अपना खुद का इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी) बनाएं: 6 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:23

सूचना:

यह एक चिकित्सा उपकरण नहीं है। यह केवल शैक्षिक उद्देश्यों के लिए है, नकली संकेतों का उपयोग करके। यदि वास्तविक ईसीजी माप के लिए इस सर्किट का उपयोग कर रहे हैं, तो कृपया सुनिश्चित करें कि सर्किट और सर्किट-टू-इंस्ट्रूमेंट कनेक्शन बैटरी पावर और अन्य उचित अलगाव तकनीकों का उपयोग कर रहे हैं।

[छवि https://scienceprog.com/avr-dds-signal-generator-v… से ली गई है।]

चरण 1: अपना सामान जानें

इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी) चिकित्सकों द्वारा हृदय की विद्युत गतिविधि की निगरानी के लिए उपयोग किया जाने वाला एक महत्वपूर्ण उपकरण है। यह असामान्य हृदय ताल से लेकर गर्मी की विफलता के निदान तक सब कुछ कैप्चर करने में उपयोगी है। इस निर्देश का पालन करके, आप एक ऐसा उपकरण बनाने में सक्षम होंगे जो केवल बुनियादी ब्रेडबोर्डिंग कौशल और सामान्य इलेक्ट्रॉनिक्स लैब उपकरण का उपयोग करके किसी व्यक्ति के इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम को प्रदर्शित करता है। एक बार जब आपके पास अच्छा सिग्नल आउटपुट होता है, तो आप माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करके हृदय गति, या किसी अन्य दिलचस्प मीट्रिक की गणना करने के लिए इसी सिग्नल का उपयोग कर सकते हैं।

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यदि आप नहीं जानते कि ईसीजी क्या है, तो यह केवल हृदय की गतिविधि की रिकॉर्डिंग है। दिल के संकुचन की विद्युत प्रकृति के कारण, त्वचा पर इलेक्ट्रोड लगाकर और सिग्नल को संसाधित करके वोल्टेज में परिवर्तन को रिकॉर्ड किया जा सकता है। समय के साथ इन वोल्टेज की साजिश को इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (संक्षेप में ईसीजी) कहा जाता है। ईसीजी का उपयोग आमतौर पर दिल की विफलता के विभिन्न रूपों का निदान करने के लिए किया जाता है, या रोगी के तनाव की निष्क्रिय निगरानी के लिए किया जाता है। एक स्वस्थ ईसीजी में विशिष्ट विशेषताएं होती हैं जो मनुष्यों के बीच सार्वभौमिक होती हैं। (इसमें पी-वेव, क्यू-वेव, आर-वेव, एस-वेव, टी-वेव और एक क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स शामिल हैं।) मैंने दिल की संबंधित प्रतिक्रिया के साथ ईसीजी का एक सरलीकृत आरेख प्रदान किया है।

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ध्यान दें कि हृदय की नसों में होने वाली प्रत्येक विद्युत घटना एक शारीरिक घटना से मेल खाती है जो परिणामस्वरूप मांसपेशियों के ऊतकों में होती है, और जब हृदय का एक हिस्सा सिकुड़ रहा होता है, तो अन्य भाग आराम कर रहे होते हैं। इस तरह हृदय में विद्युत संकेतों का समय बहुत महत्वपूर्ण होता है, जो हृदय स्वास्थ्य को मापने के लिए ईसीजी को एक बहुत शक्तिशाली उपकरण बनाता है।

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हमारे लिए एक वास्तविक ईसीजी रिकॉर्ड करने के लिए, हालांकि, कई तार्किक मुद्दे चलन में आते हैं जैसे सिग्नल का आकार, शरीर के बाकी हिस्सों से आने वाले शोर की मात्रा और पर्यावरण से आने वाले शोर की मात्रा। इसकी भरपाई के लिए, हम एक सर्किट डिजाइन कर रहे हैं जो 3 भागों से बना होगा: हमारे सिग्नल के आकार को बढ़ाने के लिए एक डिफरेंशियल एम्पलीफायर, उच्च आवृत्ति सिग्नल शोर को खत्म करने के लिए एक कम पास फिल्टर, और 60 हर्ट्ज शोर को दूर करने के लिए एक नॉच फिल्टर। एसी बिजली से आपूर्ति की गई इमारतों में हमेशा मौजूद रहता है। मैं आपको नीचे इन चरणों की घड़ी के बारे में विस्तार से बताऊंगा।

