सरल ईसीजी सर्किट और लैब व्यू हार्ट रेट प्रोग्राम: 6 कदम

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

एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम, या आगे ईसीजी के रूप में जाना जाता है, सभी चिकित्सा पद्धतियों में उपयोग की जाने वाली एक अत्यंत शक्तिशाली निदान और निगरानी प्रणाली है। हृदय गति या विद्युत संकेतन में असामान्यताओं की जांच के लिए ईसीजी का उपयोग हृदय की विद्युत गतिविधि को ग्राफिक रूप से देखने के लिए किया जाता है।

ईसीजी रीडिंग से, मरीजों की हृदय गति को क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स के बीच के अंतराल से निर्धारित किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, अन्य चिकित्सीय स्थितियों का पता लगाया जा सकता है जैसे कि एक एसटी खंड उन्नयन द्वारा लंबित दिल का दौरा। रोगी के ठीक से निदान और उपचार के लिए इस तरह की रीडिंग महत्वपूर्ण हो सकती है। पी तरंग हृदय के आलिंद के संकुचन को दिखा रही है, क्यूआरएस वक्र निलय संकुचन है, और टी तरंग हृदय का पुनरोद्धार है। इस तरह की साधारण जानकारी को जानकर भी असामान्य हृदय क्रिया के लिए रोगियों का शीघ्र निदान किया जा सकता है।

चिकित्सा पद्धति में उपयोग किए जाने वाले एक मानक ईसीजी में सात इलेक्ट्रोड होते हैं जिन्हें हृदय के निचले क्षेत्र के चारों ओर एक हल्के अर्धवृत्ताकार पैटर्न में रखा जाता है। इलेक्ट्रोड की यह नियुक्ति रिकॉर्डिंग करते समय न्यूनतम शोर की अनुमति देती है और अधिक सुसंगत माप के लिए भी अनुमति देती है। बनाए गए ईसीजी सर्किट के हमारे उद्देश्य के लिए, हम केवल तीन इलेक्ट्रोड का उपयोग करेंगे। सकारात्मक इनपुट इलेक्ट्रोड को दाहिनी आंतरिक कलाई पर रखा जाएगा, नकारात्मक इनपुट इलेक्ट्रोड को बाईं आंतरिक कलाई पर रखा जाएगा, और ग्राउंड इलेक्ट्रोड को टखने से जोड़ा जाएगा। यह रीडिंग को सापेक्ष सटीकता के साथ पूरे दिल में ले जाने की अनुमति देगा। इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर से जुड़े इलेक्ट्रोड के इस प्लेसमेंट के साथ, एक कम पास फिल्टर, और एक पायदान फिल्टर, ईसीजी तरंगों को बनाए गए सर्किट से आउटपुट सिग्नल के रूप में आसानी से अलग किया जाना चाहिए।

नोट: 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।

चरण 1: इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर का निर्माण

१०००, या ६० डीबी के लाभ के साथ एक मल्टीस्टेज इंस्ट्रूमेंटेशन बनाने के लिए, निम्नलिखित समीकरण लागू किया जाना चाहिए।

लाभ = (1+2*R1/Rगेन)

R1 इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर में उपयोग किए जाने वाले सभी रेसिस्टर्स के बराबर है, जो गेन रेसिस्टर से अलग है, जो एक मायने में सभी गेन को एम्पलीफायर के पहले चरण में शामिल करने का कारण बनेगा। इसे 50.3 kΩ चुना गया था। लाभ रोकनेवाला की गणना करने के लिए, यह मान उपरोक्त समीकरण में प्लग किया गया है।

1000=(1+2*50300/Rगेन)

