ईसीजी और हृदय गति मॉनिटर: 7 कदम (चित्रों के साथ)

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।

इन स्थितियों का पता लगाने के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे महत्वपूर्ण नैदानिक उपकरणों में से एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ईसीजी) है। एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम आपके दिल के माध्यम से विद्युत आवेग का पता लगाने और इसे वापस मशीन में भेजने का काम करता है [1]। संकेत शरीर पर रखे इलेक्ट्रोड से उठाया जाता है। इलेक्ट्रोड का प्लेसमेंट शारीरिक संकेतों को लेने के लिए महत्वपूर्ण है क्योंकि वे पूरे शरीर में क्षमता के अंतर को रिकॉर्ड करके काम करते हैं। इलेक्ट्रोड का मानक स्थान एंथोवेन त्रिभुज का उपयोग करना है। यह वह जगह है जहां एक इलेक्ट्रोड को दाहिने हाथ, बाएं हाथ और बाएं पैर पर रखा जाता है। बायां पैर इलेक्ट्रोड के लिए एक जमीन के रूप में कार्य करता है और यह शरीर में आवृत्ति शोर को उठाता है। दाहिने हाथ में एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड है और बाईं ओर एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड है जो छाती में संभावित अंतर की गणना करता है और इसलिए हृदय से विद्युत ऊर्जा उठाता है [2]। इस परियोजना का उद्देश्य एक ऐसा उपकरण बनाना था जो सफलतापूर्वक प्राप्त कर सके एक ईसीजी संकेत और शोर के बिना और हृदय गति माप के अतिरिक्त संकेत को स्पष्ट रूप से पुन: उत्पन्न करता है।

चरण 1: सामग्री और उपकरण

• विभिन्न प्रतिरोधक और संधारित्र
• ब्रेड बोर्ड
• फलन जनक
• आस्टसीलस्कप
• डीसी बिजली की आपूर्ति
• ऑप-एम्प्स
• LABView के साथ कंप्यूटर स्थापित
• बीएनसी केबल
• DAQ सहायक

चरण 2: इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर बनाएं

बायोइलेक्ट्रिक सिग्नल को पर्याप्त रूप से बढ़ाने के लिए, दो चरण इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर का समग्र लाभ 1000 होना चाहिए। समग्र लाभ प्राप्त करने के लिए प्रत्येक चरण को गुणा किया जाता है और व्यक्तिगत चरणों की गणना के लिए उपयोग किए जाने वाले समीकरण नीचे दिखाए गए हैं।

चरण 1 लाभ: K1=1+2*R2/R1 चरण 2 लाभ: K2= -R4/R3

उपरोक्त समीकरणों का उपयोग करते हुए, हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्रतिरोधक मान R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ और R4 = 33kΩ थे। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये मान वांछित आउटपुट प्रदान करेंगे, आप इसे ऑनलाइन अनुकरण कर सकते हैं या आप भौतिक एम्पलीफायर के निर्माण के बाद एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करके इसका परीक्षण कर सकते हैं।

ब्रेडबोर्ड में चयनित प्रतिरोधों और op-amps को जोड़ने के बाद, आपको DC बिजली की आपूर्ति से op-amps ±15V को बिजली देने की आवश्यकता होगी। इसके बाद, फ़ंक्शन जनरेटर को इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के इनपुट और ऑसिलोस्कोप को आउटपुट से कनेक्ट करें।

ऊपर दी गई तस्वीर से पता चलता है कि पूरा इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर ब्रेडबोर्ड की तरह दिखेगा। यह जांचने के लिए कि यह ठीक से काम कर रहा है, फ़ंक्शन जनरेटर को 1kHz पर 20 mV के शिखर से शिखर आयाम के साथ साइन तरंग उत्पन्न करने के लिए सेट करें। आस्टसीलस्कप पर एम्पलीफायर से आउटपुट में 20 वी के शिखर से शिखर आयाम होना चाहिए, क्योंकि 1000 का लाभ होता है, अगर यह ठीक से काम कर रहा है।

चरण 3: नॉच फ़िल्टर बनाएं

पावर लाइन के शोर के कारण, 60Hz पर शोर को फ़िल्टर करने के लिए एक फ़िल्टर की आवश्यकता थी जो कि संयुक्त राज्य में पावर लाइन का शोर है। एक नॉच फिल्टर का उपयोग किया गया था क्योंकि यह एक विशिष्ट आवृत्ति को फिल्टर करता है। प्रतिरोधक मूल्यों की गणना के लिए निम्नलिखित समीकरणों का उपयोग किया गया था। 8 के गुणात्मक कारक (क्यू) ने अच्छी तरह से काम किया और निर्माण में आसानी के लिए 0.1uF के संधारित्र मूल्यों को चुना गया। समीकरणों में आवृत्ति (w के रूप में दर्शाई गई) पायदान आवृत्ति 60Hz को 2π से गुणा किया जाता है।

R1=1/(2QwC)

R2=2Q/(wC)

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

उपरोक्त समीकरणों का उपयोग करते हुए, हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्रतिरोधक मान R1=1.5kΩ, R2=470kΩ और R3=1.5kΩ थे। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये मान वांछित आउटपुट प्रदान करेंगे, आप इसे ऑनलाइन अनुकरण कर सकते हैं या आप भौतिक एम्पलीफायर के निर्माण के बाद एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करके इसका परीक्षण कर सकते हैं।

