एक पीसी पर ईसीजी संकेत प्राप्त करना और एक ईईजी पर छुआ

शोध प्रबंध पर अपने काम में, मेरा कार्य ईईजी संकेत प्राप्त करना है। यह सेरेब्रल कॉर्टेक्स की सतह से एक बहुत ही कमजोर विद्युत संकेत है, जो हड्डी के ऊतकों और एपेरिमिस की परतों के माध्यम से टूट जाता है। ईईजी की तुलना में, एक मजबूत विद्युत संकेत है - ईसीजी। इस लेख में मैं आपको हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के बारे में बताऊंगा जिसके साथ ईसीजी सिग्नल पढ़ा गया था और मैं हार्डवेयर का विश्लेषण करूंगा। यह लेख उन लोगों के लिए उपयोगी हो सकता है जो इस दिशा में काम कर रहे हैं।

ईसीजी रीडिंग बोर्ड के केंद्र में एक इंस्ट्रूमेंट ऑप-एम्प है। बाजार पर ऐसे कई आईसी हैं। कुछ CMOS तकनीक पर आधारित हैं (उदाहरण के लिए, INA321 ~ 170 रूबल), द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर पर अन्य (उदाहरण के लिए, AD620 - 450 रूबल)।
जब इनपुट सिग्नल की संवेदनशीलता के संदर्भ में ओपैंप मापदंडों की तुलना करते हैं, तो द्विध्रुवी वाले जीतते हैं, जबकि क्षेत्र वाले कीमत और वर्तमान खपत में जीतते हैं। ECG पढ़ने के लिए INA321 का चयन किया गया।
INA321 IOW की मुख्य तकनीकी विशेषताएं:
1. आपूर्ति वोल्टेज एकध्रुवीय Vcc +5 V है।
2. वर्तमान खपत 45 μA (अधिकतम) है।
3. माइक्रोक्रिसिट सीएमओएस तकनीक के अनुसार बनाया गया है।
4. आम मोड हस्तक्षेप अस्वीकृति मूल्य: 95dB।
5. बाहरी प्रतिरोधक विभक्त द्वारा निर्धारित 5 से 500 गुना तक अंतर संकेत का लाभ।
6. आंतरिक शोर स्तर: 10 यूवी।

आईसी पर तकनीकी विवरण में, ईसीजी के लिए एक योजनाबद्ध आरेख दिया गया है। सिग्नल को डिजिटल करने के लिए, हम पीसी मदरबोर्ड ALC662 (या समान) से ध्वनि चिप का उपयोग करेंगे। दो उपकरणों के सर्किट आरेखों को मिलाकर, हमने निम्नलिखित सर्किट प्राप्त किया:

अंजीर। 1 योजनाबद्ध आरेख
क्योंकि ईसीजी सिग्नल उच्च-आवृत्ति नहीं है, इसलिए ध्वनि उपकरण का नमूना आवृत्ति पर्याप्त से अधिक है। ईईजी और ईसीजी के रूप में इस तरह के कम वोल्टेज को मापते समय, हजारों बार सिग्नल को बढ़ाने के लिए opamps निर्धारित किया जाता है। लेकिन यह प्रवर्धन एक ऑप-एम्प पर नहीं, बल्कि कैस्केड में किया जाता है। तदनुसार, डिवाइस बोर्ड INA321 और सामान्य उद्देश्य सेशन amp LM358 पर आधारित है।

अंजीर। 2 मापा वोल्टेज
का स्थान गणना के अनुसार बोर्ड का कुल समायोज्य लाभ 1200 से 3300 गुना (ट्यूनिंग प्रतिरोधों द्वारा समायोजन) है। बोर्ड को इस तरह से डिज़ाइन किया गया है कि इसमें लाभ में व्यापक परिवर्तन हुए हैं और न्यूनतम मूल्य पर 1200 बार उन बोर्डों से मेल खाती है जिनके साथ मानव शरीर से ईसीजी संकेत प्राप्त होता है। बोर्ड LUT तकनीक का उपयोग करके बनाया गया है। USB का उपयोग केवल शक्ति के लिए किया जाता है, संकेत 3.5 jeck के माध्यम से प्रेषित होता है।

अंजीर। ईसीजी के लिए 3 बोर्ड। शीर्ष दृश्य
बोर्ड से संकेत, प्रवर्धन के बाद, पीसी मदरबोर्ड की ध्वनि चिप को डिजिटाइज्ड, ड्राइवर द्वारा संसाधित, और फिर प्रसंस्करण के लिए अंतिम कार्यक्रम में प्रेषित किया जाता है।

अंजीर। 4 इलेक्ट्रोड कनेक्शन अंक
ईसीजी पढ़ने के लिए इलेक्ट्रोड को जोड़ने की मानक योजना के अनुसार, दो इलेक्ट्रोड कलाई पर रखे गए हैं और वहां तय किए गए हैं, और तीसरा इलेक्ट्रोड पैर पर स्थित है ताकि इसे संदर्भ वोल्टेज लागू किया जा सके। इलेक्ट्रोड फोम रबर से बने होते थे ~ 2 सेमी 2 के क्षेत्र के साथ पन्नी के साथ और एपिडर्मिस के स्ट्रेटम कॉर्नियम के प्रतिरोध को कम करने के लिए खारा के साथ गीला किया जाता था।

अंजीर। 5 ईसीजी
सिग्नल रिकॉर्ड करने के लिए इलेक्ट्रोड । ध्वनि फोर्ज प्रो 11 का उपयोग सिग्नल (ध्वनि) रिकॉर्ड करने के लिए किया गया था। पहले परीक्षण रिकॉर्डिंग के बाद, परिणाम निम्नानुसार था:

