ডিজিটাল ইসিজি এবং হার্ট রেট মনিটর: 8 টি ধাপ

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

বিজ্ঞপ্তি: এটি একটি চিকিৎসা যন্ত্র নয়। এটি কেবলমাত্র সিমুলেটেড সিগন্যাল ব্যবহার করে শিক্ষাগত উদ্দেশ্যে। যদি সত্যিকারের ইসিজি পরিমাপের জন্য এই সার্কিটটি ব্যবহার করা হয়, দয়া করে সার্কিট এবং সার্কিট-টু-ইন্সট্রুমেন্ট সংযোগগুলি ব্যাটারি শক্তি এবং অন্যান্য সঠিক বিচ্ছিন্নতা কৌশলগুলি ব্যবহার করছে তা নিশ্চিত করুন।

একটি ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম (ইসিজি) কার্ডিয়াক চক্রের সময় বৈদ্যুতিক সংকেত রেকর্ড করে। প্রতিবার হার্ট বিট করার সময়, মায়োকার্ডিয়াল কোষের ডিপোলারাইজিং এবং হাইপার পোলারাইজিংয়ের একটি চক্র থাকে। ডিপোলারাইজিং এবং হাইপার পোলারাইজিং ইলেক্ট্রোড দ্বারা রেকর্ড করা যায়, এবং হৃদয় কিভাবে কাজ করছে সে সম্পর্কে আরো জানতে ডাক্তাররা সেই তথ্য পড়েন। একটি ইসিজি মায়োকার্ডিয়াল ইনফার্কশন, অ্যাট্রিয়াল বা ভেন্ট্রিকুলার ফাইব্রিলেশন, ট্যাকিকার্ডিয়া এবং ব্র্যাডকার্ডিয়া [1] নির্ধারণ করতে পারে। ইসিজি থেকে সমস্যাটি কী তা নির্ধারণ করার পরে, ডাক্তাররা সফলভাবে রোগীর রোগ নির্ণয় ও চিকিৎসা করতে পারেন। আপনার নিজের ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম রেকর্ডিং ডিভাইস কিভাবে তৈরি করবেন তা জানতে নিচের ধাপগুলো অনুসরণ করুন!

ধাপ 1: উপকরণ

সার্কিট উপাদান:

• পাঁচটি UA741 অপারেশনাল পরিবর্ধক
• প্রতিরোধক
• ক্যাপাসিটার
• জাম্পার তার
• DAQ বোর্ড
• LabVIEW সফটওয়্যার

পরীক্ষার সরঞ্জাম:

• ফাংশন জেনারেটর
• ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই
• অসিলোস্কোপ
• বিএনসি কেবল এবং টি-স্প্লিটার
• জাম্পারের তার
• অ্যালিগেটর ক্লিপ
• কলা প্লাগ

ধাপ 2: যন্ত্র পরিবর্ধক

সার্কিটের প্রথম পর্যায় হল একটি যন্ত্র পরিবর্ধক। এটি জৈবিক সংকেতকে বাড়িয়ে তোলে যাতে ইসিজির বিভিন্ন উপাদান আলাদা করা যায়।

ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের সার্কিট ডায়াগ্রাম উপরে দেখানো হয়েছে। এই সার্কিটের প্রথম পর্যায়ের লাভ কে 1 = 1 + 2*আর 2 / আর 1 হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে। সার্কিটের দ্বিতীয় পর্যায়ের লাভ কে 2 = আর 4 / আর 3 হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের সামগ্রিক লাভ হল K1 * K2। এই প্রকল্পের জন্য পছন্দসই লাভ প্রায় 1000 ছিল, তাই K1 কে 31 এবং K2 কে 33 হিসাবে বেছে নেওয়া হয়েছিল। এই লাভগুলির জন্য প্রতিরোধক মানগুলি সার্কিট ডায়াগ্রামে উপরে দেখানো হয়েছে। আপনি উপরে দেখানো প্রতিরোধক মান ব্যবহার করতে পারেন, অথবা আপনি আপনার কাঙ্ক্ষিত লাভ পূরণ করতে মান পরিবর্তন করতে পারেন। **

