Kendi Elektrokardiyogramınızı (EKG) Yapın: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

FARK ETME:

Bu tıbbi bir cihaz değildir. Bu, simüle edilmiş sinyaller kullanılarak yalnızca eğitim amaçlıdır. Bu devreyi gerçek EKG ölçümleri için kullanıyorsanız, lütfen devrenin ve devre-enstrüman bağlantılarının pil gücü ve diğer uygun izolasyon tekniklerini kullandığından emin olun.

[Görüntü https://scienceprog.com/avr-dds-signal-generator-v… adresinden alınmıştır.]

Adım 1: Eşyalarınızı Tanıyın

Elektrokardiyogram (EKG), doktorlar tarafından kalbin elektriksel aktivitesini izlemek için kullanılan önemli bir araçtır. Anormal kalp ritimlerinden ısı yetmezliği teşhisine kadar her şeyi yakalamada faydalıdır. Bu Eğitilebilir Tabloyu takip ederek, yalnızca temel devre tahtası becerilerini ve genel elektronik laboratuvar ekipmanlarını kullanan bir kişinin elektrokardiyogramını görüntüleyen bir cihaz oluşturabileceksiniz. İyi bir sinyal çıkışına sahip olduğunuzda, aynı sinyali, bir mikro denetleyici kullanarak kalp atış hızını veya başka bir ilginç ölçümü hesaplamak için kullanabilirsiniz.

-

EKG'nin ne olduğunu bilmiyorsanız, bu sadece kalbin aktivitesinin bir kaydıdır. Kalbin kasılmalarının elektriksel doğası nedeniyle, deriye elektrotlar yerleştirerek ve sinyali işleyerek voltajdaki değişiklik kaydedilebilir. Bu voltajların zaman içindeki grafiğine elektrokardiyogram (kısaca EKG) denir. EKG'ler tipik olarak çeşitli kalp yetmezliği biçimlerini teşhis etmek veya hasta stresini pasif olarak izlemek için kullanılır. Sağlıklı bir EKG, insanlar arasında evrensel olan belirli özelliklere sahiptir. (Buna bir P dalgası, Q dalgası, R dalgası, S dalgası, T dalgası ve bir QRS kompleksi dahildir.) Kalbin karşılık gelen reaksiyonu ile bir EKG'nin basitleştirilmiş bir diyagramını sağladım.

-

Kalbin sinirlerinde meydana gelen her bir elektriksel olayın, sonuç olarak kas dokusunda meydana gelen fiziksel bir olaya tekabül ettiğini ve kalbin bir kısmı kasılırken diğer kısımlarının gevşediğini unutmayın. Bu şekilde kalpte elektrik sinyallerinin zamanlaması çok önemlidir ve bu da EKG'yi kalp sağlığını ölçmede çok güçlü bir araç haline getirir.

-

Ancak gerçek bir EKG kaydetmemiz için sinyalin boyutu, vücudun geri kalanından gelen gürültü miktarı ve çevreden gelen gürültü miktarı gibi birçok lojistik konu devreye girer. Bunu telafi etmek için 3 parçadan oluşacak bir devre tasarlıyoruz: sinyalimizin boyutunu artırmak için bir diferansiyel amplifikatör, yüksek frekanslı sinyal gürültüsünü ortadan kaldırmak için bir alçak geçiren filtre ve 60 Hz gürültüyü gidermek için bir çentik filtresi. AC gücüyle beslenen binalarda her zaman mevcuttur. Aşağıda size bu adımların izleyişini detaylı olarak anlatacağım.

[Görüntü https://courses.lumenlearning.com/ap2/chapter/card… adresinden alınmıştır.]

2. Adım: Sarf Malzemelerinizi Toplayın

Bu proje için ihtiyacınız olacak:

- 1 büyük breadboard (2 veya daha fazlasına sahip olmak daha iyi olacaktır)

- 5 genel amaçlı op-amp

(UA741'i +-15 V ile kullandım, sadece seçtiklerinizin 15 volta dayanabileceğinden emin olun, aksi takdirde pasif bileşenlerinin değerlerini ayarlamanız gerekecek ve daha az amplifikasyonla yetinmek zorunda kalacaksınız)

Dirençler

o 2x 165 ohm

o 3x 1k ohm

o 2x 15k ohm

o 2x 33k ohm

o 1x 42k ohm

o 2x 60k ohm

Kapasitörler

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Çok sayıda veya atlama teli

- +-15 V sağlayabilen DC gerilim kaynağı

- Bir fonksiyon üreteci ve osiloskop (esas olarak sorun giderme için)

- Gerçek bir EKG kaydetmeyi planlıyorsanız en az üç yapışkan elektrot

- Tüm bu saçmalıkları birbirine bağlayacak kadar kablo

- Devreler, op-amp'ler hakkında sağlam bir anlayış ve breadboarding deneyimi.