अंजीर। 6 पहला ईसीजी ग्राफ एक ईसीजी बिल्कुल भी नहीं है।
हार्डवेयर संशोधनों, प्रोग्राम और ड्राइवर सेटिंग्स के बाद, और एक टैम्बोरिन के साथ अन्य नृत्य, हम अभी भी एक स्थिर ईसीजी प्राप्त करने में कामयाब रहे।

अंजीर। 7. प्राप्त ईसीजी ग्राफ के उदाहरण।
ऊपर समय अक्ष है, जो आपको प्रति मिनट बीट्स की आवृत्ति की गणना करने की अनुमति देता है। प्राप्त मतगणना परिणाम इस बात की पुष्टि करते हैं कि मनाया गया ग्राफ एक ईसीजी है - प्रति मिनट 75 बीट को 0.8 सेकंड के पड़ोसी बीट्स के बीच एक स्पष्ट आवधिकता के साथ दर्ज किया जाता है। ग्राफ़ को रिज़ॉल्यूशन में डिजीटाइज़ किया गया - 8 बिट, सैंपलिंग फ़्रीक्वेंसी - 8kHz। हालांकि 75 हर्ट्ज की आवृत्ति के लिए, 8 kHz पर नमूना थोड़ा अधिक है।
साउंड फोर्ज प्रोग्राम में एक्सएफएक्स प्लगइन्स का उपयोग करके रिकॉर्ड किए गए ट्रैक को संसाधित करने की क्षमता है। कार्यक्रम में एक निश्चित सेटिंग के साथ, एक 50 हर्ट्ज की टिप को दबाने के लिए संभव है, जिसके बाद ग्राफ एक अस्पताल में ईसीजी की रिकॉर्डिंग करते समय प्राप्त किए गए समान हो जाता है।
उदाहरण के लिए, प्रारंभिक ग्राफ: ग्राफ

के तुल्यकारक प्रभाव को लागू करने के बाद:

चूंकि हमारा सिग्नल साउंडट्रैक में डिजीटल है, इसलिए इसे सहेजना और सुनना संभव है। सुनाई देने वाला संकेत बहुत अधिक होता है जैसे कि वह ध्वनि जिसे व्यक्ति सुनता है जब वह स्टेथोस्कोप के माध्यम से एक नाड़ी सुनता है, उदाहरण के लिए, जब दबाव को मापता है।
सिग्नल पढ़ते समय, शरीर के साथ सभी इलेक्ट्रोड के संपर्क को लगातार सुनिश्चित करना आवश्यक है। इसके लिए लवणीय घोल उपयुक्त नहीं है। संपर्क के नुकसान का संकेत और, तदनुसार, इलेक्ट्रोड और त्वचा के बीच प्रतिरोध में वृद्धि, ग्राफ पर हस्तक्षेप की 50-55 हर्ट्ज और ताल की हानि की वृद्धि है।

अंजीर। 8 संकेत हानि और शोर प्रवर्धन।
आपूर्ति वोल्टेज में उतार-चढ़ाव भी सर्किट द्वारा बहुत अच्छी तरह से कब्जा कर लिया जाता है। आपूर्ति वोल्टेज में शोर संदर्भ वोल्टेज के मूल्य को बदलते हैं, जो यथासंभव स्थिर होना चाहिए, क्योंकि यह शरीर को आपूर्ति की जाती है और इसके सापेक्ष एक संकेत प्राप्त होता है। संदर्भ वोल्टेज के दोलन रिकॉर्ड किए गए सिग्नल पर आरोपित किए जाते हैं और परिणामस्वरूप ग्राफ़ पर अंकित किए गए, ओम्पैम्प द्वारा प्रवर्धित होते हैं। जब बोर्ड बैटरी की शक्ति पर स्विच करता है, तो आपूर्ति वोल्टेज का शोर काफी कमजोर होता है।

अंजीर। साधन और बैटरी (एक ग्राफ) द्वारा संचालित होने पर आपूर्ति वोल्टेज में 9 शोर।
यह भी ध्यान रखें कि स्वयं उत्पन्न आईसी शोर हैं। उदाहरण के लिए, INA321 पर तकनीकी दस्तावेज के अनुसार, अपने स्वयं के शोर का ग्राफ, हालांकि यह ईसीजी सिग्नल की तुलना में बहुत कमजोर है:

अंजीर। 10 INA321 वोल्टेज शोर ग्राफ
समस्या यह है कि भविष्य के नियोजित ईईजी शेड्यूल को अपने स्वयं के आईसी शोर या किसी अन्य को कैसे अलग करना है? ईसीजी ग्राफ निकला, लेकिन हमें पता है कि इसे कैसे देखना चाहिए। और ईईजी सिग्नल कैसा दिखना चाहिए? ईईजी सिग्नल प्राप्त करते समय, बिल्कुल गलत सिग्नल मिलने और उस पर बहुत समय बिताने का जोखिम होता है।

निष्कर्ष।
एक ईईजी सिग्नल की प्राप्ति अंततः कंप्यूटर-मस्तिष्क इंटरफ़ेस बनाने के लिए आवश्यक है। यह एक मुश्किल काम है और दुनिया भर के कई संस्थान इसमें शामिल हैं। मुझे नहीं पता है कि उनकी शोध प्रक्रिया कैसे व्यवस्थित है, लेकिन मुझे अपने सिद्धांतों पर काम करना होगा और बोर्ड को "अपने घुटनों पर" बनाना होगा, जो मुझे मेरा सख्त बना देता है, और फिर प्रयोगशाला में सब कुछ करना इतना आसान लगता है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi388011/