مواطن العلم - DIY ECGs - 💡 Fix My Ideas

مواطن العلم - DIY ECGs

مواطن العلم - DIY ECGs


مؤلف: Ethan Holmes, 2019

تخطيطي لأداة بسيطة لمراقبة مخطط القلب الكهربائي (يصنع بسهولة في المنزل).

تحرك الضخ في القلب هو موجات قوية من النشاط الكهربائي تتسبب في تدفق التيارات الضعيفة في الجسم ، وتغيير الإمكانات الكهربائية بين نقاط مختلفة على الجلد بنحو ألف من فولت (ميلي فولت واحد ، 1 ميلي فولت). مخبأة داخل هذا النشاط هو كمية هائلة من المعلومات حول ما يقوم به القلب ، وأي شخص يمكن أن يكتشفه يمكن أن يتطلع إلى عمل هذا العضو المذهل.

لحسن الحظ ، لا يتعين عليك أن تكون أخصائي أمراض القلب مع معدات باهظة الثمن لالتقاط وفك تشفير هذه الإشارة. يمكن لأي شخص القيام بذلك باستخدام جهاز تخطيط القلب الكهربائي محلي الصنع (ECG) ، وهو محول تمثيلي إلى رقمي (ADC) لرقمنة الإشارة وإرسالها إلى جهاز كمبيوتر ، وكتاب رائع سأخبرك به لاحقًا.

يمكنك تجميع الدائرة نفسها في فترة ما بعد الظهر مقابل حوالي 40 دولارًا. سيتكلف ADC أكثر قليلاً ، ما بين 50 دولارًا و 300 دولار. لكن هذه الأجهزة تفتح مجموعة من الفرص أمام المجرب في المنزل ، وبالتالي يجب على كل عالم مواطن الاستثمار في واحدة. (لقد تفاوضت كثيرًا على أحد هذه الأجهزة وخاصةً بالنسبة إلى أجهزة قراءة MAKE. اقرأ على.)

يكمن التحدي التجريبي في أن الإشارة التي نبحث عنها لا تقيس سوى حوالي 1 مليون فولت ، ويمكن أن تتغير بمقدار لا يتجاوز 1/100 من الثانية ، وتكون مضمنة في بيئة صاخبة. لمواكبة الإشارة وتعزيزها إلى مستوى 1V للتحويل ، تحتاج إلى مكبر للصوت مع ربح حوالي 1000 واستجابة تردد لا تقل عن 100HZ. لكن مضخمات التشغيل القياسية (op-amps) مثل RadioShack 741 لن تعمل بسبب الضوضاء المحيطة.

عندما يتم وضع أقطاب كهربائية متباعدة عن الجسم ، فإن جلدنا يتصرف كبطارية خام ويولد فرق جهد غير منتظم يمكن أن يتجاوز 2 فولت ، مما يؤدي إلى تقزم إشارة القلب 1mV. والأسوأ من ذلك ، أن جسمك والأسلاك التي تتصل بالأقطاب الكهربائية تصنع هوائيات راديو رائعة تلتقط 60 هرتز الصادرة من كل كابل طاقة في منزلك. يضيف هذا الجهد الجيبي ، الذي يزيد من غمر النبضات الصغيرة من قلبك ، ولأن تردده يقع بالقرب من دقة 100 هرتز التي نحتاجها لتتبع قلبك ، فمن الصعب التصفية.

الآن ، قد تعتقد أنواع الأجهزة الإلكترونية أن هذا الأمر لا يهم لأن op-amps هي "مضخمات فرق" - أي أنها تطرح أي جهد يعمل بالتساوي على كلا المدخلين. لسوء الحظ ، لا يقوم opps amps بهذا العمل على أكمل وجه ، وعندما تكون التورمات أكبر من الإشارة بآلاف المرات ، كما هي هنا ، فأنت تغرق. للتأكد من أن هذه القمامة "ذات الوضع المشترك" لا تضيف أكثر من خطأ واحد في قياسنا ، نحتاج إلى ما يسمى نسبة رفض النمط المشترك (CMRR) التي لا تقل عن 100،000 إلى 1. في لغة الإلكترونيات ، يتم قياس CMRR بـ ديسيبل (ديسيبل) ، حيث كل عامل من 10 زيادة في الجهد يعادل 20 ديسيبل. وهذا يجعل النسبة المطلوبة 105 ، التي تساوي 20 * 5 أو 100 ديسيبل - دقة تفوق تلك الموجودة في معظم أمبير المرجع.