একবার আপনি আপনার কম্পোনেন্টের মান নির্বাচন করলে, সার্কিটটি ব্রেডবোর্ডে তৈরি করা যাবে। ব্রেডবোর্ডে সার্কিট সংযোগ সহজ করার জন্য, উপরে নেতিবাচক অনুভূমিক রেলটি স্থল হিসাবে সেট করা হয়েছিল এবং নীচের দুটি অনুভূমিক রেল যথাক্রমে +/- 15V সেট করা হয়েছিল।

প্রথম অপ amp ব্রেডবোর্ডের বাম পাশে রাখা হয়েছিল যাতে বাকি সব উপাদানগুলির জন্য স্থান ছেড়ে যায়। পিনের ক্রমানুসারে সংযুক্তি যুক্ত করা হয়েছিল। এটি কি টুকরা যোগ করা হয়েছে বা না করা হয়েছে তার ট্র্যাক রাখা সহজ করে তোলে। একবার সমস্ত পিন অপ amp 1 এর জন্য সম্পূর্ণ হয়ে গেলে, পরবর্তী অপ amp স্থাপন করা যেতে পারে। আবার, নিশ্চিত করুন যে এটি স্থান ছেড়ে যাওয়ার জন্য অপেক্ষাকৃত কাছাকাছি। ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার সম্পূর্ণ না হওয়া পর্যন্ত সমস্ত অপ অ্যাম্পসের জন্য একই কালানুক্রমিক পিন প্রক্রিয়া সম্পন্ন হয়েছিল।

তারের মধ্যে এসি কাপলিং থেকে পরিত্রাণ পেতে সার্কিট ডায়াগ্রামের পাশাপাশি বাইপাস ক্যাপাসিটারগুলি যুক্ত করা হয়েছিল। এই ক্যাপাসিটারগুলি ডিসি ভোল্টেজ সরবরাহের সাথে সমান্তরালভাবে স্থাপন করা হয়েছিল এবং উপরের অনুভূমিক নেতিবাচক রেলের উপর স্থাপিত হয়েছিল। এই ক্যাপাসিটারগুলি 0.1 থেকে 1 মাইক্রোফার্ডের মধ্যে হওয়া উচিত। প্রতিটি অপ amp এর দুটি বাইপাস ক্যাপাসিটার আছে, একটি পিন 4 এর জন্য এবং একটি পিন 7 এর জন্য।

পরিবর্ধন পরীক্ষা করার জন্য, একটি ফাংশন জেনারেটর এবং অসিলোস্কোপ যথাক্রমে এম্প্লিফায়ারের ইনপুট এবং আউটপুট সংযুক্ত ছিল। ইনপুট সিগন্যালটিও অসিলোস্কোপের সাথে সংযুক্ত ছিল। একটি সহজ সাইন ওয়েভ পরিবর্ধন নির্ধারণ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। ফাংশন জেনারেটর আউটপুট ইন্সট্রুমেন্ট এম্প্লিফায়ারের দুটি ইনপুট টার্মিনালে প্রবেশ করান। আউটপুট সিগন্যালের ইনপুট সিগন্যালের অনুপাত পরিমাপ করতে অসিলোস্কোপ সেট করুন। ডেসিবেলে একটি সার্কিটের লাভ হল Gain = 20 * log10 (Vout / Vin)। 1000 লাভের জন্য, ডেসিবেলে লাভ 60dB। অসিলোস্কোপ ব্যবহার করে, আপনি আপনার নির্ধারিত সার্কিটের লাভ আপনার স্পেসিফিকেশন পূরণ করে কিনা তা নির্ধারণ করতে পারেন, অথবা আপনার সার্কিট উন্নত করার জন্য আপনাকে কিছু প্রতিরোধক মান পরিবর্তন করতে হবে।