लाभ = १००.७

इस मान की गणना के बाद, इस चरण में दिखाए गए निम्न सर्किट के रूप में इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर का निर्माण किया जा सकता है। ओपी/एएमपी को सकारात्मक और नकारात्मक 15 वोल्ट से संचालित किया जाना चाहिए जैसा कि सर्किट आरेख में दिखाया गया है। प्रत्येक ओपी/एएमपी के लिए बाईपास कैपेसिटर को ओपी/एएमपी के पास श्रृंखला में रखा जाना चाहिए ताकि ओपी/एएमपी को तलने से रोकने के लिए बिजली स्रोत से जमीन पर आने वाले किसी भी एसी सिग्नल को कम किया जा सके और कोई अतिरिक्त शोर जो योगदान दे सकता है संकेत को। इसके अलावा, सर्किट के वास्तविक लाभ का परीक्षण करने के लिए, सकारात्मक इलेक्ट्रोड नोड को एक इनपुट साइन वेव दिया जाना चाहिए और नकारात्मक इलेक्ट्रोड नोड को जमीन से जोड़ा जाना चाहिए। यह सर्किट के लाभ को 15 एमवी चोटी से चोटी तक के इनपुट सिग्नल के साथ सटीक रूप से देखने की अनुमति देगा।

चरण 2: दूसरा ऑर्डर लो पास फ़िल्टर बनाएं

ईसीजी सिग्नल के लिए ब्याज की आवृत्ति से ऊपर के शोर को हटाने के लिए एक दूसरे क्रम के कम पास फिल्टर का उपयोग किया गया था जो कि 150 हर्ट्ज था।

दूसरे क्रम के निम्न पास फ़िल्टर के लिए गणना में उपयोग किया जाने वाला K मान लाभ है। क्योंकि हम अपने फ़िल्टर में कोई लाभ नहीं चाहते हैं, हमने 1 का लाभ मान चुना है जिसका अर्थ है कि इनपुट वोल्टेज आउटपुट वोल्टेज के बराबर होगा।

के = 1

दूसरे क्रम के बटरवर्थ फिल्टर के लिए जो इस सर्किट के लिए उपयोग किया जाएगा, ए और बी गुणांक नीचे परिभाषित किए गए हैं। ए = १.४१४२१४ ख = १

सबसे पहले, दूसरा संधारित्र मान अपेक्षाकृत बड़े संधारित्र के रूप में चुना जाता है जो प्रयोगशाला और वास्तविक दुनिया में आसानी से उपलब्ध होता है।

सी2=0.1 एफ

पहले संधारित्र की गणना करने के लिए, इसके और दूसरे संधारित्र के बीच निम्नलिखित संबंधों का उपयोग किया जाता है। यह मान क्या होना चाहिए, इसकी गणना करने के लिए K, a, और b गुणांकों को समीकरण में प्लग किया गया था।

C1<=C2*[a^2+4b(K-1)]/4b

C1<=(0.1*10^-6[1.414214^2+4*1(1-1)]/4*1

सी1<=50 एनएफ

क्योंकि पहले संधारित्र की गणना 50 nF से कम या उसके बराबर की जाती है, इसलिए निम्न संधारित्र मान को चुना गया था।

सी1=33 एनएफ

150 हर्ट्ज की कट ऑफ आवृत्ति के साथ इस दूसरे क्रम के कम पास फिल्टर के लिए आवश्यक पहले अवरोधक की गणना करने के लिए, निम्नलिखित समीकरण को परिकलित संधारित्र मानों और गुणांक K, a, और b दोनों का उपयोग करके हल किया गया था। R1=2/[(कटऑफ आवृत्ति)*[aC2*sqrt([(a^2+4b(K-1))C2^2-4bC1C2])]

R1=9478 ओह्म

दूसरे अवरोधक की गणना के लिए, निम्नलिखित समीकरण का उपयोग किया गया था। कटऑफ आवृत्ति फिर से 150 हर्ट्ज है और बी गुणांक 1 है।

R2=1/[bC1C2R1 (कटऑफ आवृत्ति)^2]

R2=35.99 kOhm दूसरे क्रम के नॉच फिल्टर के लिए आवश्यक प्रतिरोधों और कैपेसिटर के लिए उपरोक्त मूल्यों की गणना करने के बाद, निम्न सर्किट को सक्रिय कम पास फिल्टर दिखाने के लिए बनाया गया था जिसका उपयोग किया जाएगा। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, ओपी/एएमपी सकारात्मक और नकारात्मक 15 वोल्ट से संचालित होता है। बाईपास कैपेसिटर बिजली के स्रोतों से जुड़े होते हैं ताकि स्रोत से निकलने वाले किसी भी एसी सिग्नल को जमीन पर मोड़ दिया जाए ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि ओपी/एएमपी इस सिग्नल से फ्राई न हो। ईसीजी सर्किट के इस चरण का परीक्षण करने के लिए, इनपुट सिग्नल नोड को साइन वेव से जोड़ा जाना चाहिए और फिल्टर कैसे काम करता है यह देखने के लिए 1 हर्ट्ज से 200 हर्ट्ज तक का एसी स्वीप किया जाना चाहिए।