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चरण 2: अपनी आपूर्ति इकट्ठा करें

इस परियोजना के लिए आपको आवश्यकता होगी:

- 1 बड़ा ब्रेडबोर्ड (हालांकि 2 या अधिक होना अच्छा होगा)

- 5 सामान्य प्रयोजन सेशन-amps

(मैंने +-15 V के साथ UA741 का उपयोग किया है, बस यह सुनिश्चित करें कि आपके द्वारा चुने गए 15 वोल्ट को संभाल सकते हैं अन्यथा आपको अपने निष्क्रिय घटकों के मूल्यों को समायोजित करने की आवश्यकता होगी और आपको कम प्रवर्धन के लिए समझौता करना होगा)

प्रतिरोधक

ओ 2x 165 ओम

ओ 3x 1k ओम

ओ 2x 15k ओम

ओ 2x 33k ओम

ओ 1x 42k ओम

ओ 2x 60k ओम

संधारित्र

ओ 2x 22nF

ओ 2x 1μF

ओ 1x 2Μf

- ढेर सारे या जम्पर तार

- एक डीसी वोल्टेज स्रोत जो +-15 वी. प्रदान करने में सक्षम है

- एक फ़ंक्शन जनरेटर और ऑसिलोस्कोप (मुख्य रूप से समस्या निवारण के लिए)

- यदि आप वास्तविक ईसीजी रिकॉर्ड करने की योजना बना रहे हैं तो कम से कम तीन चिपचिपे इलेक्ट्रोड

- इस सब बकवास को जोड़ने के लिए पर्याप्त केबल

- ब्रेडबोर्डिंग के साथ सर्किट, ऑप-एम्प्स और अनुभव की दृढ़ समझ।

अगर आपको अपने जन्मदिन के लिए सिर्फ एक ब्रेडबोर्ड मिला है और आप इसके साथ कुछ अच्छा बनाने की कोशिश कर रहे हैं, तो इसे आज़माने से पहले कम से कम कुछ सरल बिल्ड करें।

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चरण 3: डिफरेंशियल एम्पलीफायर बनाएँ

डिफरेंशियल एम्पलीफायर वह है जो हमारे रिकॉर्ड किए गए सिग्नल को एक स्कोप या स्क्रीन पर प्रदर्शित करने के लिए उपयोग करने योग्य स्तर तक बढ़ा देगा। यह सर्किट डिजाइन दो इनपुट इलेक्ट्रोड से वोल्टेज में अंतर लेगा और इसे बढ़ा देगा। यह शोर को कम करने के लिए किया जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रोड के बीच सामान्य शोर समाप्त हो जाएगा। रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड और व्यक्ति की नियुक्ति के आधार पर ईसीजी सिग्नल आयाम में भिन्न होगा, लेकिन कलाई से रिकॉर्डिंग करते समय आमतौर पर कुछ मिलीवोल्ट के क्रम में होते हैं। (हालांकि इस सेटअप के लिए यह आवश्यक नहीं है, छाती पर इलेक्ट्रोड लगाकर सिग्नल आयाम बढ़ाया जा सकता है, लेकिन ट्रेड-ऑफ फेफड़ों की गति से शोर है।)

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मैंने सेटअप का एक योजनाबद्ध शामिल किया है। चित्र में सर्किट को आपके सिग्नल को ~ १००० गुना बढ़ाना चाहिए। आपके द्वारा उपयोग किए जाने वाले ऑप-एम्प के प्रकार के आधार पर आपको इसे समायोजित करने की आवश्यकता हो सकती है। इसे समायोजित करने का एक त्वरित तरीका R1 का मान बदलना है। R1 के मान को आधा करके, आप आउटपुट लाभ को दोगुना कर देंगे और इसके विपरीत।

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मुझे लगता है कि आप में से अधिकांश इस सर्किट को ब्रेडबोर्ड पर अनुवाद कर सकते हैं, फिर भी मैंने प्रक्रिया को सुव्यवस्थित करने के लिए ब्रेडबोर्ड सेटअप का एक आरेख शामिल किया है और उम्मीद है कि आपके समस्या निवारण समय को कम कर देगा। मैंने आपकी सुविधा के लिए UA741 (या LM741) पिनआउट की एक तस्वीर भी शामिल की है। (आपके उद्देश्यों के लिए आपको पिन 1, 5, या 8 की आवश्यकता नहीं होगी) op-amp पर V+ और V- पिन क्रमशः आपकी +15 V और -15 V आपूर्ति से जुड़े होंगे। -15V जमीन के समान नहीं है! आप मेरे ब्रेडबोर्ड पर कैपेसिटर को अनदेखा कर सकते हैं। वे एसी के शोर को दूर करने के लिए बाईपास कैपेसिटर हैं, लेकिन पूर्वव्यापी प्रयास के लायक नहीं थे।

