1. רכישת אות אק"ג
- התאם את המתח של המקורות ל+ 5 V ו- -5 V וחבר אותם בסדרה.
- בנו את המעגל המוצג באיור 4. חשב את הערכים של הנגדים והחיברים. עבור מסנן המעבר הגבוה, תדירות הניתוק צריכה להיות 0.5 הרץ. יש לבחור את ערך הקבל מהטבלה שלהלן (בכפוף לזמינות).
| ערכי קבלים זמינים (μF ) | ||
| 0.001 | 1 | 100 |
| 0.022 | 2.2 | שנות ה-12 |
| 0.047 | 4.7 | 470 |
| 0.01 | 10 | 1000 |
| 0.1 | 47 | 2200 |
- מניחים אלקטרודות על זרוע ימין, זרוע שמאל ורגל ימין (זוהי התייחסות) של המטופל, וחברו אותם למעגל.
- השתמש באוסצילוסקופ כדי להציג את אות האק"ג (Vo). הקש על הגדר אוטומטית והתאם את קנה המידה האופקי והאנכי לפי הצורך. אתה אמור להיות מסוגל לראות את פסגות R למרות הרעש באות.
2. הצגת אות האק"ג באמצעות תוכנת מכשור
- בהדגמה זו השתמשנו ב- LabVIEW. כתוב תוכנית המציגה את אות האק"ג באמצעות ממשק גרפי לתצורת מדידות וגרף צורת גל. לאחר בחירת קלט אנלוגי, קבע את תצורת התוכנית עם ההגדרות הבאות:
- טווח קלט אותות >> מקסימום = 0.5; מינימום = -0.5
- >> תצורת מסוף RSE
- מצב רכישה >> רציף
- דוגמאות לקריאה = 2000
- קצב דגימה = 1000
- לרכוש את אות האק"ג ולהתבונן צורת הגל. תראה אות דומה לאיור 1.
- כוונן את קנה המידה של ציר ה- x כדי להציג זמן בשניות.
- לעתים קרובות יש צורך מכשור כדי להגביר את האות של עניין משרעת ספציפית. צור בקרת רווח והגדר אותה כך שהמשרעת של האק"ג היא 2 סמנכ"לים.
3. ניתוח אות האק"ג
בסעיף זה, אות אק"ג יעבור סינון וניתוח כדי לקבוע את קצב הלב. דיאגרמת החסימה הבאה מציגה את רכיבי התוכנית.
- השתמש בגרף צורת גל כדי להציג את האות.
- להעריך את הספקטרום של האות באמצעות משרעת ואת ספקטרום הפאזה subvi (בעיבוד אותות → ספקטרלי) ולהציג את גודלו באמצעות גרף צורת גל. הציר האופקי תואם לתדר. הוא דיסקרטי מכיוון שהמחשב משתמש באלגוריתם של שינוי פורייה מהיר (FFT) כדי לחשב את הספקטרום של האות. התדירות עוברת מ- k = 0 ל- k = (N-1)/2, כאשר N הוא אורך הרצף, במקרה זה 4000. כדי לחשב את התדירות האנלוגית המתאימה, השתמש בנוסחה הבאה:
כאשר fs הוא תדר הדגימה. שים לב שרוב האנרגיה של האות היא בטווח התדרים הנמוכים וגם שיש שיא של עוצמה גבוהה בטווח התדרים הבינוני. חשב את התדירות של פסגה זו באמצעות הנוסחה שסופקה לעיל. - ליישם מסנן נמוך לעבור באמצעות באטרוורת ' של פונקציות Chebyshev. בחר תדירות חיתוך השווה ל- 100 הרץ. ודא שהמסנן מספק נכה של לפחות -60 dB/עשור בפס העצירה.
- חבר את אות הפלט של הקריאה מ- subvi גיליון אלקטרוני לקלט של מסנן המעבר הנמוך.
- יש ליישם מסנן סטופ-פס באמצעות פונקציות באטרוורת' או צ'בישב. המטרה היא להפחית את ההפרעה של 60 הרץ מבלי לשנות את התדרים האחרים. נסה תדרי גבול קרוב ל- 60 הרץ.