Doğum gününüz için yeni bir devre tahtası aldıysanız ve onunla havalı bir şeyler yapmayı denemek istiyorsanız, bunu denemeden önce en azından birkaç basit yapı yapın.

-

3. Adım: Diferansiyel Yükselticiyi Oluşturun

Diferansiyel yükselteç, kaydedilen sinyalimizi bir dürbün veya ekranda görüntülenmek üzere kullanılabilir bir düzeye yükseltecek olan şeydir. Bu devre tasarımı, iki giriş elektrotundan voltaj farkını alacak ve onu yükseltecektir. Elektrotlar arasındaki ortak gürültü ortadan kaldırılacağı için bu, gürültüyü azaltmak için yapılır. EKG sinyalinin genliği, kayıt elektrotlarının yerleşimine ve kişiye bağlı olarak değişecektir, ancak bileklerden kayıt yapılırken tipik olarak birkaç milivolt düzeyindedir. (Bu kurulum için gerekli olmasa da, göğse elektrotlar yerleştirerek sinyal genliği artırılabilir, ancak ödün, akciğer hareketinden kaynaklanan gürültüdür.)

-

Kurulum şemasını ekledim. Resimdeki devre sinyalinizi ~1000 kat yükseltmelidir. Kullanmaya karar verdiğiniz op-amp türüne bağlı olarak bunu ayarlamanız gerekebilir. Bunu ayarlamanın hızlı bir yolu, R1'in değerini değiştirmektir. R1'in değerini yarıya indirerek, çıktı kazancını ikiye katlarsınız ve bunun tersi de geçerlidir.

-

Çoğunuzun bu devreyi devre tahtasına çevirebileceğini varsayıyorum, bununla birlikte süreci kolaylaştırmak ve sorun giderme sürenizi azaltmak için devre tahtası kurulumunun bir şemasını ekledim. Rahatınız için UA741 (veya LM741) pin çıkışının bir resmini de ekledim. (amaçlarınız için 1, 5 veya 8) pinlere ihtiyacınız olmayacak. Op-amp üzerindeki V+ ve V- pinleri sırasıyla +15 V ve -15 V kaynağınıza bağlanacaktır. -15V toprakla aynı şey değildir! Breadboard'umdaki kapasitörleri görmezden gelebilirsiniz. Bunlar, AC gürültüsünü ortadan kaldırmak için tasarlanmış baypas kapasitörleridir, ancak geçmişe bakıldığında bu çabaya değmezdi.

-

Sorun gidermek için tamamlarken her aşamayı test etmenizi öneririm. Devrenin gösterdiği gibi, amplifikasyonu kontrol etmek için girişlerden birini toprağa ve diğerini küçük bir DC kaynağına bağlayabilirsiniz. (<15 mV girdiğinizden emin olun, aksi takdirde op-amp'leri doyurursunuz). Test için kazancınızı azaltmanız gerekiyorsa, acele etmeyin, 500 katın üzerindeki herhangi bir kazanç bizim için yeterli olacaktır. Ayrıca, devrenizi 1000 kazanç elde edecek şekilde kurduysanız ve bu sadece 800 kazanç gösteriyorsa, bu dünyanın sonu değil, kesin sayı kritik değildir.

-

Adım 4: Çentik Filtresini Oluşturun

Artık sinyalimizi yükseltebileceğimize göre, onu temizlemeye bakalım. Elektrotları şu anda devremize bağlasaydınız, muhtemelen 60 Hz'lik bir ton gürültü olurdu. Bunun nedeni, çoğu binanın 60 Hz AC akımla kablolanması, kaçınılmaz olarak büyük gürültü sinyallerine neden olmasıdır. Bunu düzeltmek için 60 Hz'lik bir çentik filtresi oluşturacağız. Bir çentik filtresi, çok özel frekansları azaltmak ve diğer frekanslara dokunmadan bırakmak için tasarlanmıştır; 60 Hz gürültüden kurtulmak için mükemmel.