ऊपर दी गई छवि दिखाती है कि ब्रेडबोर्ड में पूरा नॉच फ़िल्टर कैसा दिखेगा। op-amps के लिए सेटअप इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर के समान है और फ़ंक्शन जनरेटर को अब 1kHz पर 1V के शिखर से शिखर आयाम के साथ साइन लहर उत्पन्न करने के लिए सेट किया जाना चाहिए। यदि आप एसी स्वीप करते हैं तो आपको यह सत्यापित करने में सक्षम होना चाहिए कि 60 हर्ट्ज के आसपास आवृत्तियों को फ़िल्टर किया गया है।

चरण 4: एक लो पास फ़िल्टर बनाएँ

उच्च आवृत्ति शोर को फ़िल्टर करने के लिए जो ईसीजी से संबंधित नहीं है, 150 हर्ट्ज की कटऑफ आवृत्ति के साथ एक कम-पास फ़िल्टर बनाया गया था।

R1=2/(w[aC2+sqrt(a2+4b(K-1))C2^2-4b*C1*C2)

R2=1/(b*C1*C2*R1*w^2)

R3=K(R1+R2)/(K-1)

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

R4=K(R1+R2)

उपरोक्त समीकरणों का उपयोग करते हुए, हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले प्रतिरोधक मान R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0.01 μF, और C2 = 0.068 μF थे। R3 और R4 के मान शून्य हो गए क्योंकि हम चाहते थे कि फ़िल्टर का लाभ, K, शून्य हो, इसलिए हमने भौतिक सेट-अप में प्रतिरोधों के बजाय तारों का उपयोग किया। यह सुनिश्चित करने के लिए कि ये मान वांछित आउटपुट प्रदान करेंगे, आप इसे ऑनलाइन अनुकरण कर सकते हैं या आप भौतिक एम्पलीफायर के निर्माण के बाद एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करके इसका परीक्षण कर सकते हैं।

भौतिक फ़िल्टर बनाने के लिए, चुने हुए प्रतिरोधों और कैपेसिटर को ऑप-एम्प से कनेक्ट करें जैसा कि योजनाबद्ध में दिखाया गया है। op-amp को पावर दें और फ़ंक्शन जनरेटर और ऑसिलोस्कोप को उसी तरह कनेक्ट करें जैसे पिछले चरणों में वर्णित है। 150 हर्ट्ज पर साइन वेव और लगभग 1 वी के पीक-टू-पीक आयाम के साथ फंक्शन जनरेटर सेट करें। चूंकि 150 हर्ट्ज कटऑफ फ़्रीक्वेंसी होनी चाहिए, अगर फ़िल्टर ठीक से काम कर रहा है, तो इस आवृत्ति पर परिमाण 3dB होना चाहिए। यह आपको बताएगा कि फ़िल्टर सही तरीके से सेट किया गया है या नहीं।

चरण 5: सभी घटकों को एक साथ कनेक्ट करें

प्रत्येक घटक के निर्माण और उनका अलग-अलग परीक्षण करने के बाद, उन सभी को श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है। फंक्शन जनरेटर को इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के इनपुट से कनेक्ट करें, फिर उसके आउटपुट को नॉच फिल्टर के इनपुट से कनेक्ट करें। नॉच फिल्टर के आउटपुट को लो-पास फिल्टर के इनपुट से जोड़कर इसे फिर से करें। लो-पास फिल्टर का आउटपुट तब आस्टसीलस्कप से जुड़ना चाहिए।

चरण 6: सेटअप लैब व्यू

ECG हार्ट बीट वेवफ़ॉर्म को तब DAQ सहायक और LabView का उपयोग करके कैप्चर किया गया था। एक DAQ सहायक एनालॉग सिग्नल प्राप्त करता है और नमूनाकरण मापदंडों को परिभाषित करता है। DAQ सहायक को arb कार्डिएक सिग्नल आउटपुट करने वाले फंक्शन जनरेटर से और LabView वाले कंप्यूटर से कनेक्ट करें। ऊपर दिखाए गए योजना के अनुसार LabView सेटअप करें। DAQ असिस्टेंट फंक्शन जनरेटर से कार्डियक वेव लाएगा। ग्राफ़ देखने के लिए अपने LabView सेटअप में तरंग ग्राफ़ जोड़ें। अधिकतम मान के लिए सीमा निर्धारित करने के लिए संख्यात्मक ऑपरेटरों का उपयोग करें। दिखाए गए योजनाबद्ध में 80% का उपयोग किया गया था। शिखर विश्लेषण का उपयोग चोटी के स्थानों को खोजने और उन्हें समय में परिवर्तन के साथ जोड़ने के लिए भी किया जाना चाहिए। बीट्स प्रति मिनट की गणना करने के लिए चोटी की आवृत्ति को 60 से गुणा करें और यह संख्या ग्राफ़ के बगल में आउटपुट की गई थी।

चरण 7: अब आप ईसीजी रिकॉर्ड कर सकते हैं

[१] "इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम - टेक्सास हार्ट इंस्टीट्यूट हार्ट इंफॉर्मेशन सेंटर।" [ऑनलाइन]। उपलब्ध: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm। [प्रवेश किया: 09-दिसंबर-2017]।

[२] "ईसीजी लीड्स, पोलारिटी एंड एंथोवेन्स ट्राएंगल - द स्टूडेंट फिजियोलॉजिस्ट।" [ऑनलाइन]। उपलब्ध: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/। [प्रवेश किया: १०-दिसंबर-२०१७]।