अपना खुद का ईसीजी बनाएं!: 10 कदम

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

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।

दिल की धड़कन में लयबद्ध संकुचन होते हैं जो कार्डियक मायोसाइट्स (हृदय की मांसपेशियों की कोशिकाओं) में विद्युत विध्रुवण की सहज प्रस्तुति द्वारा नियंत्रित होते हैं। इस तरह की विद्युत गतिविधि को शरीर की विभिन्न स्थितियों के साथ गैर-इनवेसिव रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड रखकर कैप्चर किया जा सकता है। सर्किटरी और बायोइलेक्ट्रिसिटी की प्रारंभिक समझ के साथ भी, इन संकेतों को सापेक्ष आसानी से कैप्चर किया जा सकता है। इस निर्देशयोग्य में हम एक सरलीकृत पद्धति का परिचय देते हैं जिसका उपयोग व्यावहारिक और सस्ते उपकरणों के साथ इलेक्ट्रोकार्डियोग्राफिक सिग्नल को पकड़ने के लिए किया जा सकता है। पूरे दौरान, हम ऐसे संकेतों के अधिग्रहण में आवश्यक विचारों और प्रोग्रामेटिक सिग्नल विश्लेषण के लिए वर्तमान तकनीकों पर प्रकाश डालेंगे।

चरण 1: सुविधाओं का अवलोकन

आप जिस उपकरण का निर्माण कर रहे हैं वह निम्नलिखित विशेषताओं के माध्यम से कार्य करेगा:

1. इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग
2. इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर
3. नोच फिल्टर
4. लो पास फिल्टर
5. एनालॉग-टू-डिजिटल रूपांतरण
6. LabView का उपयोग करके सिग्नल विश्लेषण

कुछ प्रमुख घटकों की आपको आवश्यकता होगी:

1. एनआई लैब व्यू
2. एनआई डाटा अधिग्रहण बोर्ड (लैब व्यू में इनपुट के लिए)
3. डीसी बिजली की आपूर्ति (परिचालन एम्पलीफायरों को बिजली देने के लिए)
4. इलेक्ट्रोड रिकॉर्डिंग के लिए त्वचा इलेक्ट्रोड पैड
5. या एक फ़ंक्शन जनरेटर जो एक नकली ईसीजी सिग्नल बना सकता है

आएँ शुरू करें!

चरण 2: एक लो-पास फ़िल्टर डिज़ाइन करें

एक सामान्य ईसीजी में पी वेव, क्यूआरएस कॉम्प्लेक्स और टी वेव नामक सिग्नल के तरंग में पहचान योग्य विशेषताएं होती हैं। ईसीजी की सभी विशेषताएं 250 हर्ट्ज से नीचे की आवृत्ति रेंज में दिखाई देंगी, और जैसे, इलेक्ट्रोड से ईसीजी रिकॉर्ड करते समय केवल रुचि की विशेषताओं को कैप्चर करना महत्वपूर्ण है। 250 हर्ट्ज की कटऑफ आवृत्ति के साथ एक कम-पास फ़िल्टर यह सुनिश्चित करेगा कि सिग्नल में कोई उच्च आवृत्ति शोर कैप्चर नहीं किया गया है

चरण 3: एक नॉच फ़िल्टर डिज़ाइन करें

ईसीजी रिकॉर्डिंग से जुड़ी किसी भी बिजली आपूर्ति से शोर को दूर करने के लिए 60 हर्ट्ज की आवृत्ति पर एक नॉच फिल्टर उपयोगी है। 56.5 हर्ट्ज और 64 हर्ट्ज के बीच कटऑफ आवृत्तियां उस सीमा के बाहर आवृत्तियों वाले संकेतों को गुजरने की अनुमति देगी। फ़िल्टर पर 8 का गुणवत्ता कारक लागू किया गया था। 0.1 uF की धारिता को चुना गया। प्रयोगात्मक प्रतिरोधों का चयन इस प्रकार किया गया: R1=R3=1.5 kOhms, R2=502 kOhms। इन मूल्यों का उपयोग पायदान फिल्टर के निर्माण के लिए किया गया था।