- חבר את הפלט של מסנן lowpass לקלט של מסנן פס העצירה.
- מצא את הפסגות באמצעות subvi גלאי שיא (הוא ממוקם עיבוד אותות → פעולת סיג). עבור הסף, הסתכלו על משרעת האות ובחרו את הערך המתאים ביותר.
- חלץ את מיקומי הפסגות באמצעות subvi מערך האינדקס (במערך → תכנות).
- הפחת את המיקום התחתון ממיקום גבוה יותר ולאחר מכן, הכפל בתקופת הדגימה T = 1/fs כדי להשיג את מרווח הזמן של RR.
- חשב את יחידות ההדדיות והתאם וצב מחוון כדי להציג את ה- BPM.
מקור: פיימן שהביגי-רודפושטי וסינה שהבזמהאמדי, המחלקה להנדסה ביו-רפואית, אוניברסיטת קונטיקט, סטוררס, קונטיקט
אלקטרוקרדיוגרפיה היא גרף המתועד על ידי שינויים פוטנציאליים חשמליים המתרחשים בין אלקטרודות שהונחו על פלג פלג עליון של המטופל כדי להדגים פעילות לבבית. אות אק"ג עוקב אחר קצב הלב ומחלות לב רבות, כגון זרימת דם לקויה ללב וחריגות מבניות. פוטנציאל הפעולה שנוצר על ידי התכווצויות של דופן הלב פורש זרמים חשמליים מהלב בכל הגוף. הזרמים החשמליים המתפשטים יוצרים פוטנציאלים שונים בנקודות בגוף, אשר ניתן לחוש על ידי אלקטרודות המונחות על העור. האלקטרודות הן מתמרים ביולוגיים העשויים ממתכות ומלחים. בפועל, 10 אלקטרודות מחוברות לנקודות שונות על הגוף. קיים הליך סטנדרטי לרכישה וניתוח אותות אק"ג. גל אק"ג טיפוסי של אדם בריא הוא כדלקמן:
איור 1. גל אק"ג.
גל ה-P מתאים להתכווצות האיזורים, ולמתחם ה-QRS להתכווצות החדרים. מתחם ה-QRS גדול בהרבה מגל ה-P בשל ההצטמרות היחסית במסת השריר של האטריה והחדרים, המסווה את ההרפיה של האטריה. הרפיה של החדרים ניתן לראות בצורה של גל "T".
ישנם שלושה כיווני חקירה עיקריים האחראים למדידת ההבדל הפוטנציאלי החשמלי בין הידיים לרגליים, כפי שמוצג באיור 2. בהדגמה זו, אחד ממובילי הגפיים, עופרת I, ייבדק, וההבדל הפוטנציאלי החשמלי בין שתי זרועות יירשם. כמו בכל מדידות עופרת אק"ג, האלקטרודה המחוברת לרגל ימין נחשבת לצומת הקרקע. אות אק"ג יירכש באמצעות מגבר ביופוטנציאלי ולאחר מכן יוצג באמצעות תוכנת מכשור, שם תיווצר בקרת רווח כדי להתאים את המשרעת שלה. לבסוף, האק"ג המוקלט ינותח.
איור 2. עופרת גפיים א.ק.ג.
1. רכישת אות אק"ג
- התאם את המתח של המקורות ל+ 5 V ו- -5 V וחבר אותם בסדרה.
- בנו את המעגל המוצג באיור 4. חשב את הערכים של הנגדים והחיברים. עבור מסנן המעבר הגבוה, תדירות הניתוק צריכה להיות 0.5 הרץ. יש לבחור את ערך הקבל מהטבלה שלהלן (בכפוף לזמינות).
| ערכי קבלים זמינים (μF ) | ||
| 0.001 | 1 | 100 |
| 0.022 | 2.2 | שנות ה-12 |
| 0.047 | 4.7 | 470 |
| 0.01 | 10 | 1000 |
| 0.1 | 47 | 2200 |
- מניחים אלקטרודות על זרוע ימין, זרוע שמאל ורגל ימין (זוהי התייחסות) של המטופל, וחברו אותם למעגל.