একবার ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার সঠিকভাবে একত্রিত এবং কাজ করে, আপনি খাঁজ ফিল্টারে যেতে পারেন।

** উপরের সার্কিট ডায়াগ্রামে, R2 = R21 = R22, R3 = R31 = R32, R4 = R41 = R42

ধাপ 3: নচ ফিল্টার

নচ ফিল্টারের উদ্দেশ্য হল 60 Hz ওয়াল পাওয়ার সাপ্লাই থেকে শব্দ দূর করা। একটি খাঁজ ফিল্টার cutoff ফ্রিকোয়েন্সি সংকেত attenuates, এবং এটি উপরে এবং নীচে ফ্রিকোয়েন্সি পাস। এই সার্কিটের জন্য, কাট অফ কাঙ্খিত ফ্রিকোয়েন্সি 60 Hz।

উপরে দেখানো সার্কিট ডায়াগ্রামের শাসক সমীকরণ হল R1 = 1 / (2 * Q * w * C), R2 = 2 * Q / (w * C), এবং R3 = R1 * R2 / (R1 + R2), যেখানে Q হল গুণগত গুণক এবং w হল 2 * pi * (কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি)। 8 এর একটি গুণমান ফ্যাক্টর যুক্তিসঙ্গত পরিসরে প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান দেয়। ক্যাপাসিটরের মান সকলের কাছে একই হতে পারে। সুতরাং, আপনি আপনার কিটগুলিতে উপলব্ধ একটি ক্যাপাসিটরের মান বেছে নিতে পারেন। উপরের সার্কিটে দেখানো প্রতিরোধক মানগুলি 60 Hz এর একটি কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি, 8 এর একটি গুণমান ফ্যাক্টর এবং 0.22 uF এর একটি ক্যাপাসিটরের মান।

যেহেতু ক্যাপাসিটারগুলি সমান্তরালভাবে যুক্ত হয়, তাই 2C এর মান অর্জনের জন্য নির্বাচিত মান C এর দুটি ক্যাপাসিটার সমান্তরালভাবে স্থাপন করা হয়েছিল। এছাড়াও, বাইপাস ক্যাপাসিটারগুলি অপ amp এ যুক্ত করা হয়েছিল।

খাঁজ ফিল্টারটি পরীক্ষা করতে, ফাংশন জেনারেটর থেকে আউটপুটটিকে নচ ফিল্টারের ইনপুটের সাথে সংযুক্ত করুন। একটি অসিলোস্কোপে সার্কিটের ইনপুট এবং আউটপুট পর্যবেক্ষণ করুন। একটি কার্যকর খাঁজ ফিল্টার পেতে, আপনার কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি এ -20dB এর চেয়ে কম বা সমান লাভ হওয়া উচিত। যেহেতু উপাদানগুলি আদর্শ নয়, এটি অর্জন করা কঠিন হতে পারে। গণিত প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মানগুলি আপনাকে পছন্দসই লাভ নাও দিতে পারে। এর জন্য আপনাকে প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান পরিবর্তন করতে হবে।

এটি করার জন্য, একটি সময়ে একটি উপাদান উপর ফোকাস করুন। অন্য কোন পরিবর্তন না করে একটি একক উপাদানের মান বৃদ্ধি এবং হ্রাস করুন। সার্কিট লাভের উপর এর প্রভাবগুলি পর্যবেক্ষণ করুন। কাঙ্ক্ষিত লাভ অর্জনের জন্য এর জন্য অনেক ধৈর্যের প্রয়োজন হতে পারে। মনে রাখবেন, আপনি প্রতিরোধক মান বাড়াতে বা হ্রাস করতে সিরিজে প্রতিরোধক যোগ করতে পারেন। যে পরিবর্তনটি আমাদের লাভকে সবচেয়ে বেশি উন্নত করেছে তা হল ক্যাপাসিটরের একটিকে 0.33 ইউএফ পর্যন্ত বাড়ানো।

