বায়োইলেক্ট্রিক সিগন্যাল রেকর্ডিং: ইসিজি এবং হার্ট রেট মনিটর: 7 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 করেন, দয়া করে সার্কিট এবং সার্কিট-টু-ইন্সট্রুমেন্ট সংযোগগুলি সঠিক বিচ্ছিন্নতা কৌশলগুলি ব্যবহার করছে তা নিশ্চিত করুন।

ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাম (ইসিজি) হল এমন একটি পরীক্ষা যেখানে একটি বিষয়ের উপর পৃষ্ঠের ইলেক্ট্রোড নির্দিষ্টভাবে স্থাপন করা হয় যাতে বিষয়টির হৃদয়ের বৈদ্যুতিক ক্রিয়াকলাপ সনাক্ত ও পরিমাপ করা যায় [1]। একটি ইসিজির অনেকগুলি ব্যবহার রয়েছে এবং অস্ত্রোপচারের সময় হৃদরোগ নির্ণয়, চাপ পরীক্ষা এবং পর্যবেক্ষণে সহায়তা করতে পারে। একটি ইসিজি হার্ট বিট, অ্যারিথমিয়াস, হার্ট অ্যাটাক এবং অন্যান্য অনেক অভিজ্ঞতা এবং রোগের পরিবর্তনও সনাক্ত করতে পারে [1] এছাড়াও উপরের সমস্যা বিবৃতিতে বর্ণিত হয়েছে। একটি ইসিজি দ্বারা পরিমাপ করা কার্ডিয়াক সংকেত তিনটি স্বতন্ত্র তরঙ্গাকৃতি উত্পাদন করে যা কার্যকরী হৃদয়ের একটি জীবন্ত ফিডকে চিত্রিত করে।এগুলি উপরের ছবিতে দেখানো হয়েছে।

এই প্রকল্পের উদ্দেশ্য হল এমন একটি যন্ত্র তৈরি করা যা একটি আউটপুট জেনারেটর বা মানুষের কাছ থেকে ইসিজি সিগন্যাল গ্রহণ করতে পারে এবং শব্দ নির্মূল করার সময় সংকেত পুনরুত্পাদন করতে পারে। সিস্টেমের আউটপুট BPM গণনা করবে।

চল শুরু করি!

ধাপ 1: সমস্ত উপকরণ সংগ্রহ করুন

এই ইসিজি তৈরির জন্য, আমরা একটি সিস্টেম তৈরি করব যা দুটি প্রধান অংশ নিয়ে গঠিত, সার্কিট এবং ল্যাবভিউ সিস্টেম। সার্কিটের উদ্দেশ্য নিশ্চিত করা যে আমরা যে সিগন্যালটি চাই তা পাচ্ছি। অনেক পরিবেষ্টিত গোলমাল রয়েছে যা আমাদের ইসিজি সিগন্যালকে ডুবিয়ে দিতে পারে, তাই আমাদের সংকেত বাড়ানোর পাশাপাশি যেকোনো শব্দকে ফিল্টার করতে হবে। সার্কিটের মাধ্যমে সিগন্যাল ফিল্টার এবং পরিবর্ধিত হওয়ার পর, আমরা একটি পরিমার্জিত সংকেত একটি LabVIEW প্রোগ্রামে পাঠাতে পারি যা তরঙ্গাকৃতি প্রদর্শন করবে এবং BPM গণনা করবে। এই প্রকল্পের জন্য নিম্নলিখিত উপকরণগুলি প্রয়োজনীয়:

-রেসিস্টর, ক্যাপাসিটর এবং অপারেশনাল এম্প্লিফায়ার (অপ -এম্পস -UA741 ব্যবহার করা হয়েছিল) বৈদ্যুতিক উপাদান