- השתמש באוסצילוסקופ כדי להציג את אות האק"ג (Vo). הקש על הגדר אוטומטית והתאם את קנה המידה האופקי והאנכי לפי הצורך. אתה אמור להיות מסוגל לראות את פסגות R למרות הרעש באות.
2. הצגת אות האק"ג באמצעות תוכנת מכשור
- בהדגמה זו השתמשנו ב- LabVIEW. כתוב תוכנית המציגה את אות האק"ג באמצעות ממשק גרפי לתצורת מדידות וגרף צורת גל. לאחר בחירת קלט אנלוגי, קבע את תצורת התוכנית עם ההגדרות הבאות:
- טווח קלט אותות >> מקסימום = 0.5; מינימום = -0.5
- >> תצורת מסוף RSE
- מצב רכישה >> רציף
- דוגמאות לקריאה = 2000
- קצב דגימה = 1000
- לרכוש את אות האק"ג ולהתבונן צורת הגל. תראה אות דומה לאיור 1.
- כוונן את קנה המידה של ציר ה- x כדי להציג זמן בשניות.
- לעתים קרובות יש צורך מכשור כדי להגביר את האות של עניין משרעת ספציפית. צור בקרת רווח והגדר אותה כך שהמשרעת של האק"ג היא 2 סמנכ"לים.
3. ניתוח אות האק"ג
בסעיף זה, אות אק"ג יעבור סינון וניתוח כדי לקבוע את קצב הלב. דיאגרמת החסימה הבאה מציגה את רכיבי התוכנית.
- השתמש בגרף צורת גל כדי להציג את האות.
- להעריך את הספקטרום של האות באמצעות משרעת ואת ספקטרום הפאזה subvi (בעיבוד אותות → ספקטרלי) ולהציג את גודלו באמצעות גרף צורת גל. הציר האופקי תואם לתדר. הוא דיסקרטי מכיוון שהמחשב משתמש באלגוריתם של שינוי פורייה מהיר (FFT) כדי לחשב את הספקטרום של האות. התדירות עוברת מ- k = 0 ל- k = (N-1)/2, כאשר N הוא אורך הרצף, במקרה זה 4000. כדי לחשב את התדירות האנלוגית המתאימה, השתמש בנוסחה הבאה:
כאשר fs הוא תדר הדגימה. שים לב שרוב האנרגיה של האות היא בטווח התדרים הנמוכים וגם שיש שיא של עוצמה גבוהה בטווח התדרים הבינוני. חשב את התדירות של פסגה זו באמצעות הנוסחה שסופקה לעיל. - ליישם מסנן נמוך לעבור באמצעות באטרוורת ' של פונקציות Chebyshev. בחר תדירות חיתוך השווה ל- 100 הרץ. ודא שהמסנן מספק נכה של לפחות -60 dB/עשור בפס העצירה.
- חבר את אות הפלט של הקריאה מ- subvi גיליון אלקטרוני לקלט של מסנן המעבר הנמוך.
- יש ליישם מסנן סטופ-פס באמצעות פונקציות באטרוורת' או צ'בישב. המטרה היא להפחית את ההפרעה של 60 הרץ מבלי לשנות את התדרים האחרים. נסה תדרי גבול קרוב ל- 60 הרץ.
- חבר את הפלט של מסנן lowpass לקלט של מסנן פס העצירה.
- מצא את הפסגות באמצעות subvi גלאי שיא (הוא ממוקם עיבוד אותות → פעולת סיג). עבור הסף, הסתכלו על משרעת האות ובחרו את הערך המתאים ביותר.
- חלץ את מיקומי הפסגות באמצעות subvi מערך האינדקס (במערך → תכנות).
- הפחת את המיקום התחתון ממיקום גבוה יותר ולאחר מכן, הכפל בתקופת הדגימה T = 1/fs כדי להשיג את מרווח הזמן של RR.
- חשב את יחידות ההדדיות והתאם וצב מחוון כדי להציג את ה- BPM.
