सरल ईसीजी रिकॉर्डिंग सर्किट और लैब व्यू हार्ट रेट मॉनिटर: 5 कदम

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

यह एक चिकित्सा उपकरण नहीं है। यह केवल सिम्युलेटेड सिग्नल 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।

आधुनिक स्वास्थ्य देखभाल के सबसे बुनियादी पहलुओं में से एक ईसीजी, या इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम का उपयोग करके हृदय की तरंग को पकड़ने की क्षमता है। यह तकनीक दिल से निकलने वाले विभिन्न विद्युत पैटर्न को मापने के लिए सतह इलेक्ट्रोड का उपयोग करती है, ताकि आउटपुट को हृदय और फेफड़ों की स्थिति का निदान करने के लिए डायग्नोस्टिक टूल के रूप में उपयोग किया जा सके जैसे टैचिर्डिया, शाखा ब्लॉक और हाइपरट्रॉफी के विभिन्न रूप। इन स्थितियों का निदान करने के लिए, आउटपुट तरंग की तुलना सामान्य ईसीजी सिग्नल से की जाती है।

एक प्रणाली बनाने के लिए जो ईसीजी तरंग प्राप्त कर सकती है, सिग्नल को पहले बढ़ाया जाना चाहिए, और फिर शोर को दूर करने के लिए उचित रूप से फ़िल्टर किया जाना चाहिए। ऐसा करने के लिए, ओपी एम्प्स का उपयोग करके एक तीन चरण सर्किट बनाया जा सकता है।

यह निर्देशयोग्य डिजाइन के लिए आवश्यक जानकारी प्रदान करेगा और फिर सतह इलेक्ट्रोड का उपयोग करके ईसीजी सिग्नल रिकॉर्ड करने में सक्षम एक साधारण सर्किट का निर्माण करेगा, और फिर आगे की प्रक्रिया और विश्लेषण के लिए उस सिग्नल को फ़िल्टर करेगा। इसके अलावा, यह निर्देश सर्किट आउटपुट के ग्राफिकल प्रतिनिधित्व के साथ-साथ ईसीजी तरंग सर्किट आउटपुट से हृदय गति की गणना के लिए एक विधि बनाने के लिए उस सिग्नल का विश्लेषण करने के लिए उपयोग की जाने वाली एक तकनीक की रूपरेखा तैयार करेगा।

नोट: प्रत्येक चरण को डिजाइन करते समय, वांछित सर्किट व्यवहार सुनिश्चित करने के लिए प्रयोगात्मक रूप से और सिमुलेशन के माध्यम से एसी स्वीप करना सुनिश्चित करें।

चरण 1: इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर का डिज़ाइन और निर्माण

इस ईसीजी सर्किट में पहला चरण एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर है, जिसमें तीन ओपी एम्प्स होते हैं। पहले दो ओपी एएमपीएस बफर किए गए इनपुट हैं, जिन्हें बाद में तीसरे ओपी amp में खिलाया जाता है जो एक अंतर एम्पलीफायर के रूप में कार्य करता है। शरीर से संकेतों को बफ़र किया जाना चाहिए अन्यथा आउटपुट कम हो जाएगा क्योंकि शरीर अधिक करंट प्रदान नहीं कर सकता है। अंतर amp एक औसत दर्जे का संभावित अंतर प्रदान करने के लिए दो इनपुट स्रोतों के बीच अंतर ले रहा है, साथ ही साथ सामान्य शोर को रद्द कर रहा है। इस चरण में १००० का लाभ भी होता है, जो विशिष्ट एमवी को अधिक पठनीय वोल्टेज में बढ़ाता है।

इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के लिए 1000 के सर्किट लाभ की गणना समीकरणों द्वारा की जाती है। इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के चरण 1 के लाभ की गणना (2) द्वारा की जाती है, और इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के चरण 2 के लाभ की गणना (3) द्वारा की जाती है। K1 और K2 की गणना की गई ताकि वे एक दूसरे से 15 के मान से अधिक भिन्न न हों।

1000 के लाभ के लिए, K1 को 40 पर सेट किया जा सकता है और K2 को 25 पर सेट किया जा सकता है। प्रतिरोधी मानों की गणना की जा सकती है, लेकिन इस विशेष उपकरण एम्पलीफायर ने नीचे प्रतिरोधी मानों का उपयोग किया:

R1 = ४० kΩ

R2 = 780 kΩ

R3 = 4 kΩ

R4 = १०० kΩ

चरण 2: नॉच फ़िल्टर का डिज़ाइन और निर्माण

अगला चरण पावर आउटलेट से आने वाले 60 हर्ट्ज सिग्नल को हटाने के लिए एक नॉच फिल्टर है।

पायदान फ़िल्टर में, R1 के प्रतिरोधक मान की गणना (4), R2 के मान (5) और R3 के मान (6) द्वारा की जाती है। सर्किट का गुणवत्ता कारक, क्यू, 8 पर सेट है क्योंकि यह वास्तविक रूप से सटीक होने के दौरान त्रुटि का उचित मार्जिन देता है। क्यू मान की गणना (7) द्वारा की जा सकती है। नॉच फिल्टर के अंतिम गवर्निंग समीकरण का उपयोग बैंडविड्थ की गणना के लिए किया जाता है, और इसका वर्णन (8) द्वारा किया जाता है। 8 के गुणवत्ता कारक के अलावा, नॉच फ़िल्टर में अन्य डिज़ाइन विनिर्देश मौजूद थे। इस फ़िल्टर को 1 के लाभ के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि यह सिग्नल को परिवर्तित न करे, जबकि यह 60 हर्ट्ज सिग्नल को हटा देता है।

