Gumawa ng Iyong Sariling Electrocardiogram (ECG): 6 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

PAUNAWA:

Hindi ito isang aparatong medikal. Para lamang ito sa mga hangaring pang-edukasyon, gamit ang mga simulate signal. Kung ginagamit ang circuit na ito para sa totoong mga sukat ng ECG, mangyaring tiyaking ang circuit at ang mga koneksyon na circuit-to-instrument ay gumagamit ng lakas ng baterya at iba pang wastong mga diskarte sa paghihiwalay.

[Kuha ng larawan mula sa

Hakbang 1: Alamin ang Iyong Bagay

Ang electrocardiogram (ECG) ay isang mahalagang tool na ginagamit ng mga manggagamot upang masubaybayan ang aktibidad ng kuryente ng puso. Kapaki-pakinabang sa pagkuha ng lahat mula sa mga abnormal na ritmo sa puso hanggang sa pag-diagnose ng pagkabigo sa init. Sa pamamagitan ng pagsunod sa Instructable na ito, makakagawa ka ng isang aparato na nagpapakita ng electrocardiogram ng isang tao na gumagamit lamang ng pangunahing mga kasanayan sa breadboarding, at pangkalahatang kagamitan sa lab na electronics. Kapag mayroon kang mahusay na output signal, maaari mong gamitin ang parehong signal na ito upang makalkula ang heartrate, o isa pang kawili-wiling sukatan gamit ang isang microcontroller.

-

Kung hindi mo alam kung ano ang isang ECG, ito ay simpleng pag-record ng aktibidad ng puso. Dahil sa likas na kuryente ng mga pag-ikli ng puso, maaaring maitala ng isa ang pagbabago sa boltahe sa pamamagitan ng paglalagay ng mga electrode sa balat at pagproseso ng signal. Ang balangkas ng mga voltages na ito sa paglipas ng panahon ay tinatawag na electrocardiogram (ECG para sa maikli). Karaniwang ginagamit ang mga ECG upang masuri ang iba`t ibang mga anyo ng pagkabigo sa puso, o passively monitor ng stress ng pasyente. Ang isang malusog na ECG ay may mga tukoy na tampok na pandaigdigan sa pagitan ng mga tao. (Kasama rito ang isang P-alon, Q-alon, R-alon, S-alon, T-alon, at isang komplikadong QRS.) Nagbigay ako ng isang pinasimple na diagram ng isang ECG na may kaukulang reaksyon ng puso.

-

Tandaan na ang bawat pangyayaring elektrikal na nagaganap sa mga ugat ng puso ay tumutugma sa isang pisikal na kaganapan na naganap na resulta sa kalamnan ng kalamnan, at habang ang isang bahagi ng puso ay nagkakontrata, ang iba pang mga bahagi ay nakakarelaks. Sa ganitong paraan, ang tiyempo ng mga signal ng kuryente ay napakahalaga sa puso, na ginagawang isang napakalakas na tool ang ECG sa pagsukat sa kalusugan ng puso.

-

Para sa amin upang maitala ang isang tunay na ECG gayunpaman, maraming mga isyu sa logistik ang nilalaro tulad ng laki ng signal, ang dami ng ingay na nagmumula sa natitirang bahagi ng katawan, at ang dami ng ingay na nagmumula sa kapaligiran. Upang mabayaran ito, nagdidisenyo kami ng isang circuit na binubuo ng 3 mga bahagi: isang kaugalian na amplifier upang madagdagan ang laki ng aming signal, isang mababang pass filter upang maalis ang ingay ng mga signal ng mataas na dalas, at isang filter ng bingaw upang alisin ang 60 Hz na ingay na ay laging naroroon sa mga gusaling ibinibigay ng lakas ng AC. Ilalarawan ko ang panonood ng mga hakbang na ito nang detalyado sa iyo sa ibaba.

[Kuha ng larawan mula sa

Hakbang 2: Ipunin ang Iyong Mga Pantustos

Para sa proyektong ito kakailanganin mo:

- 1 malaking breadboard (pagkakaroon ng 2 o higit pa ay magiging mas maganda)

- 5 pangkalahatang layunin ng mga op-amp

(Ginamit ko ang UA741 na may + -15 V, siguraduhin lamang na ang pipiliin mo ay maaaring hawakan ang 15 volts kung hindi man kakailanganin mong ayusin ang mga halaga ng iyong mga passive na bahagi at kakailanganin mong mag-ayos para sa mas kaunting paglaki)

Mga lumalaban

o 2x 165 ohm

o 3x 1k ohm

o 2x 15k ohm

o 2x 33k ohm

o 1x 42k ohm

o 2x 60k ohm

Mga Capacitor

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Isang plethora o jumper wires

- Isang mapagkukunan ng boltahe ng DC na may kakayahang magbigay + -15 V

- Isang function generator at oscilloscope (pangunahin para sa pag-troubleshoot)

- Hindi bababa sa tatlong mga malagkit na electrode kung plano mong mag-record ng isang tunay na ECG

- Sapat na mga kable upang ikonekta ang lahat ng kalokohan na ito

- Isang matatag na pag-unawa sa mga circuit, op-amp, at karanasan sa breadboarding.