ধাপ 4: নিম্ন পাস ফিল্টার

কম পাস ফিল্টার উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি শব্দকে সরিয়ে দেয় যা ইসিজি সংকেতকে হস্তক্ষেপ করতে পারে। ইসিজি ওয়েভফর্ম তথ্য ক্যাপচার করার জন্য 40 Hz এর কম পাস কাটঅফ যথেষ্ট। যাইহোক, ইসিজির কিছু উপাদান 40 Hz অতিক্রম করে। 100 Hz বা 150 Hz cutoff ব্যবহার করা যেতে পারে [2]।

নির্মিত নিম্ন পাস ফিল্টার একটি দ্বিতীয় অর্ডার বাটারওয়ার্থ ফিল্টার। যেহেতু আমাদের সার্কিটের লাভ ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার দ্বারা নির্ধারিত হয়, তাই আমরা কম পাস ফিল্টারের জন্য ব্যান্ডের মধ্যে 1 এর লাভ চাই। 1 লাভের জন্য, RA হল শর্ট সার্কিট এবং RB উপরের সার্কিট ডায়াগ্রামে ওপেন সার্কিটেড [3]। সার্কিটে, C1 = 10 / (fc) uF, যেখানে fc হল cutoff ফ্রিকোয়েন্সি। C1 C2 * a^2 / (4 * b) এর চেয়ে কম বা সমান হওয়া উচিত। দ্বিতীয় অর্ডার বাটারওয়ার্থ ফিল্টারের জন্য, a = sqrt (2) এবং b = 1. a এবং b- এর মানগুলিকে প্লাগ করার জন্য, C2 এর সমীকরণ C1 / 2 এর চেয়ে কম বা সমান হয়ে যায়। তারপর R1 = 2 / [w * (a * C2 + sqrt (a^2 * C2^2 - 4 * b * C1 * C2))] এবং R2 = 1 / (b * C1 * C2 * R1 * w^2), যেখানে w = 2 * pi * fc। এই সার্কিটের হিসাব 40Hz এর কাটঅফ প্রদানের জন্য সম্পন্ন করা হয়েছিল। প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান যা এই স্পেসিফিকেশনগুলি পূরণ করে উপরের সার্কিট ডায়াগ্রামে দেখানো হয়েছে।

অপ amp কে ব্রেডবোর্ডের ডানদিকে রাখা হয়েছিল কারণ এর পরে আর কোন উপাদান যোগ করা হবে না। সার্কিটটি সম্পূর্ণ করার জন্য op amp এ প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটর যুক্ত করা হয়েছিল। বাইপাস ক্যাপাসিটরগুলি ওপ অ্যাম্পে যোগ করা হয়েছিল। ইনপুট টার্মিনালটি খালি রাখা হয়েছিল কারণ ইনপুটটি নচ ফিল্টার আউটপুট সিগন্যাল থেকে আসবে। যাইহোক, পরীক্ষার উদ্দেশ্যে, ইনপুট পিনে একটি তার স্থাপন করা হয়েছিল যাতে নিম্ন পাস ফিল্টারটি আলাদা করা যায় এবং এটি পৃথকভাবে পরীক্ষা করা যায়।

ফাংশন জেনারেটর থেকে একটি সাইন ওয়েভ ইনপুট সিগন্যাল হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। একটি অসিলোস্কোপে ইনপুট এবং আউটপুট সংকেত উভয়ই পর্যবেক্ষণ করুন এবং বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে সার্কিটের লাভ নির্ধারণ করুন। কম পাস ফিল্টারের জন্য, কাট অফ ফ্রিকোয়েন্সি থেকে লাভ -3db হওয়া উচিত। এই সার্কিটের জন্য, cutoff 40 Hz এ হওয়া উচিত। 40Hz এর কম ফ্রিকোয়েন্সি তাদের তরঙ্গাকৃতিতে সামান্য হ্রাস পাবে না, কিন্তু ফ্রিকোয়েন্সি 40 Hz এর উপরে বাড়ার সাথে সাথে লাভ বন্ধ হওয়া অব্যাহত থাকবে।

