ईसीजी संग्रह सर्किट: 5 कदम

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

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

शायद आज के स्वास्थ्य सेवा उद्योग में सबसे व्यापक शारीरिक माप इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी/ईकेजी) है। हृदय गति मॉनीटर के पारंपरिक "बीप" को सुने बिना या रोगी के कमरे में स्क्रीन पर ईसीजी तरंग को घूमते हुए देखे बिना अस्पताल या आपातकालीन कक्ष से गुजरना कठिन है। लेकिन, यह क्या माप है जो आधुनिक स्वास्थ्य सेवा से इतना जुड़ गया है?

इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम को अक्सर हृदय की शारीरिक गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए गलत माना जाता है, हालांकि, जैसा कि नाम से पता चलता है कि यह वास्तव में हृदय की मांसपेशियों की विद्युत गतिविधि, विध्रुवण और पुनर्ध्रुवीकरण की रिकॉर्डिंग है। रिकॉर्ड किए गए तरंग का विश्लेषण करके, चिकित्सक हृदय की विद्युत प्रणाली के व्यवहार में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में सक्षम होते हैं। ईसीजी डेटा से किए गए कुछ सामान्य निदानों में शामिल हैं: मायोकार्डियल इंफार्क्शन, पल्मोनरी एम्बोलिज्म, अतालता और एवी ब्लॉक।

निम्नलिखित निर्देश एक बुनियादी इलेक्ट्रिक सर्किट के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रिया और सिद्धांतों की रूपरेखा तैयार करेगा जो कि साधारण सतह इलेक्ट्रोड के उपयोग के साथ ईसीजी एकत्र करने में सक्षम है जैसा कि अस्पतालों में किया जाता है।

चरण 1: एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर डिज़ाइन करें

ईसीजी सिग्नल को रिकॉर्ड करने के लिए आवश्यक पहला सर्किट तत्व एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर है। इस एम्पलीफायर के दो प्रभाव हैं।

1. यह रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड और बाकी सर्किट के बीच एक इलेक्ट्रॉनिक बफर बनाता है। यह इलेक्ट्रोड से आवश्यक वर्तमान ड्रा को व्यावहारिक रूप से शून्य तक कम कर देता है। इनपुट प्रतिबाधा के कारण बहुत कम विरूपण के साथ सिग्नल संग्रह की अनुमति देना।

2. यह रिकॉर्ड किए गए सिग्नल को अलग-अलग बढ़ाता है। इसका मतलब है कि दोनों रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड में आम कोई भी संकेत प्रवर्धित नहीं किया जाएगा, जबकि अंतर (महत्वपूर्ण भाग) होंगे।

आमतौर पर ईसीजी के लिए सतह इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग मिलीवोल्ट रेंज में होगी। इसलिए, इस सिग्नल को एक रेंज में लाने के लिए हम 1000 V/V के एम्पलीफिकेशन (K) के साथ काम कर सकते हैं, उपयुक्त होगा।

ऊपर दिखाए गए एम्पलीफायर के लिए शासी समीकरण हैं:

K1 = 1 + 2*R2 / R1, यह चरण 1 लाभ है

K2 = - R4/R3, यह चरण 2 का लाभ है

ध्यान दें कि आदर्श रूप से, K1 और K2 लगभग बराबर होना चाहिए और वांछित प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए K1 * K2 = 1000

हमारे सर्किट में प्रयुक्त अंतिम मूल्य थे…।

R1 = 6.5 kOhm

R2 = १०० kOhm

R3 = 3.17 kOhm

R4 = १०० kOhm

चरण 2: एक नॉच फ़िल्टर डिज़ाइन करना

आधुनिक दुनिया में यह संभावना है कि ईसीजी का संग्रह कुछ अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के पास किया जाएगा, या यहां तक कि सिर्फ एक इमारत में जो स्थानीय बिजली लाइनों से बिजली की आपूर्ति की जाती है। दुर्भाग्य से, प्रदान की गई शक्ति की उच्च-वोल्टेज और दोलन प्रकृति का अर्थ है कि यह व्यावहारिक रूप से किसी भी प्रवाहकीय सामग्री में बड़ी मात्रा में विद्युत "शोर" उत्पन्न करेगी जो इसके पास है; इसमें हमारे ईसीजी संग्रह सर्किट के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले तार और सर्किट तत्व शामिल हैं।