-বিল্ডিং এবং পরীক্ষার জন্য সোলারলেস ব্রেডবোর্ড

-ডিসি পাওয়ার সাপ্লাই অপ-এম্পসকে বিদ্যুৎ সরবরাহ করতে

-বায়োইলেক্ট্রিক সিগন্যাল সরবরাহের জন্য ফাংশন জেনারেটর

-ইনপুট সিগন্যাল দেখার জন্য অসিলোস্কোপ

-DAQ বোর্ড সিগন্যালকে এনালগ থেকে ডিজিটালে রূপান্তর করবে

আউটপুট সংকেত পর্যবেক্ষণের জন্য ল্যাবভিউ সফটওয়্যার

-BNC এবং পরিবর্তনশীল শেষ সীসা তারের

ধাপ 2: সার্কিট ডিজাইন করা

যেমনটি আমরা সবেমাত্র আলোচনা করেছি, আমাদের সংকেত ফিল্টার করা এবং সম্প্রসারিত করা উভয়ই প্রয়োজন। এটি করার জন্য, আমরা আমাদের সার্কিটের 3 টি ভিন্ন ধাপ স্থাপন করতে পারি। প্রথমত, আমাদের সংকেত বাড়ানো দরকার। এটি একটি উপকরণ পরিবর্ধক ব্যবহার করে করা যেতে পারে। এইভাবে, চূড়ান্ত পণ্যটিতে আমাদের ইনপুট সংকেত অনেক ভালো দেখা যায়। আমরা তারপর এই যন্ত্র পরিবর্ধক সঙ্গে সিরিজ একটি খাঁজ ফিল্টার থাকা প্রয়োজন। আমাদের বিদ্যুৎ উৎস থেকে গোলমাল দূর করতে খাঁজ ফিল্টার ব্যবহার করা হবে। এর পরে, আমরা একটি কম পাস ফিল্টার থাকতে পারে। যেহেতু ইসিজি রিডিং সাধারণত কম ফ্রিকোয়েন্সি হয়, তাই আমরা এমন সব ফ্রিকোয়েন্সি বন্ধ করতে চাই যা আমাদের ইসিজি পড়ার সীমার বাইরে, তাই আমরা কম পাস ফিল্টার ব্যবহার করি। এই ধাপগুলো নিচের ধাপগুলোতে আরো বিস্তারিতভাবে ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

আপনি যদি আপনার সার্কিট নিয়ে সমস্যায় পড়েন, তাহলে একটি অনলাইন প্রোগ্রামে আপনার সার্কিট অনুকরণ করা ভাল। এইভাবে, আপনি রেসিস্টর এবং ক্যাপাসিটরের মানগুলির জন্য আপনার গণনা সঠিক কিনা তা পরীক্ষা করতে পারেন।

ধাপ 3: যন্ত্র পরিবর্ধক ডিজাইন করা

বায়োইলেক্ট্রিক সিগন্যালকে আরো দক্ষতার সাথে পর্যবেক্ষণ করার জন্য, সিগন্যালটি বাড়ানো দরকার। এই প্রকল্পের জন্য, সামগ্রিকভাবে অর্জন করার জন্য 1000 V/V। উপকরণ পরিবর্ধক থেকে নির্দিষ্ট লাভে পৌঁছানোর জন্য, সার্কিটের প্রতিরোধের মানগুলি নিম্নলিখিত সমীকরণ দ্বারা গণনা করা হয়েছিল:

(পর্যায় 1) K1 = 1 + ((2 * R2) / R1)

(পর্যায় 2) K2 = -R4 / R3

যেখানে সামগ্রিক লাভের হিসাব করার জন্য প্রতিটি ধাপকে গুণ করা হয়। 1000 V/V লাভ অর্জনের জন্য নির্বাচিত প্রতিরোধক মান হল R1 = 10 kOhms, R2 = 150 kOhms, R3 = 10 kOhms, এবং R4 = 330 kOhms। ফিজিক্যাল সার্কিটের op-amps কে পাওয়ার জন্য +/- 15 V (বর্তমান সীমা কম রেখে) একটি ভোল্টেজ রেঞ্জ দিতে DC পাওয়ার সাপ্লাই ব্যবহার করুন। আপনি যদি প্রতিরোধকের সত্যিকারের মান যাচাই করতে চান, অথবা নির্মাণের আগে এই লাভ অর্জন করতে চান, তাহলে আপনি PSpice বা সার্কিটল্যাবের মতো একটি প্রোগ্রাম ব্যবহার করে সার্কিটকে অনলাইনে অনুকরণ করতে পারেন, অথবা প্রদত্ত ইনপুট সিগন্যাল ভোল্টেজের সাথে একটি অসিলোস্কোপ ব্যবহার করতে পারেন এবং সত্যের জন্য পরীক্ষা করতে পারেন। একটি শারীরিক পরিবর্ধক নির্মাণের পরে লাভ। সার্কিট চালানোর জন্য ফাংশন জেনারেটর এবং অসিলোস্কোপকে এম্প্লিফায়ারের সাথে সংযুক্ত করুন।