Kung nakakuha ka lamang ng isang breadboard para sa iyong kaarawan at naghahanap upang subukan ang gumawa ng isang bagay na cool na kasama nito, gumawa ng hindi bababa sa ilang mga mas simpleng build bago mo subukan ito.

-

Hakbang 3: Buuin ang Differential Amplifier

Ang pagkakaiba-iba ng amplifier ay kung ano ang magpapalaki ng aming naitala na signal sa isang magagamit na antas upang maipakita sa isang saklaw o isang screen. Ang disenyo ng circuit na ito ay kukuha ng pagkakaiba sa boltahe mula sa dalawang mga input electrode at palakihin ito. Ginagawa ito upang mabawasan ang ingay, tulad ng karaniwang ingay sa pagitan ng mga electrode ay aalisin. Ang senyas ng ECG ay magkakaiba sa amplitude depende sa paglalagay ng mga recording electrode at sa indibidwal, ngunit kadalasan ay nasa pagkakasunud-sunod ng ilang millivolts kapag nagre-record mula sa pulso. (Habang hindi kinakailangan para sa pag-set up na ito, ang signal amplitude ay maaaring dagdagan sa pamamagitan ng paglalagay ng mga electrode sa dibdib, ngunit ang trade-off ay ingay mula sa paggalaw ng baga.)

-

Nagsama ako ng isang iskema ng pag-setup. Ang circuit sa larawan ay dapat na palakasin ang iyong signal ~ 1000 tiklop. Maaaring kailanganin mong ayusin ito depende sa uri ng op-amp na napagpasyahang gamitin. Ang isang mabilis na paraan upang ayusin ito ay sa pamamagitan ng pagbabago ng halaga ng R1. Sa pamamagitan ng paggupit ng halaga ng R1 sa kalahati, doblehin mo ang nakuha ng output at kabaliktaran.

-

Ipinapalagay ko na ang karamihan sa iyo ay maaaring isalin ang circuit na ito sa breadboard, gayunpaman nagsama ako ng isang diagram ng setup ng breadboard upang streamline ang proseso at sana mabawasan ang iyong oras ng pag-troubleshoot. Nagsama din ako ng larawan ng pin na UA741 (o LM741) para sa iyong kaginhawaan. (para sa iyong mga layunin hindi mo kakailanganin ang mga pin 1, 5, o 8) Ang V + at V- pin sa op-amp ay konektado sa iyong +15 V at -15 V na supply ayon sa pagkakabanggit. -15V ay hindi katulad ng lupa! Maaari mong balewalain ang mga capacitor sa aking breadboard. Ang mga ito ay mga bypass capacitor na sinadya upang alisin ang ingay ng AC, ngunit sa paggunita ay hindi sulit ang pagsisikap.

-

Inirerekumenda kong subukan ang bawat yugto habang kinukumpleto mo ito upang mag-troubleshoot. Tulad ng ipinapakita ng circuit, maaari mong ikonekta ang isa sa mga input sa lupa, at ang isa pa sa isang maliit na mapagkukunan ng DC upang suriin ang pagpapalaki. (tiyaking nag-input ka ng <15 mV kung hindi man mabubusog mo ang mga op-amp). Kung kailangan mong bawasan ang iyong nakuha para sa pagsubok, huwag pawisin, anumang mas mataas sa 500-tiklop na pakinabang ay magiging marami para sa aming mga layunin. Bukod dito, kung itinayo mo ang iyong circuit upang magkaroon ng 1000 na kita at nagpapakita lamang ito ng kita na 800, hindi ito ang katapusan ng mundo, ang eksaktong numero ay hindi kritikal.

-

Hakbang 4: Buuin ang Notch Filter

Ngayon na maaari nating palakasin ang aming signal, tingnan natin ang paglilinis nito. Kung nakabitin mo ang mga electrode sa aming circuit ngayon, malamang na magkaroon ito ng isang toneladang 60 Hz na ingay. Iyon ay dahil ang karamihan sa mga gusali ay naka-wire na may 60 Hz AC kasalukuyang nagdudulot ng hindi maiwasang malalaking signal ng ingay. Upang malunasan ito, magtatayo kami ng isang 60 Hz notch filter. Ang isang filter ng bingaw ay dinisenyo upang makapagpahina ng mga tiyak na tiyak na mga frequency at iwanan ang iba pang mga frequency na hindi nagalaw; perpekto para sa pagtanggal ng 60 Hz ingay.

