ईसीजी और हार्ट रेट डिजिटल मॉनिटर: 7 कदम (चित्रों के साथ)

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

एक इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम, या ईसीजी, हृदय स्वास्थ्य को मापने और विश्लेषण करने का एक बहुत पुराना तरीका है। ईसीजी से पढ़ा गया संकेत स्वस्थ हृदय या कई समस्याओं का संकेत दे सकता है। एक विश्वसनीय और सटीक डिजाइन महत्वपूर्ण है क्योंकि यदि ईसीजी सिग्नल विकृत तरंग या गलत दिल की धड़कन दिखाता है, तो एक व्यक्ति का गलत निदान किया जा सकता है। लक्ष्य एक ईसीजी सर्किट डिजाइन करना है जो ईसीजी सिग्नल को प्राप्त करने, बढ़ाने और फ़िल्टर करने में सक्षम है। फिर, ईसीजी सिग्नल के बीपीएम में रीयल-टाइम ग्राफ और दिल की धड़कन का उत्पादन करने के लिए उस सिग्नल को ए/डी कनवर्टर के माध्यम से लैबव्यू में परिवर्तित करें। आउटपुट तरंग इस छवि की तरह दिखनी चाहिए।

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।

चरण 1: सर्किट डिजाइन करना

सर्किट को ईसीजी सिग्नल प्राप्त करने और बढ़ाने में सक्षम होना चाहिए। ऐसा करने के लिए, हम तीन सक्रिय फ़िल्टरों को संयोजित करेंगे; एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर, एक सेकेंड ऑर्डर बटरवर्थ लो-पास फिल्टर और एक नॉच फिल्टर। इन सर्किटों का डिज़ाइन छवियों में देखा जा सकता है। हम एक-एक करके जाएंगे, फिर उन्हें पूरा सर्किट पूरा करने के लिए एक साथ रखेंगे।

चरण 2: इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर

एक अच्छा सिग्नल प्राप्त करने के लिए इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर का लाभ 1000 वी/वी होना चाहिए। इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के माध्यम से प्रवर्धन दो चरणों में होता है। पहले चरण में बाईं ओर दो ऑप एम्प्स और रेसिस्टर R1 और R2 होते हैं और प्रवर्धन के दूसरे चरण में दाईं ओर op amp और रेसिस्टर्स R3 और R4 होते हैं। चरण 1 और चरण 2 के लिए लाभ (प्रवर्धन) समीकरण (1) और (2) में दिया गया है।

चरण 1 लाभ: K1 = 1 + (2R2/R1) (1)

चरण 2 लाभ: K2 = R4/R3 (2)

सर्किट में लाभ के बारे में एक महत्वपूर्ण बात यह है कि गुणक है; जैसे चित्र 2 में समग्र परिपथ का लाभ K1*K2 है। ये समीकरण योजनाबद्ध में दिखाए गए मान उत्पन्न करते हैं। इस फिल्टर के लिए आवश्यक सामग्री तीन LM741 op amps, तीन 1k ओम प्रतिरोधक, दो 24.7 kohm प्रतिरोधक और दो 20 kohm प्रतिरोधक हैं।

चरण 3: पायदान फ़िल्टर

अगला चरण 60 हर्ट्ज़ पर शोर को कम करने के लिए एक नॉच फ़िल्टर है। इस आवृत्ति को काटने की जरूरत है क्योंकि बिजली लाइन के हस्तक्षेप के कारण 60 हर्ट्ज पर बहुत अधिक अतिरिक्त शोर है, लेकिन यह ईसीजी सिग्नल से कुछ भी महत्वपूर्ण नहीं निकालेगा। सर्किट में उपयोग किए जाने वाले घटकों के मान उस आवृत्ति पर आधारित होते हैं जिसे आप फ़िल्टर करना चाहते हैं, इस मामले में 60 हर्ट्ज (377 रेड/एस)। घटक समीकरण इस प्रकार हैं

आर1= 1/ (6032*सी)

R2= 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

इसके लिए आवश्यक सामग्री एक LM741 op amp, तीन प्रतिरोधों के साथ 1658 ओम, 424.4 kohm और 1651 ओम और 3 कैपेसिटर, दो 100 nF और एक 200 nF पर थे।

चरण 4: कम पास फ़िल्टर

अंतिम चरण 250 हर्ट्ज की कटऑफ आवृत्ति के साथ दूसरा ऑर्डर बटरवर्थ लो-पास फिल्टर है। यह कटऑफ आवृत्ति है क्योंकि ईसीजी सिग्नल केवल अधिकतम 250 हर्ट्ज तक होता है। फ़िल्टर में घटकों के मानों के समीकरण निम्नलिखित समीकरणों में परिभाषित किए गए हैं:

R1 = 2/ (1571(1.4C2 + सॉर्ट (1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 <(C2 *1.4^2) / 4

इस फिल्टर के लिए आवश्यक सामग्री एक LM741 op amp, 15.3 kohm और 25.6 kohm के दो प्रतिरोधक और 47 nF और 22 nF के दो कैपेसिटर थे।

एक बार सभी तीन चरणों को डिजाइन और निर्मित करने के बाद, अंतिम सर्किट को फोटो जैसा दिखना चाहिए।