אלקטרוקרדיוגרפים מתעדים את פעילות הלב של הלב ומשמשים לאבחון מחלות, זיהוי חריגות ולמידה על תפקוד הלב הכללי. אותות חשמליים מיוצרים על ידי התכווצויות בדפנות הלב המניעות זרמים חשמליים ויוצרים פוטנציאלים שונים בכל הגוף. על ידי הנחת אלקטרודות על העור, ניתן לזהות ולתעד את הפעילות החשמלית הזו באק"ג. א.ק.ג. אינם פולשניים, מה שהופך אותם לכלי שימושי להערכת ביצועי הלב של המטופל, כגון על ידי מדידת מידת זרימת הדם לאיבר.
סרטון זה ימחיש את העקרונות של א.ק.ג וידגים כיצד לרכוש, לעבד ולנתח אות א.ק.ג טיפוסי באמצעות מגבר ביו-פוטנציאל. יידונו גם יישומים ביו-רפואיים אחרים המשתמשים בעיבוד אותות חשמליים לאבחון מחלות.
כדי להבין את העקרונות של אק"ג, בואו נבין תחילה כיצד הלב מייצר אותות חשמליים. עבור לב תקין ובריא, במנוחה, א.ק.ג מציג סדרה של גלים המשקפים את השלבים השונים של פעימות הלב. האק"ג מתחיל בצומת הסינו-פרוזדור, הידוע גם בשם צומת SA, הממוקם בפרוזדור הימני ופועל כקוצב לב בלב. האותות החשמליים גורמים להתכווצות פרוזדורים הדוחפת דם לחדרים. רצף זה נרשם כגל P באק"ג. האות הזה עובר מהפרוזדורים על פני החדרים, וגורם להם להתכווץ ולהזרים דם לשאר הגוף. זה נרשם כמתחם QRS.
לבסוף, החדרים נרגעים וזה נרשם כגל T. לאחר מכן התהליך מתחיל שוב וחוזר על עצמו בכל פעימת לב. שימו לב שגל ה-QRS גדול בהרבה מגל ה-P, הסיבה לכך היא שהחדרים גדולים יותר מהפרוזדורים. כלומר הם מסווים את הרפיית הפרוזדורים או גל ה-T. תהליכים אחרים בגוף, כמו נשימה או התכווצויות שרירים, יכולים להפריע למדידת האק"ג. כמו גם זרמים מהמעגלים המשמשים להשגתם. לעתים קרובות, האותות החשמליים שהאק"ג מנסה להקליט הם חלשים למדי. לכן, מגבר ביו-פוטנציאלי משמש להגדלת המשרעת שלהם המאפשרת לעבד ולתעד אותם עוד יותר.
ישנם שלושה מרכיבים עיקריים למגבר הביו-פוטנציאל, שלב הגנת המטופל, מגבר המכשור ומסנן המעבר הגבוה. כפי שמציע העיקרי, מעגל הגנת המטופל משתמש בשילוב של נגדים ודיודות כדי להגן, הן על המטופל והן על המכונה והציוד. הנגדים מגבילים את הזרם הזורם דרך המטופל, כאשר הדיודות שומרות על זרימת הזרם בכיוון הנכון.
השלב הבא הוא מגבר המכשור, המגביר את ההבדל בין הכניסות מכל אלקטרודה. הוא מורכב משלושה מגברים תפעוליים. שניים כדי להגדיל את ההתנגדות מכל כניסה, והשלישי כדי להגביר את ההבדל בין אותות הכניסה.
השלב האחרון הוא מסנן המעבר הגבוה, המפחית את הרעש ומסנן אותות בתדר נמוך הנובעים מתנועת המטופל או הנשימה. כעת, כשאתה יודע כיצד נמדד א.ק.ג, בואו נראה כיצד לבנות מגבר ביו-פוטנציאל ולעבד את הנתונים כדי לקבל אות א.ק.ג נקי.