ধাপ 5: সার্কিট পর্যায় একত্রিত করা

একবার আপনি সার্কিটের প্রতিটি স্তর তৈরি করে এবং সেগুলি স্বাধীনভাবে পরীক্ষা করে নিলে, আপনি তাদের সবাইকে সংযুক্ত করতে পারেন। ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের আউটপুটটি নচ ফিল্টারের ইনপুটের সাথে সংযুক্ত হওয়া উচিত। নচ ফিল্টারের আউটপুট কম পাস ফিল্টারের ইনপুটের সাথে সংযুক্ত হওয়া উচিত।

সার্কিট পরীক্ষা করতে, ফাংশন জেনারেটর ইনপুটকে ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার স্টেজের ইনপুটের সাথে সংযুক্ত করুন। একটি অসিলোস্কোপে সার্কিটের ইনপুট এবং আউটপুট পর্যবেক্ষণ করুন। আপনি ফাংশন জেনারেটর থেকে একটি প্রাক-প্রোগ্রাম করা ইসিজি তরঙ্গ দিয়ে পরীক্ষা করতে পারেন, অথবা একটি সাইন ওয়েভ দিয়ে এবং আপনার সার্কিটের প্রভাবগুলি পর্যবেক্ষণ করতে পারেন। উপরের অসিলোস্কোপ ছবিতে, হলুদ বক্ররেখা হল ইনপুট তরঙ্গাকৃতি, এবং সবুজ বক্ররেখা হল আউটপুট।

একবার আপনি আপনার সমস্ত সার্কিট পর্যায় সংযুক্ত করে দেখিয়েছেন যে এটি সঠিকভাবে কাজ করে, আপনি আপনার সার্কিটের আউটপুটকে DAQ বোর্ডের সাথে সংযুক্ত করতে পারেন এবং LabVIEW এ প্রোগ্রামিং শুরু করতে পারেন।

ধাপ 6: ল্যাবভিউ প্রোগ্রাম

LabVIEW কোডটি বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিতে সিমুলেটেড ইসিজি তরঙ্গ থেকে প্রতি মিটারে বিট সনাক্ত করা। ল্যাবভিউতে প্রোগ্রাম করার জন্য আপনাকে প্রথমে সমস্ত উপাদান চিহ্নিত করতে হবে। ডিজিটাল কনভার্টারের একটি এনালগ, যা ডেটা অ্যাকুইজিশন (DAQ) বোর্ড নামেও পরিচিত, সেটআপ করতে হবে এবং ধারাবাহিকভাবে চলতে হবে। সার্কিট থেকে আউটপুট সংকেত DAQ বোর্ডের ইনপুটের সাথে সংযুক্ত। LabVIEW প্রোগ্রামের তরঙ্গাকৃতি গ্রাফটি সরাসরি DAQ সহকারীর আউটপুটের সাথে সংযুক্ত। DAQ ডেটা থেকে আউটপুট সর্বোচ্চ/মিনিট শনাক্তকারীতে যায়। সংকেত তারপর একটি গুণিতক গাণিতিক অপারেটর মাধ্যমে যায়। থ্রেশহোল্ড মান গণনা করতে 0.8 এর সাংখ্যিক সূচক ব্যবহার করা হয়। যখন সংকেত 0.8*সর্বোচ্চ ছাড়িয়ে যায়, তখন একটি শিখর সনাক্ত করা হয়। যে কোন সময় এই মান পাওয়া গেলে এটি সূচক অ্যারেতে সংরক্ষিত ছিল। দুটি ডেটা পয়েন্ট ইনডেক্স অ্যারেতে সংরক্ষিত এবং বিয়োগ গাণিতিক অপারেটরে ইনপুট। এই দুই মানের মধ্যে সময়ের পরিবর্তন পাওয়া গেছে। তারপর, হার্ট রেট গণনা করতে, 60 কে সময়ের ব্যবধানে ভাগ করা হয়। একটি সংখ্যাসূচক সূচক, যা আউটপুট গ্রাফের পাশে দেখানো হয়, ইনপুট সিগন্যালের প্রতি মিনিটে (বিপিএম) হার্ট রেট আউটপুট করে। একবার প্রোগ্রাম সেটআপ হয়ে গেলে, এটি সব একটি ধারাবাহিক যখন লুপ ভিতরে রাখা উচিত। বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সি ইনপুট বিভিন্ন bpm মান দেয়।