-

Daha önce olduğu gibi, devre şeması, devre tahtası kurulumu ve kendi devremin bir resmini ekledim. Bir not olarak, çentik filtresinin inşası nispeten kolay bir aşama olsa da, çalışmaya başlamam en uzun sürdü. Girişim iyi bir şekilde zayıflatılıyordu, ancak 60 Hz yerine 63 Hz'de, bu onu kesmeyecek. Aynı sorunla karşılaşırsanız, R14 değerinizi değiştirmenizi tavsiye ederim. (R14'ün artan direnci, zayıflama frekansınızı düşürür ve bunun tersi de geçerlidir). Değişken bir direnç kutunuz varsa, bunu R14'ü değiştirmek için kullanın, ardından tam olarak neyin en iyi çalıştığını bulmak için direnç değerleriyle oynayın, çünkü tek ohm düzeyindeki değişikliklere duyarlı olacaktır. 175 ohm R14 ile bitirdim, ancak teoride R12 ile eşleşmek için en iyi sonucu veriyor.

-

Yine, 60 Hz'lik bir sinüs dalgası girmek için bir fonksiyon üreteci kullanarak bu aşamayı test edebilir ve çıkışınızı bir osiloskopa kaydedebilirsiniz. Çıktınız yaklaşık -20 dB veya girişin genliğinin %10'u olmalıdır. Daha önce de söylediğim gibi, optimizasyon için yakındaki frekansları kontrol edebilirsiniz.

-

Adım 5: Alçak Geçiren Filtreyi Oluşturun

Daha önce de belirtildiği gibi, bir diğer önemli faktör de vücudunuzdan gelen gürültüyü ve bulunduğunuz odayı zaplayan her ne ise onu azaltmaktır. Alçak geçiren bir filtre bunu yapmakta iyidir çünkü sinyaller söz konusu olduğunda kalp atışlarınız oldukça yavaştır. Alçak geçiren filtre ile amacımız, EKG'nizden daha yüksek frekansları içeren tüm sinyalleri ortadan kaldırmaktır. Bunu yapmak için bir “cutoff frekansı” belirlememiz gerekiyor. Bizim durumumuzda, bu frekansın üzerindeki her şeyi ortadan kaldırmak ve bu frekansın altındaki her şeyi tutmak istiyoruz. 1 ila 3 Hertz düzeyinde bir kalp atışı meydana gelirken, EKG'mizi oluşturan bireysel dalga biçimleri bundan çok daha yüksek frekanslardan oluşur; 1 ila 50 Hertz'e yakın. Bu nedenle, 80 Hz'lik bir kesme frekansı seçtim. Tüm yararlı bileşenleri sinyalde tutacak kadar yüksektir, ancak yine de yan odadaki HAM radyodan gelen gürültüyü keser.

-

Alçak geçiren filtre konusunda bir tavsiyem yok, diğer aşamalara göre çok basit. Amplifikatöre benzer şekilde, 80 Hz'de kesin bir kesim elde etme konusunda endişelenmeyin; bu çok önemli değil ve gerçekçi bir şekilde olmayacak. Yine de, bir fonksiyon üreteci kullanarak çıkışını kontrol etmelisiniz. Genel bir kural olarak, bir sinüs dalgası filtreden 10 Hz'de dokunulmadan geçmeli ve 130 Hz ile yarıya kesilmelidir.

-

Adım 6: Bağlayın

Eğer bu kadar ileri gittiyseniz, tebrikler! Bir EKG'nin tüm bileşenlerine sahipsiniz. Yapmanız gereken tek şey onları birbirine bağlamak, elektrotları tokatlamak ve EKG'nizi görmek için çıkışı osiloskopa bağlamak!

-

Elektrotları nasıl takacağınızdan emin değilseniz, giriş elektrotlarını bileklerinize (her bir bileğe bir tane) yapıştırmanızı ve bacağınıza bir toprak elektrotu bağlamanızı (resim yardımcı olabilir) tavsiye ederim. amplifikatördeki op-amp'lerde pozitif bir giriş yapın. (Sadece simülasyon amaçlı devre şemasında topraklanmıştır)

-

Bağlandıktan sonra, alçak geçiren filtrenin çıkışını bir osiloskopa bağlayın ve kendinizle gurur duyun! Tüm çocuklarınızın elektrotları takıp kalp atışlarına bakmasını sağlayın. Heck, komşularınızın gelip denemesini sağlayın. Ekstra motive hissediyorsanız, tekliden kalp atış hızını hesaplamak için çıkışı bir mikro denetleyiciye bağlayın. (Muhtemelen bunu yapmadan önce amplifikasyonu düşürmek istersiniz, kullandığınız tahtayı kızartabilir). Ne olursa olsun, yapı için tebrikler ve mutlu yapımlar!

[Görüntü https://www.medicwiz.com/medtech/diagnostics/10-ty… adresinden alınmıştır.]