इसका मुकाबला करने के लिए, स्थानीय बिजली आपूर्ति (जिसे मेन हम कहा जाता है) द्वारा उत्पन्न शोर के बराबर आवृत्ति वाले किसी भी सिग्नल को आसानी से फ़िल्टर किया जा सकता है और अनिवार्य रूप से हटा दिया जा सकता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में, पावर ग्रिड 60 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ 110-120V की आपूर्ति करता है। इसलिए, हमें 60 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ किसी भी सिग्नल घटक को फ़िल्टर करने की आवश्यकता है। सौभाग्य से, यह पहले भी कई बार किया जा चुका है और इसके लिए केवल एक पायदान फिल्टर (ऊपर चित्रित) के डिजाइन की आवश्यकता होती है।

इस फ़िल्टर को नियंत्रित करने वाले समीकरण हैं….

आर1 = 1 / (2 * क्यू * डब्ल्यू * सी)

आर2 = (2 * क्यू) / (डब्ल्यू * सी)

R3 = (R1 * R2) / (R1 + R2)

क्यू = डब्ल्यू / बी

जहां wc2 उच्च कटऑफ आवृत्ति है, w2 कम कटऑफ आवृत्ति है, w कटऑफ आवृत्ति रेड/सेकंड में है, और Q गुणवत्ता कारक है

ध्यान दें कि C एक मान है जिसे स्वतंत्र रूप से चुना जा सकता है। हमारे सर्किट में उपयोग किए जाने वाले निम्नलिखित मान थे:

R1 = 1.65 kOhm

R2 =424.5 kOhm

क्यू = 8

डब्ल्यू = १२० * पीआई रेड/सेकंड

चरण 3: लो-पास फ़िल्टर

ईसीजी संकेतों की आवृत्ति लगभग 0 - 150 हर्ट्ज़ होती है। इस सीमा से अधिक आवृत्ति वाली चीजों से सिग्नल पर युग्मन से अधिक शोर को रोकने के लिए, 150 हर्ट्ज के कटऑफ के साथ एक दूसरा ऑर्डर लो पास बटरवर्थ फिल्टर लागू किया गया था ताकि केवल ईसीजी सिग्नल को सर्किट से गुजरने दिया जा सके। पिछले घटकों की तरह तुरंत उपलब्ध संधारित्र मान को चुनने के बजाय, पहले संधारित्र मान, C2, को नीचे दिए गए सूत्र के आधार पर चुना गया था। उस मूल्य से, अन्य सभी घटक मूल्यों की गणना की जा सकती है और फिर लाभ को 1V/V पर रखते हुए सर्किट में जोड़ा जा सकता है।

C2 10/fc uf, जहां fc कटऑफ आवृत्ति (इस मामले के लिए 150 हर्ट्ज) है।

फिर, इस चरण में दूसरी छवि के रूप में शामिल तालिका में दिखाए गए अनुसार शेष मानों की गणना की जा सकती है।

उपरोक्त योजनाबद्ध में रखे जाने वाले अंतिम मान हैं:

सी२ = ६६ एनएफ

सी1 = 33 एनएफ

R1 = 22.47 kOhm

R2 = 22.56 kOhm

चरण 4: लैब व्यू तैयारी

ईसीजी संग्रह के इस खंड के लिए आवश्यक एकमात्र सामग्री एक विंडोज़ कंप्यूटर है जो लैबव्यू की 64-बिट कॉपी और एक इनपुट मॉड्यूल के साथ एक नेशनल इंस्ट्रूमेंट्स सिग्नल कंडीशनिंग बोर्ड () से लैस है। तब लैबव्यू के भीतर कार्यात्मक ब्लॉक आरेख का निर्माण निम्नलिखित तरीके से किया जाना चाहिए। एक रिक्त कार्यात्मक ब्लॉक आरेख खोलकर प्रारंभ करें।

एक DAQ सहायक ब्लॉक डालें और सेटिंग्स को निम्नलिखित में समायोजित करें:

