ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম (ইসিজি) সার্কিট: 7 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:02

দ্রষ্টব্য: এটি একটি মেডিকেল ডিভাইস নয়। এটি কেবলমাত্র সিমুলেটেড সিগন্যাল ব্যবহার করে শিক্ষাগত উদ্দেশ্যে। যদি সত্যিকারের ইসিজি পরিমাপের জন্য এই সার্কিটটি ব্যবহার করেন, দয়া করে সার্কিট এবং সার্কিট-টু-ইন্সট্রুমেন্ট সংযোগগুলি সঠিক বিচ্ছিন্নতা কৌশলগুলি ব্যবহার করছে তা নিশ্চিত করুন।

আমরা বায়োমেডিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং এর দুই ছাত্র এবং আমাদের প্রথম সার্কিট ক্লাস নেওয়ার পর, আমরা বেশ উচ্ছ্বসিত ছিলাম এবং কিছু উপকারী কাজ করতে শিখেছি এমন মৌলিক বিষয়গুলি ব্যবহার করার সিদ্ধান্ত নিয়েছিলাম: একটি ইসিজি প্রদর্শন করুন এবং হার্ট রেট পড়ুন। এটি আমাদের তৈরি করা সবচেয়ে জটিল সার্কিট হবে!

ইসিজিতে কিছু পটভূমি:

মানবদেহে জৈবিক ক্রিয়াকলাপ পরিমাপ এবং রেকর্ড করার জন্য অনেক বৈদ্যুতিক যন্ত্র ব্যবহার করা হয়। এমনই একটি যন্ত্র হল ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম, যা হৃদযন্ত্রের উৎপাদিত বৈদ্যুতিক সংকেত পরিমাপ করে। এই সংকেতগুলি হার্টের গঠন এবং কাজ সম্পর্কে বস্তুনিষ্ঠ তথ্য দেয়। ইসিজি প্রথম 1887 সালে বিকশিত হয়েছিল এবং চিকিৎসকদের হৃদযন্ত্রের জটিলতা নির্ণয়ের একটি নতুন উপায় দিয়েছিল। ইসিজি হার্টের ছন্দ, হার্ট রেট, হার্ট অ্যাটাক, হার্টে অপর্যাপ্ত রক্ত এবং অক্সিজেন সরবরাহ এবং কাঠামোগত অস্বাভাবিকতা সনাক্ত করতে পারে। সাধারণ সার্কিট ডিজাইন ব্যবহার করে, একটি ইসিজি তৈরি করা যেতে পারে যা এই সমস্ত বিষয়গুলি পর্যবেক্ষণ করতে পারে।

ধাপ 1: উপকরণ

সার্কিট নির্মাণ

সার্কিট নির্মাণের জন্য প্রয়োজনীয় মৌলিক উপকরণগুলি ছবিতে দেখানো হয়েছে। তারা সংযুক্ত:

• ব্রেডবোর্ড

• অপারেশনাল পরিবর্ধক

  • এই সার্কিটে ব্যবহৃত সমস্ত অপ amps হল LM741।
  • আরও তথ্যের জন্য, ডেটশীট দেখুন:
• প্রতিরোধক
• ক্যাপাসিটার
• তারের

• স্টিক অন ইলেক্ট্রোড

  এগুলি কেবল তখনই প্রয়োজন যখন আপনি কোনও প্রকৃত ব্যক্তির উপর সার্কিট চেষ্টা করার সিদ্ধান্ত নেন।

ব্যবহৃত সফ্টওয়্যার অন্তর্ভুক্ত:

• ল্যাবভিউ 2016
• CircuitLab বা PSpice সিমুলেশনের জন্য মান চেক করুন

• এক্সেল

  আপনার সার্কিটের কোন বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করার প্রয়োজন হলে এটি অত্যন্ত সুপারিশ করা হয়। যতক্ষণ না আপনি সহজেই পাওয়া যায় এমন প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান না পাওয়া পর্যন্ত আপনাকে সংখ্যার সাথে খেলতে হতে পারে। কলম-এবং-কাগজের হিসাব এই একের জন্য নিরুৎসাহিত! আমরা একটি ধারণা দিতে আমাদের স্প্রেডশীট গণনা সংযুক্ত করেছি।