مضخمات الأجهزة

عندما يدعو أحد التطبيقات إلى تحقيق مكاسب عالية و CMRR من 80dB أو أكثر ، غالبًا ما يلجأ المجربون المتمرسون إلى أجهزة خاصة تسمى مضخمات الأجهزة. كانت هذه الأجهزة الرائعة ذات يوم ضخمة ومكلفة ، ولكن اليوم ، يمكن شراؤها مقابل بضعة دولارات كدائرة متكاملة. لجعل البناء بسيطًا قدر الإمكان ، صممت ECG هذه حول مكبرات الصوت Rolls-Royce من الأجهزة ، AD624AD من الأجهزة التناظرية ، والتي يمكنك شراؤها من Digi-Key (digikey.com) بأقل من 25 دولارًا. يمكنك تحديد ربح قدره 1000 باستخدام AD624AD بمجرد تقصير بعض المسامير معًا ، وفي هذا الإعداد يتجاوز CMRR أمبير أمبير 110 ديسيبل.

AD624AD سهل الاستخدام ، ولكن يجب أن يشعر أيضًا أصحاب الأدوات ذوي الخبرة بالحرية في تجربة خيارات أقل تكلفة ، مثل الأجهزة التناظرية AD620AN. وإذا كنت صانعًا حقيقيًا من نوع Daniel Boone ، فيمكنك إنشاء مضخم صوت للأجهزة الخاصة بك باستخدام ثلاثة مضخمات صوتية لـ RadioShack وعدد قليل من المقاومات 100K.

بعض الدوائر البسيطة تدعم مضخمات الأجهزة الخاصة بنا. يعمل مرشح الترشيح المقاوم على مرحلتين (RC) على التخلص من الترددات التي تزيد عن 50 هرتز. كما تذهب المرشحات ، وهذا واحد هو جبان جدا ، لكنه يعمل بشكل جيد بما فيه الكفاية للقيام بهذه المهمة. استخدمت سلك هاتف بأربعة أسلاك لحمل الإشارات بين جسدي ومكبر الصوت ، لكنك تحتاج فقط إلى ثلاثة أسلاك. جانب صندوق المشروع الخاص بي يحتوي على مقبس هاتف لسهولة الاتصال وانقطاع الاتصال.

الأقطاب الكهربائية

صممت أول أقطاب كهربائية من أرباع ملطخة بطبقة موصلة من الشامبو ، مسجلة بإحكام على جسدي ، ومتصلة بأسلاك الأسلاك. لقد عملوا ، نوعا ما. ثم اكتشفت أن أي شخص يمكنه شراء أكياس من الشيء الحقيقي - أقطاب التقشير والعصا التي يستخدمها أطباء القلب. تبلغ التكلفة حوالي 13 دولارًا مقابل 50 دولارًا ((أقطاب "ECG" من Google لمجموعة من الموردين.) استخدمت مقاطع التمساح لتوصيل أسلاك الإشارة بحلمات معدنية على ظهر الأقطاب الكهربائية.

قم بتوصيل السبيل السلبي لأداة القياس إلى أسفل الإبط الأيسر لموضوعك مباشرة وبقيادته الإيجابية أسفل الإبط الأيمن مباشرةً. يجب عليك أيضًا توصيل وصلة أرضية للدائرة بالوصلة اليسرى أعلى الكاحل مباشرة. بدون وجود الأرض ، تحدث أشياء سيئة للإشارة ، وهي تجربة صغيرة رائعة لتسجيل ECG بهذه الطريقة لنحو عشر دقائق ومشاهدة المشكلات التي تتسلل إليها.

تسجيل البيانات

لفحص إشارة تخطيط القلب ، ستحتاج إلى رقمنة وتسجيلها على جهاز الكمبيوتر الخاص بك. يتطلب هذا جهاز ADC أو جهاز تسجيل بيانات يمكنه أخذ عينات بسرعة 200 هرتز. (تنص نظرية Nyquist على أن قراءة إشارة متذبذبة تتطلب أخذ عينات منها بمعدل لا يقل عن 2x ترددها.) جربت العديد من أدوات تسجيل البيانات ، والمفضل لدي هو Go Link من Vernier Software ، الذي يحتوي على 12 بت من الدقة وعينات في ما يصل إلى 200Hz. أضف وحدة مسبار الجهد المطابقة ، وستكون جاهزًا لمشاركة مئات المشاريع العلمية الأخرى حرفيًا. لقد تفاوضت مع Vernier على صفقة خاصة مع قارئات MAKE: 67 دولارًا لكل من مسبار المسجل والجهد ؛ انظر sas.org/make.html للحصول على التفاصيل.

بمجرد توصيل الأقطاب الكهربائية في الجسم بدائرتنا ، قم بتوصيل Go Link بمنفذ USB للكمبيوتر المحمول الخاص بك ، وقم بتوصيل مجس الجهد الكهربي في Go Link ، وسلك المجس بأرض دائرتنا وإخراج الفلتر منخفض الدارة. من أجل السلامة ، يجب أن يكون الكمبيوتر المحمول غير موصول.