मापन: एनालॉग → वोल्टेज

मोड: आरएसई

नमूनाकरण: सतत नमूनाकरण

एकत्रित नमूने: 2500

नमूनाकरण दर: 1000 / सेकंड

एकत्रित तरंग को एक तरंग ग्राफ में आउटपुट करें। इसके अतिरिक्त, वर्तमान तरंग डेटा के अधिकतम मूल्य की गणना करें। पीक डिटेक्शन के लिए थ्रेशोल्ड बनाने के लिए.8 जैसे मान से तरंग के अधिकतम मूल्य को गुणा करें, इस मान को सिग्नल के भीतर शोर स्तर के आधार पर समायोजित किया जा सकता है। पिछले चरण के उत्पाद में "पीक डिटेक्शन" फ़ंक्शन के डेटा के रूप में दहलीज और कच्चे वोल्टेज सरणी के रूप में फ़ीड करें। इसके बाद, पीक डिटेक्शन ऐरे का "स्थान" आउटपुट लें और पहले और दूसरे मानों को घटाएं। यह प्रारंभिक सरणी में दो चोटियों के सूचकांक मूल्यों में अंतर का प्रतिनिधित्व करता है। इसके बाद इसे नमूना दर से मूल्य को विभाजित करके समय अंतर में परिवर्तित किया जा सकता है, उदाहरण के मामले में यह 1000/सेकंड है। अंत में, इस मान का व्युत्क्रम लें (हर्ट्ज दे रहा है) और बीपीएम प्रति मिनट बीपीएम में हृदय गति प्राप्त करने के लिए 60 से गुणा करें। इसके लिए अंतिम ब्लॉक आरेख इस चरण के लिए शीर्षलेख चित्र जैसा होना चाहिए।

चरण 5: पूर्ण-प्रणाली एकीकरण

अब जब सभी घटकों को अलग-अलग बनाया गया है, तो मॉल को एक साथ रखने का समय आ गया है। यह केवल एक खंड के आउटपुट को निम्नलिखित खंड के इनपुट से जोड़कर किया जा सकता है। चरणों को उसी क्रम में तार दिया जाना चाहिए जो वे इस निर्देश में दिखाई देते हैं। बटरवर्थ फिल्टर के अंतिम चरण के लिए, इसका इनपुट सिग्नल कंडीशनिंग बोर्ड के इनपुट मॉड्यूल पर दो में से एक लीड से जुड़ा होना चाहिए। इस मॉड्यूल से अन्य लीड को सर्किट कॉमन ग्राउंड से जोड़ा जाना चाहिए।

इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के लिए, इसके दो लीड प्रत्येक को एक ईसीजी/ईकेजी इलेक्ट्रोड से जोड़ा जाना चाहिए। यह दो मगरमच्छ क्लिप के उपयोग के साथ आसानी से किया जाता है। फिर, प्रत्येक कलाई पर एक इलेक्ट्रोड रखें। सुनिश्चित करें कि सर्किट के सभी खंड जुड़े हुए हैं और लैबव्यू VI चल रहा है और सिस्टम को लैबव्यू विंडो में एक तरंग ग्राफ आउटपुट करना चाहिए।

आउटपुट इस चरण में प्रदान की गई दूसरी छवि के समान दिखना चाहिए। यदि यह समान नहीं है, तो आपके सर्किट के मूल्यों को समायोजित करने की आवश्यकता हो सकती है। एक सामान्य समस्या यह है कि नॉच फ़िल्टर सीधे 60 हर्ट्ज़ पर केंद्रित नहीं होगा और थोड़ा उच्च/निम्न हो सकता है। फ़िल्टर के लिए बोड प्लॉट बनाकर इसका परीक्षण किया जा सकता है। आदर्श रूप से, नॉच फिल्टर में 60 हर्ट्ज पर कम से कम 20 डीबी क्षीणन होगा। यह जांचना भी उपयोगी हो सकता है कि आपकी स्थानीय बिजली 60 हर्ट्ज पर आपूर्ति की जाती है। कुछ क्षेत्रों में 50 हर्ट्ज एसी की आपूर्ति होना असामान्य नहीं है, इसके लिए नॉच फिल्टर को इस मूल्य के आसपास केंद्रित करना आवश्यक होगा।