সার্কিট পরীক্ষা করা হচ্ছে

আপনার আরও কিছু বড় ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতির প্রয়োজন হবে:

• ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই
• DAQ বোর্ড LabVIEW এ সার্কিট ইন্টারফেস করতে
• সার্কিট পরীক্ষা করার জন্য ফাংশন জেনারেটর
• সার্কিট পরীক্ষা করার জন্য অসিলোস্কোপ

ধাপ 2: যন্ত্র পরিবর্ধক

কেন আমাদের এটি প্রয়োজন:

আমরা শরীর থেকে পরিমাপ করা ছোট প্রশস্ততা বাড়ানোর জন্য একটি ইন্সট্রুমেন্টেশন পরিবর্ধক তৈরি করব। আমাদের প্রথম পর্যায়ে দুটি এম্প্লিফায়ার ব্যবহার করলে আমাদের শরীরের তৈরি হওয়া আওয়াজ বাতিল করতে পারবেন (যা উভয় ইলেক্ট্রোডে একই রকম হবে)। আমরা প্রায় সমান লাভের দুটি ধাপ ব্যবহার করব - এটি ব্যবহারকারীকে সুরক্ষিত করে যদি সিস্টেমটি কোনও ব্যক্তির সাথে সংযুক্ত থাকে যাতে সমস্ত লাভ এক জায়গায় না ঘটে। যেহেতু একটি ইসিজি সিগন্যালের স্বাভাবিক প্রশস্ততা 0.1 থেকে 5 এমভি এর মধ্যে, তাই আমরা ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের লাভ প্রায় 100 হতে চাই। লাভের একটি গ্রহণযোগ্য সহনশীলতা 10%।

এটি কীভাবে তৈরি করবেন:

এই স্পেসিফিকেশন এবং টেবিলে দেখা সমীকরণগুলি (সংযুক্ত ছবি) ব্যবহার করে, আমরা আমাদের প্রতিরোধক মান R1 = 1.8 কিলো ওহমস, আর 2 = 8.2 কিলো ওহমস, আর 3 = 1.5 কিলো ওহমস এবং আর 4 = 15 কিলো ওহমস পেয়েছি। K1 হল প্রথম পর্যায়ের লাভ (OA1 এবং OA2), এবং K2 হল দ্বিতীয় পর্যায়ের লাভ (OA3)। সমান ক্যাপাসিট্যান্স বাইপাস ক্যাপাসিটারগুলি অপসারণের জন্য অপারেশনাল এম্প্লিফায়ারগুলির বিদ্যুৎ সরবরাহে ব্যবহৃত হয়।

এটি কীভাবে পরীক্ষা করবেন:

ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারে যে সংকেত দেওয়া হয় তা 100 দ্বারা বাড়ানো উচিত। dB = 20log ব্যবহার করে আপনি PSpice বা CircuitLab এ এটি অনুকরণ করতে পারেন, অথবা শারীরিক যন্ত্র বা উভয়ই পরীক্ষা করতে পারেন!

সংযুক্ত অসিলোস্কোপ ইমেজ 1000 এর লাভ দেখায়। বাস্তব ইসিজির জন্য, এটি খুব বেশি!