سلامة

ما لم تفعل شيئًا غريبًا ، تكون الأدوات التي تعمل بالبطاريات آمنة بشكل عام للاتصال بالأشخاص. يتم تشغيل Go Link من خلال منفذ USB الخاص به ، لذلك إذا كان الكمبيوتر المحمول الذي تستخدمه غير موصول ، فلا تقلق.

على عكس محرري MAKE ، فأنا شخصياً أعتقد أنه من الجيد استخدام جهاز تخطيط القلب الخاص بنا مع كمبيوتر متصل ، بشرط اتخاذ بعض الاحتياطات الإضافية ؛ رؤية المزيد من المناقشة على موقع الويب الخاص بي في sas.org/make.html. سوف تقاوم المقاوم 10m (أي 10 ملايين أوم!) بين الموضوع والأرض أي تيار في حالة حدوث فشل محتمل للتيار المتردد ويزيل الكمبيوتر المحمول. المقاومات 47K تحد أيضا من التيار. حتى مع زيادة القوة المفاجئة ، فإن ذراعي الموضوع تقع خارج أي مسار بين الأقطاب الكهربائية ، لذلك إذا كانت تعاني من أي ألم ، فستكون قادرة على فهم الأسلاك وسحبها. أبقِ شخصًا آخر في الغرفة ، أو إذا لم يكن ذلك ممكنًا ، اجعل قطب كهربائيًا قصيرًا وقم بتشغيل تخطيط القلب أثناء الوقوف. وبهذه الطريقة ، إذا حدث صاعقة ، فسنقطع الاتصال عن طريق السقوط.

على أي حال ، لا تقم أبدًا بتوصيل الأقطاب الكهربائية بالأذرع ، ولا تقم بتوصيل الجهاز بأي شخص في حالة صحية ضعيفة. بغض النظر عن مقدار ما تفعله أنت ، لا تطلق النار على ECG محلية الصنع إذا كنت تعتقد أنك قد تصاب بنوبة قلبية. مقاومة فضولك والاتصال الهاتفي 911.

في المستشفيات ، تضيف بعض معدات المراقبة طبقة أخرى من الأمان: العزل البصري. في هذا المخطط ، تقوم الأجهزة التي تعمل بالبطاريات المتصلة بالمريض بإرسال قراءات عبر مصابيح LED لمطابقة المستشعرات الضوئية داخل جهاز عرض يعمل على الحائط. نظرًا لأن الرابط الوحيد بين الجهازين هو دفق من الفوتونات ، فإن التيارات الكبيرة لا يمكنها الوصول إلى المريض عبر أي أسلاك. إذا كنت تهتم بذلك ، فيمكنك إضافة العزل البصري إلى ECG للحماية من سلسلة أحداث على مستوى الاحتمالات المتساقطة من الشهب. تأتي العوازل البصرية في ICs بأسلوب DIP يمكنك توصيلها بنظامك بين المرشح ومسجل البيانات. لقد قمت بتوصيل جانب جهاز إرسال LED بأرض دائرة مكبر الصوت ، ومستقبل الثنائي الضوئي إلى مسجل البيانات أو أرض ADC.

تفسير النتائج

بمجرد أن تتقن فن تتبع شريطك ، ستحتاج إلى فك رموز معنى كل ذلك. هناك مرجع واحد فقط يجب أن يكون ، التفسير السريع لـ EKG من Dale Dubin ، MD. ستجد هذه الدعامة الأساسية سهلة الطب في رف الكتب لكل طبيب تقريبًا في أمريكا. يصادف أن يكون الدكتور دوبين صديقًا جيدًا لجمعية علماء الهواة ، لذلك يمكننا تقديم نسخ جديدة من هذه الكلاسيكيات إلى قراء MAKE بخصم 30٪ ؛ انظر sas.org.



قد تكون مهتمة

سباق الطائرات بدون طيار والطائرات التجريبية رحلة في أتلانتا صانع فير

سباق الطائرات بدون طيار والطائرات التجريبية رحلة في أتلانتا صانع فير


اطبع برايل وإعلانات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى من World Maker Faire

اطبع برايل وإعلانات الطباعة ثلاثية الأبعاد الأخرى من World Maker Faire


هل تتيح لك مطرقة ثور-لايف الواقعية التقاطها؟

هل تتيح لك مطرقة ثور-لايف الواقعية التقاطها؟


تنافس في كريزي كريت التراص الرياضي في إيست باي ميني ميكر فير

تنافس في كريزي كريت التراص الرياضي في إيست باي ميني ميكر فير