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जब आप समस्या निवारण के लिए इसे पूरा करते हैं तो मैं प्रत्येक चरण का परीक्षण करने की अनुशंसा करता हूं। जैसा कि सर्किट दिखाता है, आप इनपुट में से एक को जमीन से जोड़ सकते हैं, और दूसरे को एक छोटे डीसी स्रोत से प्रवर्धन की जांच के लिए जोड़ सकते हैं। (सुनिश्चित करें कि आप <15 mV इनपुट करते हैं अन्यथा आप op-amps को संतृप्त करेंगे)। यदि आपको परीक्षण के लिए अपने लाभ को कम करने की आवश्यकता है, तो इसे पसीना न करें, 500 गुना से अधिक लाभ हमारे उद्देश्यों के लिए काफी होगा। इसके अलावा, यदि आपने 1000 के लाभ के लिए अपना सर्किट बनाया है और यह केवल 800 का लाभ दिखाता है, तो यह दुनिया का अंत नहीं है, सटीक संख्या गैर-महत्वपूर्ण है।

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चरण 4: नॉच फ़िल्टर बनाएं

अब जब हम अपने सिग्नल को बढ़ा सकते हैं, तो आइए इसे साफ करने पर ध्यान दें। यदि आपने अभी हमारे सर्किट में इलेक्ट्रोड को जोड़ दिया है, तो इसमें 60 हर्ट्ज शोर का एक टन होने की संभावना है। ऐसा इसलिए है क्योंकि अधिकांश इमारतों को 60 हर्ट्ज एसी करंट से तार दिया जाता है, जिससे अनिवार्य रूप से बड़े शोर के संकेत मिलते हैं। इसे ठीक करने के लिए, हम 60 हर्ट्ज का नॉच फिल्टर बनाएंगे। एक पायदान फिल्टर बहुत विशिष्ट आवृत्तियों को क्षीण करने और अन्य आवृत्तियों को अछूता छोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है; 60 हर्ट्ज शोर से छुटकारा पाने के लिए बिल्कुल सही।

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पहले की तरह, मैंने सर्किट योजनाबद्ध, ब्रेडबोर्ड सेटअप और अपने स्वयं के सर्किट की एक तस्वीर शामिल की है। एक नोट के रूप में, जबकि नॉच फ़िल्टर निर्माण के लिए अपेक्षाकृत आसान चरण है, मुझे काम करने में सबसे लंबा समय लगा। मेरे इनपुट को अच्छी तरह से क्षीण किया जा रहा था, लेकिन 60 हर्ट्ज के बजाय 63 हर्ट्ज पर, जिसने इसे काट नहीं दिया। यदि आप एक ही समस्या में भाग लेते हैं, तो मेरा सुझाव है कि आप R14 का अपना मान बदल दें। (R14 का प्रतिरोध बढ़ने से आपकी क्षीणन आवृत्ति कम हो जाएगी और इसके विपरीत)। यदि आपके पास एक चर रोकनेवाला बॉक्स है, तो इसका उपयोग R14 को बदलने के लिए करें, फिर प्रतिरोध मूल्यों के साथ खिलौना यह पता लगाने के लिए कि वास्तव में सबसे अच्छा क्या काम करता है, क्योंकि यह एकल ओम के क्रम में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील होगा। मैं 175 ओम R14 के साथ समाप्त हुआ, लेकिन सिद्धांत रूप में यह R12 से मेल खाने के लिए सबसे अच्छा काम करता है।

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फिर से, आप एक 60 हर्ट्ज साइन वेव इनपुट करने के लिए एक फ़ंक्शन जनरेटर का उपयोग करके इस चरण का परीक्षण कर सकते हैं और एक ऑसिलोस्कोप पर अपना आउटपुट रिकॉर्ड कर सकते हैं। आपका आउटपुट लगभग -20 डीबी या इनपुट के आयाम का 10% होना चाहिए। जैसा कि मैंने पहले कहा, आप अनुकूलन के लिए आस-पास की आवृत्तियों की जांच कर सकते हैं।