ধাপ 3: নচ ফিল্টার

কেন আমাদের এটি প্রয়োজন:

আমরা মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে সমস্ত বিদ্যুৎ সরবরাহে উপস্থিত 60 Hz শব্দটি অপসারণ করতে একটি খাঁজ ফিল্টার ব্যবহার করব।

এটি কীভাবে তৈরি করবেন:

আমরা কোয়ালিটি ফ্যাক্টর Q কে 8 সেট করব, যা একটি সম্ভাব্য পরিসরে কম্পোনেন্টের মান রেখে একটি গ্রহণযোগ্য ফিল্টারিং আউটপুট প্রদান করবে। আমরা ক্যাপাসিটরের মান 0.1 μF নির্ধারণ করি যাতে গণনা শুধুমাত্র প্রতিরোধককে প্রভাবিত করে। গণনা করা এবং ব্যবহৃত প্রতিরোধক মানগুলি টেবিলে (ছবিতে) বা নীচে দেখা যায়

• প্রশ্ন = w/বি

  Q থেকে 8 সেট করুন (অথবা আপনার নিজের প্রয়োজনের উপর ভিত্তি করে আপনার নিজের পছন্দ করুন)

• w = 2*pi*f

  f = 60 Hz ব্যবহার করুন

• গ

  0.1 uF এ সেট করুন (অথবা উপলব্ধ ক্যাপাসিটার থেকে আপনার নিজস্ব মান নির্বাচন করুন)

• R1 = 1/(2*Q*w*C)

  হিসাব করুন। আমাদের মান 1.66 kohm

• R2 = 2*Q/(w*C)

  হিসাব করুন। আমাদের মান 424.4 kohm

• R3 = R1*R2/(R1+R2)

  হিসাব করুন। আমাদের মান 1.65 kohm

এটি কীভাবে পরীক্ষা করবেন:

নচ ফিল্টারটি 60 Hz এর কাছাকাছি ব্যতীত সমস্ত ফ্রিকোয়েন্সি অপরিবর্তিত রাখা উচিত। এটি এসি সুইপ দিয়ে চেক করা যায়। 60 Hz এ -20 dB লাভের একটি ফিল্টার ভাল বলে বিবেচিত হয়। আপনি PSpice বা CircuitLab এ এটি অনুকরণ করতে পারেন, অথবা শারীরিক যন্ত্র বা উভয়ই পরীক্ষা করতে পারেন!

এই ধরনের খাঁজ ফিল্টার সিমুলেটেড এসি সুইপে একটি ভাল খাঁজ তৈরি করতে পারে, কিন্তু একটি শারীরিক পরীক্ষা দেখিয়েছে যে আমাদের মূল মানগুলি নির্ধারিত চেয়ে কম ফ্রিকোয়েন্সিতে একটি খাঁজ তৈরি করেছে। এটি ঠিক করার জন্য, আমরা R2 কে প্রায় 25 কোহম করে তুললাম।

অসিলোস্কোপ ইমেজ দেখায় ফিল্টারটি 60 Hz এ ইনপুট সিগন্যালের মাত্রা কমিয়ে দেয়। গ্রাফ একটি উচ্চ মানের খাঁজ ফিল্টারের জন্য একটি এসি সুইপ দেখায়।

ধাপ 4: কম পাস ফিল্টার

কেন আমাদের এটি প্রয়োজন:

ডিভাইসের শেষ পর্যায়ে একটি সক্রিয় কম পাস ফিল্টার। ইসিজি সিগন্যাল বিভিন্ন তরঙ্গাকৃতি দ্বারা গঠিত, যার প্রত্যেকটির নিজস্ব ফ্রিকোয়েন্সি রয়েছে। আমরা কোন উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি শব্দ ছাড়া এই সব ক্যাপচার করতে চাই। 150 Hz এর ECG মনিটরের জন্য স্ট্যান্ডার্ড কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি নির্বাচন করা হয়েছে। (উচ্চতর কাটঅফ কখনও কখনও নির্দিষ্ট হৃদরোগের জন্য নিরীক্ষণের জন্য বেছে নেওয়া হয়, কিন্তু আমাদের প্রকল্পের জন্য, আমরা একটি সাধারণ কাটঅফ ব্যবহার করব।)