चरण 4: एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर डिज़ाइन करें

1000 वी/वी के लाभ के साथ एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर माप में आसानी के लिए अनुमति देने के लिए सभी फ़िल्टर किए गए संकेतों को बढ़ाएगा। एम्पलीफायर परिचालन एम्पलीफायरों की एक श्रृंखला का उपयोग करता है और संबंधित लाभ K1 और K2 के साथ दो चरणों (बाएं और दाएं) में विभाजित होता है। ऊपर की छवि सर्किटरी का एक योजनाबद्ध प्रदर्शित करती है जो इस परिणाम को प्राप्त कर सकती है और चित्र 6 में की गई गणनाओं का विवरण है।

चरण 5: यह सब एक साथ कनेक्ट करें

प्रवर्धन और फ़िल्टरिंग के तीन चरणों को नीचे चित्र 7 में संयोजित किया गया है। इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर 1000V / V के लाभ के साथ साइनसॉइडल आवृत्ति इनपुट को बढ़ाता है। इसके बाद, नॉच फिल्टर 8 के गुणवत्ता कारक के साथ 60 हर्ट्ज की सभी सिग्नल आवृत्ति को हटा देता है। अंत में, सिग्नल एक कम पास फिल्टर से गुजरता है जो 250 हर्ट्ज की आवृत्ति से परे संकेतों को क्षीण करता है। ऊपर दिया गया आंकड़ा प्रयोगात्मक रूप से बनाई गई पूरी प्रणाली को प्रदर्शित करता है।

चरण 6: … और सुनिश्चित करें कि यह काम करता है।

यदि आपके पास एक फ़ंक्शन जनरेटर है, तो आपको उचित प्रतिक्रिया सुनिश्चित करने के लिए आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र बनाना चाहिए। ऊपर दी गई छवि पूर्ण प्रणाली और आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र दिखाती है जिसकी आपको अपेक्षा करनी चाहिए। यदि आपका सिस्टम काम करता हुआ प्रतीत होता है, तो आप अगले चरण पर जाने के लिए तैयार हैं: एनालॉग सिग्नल को डिजिटल में बदलना!

चरण 7: (वैकल्पिक) ऑसिलोस्कोप पर अपने ईसीजी की कल्पना करें

ईसीजी दो इलेक्ट्रोड के साथ एक सिग्नल रिकॉर्ड करता है और तीसरे इलेक्ट्रोड को जमीन के रूप में उपयोग करता है। अपने ईसीजी रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के साथ, इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के एक इनपुट में एक डालें, दूसरे को दूसरे इंस्ट्रूमेंटेशन amp इनपुट में डालें, और तीसरे को अपने ब्रेडबोर्ड पर ग्राउंड से कनेक्ट करें। इसके बाद, एक इलेक्ट्रोड को एक कलाई पर, दूसरे को दूसरी कलाई पर और अपने टखने पर रखें। यह ईसीजी के लिए लीड 1 कॉन्फ़िगरेशन है। अपने आस्टसीलस्कप पर संकेत की कल्पना करने के लिए, अपने तीसरे चरण के आउटपुट को मापने के लिए एक आस्टसीलस्कप जांच का उपयोग करें।