উপরের ছবিতে সিমুলেশন সফটওয়্যার পিএসপাইসে সার্কিটটি কেমন দেখাচ্ছে তা দেখানো হয়েছে। আপনার সার্কিট সঠিকভাবে কাজ করছে কিনা তা পরীক্ষা করতে, ফাংশন জেনারেটর থেকে সার্কিটের মাধ্যমে এবং অসিলোস্কোপে 1 kHz 10 mV পিক-টু-পিক সাইন ওয়েভ সরবরাহ করুন। অসিলোস্কোপে 10 V পিক-টু-পিক সাইন ওয়েভ লক্ষ্য করা উচিত।

ধাপ 4: নচ ফিল্টার ডিজাইন করা

এই সার্কিটটি নিয়ে কাজ করার সময় একটি নির্দিষ্ট সমস্যা হল যে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে পাওয়ার সাপ্লাই লাইন দ্বারা 60 Hz শব্দ সংকেত তৈরি করা হয়। এই গোলমাল অপসারণের জন্য, সার্কিটে ইনপুট সিগন্যাল 60 Hz এ ফিল্টার করতে হবে, এবং এটি একটি খাঁজ ফিল্টারের চেয়ে ভাল উপায় কি!

একটি খাঁজ ফিল্টার (উপরে দেখানো সার্কিট) হল একটি নির্দিষ্ট ধরনের বৈদ্যুতিক ফিল্টার যা একটি সংকেত থেকে একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি অপসারণ করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। 60 Hz সংকেত অপসারণ করতে, আমরা নিম্নলিখিত সমীকরণগুলি গণনা করেছি:

R1 = 1 / (2 * Q * w * C)

R2 = (2 * Q) / (w * C)

R3 = (R1 * R2) / (R1 + R2)

প্রশ্ন = w / বি

B = w2 - w1

একটি শালীনভাবে সঠিক ফিল্টার ডিজাইন করার জন্য 8 এর একটি গুণমান ফ্যাক্টর (Q) ব্যবহার করে, সহজ সমাবেশের জন্য 0.033 uFarads এর একটি ক্যাপাসিট্যান্স (C) এবং 2 * pi * 60 Hz এর একটি সেন্টার ফ্রিকোয়েন্সি (w)। এটি প্রতিরোধক R1 = 5.024 kOhms, R2 = 1.2861 MOhms, এবং R3 = 5.004 kOhms এর জন্য সফলভাবে গণনা করা হয়েছে এবং ইনপুট বায়োইলেক্ট্রিক সিগন্যাল থেকে 60 Hz ফ্রিকোয়েন্সি অপসারণের জন্য সফলভাবে একটি ফিল্টার তৈরি করেছে। আপনি যদি ফিল্টারটি চেক করতে চান তাহলে আপনি PSpice বা সার্কিটল্যাবের মতো একটি প্রোগ্রাম ব্যবহার করে সার্কিটকে সিমুলেট করতে পারেন, অথবা একটি প্রদত্ত ইনপুট সিগন্যাল ভোল্টেজের সাথে একটি অসিলোস্কোপ ব্যবহার করতে পারেন এবং একটি ফিজিক্যাল এম্প্লিফায়ার তৈরির পর সরানো সিগন্যালটি পরীক্ষা করতে পারেন। সার্কিট চালানোর জন্য ফাংশন জেনারেটর এবং অসিলোস্কোপকে এম্প্লিফায়ারের সাথে সংযুক্ত করুন।

1 Vz পিক-টু-পিক সিগন্যালে 1 Hz থেকে 1 kHz পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরের উপর এই সার্কিট দিয়ে একটি এসি সুইপ করার ফলে আউটপুট প্লটে 60 Hz এ একটি "খাঁজ" টাইপ বৈশিষ্ট্য পাওয়া উচিত, যা ইনপুট থেকে সরানো হয় সংকেত

ধাপ 5: লো পাস ফিল্টার ডিজাইন করা

সার্কিটের চূড়ান্ত পর্যায় হল লো পাস ফিল্টার, বিশেষ করে সেকেন্ড অর্ডার বাটারওয়ার্থ লো-পাস ফিল্টার। এটি আমাদের ইসিজি সংকেত বিচ্ছিন্ন করতে ব্যবহৃত হয়। ইসিজি তরঙ্গাকৃতি সাধারণত 0 থেকে ~ 100 Hz এর ফ্রিকোয়েন্সি সীমার মধ্যে থাকে। সুতরাং, আমরা 100 Hz এর কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি এবং 8 মানের গুণমানের উপর ভিত্তি করে আমাদের প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান গণনা করি, যা আমাদের তুলনামূলকভাবে সঠিক ফিল্টার দেবে।