আপনি যদি একটি সহজ সার্কিট করতে চান, আপনি একটি প্যাসিভ লো-পাস ফিল্টার ব্যবহার করতে পারেন। এটি একটি অপ amp অন্তর্ভুক্ত করবে না, এবং একটি ক্যাপাসিটরের সঙ্গে সিরিজের একটি প্রতিরোধক গঠিত হবে। আউটপুট ভোল্টেজ ক্যাপাসিটর জুড়ে পরিমাপ করা হবে।

এটি কীভাবে তৈরি করবেন:

আমরা এটিকে দ্বিতীয় অর্ডার বাটারওয়ার্থ ফিল্টার হিসাবে ডিজাইন করব, যার যথাক্রমে 1.414214 এবং 1 এর সহগ a এবং b আছে। লাভ 1 এ সেট করা অপারেশনাল পরিবর্ধককে ভোল্টেজ ফলোয়ারে পরিণত করে। নির্বাচিত সমীকরণ এবং মানগুলি সারণীতে (ছবিতে) এবং নীচে দেখানো হয়েছে।

• w = 2*pi*f

  সেট f = 150 Hz

• C2 = 10/f

  হিসাব করুন। আমাদের মান 0.067 uF

• C1 <= C2*(a^2)/(4b)

  হিসাব করুন। আমাদের মান 0.033 uF

• R1 = 2/(w*(aC2+sqrt (a^2*C2^2-4b*C1*C2)))

  হিসাব করুন। আমাদের মান 18.836 kohm

• R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

  হিসাব করুন। আমাদের মান 26.634 kohm

এটি কীভাবে পরীক্ষা করবেন:

ফিল্টারটি কাটঅফের নিচে অপরিবর্তিত ফ্রিকোয়েন্সি পাস করতে হবে। এটি একটি এসি সুইপ ব্যবহার করে পরীক্ষা করা যেতে পারে। আপনি PSpice বা CircuitLab এ এটি অনুকরণ করতে পারেন, অথবা শারীরিক যন্ত্র বা উভয়ই পরীক্ষা করতে পারেন!

অসিলোস্কোপ চিত্র 100 Hz, 150 Hz এবং 155 Hz এ ফিল্টারের প্রতিক্রিয়া দেখায়। আমাদের ফিজিক্যাল সার্কিটের 155 Hz এর কাছাকাছি একটি cutoff ছিল, যা -3 dB অনুপাত দ্বারা দেখানো হয়েছে।

ধাপ 5: উচ্চ পাস ফিল্টার

কেন আমাদের এটি প্রয়োজন:

হাই-পাস ফিল্টার ব্যবহার করা হয় যাতে একটি নির্দিষ্ট কাট-অফ মানের নীচে ফ্রিকোয়েন্সি রেকর্ড করা না হয়, যাতে একটি পরিষ্কার সিগন্যাল অতিক্রম করা যায়। কাট-অফ ফ্রিকোয়েন্সি 0.5 Hz (ECG মনিটরগুলির জন্য একটি মান) বেছে নেওয়া হয়।

এটি কীভাবে তৈরি করবেন:

এটি অর্জনের জন্য প্রয়োজনীয় প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান নীচে দেখা যায়। আমাদের ব্যবহৃত প্রকৃত প্রতিরোধ ছিল 318.2 কোহম।

• R = 1/(2*pi*f*C)

  • সেট f = 0.5 Hz, এবং C = 1 uF
  • আমাদের মান হল 318.310 kohm

এটি কীভাবে পরীক্ষা করবেন:

ফিল্টারটি কাটঅফের উপরে অপরিবর্তিত ফ্রিকোয়েন্সি পাস করতে হবে। এটি একটি এসি সুইপ ব্যবহার করে পরীক্ষা করা যেতে পারে। আপনি PSpice বা CircuitLab এ এটি অনুকরণ করতে পারেন, অথবা শারীরিক যন্ত্র বা উভয়ই পরীক্ষা করতে পারেন!