चरण 8: राष्ट्रीय उपकरण DAQ के साथ डेटा प्राप्त करें

यदि आप LabView में अपने सिग्नल का विश्लेषण करना चाहते हैं, तो आपको अपने ECG से एनालॉग डेटा एकत्र करने और उसे कंप्यूटर पर स्थानांतरित करने के लिए किसी तरह की आवश्यकता होगी। डेटा प्राप्त करने के सभी प्रकार के तरीके हैं! नेशनल इंस्ट्रूमेंट्स एक कंपनी है जो डेटा अधिग्रहण उपकरणों और डेटा विश्लेषण उपकरणों में माहिर है। डेटा एकत्र करने के लिए उपकरण देखने के लिए वे एक अच्छी जगह हैं। आप डिजिटल कनवर्टर चिप के लिए अपना खुद का सस्ता एनालॉग भी खरीद सकते हैं, और अपने सिग्नल को प्रसारित करने के लिए रास्पबेरी पाई का उपयोग कर सकते हैं! यह शायद सबसे सस्ता विकल्प है। इस मामले में, हमारे पास पहले से ही एक एनआई डीएक्यू मॉड्यूल एक एनआई एडीसी और लैब व्यू घर में था, इसलिए हम सख्ती से राष्ट्रीय उपकरण हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के साथ फंस गए।

चरण 9: लैबव्यू में डेटा आयात करें

दृश्य प्रोग्रामिंग भाषा लैबव्यू का उपयोग एनालॉग एम्प्लीफिकेशन/फ़िल्टरिंग सिस्टम से एकत्र किए गए डेटा का विश्लेषण करने के लिए किया गया था। डेटा को NI DAQ इकाई से DAQ सहायक के साथ एकत्र किया गया था, जो LabVIEW में एक अंतर्निहित डेटा संग्रह फ़ंक्शन है। LabView नियंत्रणों का उपयोग करते हुए, नमूनों की संख्या और नमूना संग्रह के लिए समय अवधि को प्रोग्रामेटिक रूप से निर्दिष्ट किया गया था। नियंत्रण मैन्युअल रूप से समायोज्य हैं, जिससे उपयोगकर्ता आसानी से इनपुट पैरामीटर को ठीक कर सकता है। नमूनों की कुल संख्या और ज्ञात समय अवधि के साथ, कैप्चर किए गए सिग्नल में प्रत्येक नमूने पर संबंधित समय का प्रतिनिधित्व करने वाले प्रत्येक सूचकांक मान के साथ एक समय वेक्टर बनाया गया था।

चरण 10: प्रारूप, विश्लेषण, और आपका काम हो गया

DAQ सहायक फ़ंक्शन के डेटा को एक प्रयोग करने योग्य प्रारूप में परिवर्तित किया गया था। पहले DAQ आउटपुट डेटा प्रकार को एक तरंग डेटा प्रकार में परिवर्तित करके और फिर एक (X, Y) क्लस्टर जोड़ी के युगल में परिवर्तित करके सिग्नल को डबल्स के 1D सरणी के रूप में फिर से बनाया गया था। (X, Y) जोड़ी से प्रत्येक Y मान का चयन किया गया था और एक लूपिंग संरचना की मदद से डबल्स के प्रारंभिक रिक्त 1D सरणी में डाला गया था। डबल्स की 1D सरणी और संबंधित समय वेक्टर को XY ग्राफ़ पर प्लॉट किया गया था। साथ ही, युगल के 1D सरणी के अधिकतम मान की पहचान अधिकतम मान पहचान फ़ंक्शन के साथ की गई थी। लैब व्यू में बिल्ट-इन पीक डिटेक्शन एल्गोरिथम के लिए अधिकतम मूल्य के छह दसवें हिस्से का उपयोग थ्रेशोल्ड के रूप में किया गया था। युगल के 1डी सरणी के शिखर मूल्यों की पहचान पीक डिटेक्शन फ़ंक्शन के साथ की गई थी। ज्ञात शिखर स्थानों के साथ, प्रत्येक शिखर के बीच के समय के अंतर की गणना की गई। इस बार का अंतर, प्रति सेकंड सेकंड की इकाइयों में, प्रति मिनट चोटियों में परिवर्तित हो गया था। परिणामी मान को धड़कन प्रति मिनट में हृदय गति का प्रतिनिधित्व करने के लिए माना जाता था।

इतना ही! आपने अब एक ईसीजी सिग्नल एकत्र और विश्लेषण किया है!