जिसका उपयोग डेटा की कल्पना और विश्लेषण करने के लिए किया जाता है। ईसीजी सर्किट का आउटपुट लैबव्यू के लिए इनपुट है। डेटा नीचे डिज़ाइन किए गए ब्लॉक आरेख के आधार पर इनपुट, रेखांकन और विश्लेषण किया गया है।

सबसे पहले, DAQ सहायक सर्किट से एनालॉग सिग्नल लेता है। नमूना निर्देश यहां स्थापित किए गए हैं। नमूनाकरण दर 1k नमूने प्रति सेकंड थी और अंतराल 3k ms था, इसलिए तरंग ग्राफ़ में देखा गया समय अंतराल 3 सेकंड है। वेवफॉर्म ग्राफ़ ने DAQ सहायक से डेटा प्राप्त किया और फिर उसे फ्रंट पैनल विंडो में प्लॉट किया। ब्लॉक आरेख के निचले भाग में हृदय गति की गणना शामिल है। पहले अधिकतम और न्यूनतम तरंग को मापा जाता है। फिर, इन आयाम मापों का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि क्या चोटियाँ हो रही हैं जिन्हें अधिकतम आयाम के ९५% के रूप में परिभाषित किया गया है, और यदि ऐसा है तो समय बिंदु दर्ज किया गया है। एक बार चोटियों का पता चलने के बाद, आयाम और समय बिंदु सरणियों में जमा हो जाते हैं। फिर चोटियों/सेकंड की संख्या को मिनटों में बदल दिया जाता है और फ्रंट पैनल पर प्रदर्शित किया जाता है। फ्रंट पैनल वेवफॉर्म और बीट्स प्रति मिनट दिखाता है।

जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है, सर्किट एक राष्ट्रीय उपकरण एडीसी के माध्यम से लैबव्यू से जुड़ा था। फ़ंक्शन जनरेटर ने नकली ईसीजी सिग्नल का उत्पादन किया जो एडीसी में इनपुट था जिसने डेटा को रेखांकन और विश्लेषण के लिए लैबव्यू में स्थानांतरित कर दिया। इसके अतिरिक्त, एक बार लैबव्यू में बीपीएम की गणना करने के बाद, न्यूमेरिक इंडिकेटर का उपयोग वेवफॉर्म ग्राफ के साथ एप्लिकेशन के फ्रंट पैनल पर उस मान को प्रिंट करने के लिए किया गया था, जैसा कि चित्र 2 में देखा गया है।

चरण 6: फ़ंक्शन जेनरेटर का उपयोग करके टेस्ट सर्किट

आपको आवश्यकता होगी: ब्रेडबोर्ड पर सर्किट, कनेक्शन केबल्स, बिजली की आपूर्ति या 9 वी बैटरी, राष्ट्रीय उपकरण एडीसी, लैबव्यू सॉफ्टवेयर, एक कंप्यूटर

लैबव्यू इंस्ट्रूमेंटेशन का परीक्षण करने के लिए एक नकली ईसीजी सर्किट में इनपुट था और सर्किट का आउटपुट नेशनल इंस्ट्रूमेंट्स एडीसी के माध्यम से लैबव्यू से जुड़ा था। पहले 1Hz पर 20mVpp का एक सिग्नल आराम करने वाले दिल की धड़कन को अनुकरण करने के लिए सर्किट में इनपुट था। लैब व्यू फ्रंट पैनल नीचे की छवि में दिखाया गया है। पी, टी, यू तरंग और क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स सभी दिखाई दे रहे हैं। बीएमपी की सही गणना की जाती है और संख्यात्मक संकेतक में प्रदर्शित किया जाता है। सर्किट के माध्यम से लगभग 8 वी/0.02 वी = 400 का लाभ होता है जो कि हमने देखा था जब सर्किट ऑसिलोस्कोप से जुड़ा था। LabView में परिणाम की एक तस्वीर संलग्न है। इसके बाद, व्यायाम के दौरान उदाहरण के लिए बढ़ी हुई दिल की धड़कन का अनुकरण करने के लिए, 2Hz पर 20mVpp का एक संकेत सर्किट में इनपुट था। आराम दिल की दर पर परीक्षण के लिए एक तुलनीय लाभ था। तरंग के नीचे सभी भागों में पहले की तरह ही तेज गति से देखा जाता है। हृदय गति की गणना और संख्यात्मक संकेतक में प्रदर्शित की जाती है और हम अपेक्षित 120 बीपीएम देखते हैं।

चरण 7: मानव विषय का उपयोग करके टेस्ट सर्किट

आपको आवश्यकता होगी: ब्रेडबोर्ड पर सर्किट, कनेक्शन केबल्स, एक बिजली की आपूर्ति या 9 वी बैटरी, राष्ट्रीय उपकरण एडीसी, लैबव्यू सॉफ्टवेयर, एक कंप्यूटर, इलेक्ट्रोड (कम से कम तीन), एक मानव विषय

अंत में, सर्किट एक मानव विषय के साथ परीक्षण कर रहा था ईसीजी सर्किट में इनपुट ले जाता है और सर्किट के आउटपुट लैब व्यू में जा रहा है। एक वास्तविक संकेत प्राप्त करने के लिए एक विषय पर तीन इलेक्ट्रोड लगाए गए थे। दोनों कलाई और दाहिने टखने पर इलेक्ट्रोड लगाए गए थे। दाहिनी कलाई सकारात्मक इनपुट थी, बाईं कलाई नकारात्मक थी और टखना जमीन पर था। प्रसंस्करण के लिए फिर से डेटा लैबव्यू में इनपुट किया गया था। इलेक्ट्रोड कॉन्फ़िगरेशन एक चित्र के रूप में संलग्न है।

सबसे पहले, विषय के आराम करने वाले ईसीजी सिग्नल को प्रदर्शित और विश्लेषण किया गया था। आराम करने पर, विषय की हृदय गति लगभग 75 बीपीएम थी। इसके बाद विषय ने 5 मिनट के लिए गहन शारीरिक गतिविधि में भाग लिया। विषय को फिर से जोड़ा गया और उठाया गया संकेत रिकॉर्ड किया गया। गतिविधि के बाद हृदय गति लगभग 137 बीपीएम थी। यह संकेत छोटा था और अधिक शोर था। दोनों कलाई और दाहिने टखने पर इलेक्ट्रोड लगाए गए थे। दाहिनी कलाई सकारात्मक इनपुट थी, बाईं कलाई नकारात्मक थी और टखना जमीन पर था। प्रसंस्करण के लिए फिर से डेटा लैबव्यू में इनपुट किया गया था।

एक औसत व्यक्ति के पास लगभग 1mV का ECG सिग्नल होता है। हमारा अपेक्षित लाभ लगभग 1000 था, इसलिए हम 1V के आउटपुट वोल्टेज की अपेक्षा करेंगे। छवि XX में देखी गई बाकी रिकॉर्डिंग से, क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स का आयाम मोटे तौर पर (-0.7)- (-1.6) = 0.9 वी है। यह 10% त्रुटि उत्पन्न करता है। (१-०.९) / १ * १०० = १०% एक मानक मानव की आराम करने की हृदय गति ६० है, मापी गई लगभग ७५ थी, इससे | ६०-७५|*१००/६० = २५% त्रुटि उत्पन्न होती है। एक मानक मानव की बढ़ी हुई हृदय गति 120 है, मापी गई लगभग 137 थी, यह उत्पन्न करता है |120-137|*100/120 = 15% त्रुटि।

बधाई! अब आपने अपना स्वचालित ईसीजी बना लिया है।