ধাপ 7: ইসিজি ডেটা সংগ্রহ করুন

এখন আপনি আপনার সার্কিটে একটি সিমুলেটেড ইসিজি সিগন্যাল ইনপুট করতে পারেন এবং আপনার ল্যাবভিউ প্রোগ্রামে ডেটা রেকর্ড করতে পারেন! সিমুলেটেড ইসিজির ফ্রিকোয়েন্সি এবং প্রশস্ততা পরিবর্তন করুন যে এটি আপনার রেকর্ড করা ডেটাকে কীভাবে প্রভাবিত করে। আপনি যখন ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করেন, আপনার গণনা করা হার্ট রেটের পরিবর্তন দেখতে হবে। আপনি সফলভাবে একটি ইসিজি এবং হার্ট রেট মনিটর ডিজাইন করেছেন!

ধাপ 8: আরও উন্নতি

নির্মিত যন্ত্রটি সিমুলেটেড ইসিজি সিগন্যাল অর্জনের জন্য ভালো কাজ করবে। যাইহোক, যদি আপনি জৈবিক সংকেত রেকর্ড করতে চান (যথাযথ নিরাপত্তা সতর্কতা অনুসরণ করতে ভুলবেন না), সংকেত পড়ার উন্নতির জন্য সার্কিটগুলিতে আরও পরিবর্তন করা উচিত। ডিসি অফসেট এবং কম ফ্রিকোয়েন্সি মোশন আর্টিফ্যাক্ট অপসারণের জন্য একটি উচ্চ পাস ফিল্টার যুক্ত করা উচিত। LabVIEW এবং op amps- এর জন্য ব্যবহারযোগ্য পরিসরের মধ্যে থাকার জন্য ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের লাভও দশগুণ কমিয়ে আনা উচিত।

সূত্র

[1] এস। মিক এবং এফ। মরিস, "ভূমিকা। II-মৌলিক পরিভাষা।, "বিএমজে, ভলিউম। 324, না। 7335, পিপি 470–3, ফেব্রুয়ারি 2002।

[2] চিয়া-হাং লিন, ইসিজির জন্য ফ্রিকোয়েন্সি-ডোমেন বৈশিষ্ট্য ধূসর রিলেশনাল অ্যানালাইসিস-ভিত্তিক ক্লাসিফায়ার ব্যবহার করে, কম্পিউটার এবং গণিতের অ্যাপ্লিকেশন সহ, ভলিউম 55, ইস্যু 4, 2008, পৃষ্ঠা 680-690, আইএসএসএন 0898-1221, [3] “সেকেন্ড অর্ডার ফিল্টার | দ্বিতীয় অর্ডার লো পাস ফিল্টার ডিজাইন। বেসিক ইলেকট্রনিক্স টিউটোরিয়াল, Sep সেপ্টেম্বর ২০১ 2016, www.electronics-tutorials.ws/filter/second-order-…