ধাপ 6: ল্যাবভিউ সেট আপ করা

ফ্লোচার্ট প্রকল্পের ল্যাবভিউ অংশের নকশা ধারণা প্রকাশ করে যা উচ্চ নমুনা হারে সংকেত রেকর্ড করে এবং হার্ট রেট (বিপিএম) এবং ইসিজি প্রদর্শন করে। আমাদের ল্যাবভিউ সার্কিটে নিম্নলিখিত উপাদানগুলি রয়েছে: DAQ সহকারী, সূচক অ্যারে, গাণিতিক অপারেটর, শিখর সনাক্তকরণ, সংখ্যাসূচক সূচক, তরঙ্গাকৃতি গ্রাফ, সময়ের পরিবর্তন, সর্বোচ্চ/মিনিট শনাক্তকারী এবং সংখ্যা ধ্রুবক। DAQ সহকারী 1 kHz হারে ক্রমাগত নমুনা নেওয়ার জন্য প্রস্তুত, যেখানে নমুনা সংখ্যা 3, 000 এবং 5, 000 এর মধ্যে পরিবর্তিত হয়েছে, যা সর্বোচ্চ সনাক্তকরণ এবং সংকেত স্বচ্ছতার উদ্দেশ্যে।

সার্কিট ডায়াগ্রামের বিভিন্ন উপাদানগুলির উপর মাউস পড়ুন যেখানে ল্যাবভিউতে তাদের খুঁজে পাওয়া যায়!

ধাপ 7: তথ্য সংগ্রহ

এখন যেহেতু সার্কিটটি একত্রিত করা হয়েছে, ডেটা সংগ্রহ করা যেতে পারে তা দেখতে কাজ করে কিনা! সার্কিটের মাধ্যমে 1 Hz এ একটি সিমুলেটেড ইসিজি পাঠান। ফলাফলটি একটি পরিষ্কার ইসিজি সংকেত হওয়া উচিত যেখানে কিউআরএস কমপ্লেক্স, পি তরঙ্গ এবং টি তরঙ্গ স্পষ্ট দেখা যায়। হার্ট রেট প্রতি মিনিটে 60 বিট প্রদর্শন করা উচিত (বিপিএম)। সার্কিট এবং LabVIEW সেটআপ আরও পরীক্ষা করতে, ফ্রিকোয়েন্সি 1.5 Hz এবং 0.5 Hz এ পরিবর্তন করুন। হৃদস্পন্দন যথাক্রমে 90 bpm এবং 30 bpm হওয়া উচিত।

ধীর গতিতে হৃদস্পন্দন সঠিকভাবে প্রদর্শিত হওয়ার জন্য আপনাকে গ্রাফ প্রতি আরও তরঙ্গ দেখানোর জন্য DAQ সেটিংস সামঞ্জস্য করতে হতে পারে। নমুনার সংখ্যা বাড়িয়ে এটি করা যেতে পারে।

আপনি যদি মানুষের উপর ডিভাইসটি পরীক্ষা করতে চান তবে নিশ্চিত হয়ে নিন যে আপনি অপ্প amps এর জন্য যে বিদ্যুৎ সরবরাহ ব্যবহার করছেন তা বর্তমান 0.015 mA তে সীমাবদ্ধ! বেশ কিছু গ্রহণযোগ্য সীসা কনফিগারেশন আছে কিন্তু আমরা বাম পায়ের গোড়ালিতে ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড, ডান কব্জিতে negativeণাত্মক ইলেক্ট্রোড এবং ডান গোড়ালিতে স্থল ইলেক্ট্রোড লাগিয়েছি যা সংযুক্ত ছবিতে দেখা গেছে।

কিছু মৌলিক সার্কিট্রি ধারণা এবং মানুষের হৃদয় সম্পর্কে আমাদের জ্ঞান ব্যবহার করে আমরা আপনাকে দেখিয়েছি কিভাবে একটি মজাদার এবং দরকারী ডিভাইস তৈরি করতে হয়। আমরা আশা করি আপনি আমাদের টিউটোরিয়াল উপভোগ করেছেন!