6: רכישה וניתוח של אות אק"ג (אלקטרוקרדיוגרפיה)

1. רכישת אות אק"ג

1. התאם את המתח של המקורות ל+ 5 V ו- -5 V וחבר אותם בסדרה.
2. 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).

3. מניחים אלקטרודות על זרוע ימין, זרוע שמאל ורגל ימין (זוהי התייחסות) של המטופל, וחברו אותם למעגל.
4. השתמש באוסצילוסקופ כדי להציג את אות האק"ג (V_o). 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

1. 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

2. לרכוש את אות האק"ג ולהתבונן צורת הגל. תראה אות דומה לאיור 1.
3. כוונן את קנה המידה של ציר ה- x כדי להציג זמן בשניות.
4. 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.

1. השתמש בגרף צורת גל כדי להציג את האות.
2. 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.
3. 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.
4. חבר את אות הפלט של הקריאה מ- subvi גיליון אלקטרוני לקלט של מסנן המעבר הנמוך.
5. 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.
6. חבר את הפלט של מסנן lowpass לקלט של מסנן פס העצירה.
7. מצא את הפסגות באמצעות subvi גלאי שיא (הוא ממוקם עיבוד אותות → פעולת סיג). עבור הסף, הסתכלו על משרעת האות ובחרו את הערך המתאים ביותר.
8. חלץ את מיקומי הפסגות באמצעות subvi מערך האינדקס (במערך → תכנות).
9. הפחת את המיקום התחתון ממיקום גבוה יותר ולאחר מכן, הכפל בתקופת הדגימה T = 1/fs כדי להשיג את מרווח הזמן של RR.
10. 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.