לאחר שסקרנו את העקרונות העיקריים של אלקטרוקרדיוגרפיה, בואו נראה כיצד לבנות מגבר ביו-פוטנציאל ולרכוש אות א.ק.ג. כדי להתחיל, אסוף תחילה לוח אב-טיפוס, מגבר מכשור AD-620 וכל רכיבי המעגל הדרושים. לאחר מכן, חשב את הערכים של כל הנגדים והקבלים במעגל באמצעות המשוואה הבאה.
עבור מסנן המעבר הגבוה, תדר הניתוק צריך להיות 0.5 הרץ.
לאחר מכן, חבר את ערך הקבל כדי לקבוע את ההתנגדות. לאחר מכן, בנה מגבר ביו-פוטנציאלי בהתאם לתרשים המצורף. כך אמור להיראות המעגל הסופי. חבר שלושה חוטים עם תפסי תנין לעמודי הכריכה של ספק כוח DC, ולאחר מכן הפעל את מקור החשמל. כוונן את המתח לפלוס חמישה וולט ומינוס חמישה וולט, וחבר את החוטים, בסדרה, למעגל.
כעת, השתמש בכרית הכנה לאלכוהול כדי לנגב את שורש כף היד הימנית, פרק כף היד השמאלית והקרסול הימני של המטופלים. הוסף ג'ל דבק מוליך לאלקטרודות לפני הנחתן על המטופל. לאחר מכן, חבר את האלקטרודות למעגל באמצעות חוטים עם קליפס תנין. הפעל את האוסילוסקופ ורכוש את אות האק"ג. התאם את קנה המידה האופקי והאנכי לפי הצורך. עם התאמות אלה, אתה אמור להיות מסוגל לראות את שיא ה-R של צורת הגל.
חבר את המעגל לשלדת ה- PXI, ולאחר מכן פתח את תוכנת המכשור והשתמש או כתוב תוכנית שתציג את אות ה- ECG וגרף צורת גל.
הגדר את ממשק רכישת הנתונים עם ההגדרות הבאות. סמן את קנה המידה של ציר ה-x כדי להציג זמן ושניות, ולאחר מכן הצג את אות האק"ג כצורת גל. אם יש צורך להגביר את האות, צור בקרת רווח והגדר אותה כך שמשרעת האק"ג תהיה שני VP.
כעת, לאחר שהדגמנו כיצד לרכוש אות א.ק.ג, בואו נראה כיצד לנתח את התוצאות. הנה אות א.ק.ג מייצג. גלי P, QRS ו-T בקושי ניתנים להבחנה מכיוון שהם מוסתרים על ידי רעש ותנודות. יש לסנן אות זה. כדי לשנות את האות הזה, ראשית, בחר עיבוד אותות ולאחר מכן ספקטרלי בתפריט. אלגוריתם טרנספורמציה פורייה מהירה מחשב ומתווה את ספקטרום האות המציג את התדר כערכים דיסקרטיים על הציר האופקי. רוב האנרגיה באות היא בתדרים נמוכים.
אבל, יש שיא עוצמה גבוה בטווח התדרים הבינוני, שמניחים שהוא רעש. התדירות משורטטת כ-k על הציר האופקי ועוברת מאפס ל-N מינוס אחד על שניים, כאשר N הוא אורך הרצף. עבור ניסוי זה, N שווה ל-2,000. חשב את התדר האנלוגי עבור כל ערך k באמצעות המשוואה הבאה, כאשר f s הוא תדר הדגימה וקבע את תדירות שיא העוצמה הגבוהה על סמך גרף ה-FFT.
לאחר מכן, צור מסנן מעבר נמוך עם תדר ניתוק של 100 הרץ. השתמש בפונקציית באטרוורת' או צ'בישב כדי לסנן את האות, שאמור להחליש לפחות 60 דציבלים לעשור בפס העצירה. חבר את אות הפלט של תת הנתונים VI לכניסה של מסנן המעבר הנמוך. מסנן זה מסיר את גלי התדר הגבוה הזרים של האק"ג. כעת, צור מסנן Bandstop והגדר את תדרי הניתוק בסביבות 55 ו-70 הרץ.