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चरण 5: लो-पास फ़िल्टर बनाएँ

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, एक अन्य महत्वपूर्ण कारक आपके शरीर से शोर को कम कर रहा है और जो कुछ भी आपके कमरे को झकझोर रहा है। एक कम पास फिल्टर ऐसा करने में अच्छा है, क्योंकि जहां तक सिग्नल जाते हैं, आपके दिल की धड़कन बहुत धीमी है। लो-पास फिल्टर के साथ हमारा लक्ष्य उन सभी संकेतों को खत्म करना है जिनमें आपके ईसीजी से अधिक आवृत्तियां होती हैं। ऐसा करने के लिए हमें "कटऑफ आवृत्ति" निर्दिष्ट करने की आवश्यकता है। हमारे मामले में, इस आवृत्ति से ऊपर की हर चीज को हम खत्म करना चाहते हैं, और इस आवृत्ति से नीचे की हर चीज जिसे हम रखना चाहते हैं। जबकि 1 से 3 हर्ट्ज़ के क्रम पर एक दिल की धड़कन हो रही है, हमारे ईसीजी को बनाने वाली व्यक्तिगत तरंगें इससे बहुत अधिक आवृत्तियों से बनी होती हैं; 1 से 50 हर्ट्ज के करीब। इस वजह से, मैंने 80 हर्ट्ज की कटऑफ आवृत्ति को चुना। यह सिग्नल में सभी उपयोगी घटकों को रखने के लिए पर्याप्त है, लेकिन फिर भी आपके पास अगले कमरे में HAM रेडियो से शोर को कम करता है।

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मेरे पास लो-पास फिल्टर पर कोई ऋषि सलाह नहीं है, यह अन्य चरणों की तुलना में बहुत सरल है। इसी तरह एम्पलीफायर के लिए, 80 हर्ट्ज पर सटीक कटऑफ प्राप्त करने की चिंता न करें; यह महत्वपूर्ण नहीं है और वास्तविक रूप से नहीं होगा। फिर भी, आपको फ़ंक्शन जनरेटर का उपयोग करके इसके आउटपुट की जांच करनी चाहिए। अंगूठे के एक नियम के रूप में, एक साइन लहर को 10 हर्ट्ज पर अछूते फिल्टर के माध्यम से जाना चाहिए, और इसे 130 हर्ट्ज से आधा में काटा जाना चाहिए।

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चरण 6: इसे हुक करें

यदि आपने अभी तक बनाया है, बधाई हो! आपके पास ईसीजी के सभी घटक हैं। आपको बस इतना करना है कि उन्हें एक साथ जोड़ना है, इलेक्ट्रोड पर थप्पड़ मारना है, और अपने ईसीजी को देखने के लिए आउटपुट को ऑसिलोस्कोप से जोड़ना है!

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यदि आप सुनिश्चित नहीं हैं कि इलेक्ट्रोड कैसे लगाए जाएं, तो मैं आपकी कलाई पर इनपुट इलेक्ट्रोड चिपकाने की सलाह देता हूं (प्रत्येक कलाई पर एक) और एक ग्राउंड इलेक्ट्रोड को अपने पैर से जोड़ दें (चित्र मदद कर सकता है।) एक अनुस्मारक के रूप में, प्रत्येक इनपुट इलेक्ट्रोड को चाहिए एम्पलीफायर में op-amps पर एक सकारात्मक इनपुट पर जाएं। (यह केवल सिमुलेशन उद्देश्यों के लिए सर्किट आरेख में आधारित है)

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एक बार जब आप कनेक्ट हो जाते हैं, तो लो-पास फ़िल्टर के आउटपुट को ऑसिलोस्कोप से जोड़ दें और अपने आप पर गर्व करें! अपने सभी बच्चों को इलैक्ट्रोड लगाकर बुलाएं और उनके दिल की धड़कन देखें। बिल्ली, अपने पड़ोसियों को इसे आज़माने के लिए कहें। यदि आप अतिरिक्त प्रेरित महसूस कर रहे हैं तो एकल से हृदय गति की गणना करने के लिए आउटपुट को माइक्रोकंट्रोलर से जोड़ दें। (ऐसा करने से पहले आप शायद एम्पलीफिकेशन को कम करना चाहते हैं, यह आपके द्वारा उपयोग किए जा रहे बोर्ड को फ्राई कर सकता है)। भले ही, निर्माण के लिए बधाई, और सुखद निर्माण!

[छवि https://www.medicwiz.com/medtech/diagnostics/10-ty… से ली गई है।]