चरण 3: पायदान फ़िल्टर का निर्माण करें

कम आवृत्ति संकेतों को मापने के लिए नॉच फिल्टर कई सर्किटों का एक अत्यंत महत्वपूर्ण हिस्सा है। कम आवृत्तियों पर, 60 हर्ट्ज एसी शोर बेहद आम है क्योंकि यह संयुक्त राज्य में इमारतों के माध्यम से चलने वाले एसी करंट की आवृत्ति है। वह 60 हर्ट्ज शोर असुविधाजनक है क्योंकि यह ईसीजी के लिए पास बैंड के बीच में है, लेकिन एक नॉच फिल्टर बाकी सिग्नल को संरक्षित करते हुए विशिष्ट आवृत्तियों को हटा सकता है। इस नॉच फिल्टर को डिजाइन करते समय, उच्च गुणवत्ता वाले कारक, क्यू का होना बहुत जरूरी है, ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि कट-ऑफ का रोल ऑफ इंटरेस्ट के आसपास तेज है। ईसीजी सर्किट में उपयोग किए जाने वाले सक्रिय नॉच फिल्टर के निर्माण के लिए उपयोग की जाने वाली गणनाओं का विवरण नीचे दिया गया है।

पहले ब्याज की आवृत्ति, 60 हर्ट्ज को हर्ट्ज से रेड/एस में परिवर्तित किया जाना चाहिए।

आवृत्ति = 2 * पीआई * आवृत्ति

आवृत्ति = ३७६.९९ रेड/सेकंड

अगला, कटौती की गई आवृत्तियों की बैंडविड्थ की गणना की जानी चाहिए। इन मूल्यों को इस तरह से निर्धारित किया जाता है जो यह सुनिश्चित करता है कि ब्याज की मुख्य आवृत्ति, 60 हर्ट्ज, पूरी तरह से कट जाती है और केवल कुछ आसपास की आवृत्तियां थोड़ी प्रभावित होती हैं।

बैंडविड्थ=कटऑफ2-कटऑफ1

बैंडविड्थ = ३७.६९९ गुणवत्ता कारक आगे निर्धारित किया जाना चाहिए। गुणवत्ता कारक निर्धारित करता है कि पायदान कितना तेज है और कट-ऑफ कितनी संकीर्ण है। इसकी गणना बैंडविड्थ और ब्याज की आवृत्ति का उपयोग करके की जाती है। क्यू = आवृत्ति / बैंड चौड़ाई

क्यू = 10

इस फ़िल्टर के लिए आसानी से उपलब्ध संधारित्र मान चुना जाता है। संधारित्र को बड़ा होने की आवश्यकता नहीं है और निश्चित रूप से बहुत छोटा नहीं होना चाहिए।

सी = १०० एनएफ

इस सक्रिय नॉच फ़िल्टर में उपयोग किए जाने वाले पहले अवरोधक की गणना करने के लिए, निम्न संबंध का उपयोग गुणवत्ता कारक, ब्याज की आवृत्ति और चुने गए संधारित्र को शामिल करते हुए किया गया था।

R1=1/[2QC*आवृत्ति]

R1=1326.29 ओम

इस फ़िल्टर में प्रयुक्त दूसरे प्रतिरोधक की गणना निम्न संबंध का उपयोग करके की जाती है।

R2=2Q/[आवृत्ति*सी]

R2=530516 ओह्म

इस फ़िल्टर के लिए अंतिम प्रतिरोधक की गणना पिछले दो प्रतिरोधक मानों का उपयोग करके की जाती है। यह गणना किए गए पहले अवरोधक के समान होने की उम्मीद है।

R3=R1*R2/[R1+R2]