כדי להסיר את האות הרועש, בסביבות 60 הרץ. לאחר מכן, חבר את הפלט של מסנן המעבר הנמוך לכניסה של מסנן Bandstop. נסה תדרי גבול הקרובים ל- 60 הרץ. זה יפחית את ההפרעות מבלי להשפיע על תדרים אחרים. אות ה-ECG אמור להיות ברור כעת עם קומפלקסים מובהקים של P, QRS ו-T.
כעת, בואו נקבע את הדופק באמצעות אות האק"ג המסונן. ראשית, השתמש בגלאי השיא תת VI כדי למצוא את פסגות האות. בחר את הערך המתאים ביותר על סמך משרעת האותות של גל R עבור הסף. לאחר מכן, השתמש במערך האינדקס תת VI כדי לקבוע את מיקום הפסגות.
הפחיתו את מיקום השיא התחתון מהמיקום הגבוה יותר, ולאחר מכן הכפל ערך זה בתקופת הדגימה, T, השווה לאחד על f s. ערך זה הוא משך הזמן בין שני גלי R. התאם את היחידות כדי לקבוע את הפעימות לדקה.
בהדגמה זו, הדופק שנמדד היה כ-60 פעימות לדקה.
לאק"ג ולעיבוד אותות יש יישומים חשובים, הן ברפואה והן במחקר. בנוסף להיותם לא פולשניים, א.ק.ג הם זולים יחסית. מה שהופך אותו לכלי שימושי ונגיש בבתי חולים. ניתן אפילו להתאים את האק"ג לניטור מורכב וארוך טווח יותר של חולים המטופלים בתסמונת כלילית חריפה.
לשם כך משתמשים ב -12 מובילי א.ק.ג, שיכולים לזהות איסכמיה חולפת של שריר הלב בחולים אסימפטומטיים. דגימה ועיבוד אותות משמשים גם באלקטרואנצפלוגרפיה למדידת אותות חשמליים מהמוח. EEGs משמשים בדרך כלל בשילוב עם MRI פונקציונלי כטכניקת הדמיה רב-מודאלית.
השיטה מייצרת באופן לא פולשני מפות קליפת המוח של פעילות המוח עבור יישומי הדמיה מוחית רבים, כגון לאחר הפעלה חזותית או מוטורית.
זה עתה צפיתם בהקדמה של ג'וב לרכישה וניתוח של אותות א.ק.ג. כעת עליך להבין כיצד מיוצר אות א.ק.ג וכיצד ליצור מגבר ביו-פוטנציאלי לזיהוי אותות חשמליים חלשים. ראית גם כמה יישומים ביו-רפואיים של עיבוד אותות לאבחון רפואי.
תודה שצפית.
האלקטרוקרדיוגרפיה חייבת להיות מסוגלת לזהות לא רק אותות חלשים מאוד הנעים בין 0.5 mV ל 5.0 mV, אלא גם רכיב DC של עד ±300 mV (הנובע ממגע האלקטרודה-עור) ורכיב במצב משותף של עד 1.5 V, הנובע מהפוטנציאל בין האלקטרודות לקרקע. רוחב הפס השימושי של אות אק"ג תלוי ביישום ויכול לנוע בין 0.5-100 הרץ, לפעמים להגיע עד 1 kHz. זה בדרך כלל סביב 1 mV שיא לשיא בנוכחות רעש הרבה יותר גדול בתדר גבוה חיצוני, הפרעות 50 או 60 הרץ, ופוטנציאל היסט אלקטרודה DC. מקורות רעש אחרים כוללים תנועה המשפיעה על ממשק האלקטרודה-עור, התכווצויות שרירים או קוצים אלקטרומיוגרפיים, נשימה (שעשויה להיות קצבית או לא סדירה), הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) ורעש ממכשירים אלקטרוניים אחרים המצמידים לקלט.
ראשית, מגבר ביופוטנציאלי יופק לעיבוד האק"ג. לאחר מכן, אלקטרודות יונחו על המטופל כדי למדוד את ההבדל הפוטנציאלי בין שתי זרועות. הפונקציה העיקרית של מגבר ביופוטנציאלי היא לקחת אות חשמלי חלש ממוצא ביולוגי ולהגדיל את המשרעת שלו, כך שניתן יהיה לעבד אותו עוד יותר, להקליט או להציג אותו.