उन समीकरणों के अनुसार, R1 = 11.0524 kΩ, R2 = 2.829 MΩ, R3 = 11.009 kΩ, और C1 = 15 nF

चरण 3: दूसरा ऑर्डर बटरवर्थ लो-पास फ़िल्टर डिज़ाइन और निर्माण करें

अंतिम चरण, सभी संकेतों को हटाने के लिए एक कम-पास फ़िल्टर है जो ईसीजी तरंग के उच्चतम आवृत्ति घटक से ऊपर हो सकता है, जैसे कि वाईफाई शोर, और अन्य परिवेश संकेत जो ब्याज के संकेत से विचलित हो सकते हैं। इस चरण के लिए -3dB बिंदु 150 हर्ट्ज के आसपास या करीब होना चाहिए, क्योंकि ईसीजी तरंग रेंज में मौजूद संकेतों की मानक सीमा 0.05 हर्ट्ज से 150 हर्ट्ज तक होती है।

लो-पास सेकेंड ऑर्डर बटरवर्थ फ़िल्टर को डिज़ाइन करते समय, सर्किट को फिर से 1 का लाभ प्राप्त करने के लिए सेट किया जाता है, जिससे अधिक सरल सर्किट डिज़ाइन की अनुमति मिलती है। आगे कोई गणना करने से पहले, यह नोट करना महत्वपूर्ण है कि कम पास फिल्टर की वांछित कटऑफ आवृत्ति 150 हर्ट्ज पर सेट है। कैपेसिटर 2, C2 के मान की गणना करके शुरू करना सबसे आसान है, क्योंकि अन्य समीकरण इस मान पर निर्भर करते हैं। C2 की गणना (9) द्वारा की जा सकती है। C2, C1 की गणना के आधार पर (10) द्वारा गणना की जा सकती है। इस कम पास फ़िल्टर के मामले में, गुणांक ए और बी परिभाषित किए जाते हैं जहां ए = 1.414214, और बी = 1। आर 1 के प्रतिरोधी मूल्य की गणना (11) द्वारा की जाती है, और आर 2 के प्रतिरोधी मूल्य की गणना (12) द्वारा की जाती है।.

निम्नलिखित मूल्यों का उपयोग किया गया था:

R1 = 13.842kΩ

R2 = 54.36kΩ

सी1 = 38 एनएफ

सी1 = 68 एनएफ

चरण 4: डेटा प्राप्ति और विश्लेषण के लिए प्रयुक्त लैबव्यू प्रोग्राम सेटअप करें

इसके बाद, कंप्यूटर प्रोग्राम लैबव्यू का उपयोग एक ऐसे कार्य को बनाने के लिए किया जा सकता है जो ईसीजी सिग्नल से दिल की धड़कन का ग्राफिकल प्रतिनिधित्व करेगा, और उसी सिग्नल से हृदय गति की गणना करेगा। LabView प्रोग्राम इसे पहले DAQ बोर्ड से एनालॉग इनपुट स्वीकार करके पूरा करता है, जो डिजिटल कनवर्टर के एनालॉग के रूप में भी कार्य करता है। इस डिजिटल सिग्नल को फिर आगे विश्लेषण और प्लॉट किया जाता है, जहां प्लॉट DAQ बोर्ड में इनपुट होने वाले सिग्नल के ग्राफिकल प्रतिनिधित्व को दर्शाता है। डिजिटल सिग्नल के अधिकतम मूल्यों का 80% स्वीकार करके सिग्नल तरंग का विश्लेषण किया जाता है, और फिर सिग्नल की इन चोटियों का पता लगाने के लिए एक पीक डिटेक्टर फ़ंक्शन का उपयोग करता है। साथ ही, प्रोग्राम तरंग लेता है और तरंग की चोटियों के बीच के समय के अंतर की गणना करता है। शिखर का पता लगाने के साथ या तो 1 या 0 के मूल्यों के साथ युग्मित किया जाता है, जहां 1 चोटियों के स्थान का एक सूचकांक बनाने के लिए एक चोटी का प्रतिनिधित्व करता है, और इस सूचकांक का उपयोग चोटियों के बीच समय के अंतर के साथ संयोजन में गणितीय रूप से हृदय गति की गणना करने के लिए किया जाता है। बीट्स प्रति मिनट (बीपीएम)। LabView प्रोग्राम में उपयोग किया गया ब्लॉक आरेख दिखाया गया है।

चरण 5: पूर्ण विधानसभा

एक बार जब आप अपने सभी सर्किट और लैबव्यू प्रोग्राम का निर्माण कर लेते हैं और यह सुनिश्चित कर लेते हैं कि सब कुछ ठीक से काम कर रहा है, तो आप ईसीजी सिग्नल रिकॉर्ड करने के लिए तैयार हैं। चित्र पूर्ण सर्किट सिस्टम असेंबली का एक संभावित योजनाबद्ध है।

सकारात्मक इलेक्ट्रोड को अपनी दाहिनी कलाई और एक चक्करदार इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर इनपुट से कनेक्ट करें, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड को आप बाईं कलाई और अन्य इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर इनपुट को चित्र के रूप में कनेक्ट करें। इलेक्ट्रोड इनपुट का क्रम मायने नहीं रखता। अंत में, अपने टखने पर एक ग्राउंड इलेक्ट्रोड रखें, और अपने सर्किट में जमीन से कनेक्ट करें। बधाई हो, आपने ईसीजी सिग्नल रिकॉर्ड करने और रिकॉर्ड करने के लिए आवश्यक सभी चरणों को पूरा कर लिया है।