चरण 5: सर्किट का परीक्षण

सर्किट बनने के बाद, यह सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण किया जाना चाहिए कि यह ठीक से काम कर रहा है। वोल्टेज जनरेटर से 1 हर्ट्ज पर कार्डियक इनपुट सिग्नल का उपयोग करके प्रत्येक फिल्टर पर एक एसी स्वीप चलाने की आवश्यकता होती है। डीबी में परिमाण प्रतिक्रिया छवियों की तरह दिखनी चाहिए। यदि एसी स्वीप के परिणाम सही हैं, तो सर्किट समाप्त हो गया है और उपयोग के लिए तैयार है। यदि प्रतिक्रियाएँ सही नहीं हैं, तो सर्किट को डीबग करने की आवश्यकता है। सब कुछ एक अच्छा कनेक्शन है यह सुनिश्चित करने के लिए सभी कनेक्शन और पावर इनपुट की जांच करके प्रारंभ करें। यदि यह समस्या का समाधान नहीं करता है, तो फिल्टर के घटकों के लिए समीकरणों का उपयोग प्रतिरोधों और कैपेसिटर के मूल्यों को समायोजित करने के लिए तब तक करें जब तक कि आउटपुट वह जगह न हो जहां यह होना चाहिए।

चरण 6: लैबव्यू में वीयूआई बनाना

लैबव्यू एक डिजिटल डेटा अधिग्रहण सॉफ्टवेयर है जो उपयोगकर्ता को वीयूआई, या वर्चुअल यूजर इंटरफेस डिजाइन करने देता है। एक डीएक्यू बोर्ड एक ए/डी कनवर्टर है जो ईसीजी सिग्नल को लैबव्यू में परिवर्तित और प्रसारित कर सकता है। इस सॉफ्टवेयर का उपयोग करके, ईसीजी सिग्नल को सिग्नल को स्पष्ट रूप से पढ़ने के लिए एक आयाम बनाम समय ग्राफ पर प्लॉट किया जा सकता है और फिर सिग्नल को बीपीएम में दिल की धड़कन में परिवर्तित किया जा सकता है। इसके लिए सबसे पहली आवश्यकता एक DAQ बोर्ड है जो डेटा प्राप्त करता है और इसे कंप्यूटर पर लैबव्यू को भेजने के लिए एक डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करता है। लैबव्यू डिज़ाइन में जोड़ने के लिए आवश्यक पहली चीज़ DAQ सहायक थी, जो DAQ बोर्ड से संकेत प्राप्त करती है और नमूना मापदंडों को परिभाषित करती है। अगला चरण वीयूआई डिज़ाइन पर डीएक्यू सहायक के आउटपुट के लिए एक तरंग ग्राफ को जोड़ रहा है जो ईसीजी तरंग दिखाते हुए ईसीजी सिग्नल को प्लॉट करता है। अब जब तरंग ग्राफ पूरा हो गया है, तो हृदय गति के संख्यात्मक आउटपुट का उत्पादन करने के लिए डेटा को भी परिवर्तित करने की आवश्यकता है। इस गणना में पहला कदम VUI में DAQ डेटा के आउटपुट के लिए अधिकतम/न्यूनतम तत्व को जोड़कर ईसीजी डेटा का अधिकतम पता लगाना था, और फिर इसे पीक डिटेक्शन नामक एक अन्य तत्व और एक ऐसे तत्व के लिए आउटपुट करना था जो समय में परिवर्तन जिसे dt कहा जाता है। चोटी का पता लगाने वाले तत्व को भी अधिकतम/मिनट से एक सीमा की आवश्यकता होती है, जिसकी गणना अधिकतम न्यूनतम तत्व से अधिकतम लेकर और इसे.8 से गुणा करके, अधिकतम मूल्य का ८०% खोजने के लिए, फिर चोटी का पता लगाने वाले तत्व में इनपुट किया जाता है। इस थ्रेशोल्ड ने शिखर का पता लगाने वाले तत्व को अधिकतम आर तरंग और सिग्नल की अन्य चोटियों की अनदेखी करते हुए अधिकतम स्थान खोजने की अनुमति दी। चोटियों के स्थानों को तब VUI पर जोड़े गए एक इंडेक्स ऐरे एलिमेंट में भेजा गया था। इंडेक्स ऐरे एलिमेंट को 0 से शुरू होने वाले और इंडेक्स पर स्टोर करने के लिए सेट किया गया था, और फिर दूसरा 1 के इंडेक्स से शुरू होता है। फिर, दो चोटी के स्थानों के अंतर को खोजने के लिए इन्हें एक दूसरे से घटाया गया, जो संख्या से मेल खाता है प्रत्येक चोटी के बीच के बिंदुओं की। प्रत्येक बिंदु के बीच के समय के अंतर से गुणा किए गए अंकों की संख्या प्रत्येक बीट के होने में लगने वाला समय प्रदान करती है। यह डीटी तत्व से आउटपुट को गुणा करके और दो सरणी के घटाव से आउटपुट को गुणा करके पूरा किया गया था। बीट्स प्रति मिनट खोजने के लिए इस संख्या को 60 से विभाजित किया गया था, और फिर वीयूआई पर एक संख्यात्मक संकेतक तत्व का उपयोग करके आउटपुट किया गया था। लैबव्यू में वीयूआई डिज़ाइन का सेटअप चित्र में दिखाया गया है।

चरण 7: यह सब एक साथ रखो

एक बार लैबव्यू पर वीयूआई समाप्त हो जाने के बाद, अंतिम चरण सर्किट को डीएक्यू बोर्ड से जोड़ना है, इसलिए सिग्नल सर्किट के माध्यम से, बोर्ड में, फिर लैबव्यू में चलता है। यदि सब कुछ ठीक से काम करता है, तो 1 हर्ट्ज सिग्नल को आकृति में दिखाए गए तरंग और 60 बीट्स प्रति मिनट की धड़कन का उत्पादन करना चाहिए। अब आपके पास एक कार्यशील ईसीजी और हार्ट रेट डिजिटल मॉनिटर है।