איור 3. מגבר אק"ג.
כדי להיות שימושי מבחינה ביולוגית, כל המגברים הביופוטנטיים חייבים לעמוד בדרישות בסיסיות מסוימות:
- הם חייבים להיות בעליעכבת קלט גבוהה, כך שהם מספקים טעינה מינימלית של האות הנמדד. אלקטרודות ביופוטנציאליות יכולות להיות מושפעות מהעומס שלהן, מה שמוביל לעיוות האות.
- מעגל הכניסה של מגבר ביופוטנציאלי חייב גם לספק הגנה לנושא הנחקר. המגבר צריך להיות מעגלי בידוד והגנה, כך הזרם דרך מעגל האלקטרודה ניתן לשמור ברמות בטוחות.
- מעגל הפלט מניע את העומס, שהוא בדרך כלל התקן מציין או הקלטה. כדי להשיג נאמנות מרבית וטווח בקריאה, המגבר חייב להיות בעל עכבה פלט נמוכה ולהיות מסוגל לספק את הכוח הנדרש על ידי העומס.
- מגברים ביופוטנטיים חייבים לפעול בספקטרום התדרים שבו קיימים הביופוטנציאלים שהם מגבירים. בגלל הרמה הנמוכה של אותות כאלה, חשוב להגביל את רוחב הפס של המגבר כדי לקבל יחס אות לרעש אופטימלי. ניתן לעשות זאת באמצעות מסננים.
איור 3 הוא דוגמה למגבר א.ק.ג. איור 4 הוא המעגל של מגבר האק"ג שנבנה במהלך הדגמה זו. יש לו שלושה שלבים עיקריים: מעגל ההגנה, מגבר המכשור ומסנן המעבר הגבוה.
איור 4. מגבר ביופוטנציאלי.
השלב הראשון הוא מעגלי ההגנה על המטופלים. דיודה היא התקן מוליכים למחצה המוליך זרם בכיוון אחד. כאשר הדיודה מוטה קדימה, הדיודה פועלת כקצר חשמלי ומוליך חשמל. כאשר דיודה מוטה לאחור, היא פועלת כמעגל פתוח ואינה מוליכת חשמל,אני ≈ 0.
כאשר דיודות נמצאות בתצורה מוטה קדימה יש מתח המכונה מתח הסף (VT = כ 0.7 V) כי יש לחרוג על מנת הדיודה לנהל זרם. לאחר VT כבר חריגה, ירידת המתח על פני הדיודה יישאר קבוע בVT ללא קשר מה Vהוא.
כאשר הדיודה מוטה לאחור הדיודה תפעל כמו במעגל פתוח וירידת המתח על פני הדיודה תהיה שווה ל- Vב.
איור 5 הוא דוגמה למעגל הגנה פשוט המבוסס על דיודות שישמשו בהדגמה זו. הנגד משמש להגבלת הזרם הזורם דרך המטופל. אם תקלה במגבר המכשור או בדיודות מקצרת את החיבור של המטופל לאחת מפסי החשמל, הזרם יהיה פחות מ-0.11 מיליאמפר-אם-איי. דיודות הדליפה הנמוכה FDH333 משמשות להגנה על התשומות של מגבר המכשור. בכל פעם שהמתח במעגל עולה על 0.8 V בסדר גודל, הדיודות משתנות לאזור הפעיל שלהן או למצב "ON"; הזרם זורם דרכם ומגן הן על המטופל והן על הרכיבים האלקטרוניים.
איור 5. מעגל הגנה.
השלב השני הוא מגבר המכשור, IA, המשתמש בשלושה אמפרים תפעוליים (op-amp). יש מגבר אופ אחד המחובר לכל קלט כדי להגביר את התנגדות הקלט. המגבר השלישי הוא מגבר דיפרנציאלי. לתצורה זו יש את היכולת לדחות הפרעות המופנות לקרקע ורק להגביר את ההבדל בין אותות הקלט.