R1 = 2/(w [aC2+sqrt (a2+4b (K-1))

C2^2-4b*C1*C2) R2 = 1/(b*C1*C2*R1*w^2)

C1 <= C2 [a^2+4b (K-1)]/4b

আমরা যে মানগুলি গণনা করেছি তা শেষ হয়েছে R1 = 81.723kOhms, R2 = 120.92kOHms, C1 = 0.1 microFarads, এবং C2 = 0.045 microFarads। ডিসি ভোল্টেজ + এবং - 15V দিয়ে অপ -এম্পসকে শক্তি দিন। আপনি যদি ফিল্টারটি চেক করতে চান তাহলে আপনি PSpice বা সার্কিটল্যাবের মতো একটি প্রোগ্রাম ব্যবহার করে সার্কিটকে সিমুলেট করতে পারেন, অথবা একটি প্রদত্ত ইনপুট সিগন্যাল ভোল্টেজের সাথে একটি অসিলোস্কোপ ব্যবহার করতে পারেন এবং একটি ফিজিক্যাল এম্প্লিফায়ার তৈরির পর সরানো সিগন্যালটি পরীক্ষা করতে পারেন। সার্কিট চালানোর জন্য ফাংশন জেনারেটর এবং অসিলোস্কোপকে এম্প্লিফায়ারের সাথে সংযুক্ত করুন। কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি এ, আপনি -3 ডিবি এর একটি মাত্রা দেখতে হবে। এটি নির্দেশ করে যে আপনার সার্কিট সঠিকভাবে কাজ করছে।

ধাপ 6: ল্যাবভিউ সেট আপ করা

এখন যেহেতু সার্কিট তৈরি হয়েছে, আমরা আমাদের সংকেত ব্যাখ্যা করতে সক্ষম হতে চাই। এটি করার জন্য, আমরা LabVIEW ব্যবহার করতে পারি। সার্কিট থেকে সিগন্যাল অর্জনের জন্য একটি DAQ সহকারী ব্যবহার করা যেতে পারে। LabVIEW খোলার পর উপরের ডায়াগ্রামে দেখানো সার্কিট সেট আপ করুন। DAQ সহকারী সার্কিট থেকে এই ইনপুট পড়বে এবং সংকেত তরঙ্গাকৃতি গ্রাফে যাবে। এটি আপনাকে ইসিজি তরঙ্গাকৃতি দেখতে দেবে!

পরবর্তী আমরা BPM গণনা করতে চাই। উপরে সেট আপ আপনার জন্য এটি করবে। প্রোগ্রামটি প্রথমে ইনকামিং ইসিজি সিগন্যালের সর্বোচ্চ মান গ্রহণ করে কাজ করে। থ্রেশহোল্ড মান আমাদের নতুন মানগুলি সনাক্ত করতে দেয় যা আমাদের সর্বোচ্চ মূল্যের শতাংশে পৌঁছায় (এই ক্ষেত্রে, 90%)। এই মানগুলির অবস্থানগুলি তখন ইনডেক্সিং অ্যারে পাঠানো হয়। যেহেতু ইনডেক্সিং 0 থেকে শুরু হয়, আমরা 0 এবং 1 ম পয়েন্ট নিতে চাই এবং তাদের মধ্যে সময়ের পরিবর্তন গণনা করতে চাই। এটি আমাদের বিটগুলির মধ্যে সময় দেয়। আমরা তারপর BPM খুঁজে বের করতে সেই ডেটা এক্সট্রোপলেট করি। বিশেষ করে, এটি dt এলিমেন্ট থেকে আউটপুট এবং ইনডেক্সিং অ্যারেতে দুটি ভ্যালুর মধ্যে বিয়োগের আউটপুটকে গুণ করে এবং তারপর 60 দ্বারা ভাগ করে (যেহেতু আমরা মিনিটে রূপান্তর করছি)।

ধাপ 7: এটি সব সংযুক্ত করুন এবং এটি পরীক্ষা করুন

সার্কিটটিকে DAQ বোর্ডের ইনপুটের সাথে সংযুক্ত করুন। এখন আপনি যে সংকেতটি ইনপুট করবেন তা সার্কিটের মাধ্যমে DAQ বোর্ডে যাবে এবং LabVIEW প্রোগ্রাম তরঙ্গাকৃতি এবং গণনা করা BPM আউটপুট করবে।

অভিনন্দন!