आर३=१३२३ ओह्म

ऊपर वर्णित समीकरणों का उपयोग करके सभी घटक मूल्यों की गणना के बाद, ईसीजी सिग्नल को बाधित करने वाले 60 हर्ट्ज एसी शोर को सटीक रूप से फ़िल्टर करने के लिए निम्न पायदान फ़िल्टर का निर्माण किया जाना चाहिए। ओपी/एएमपी को सकारात्मक और नकारात्मक 15 वोल्ट से संचालित किया जाना चाहिए जैसा कि नीचे सर्किट में दिखाया गया है। बाईपास कैपेसिटर ओपी/एएमपी पर बिजली स्रोतों से जुड़े होते हैं ताकि बिजली स्रोत से आने वाले किसी भी एसी सिग्नल को ओपी/एएमपी तला हुआ न हो, यह सुनिश्चित करने के लिए जमीन पर ले जाया जाता है। सर्किट के इस हिस्से का परीक्षण करने के लिए, इनपुट सिग्नल एक साइन वेव से जुड़ा होना चाहिए और 60 हर्ट्ज सिग्नल की फ़िल्टरिंग देखने के लिए एक एसी स्वीप 40 हर्ट्ज से 80 हर्ट्ज तक किया जाना चाहिए।

चरण 4: हृदय गति की गणना के लिए एक लैबव्यू प्रोग्राम बनाएं

LabVIEW उपकरणों को चलाने के साथ-साथ डेटा एकत्र करने के लिए एक उपयोगी उपकरण है। ईसीजी डेटा एकत्र करने के लिए, एक डीएक्यू बोर्ड का उपयोग किया जाता है जो 1 किलोहर्ट्ज़ की नमूना दर पर इनपुट वोल्टेज को पढ़ेगा। ये इनपुट वोल्टेज तब एक प्लॉट में आउटपुट होते हैं जिसका उपयोग ईसीजी रिकॉर्डिंग प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है। तब एकत्र किया गया डेटा एक अधिकतम खोजक के माध्यम से जाता है जो पढ़े गए अधिकतम मूल्यों को आउटपुट करता है। ये मान अधिकतम आउटपुट के ९८% पर एक पीक थ्रेशोल्ड की गणना करने की अनुमति देते हैं। इसके बाद, एक पीक डिटेक्टर का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि डेटा उस सीमा से अधिक है या नहीं। चोटियों के बीच के समय के साथ इस डेटा का उपयोग हृदय गति निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है। यह सरल गणना DAQ बोर्ड द्वारा पढ़े गए इनपुट वोल्टेज से हृदय गति को सटीक रूप से निर्धारित करेगी।

चरण 5: परीक्षण

अपने सर्किट बनाने के बाद आप उन्हें काम पर लगाने के लिए तैयार हैं! सबसे पहले, प्रत्येक चरण को 0.05 हर्ट्ज से 200 हर्ट्ज तक आवृत्तियों के एसी स्वीप के साथ परीक्षण किया जाना चाहिए। इनपुट वोल्टेज चोटी से चोटी तक 15 एमवी से अधिक नहीं होना चाहिए ताकि ओपी/एएमपी सीमाओं द्वारा सिग्नल को बंद न किया जाए। इसके बाद, सभी सर्किटों को कनेक्ट करें और यह सुनिश्चित करने के लिए कि सब कुछ ठीक से काम कर रहा है, फिर से एक पूर्ण एसी स्वीप चलाएं। जब आप अपने पूरे सर्किट के आउटपुट से संतुष्ट हो जाते हैं तो यह खुद को इससे जोड़ने का समय है। अपनी दाहिनी कलाई पर धनात्मक इलेक्ट्रोड और अपनी बाईं कलाई पर ऋणात्मक इलेक्ट्रोड रखें। ग्राउंड इलेक्ट्रोड को अपने टखने पर रखें। पूरे सर्किट के आउटपुट को अपने DAQ बोर्ड से कनेक्ट करें और LabVIEW प्रोग्राम को रन करें। आपका ईसीजी सिग्नल अब कंप्यूटर पर वेवफॉर्म ग्राफ पर दिखाई देना चाहिए। यदि यह नहीं है या विकृत है, तो सर्किट के लाभ को लगभग 10 तक कम करने का प्रयास करें, तदनुसार लाभ अवरोधक को बदलकर। यह लैबव्यू प्रोग्राम द्वारा सिग्नल को पढ़ने की अनुमति देनी चाहिए।