-

Tulad ng dati, nagsama ako ng isang larawan ng circuit skema, pag-setup ng breadboard, at aking sariling circuit. Bilang isang tala, habang ang filter ng bingaw ay isang medyo madaling yugto upang mabuo, natagalan ito upang makapagtrabaho ako. Ang aking input ay na-attenuate na rin, ngunit sa 63 Hz sa halip na 60 Hz, na hindi nito mapuputol. Kung makakaranas ka ng parehong problema, inirerekumenda kong baguhin mo ang iyong halagang R14. (Ang pagdaragdag ng paglaban ng R14 ay magbababa ng dalas ng pagpapalambing at kabaliktaran). Kung mayroon kang isang variable resistor box, gamitin ito upang mapalitan ang R14, pagkatapos laruan ng mga halaga ng paglaban upang malaman kung ano mismo ang pinakamahusay na gumagana, dahil magiging sensitibo ito sa mga pagbabago sa pagkakasunud-sunod ng solong ohm. Natapos ako sa isang 175 ohm R14, ngunit sa teorya mas mahusay itong gumagana upang maitugma ang R12.

-

Muli, maaari mong subukan ang yugtong ito sa pamamagitan ng paggamit ng isang function generator upang maglagay ng isang 60 Hz sine wave at itala ang iyong output sa isang oscilloscope. Ang iyong output ay dapat na tungkol sa -20 dB o 10% ang amplitude ng input. Tulad ng sinabi ko dati, maaari mong suriin ang mga kalapit na frequency para sa pag-optimize.

-

Hakbang 5: Buuin ang Filter na Mababang-Pass

Tulad ng nabanggit dati, isa pang mahalagang kadahilanan ay ang pagbawas ng ingay mula sa iyong katawan at kung anupaman ang pag-zapping sa silid na naroon ka. Ang isang mababang pass filter ay mahusay na gawin ito dahil, hanggang sa pumunta ang mga signal, ang iyong tibok ng puso ay mabagal. Ang aming layunin sa low-pass filter ay upang maalis ang lahat ng mga signal na naglalaman ng mga frequency na mas mataas kaysa sa iyong ECG. Upang magawa ito kailangan nating magtalaga ng isang "dalas ng cutoff". Sa aming kaso, lahat ng nasa itaas ng dalas na ito ay nais naming alisin, at lahat ng nasa ibaba ng dalas na ito na nais naming panatilihin. Habang ang isang tibok ng puso ay nangyayari sa pagkakasunud-sunod ng 1 hanggang 3 Hertz, ang mga indibidwal na form ng alon na bumubuo sa aming ECG ay binubuo ng mga frequency na mas mataas kaysa dito; malapit sa 1 hanggang 50 Hertz. Dahil dito, pumili ako ng isang dalas ng cutoff na 80 Hz. Napakataas nito upang mapanatili ang lahat ng mga kapaki-pakinabang na sangkap sa signal, ngunit pinuputol pa rin ang ingay mula sa HAM radio na mayroon ka sa susunod na silid.

-

Wala akong anumang payo sa pantas sa low-pass filter, napakasimpleng kumpara sa iba pang mga yugto. Katulad din ng amplifier, huwag mag-alala tungkol sa pagkuha ng isang tumpak na cutoff sa 80 Hz; hindi ito mahalaga at hindi realistikal na mangyayari. Gayunpaman, dapat mong suriin ang output nito sa pamamagitan ng paggamit ng isang function generator. Bilang patakaran ng hinlalaki, ang isang alon ng sine ay dapat dumaan sa filter na hindi nagalaw sa 10 Hz, at dapat i-cut sa kalahati ng 130 Hz.

-

Hakbang 6: I-hook Up

Kung nakagawa ka ng hanggang dito, congrats! Mayroon kang lahat ng mga bahagi ng isang ECG. Ang kailangan mo lang gawin ay ikonekta ang mga ito nang magkasama, sampal sa mga electrode, at isabit ang output sa oscilloscope upang makita ang iyong ECG!

-

Kung sakaling hindi ka sigurado kung paano maglagay ng mga electrode, inirerekumenda kong ilagay ang mga input electrode sa iyong pulso (isa sa bawat pulso) at pagkonekta ng isang ground electrode sa iyong binti (maaaring makatulong ang larawan.) Bilang paalala, ang bawat input electrode ay dapat na pumunta ng isang positibong input sa mga op-amp sa amplifier. (Ito ay nakabatay lamang sa diagram ng circuit para sa mga layunin ng simulation)

-

Kapag nakakonekta ka, i-hook up angoutput ng low-pass filter sa isang oscilloscope at ipagmalaki ang iyong sarili! Gawin ang lahat ng iyong mga anak na ilagay sa electrodes at tingnan ang kanilang mga tibok ng puso. Ano ba, iparating sa iyong mga kapit-bahay subukan ito. Kung nakakaramdam ka ng labis na kadasig na i-hook up ang output sa isang microcontroller upang makalkula ang rate ng puso mula sa solong. (Marahil ay nais mong babaan ang amplification bago mo ito gawin, maaari itong magprito ng board na iyong ginagamit). Anuman, congrats sa pagbuo, at masayang paggawa!

[Kuha ng larawan mula sa