איור 6. מגבר מכשור.
השלב השלישי הוא מסנן המעבר הגבוה, המשמש להגברת מתח AC קטן שרוכב על גבי מתח DC גדול. האק"ג מושפע מאותות בתדר נמוך המגיעים מתנועת המטופלים ומנשימה. מסנן מעבר גבוה מפחית רעש זה.
מסנני מעבר גבוהים יכולים להתממש עם מעגלי RC מסדר ראשון. איור 7 מציג דוגמה למסנן מעבר גבוה מסדר ראשון ולפונקציית ההעברה שלו. תדירות הניתוק ניתנת על-ידי הנוסחה הבאה:
,
איור 7. מסנן מעבר גבוה.
בהדגמה זו, שלוש אלקטרודות היו מחוברות לאדם, והתפוקה עברה דרך מגבר ביופוטנציאלי. גרף אק"ג לדוגמה לפני הסינון הדיגיטלי מוצג להלן (איור 8).
איור 8. אות אק"ג ללא סינון דיגיטלי.
לאחר עיצוב המסננים והזנת הנתונים לאלגוריתם המפותח, זוהו הפסגות בגרף ושימשו לחישוב קצב פעימות הלב (BPM). איור 9 מציג את הנתונים הגולמיים אות אק"ג (לפני כל סינון) בתחום הזמן והתדירות. איור 10 מציג את התוצאה של סינון האות.
איור 9. אות אק"ג לפני הסינון.
איור 10. אות אק"ג מסונן.
בחלקת האק"ג המקורית היו מתחמי P, QRS ו- T גלויים מעט שהציגו תנודות רבות מהרעש. הספקטרום של אות האק"ג הראה גם ספייק ברור ב 65 הרץ, אשר נחשב רעש. כאשר האות עובד באמצעות מסנן עם מעבר נמוך כדי להסיר חלקים בתדר גבוה זרים ולאחר מכן מסנן עצירת רצועה כדי להסיר את רכיב האות 65 הרץ, הפלט נראה נקי יותר באופן משמעותי. האק"ג מראה כל רכיב של האות בבירור עם כל הרעש הוסר.
בנוסף, קצב הלב הנמדד היה כ 61.8609 פעימות לדקה.
התכווצות שריר הלב במהלך מחזור הלב מייצרת זרמים חשמליים בתוך בית החזה. ירידות מתח על פני רקמה התנגדותית מזוהות על ידי אלקטרודות המונחות על העור ומוקלטות על ידי אלקטרוקרדיוגרפיה. מאז המתח חלש, בטווח של 0.5 mV, וקטן בהשוואה לעוצמת הרעש, עיבוד וסינון האות יש צורך. בניסוי זה, התקן אלקטרוקרדיוגרפיה המורכב ממעגל עיבוד אותות אנלוגי ודיגיטלי של שני חלקים תוכנן לנתח את אות האק"ג שנוצר, ולחשב את קצב פעימות הלב.
הדגמה זו הציגה את היסודות של מעגלים אלקטרוניים וסינון של אותות אק"ג. כאן, טכניקות עיבוד אותות מעשיות שימשו לחילוץ אות חלש מרקע רועש. טכניקות אלה ניתן להשתמש ביישומים דומים אחרים שבהם הגברת אותות והפחתת רעש נדרש.
רשימת חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
| ציוד | |||
| ספק כוח | דיוק B&K | 1760A | |
| ריבוי מטר | |||
| אוסצילוסקופ | |||
| לוח פרוטו | |||
| 4 דיודות FDH333 | |||
| 1 לספירה620 | |||
| 3 נגדΩ 47k | |||
| 2 קבלי 100nF | |||
| 3 אלקטרודות אק"ג | |||
| כמה קליפים תנין וגשוש Tektronix. |
Chapters in this video
0:07
Overview
1:12
Principles of Electrocardiography
4:07
Building a Biopotential Amplifier and Acquiring an ECG Signal
6:26
Filtering an ECG Signal
8:48
Results
9:40
Applications
10:45
Summary
Videos from this collection:
Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved