מדע האזרח - DIY ECGs - 💡 Fix My Ideas

מדע האזרח - DIY ECGs

מדע האזרח - DIY ECGs


המחבר: Ethan Holmes, 2019

סכמטי עבור מכשיר פשוט כדי לפקח על האלקטרוקרדיוגרמה של אחד (שנעשה בקלות בבית).

פעולת השאיבה של הלב מונעת על ידי גלים חזקים של פעילות חשמלית הגורמת לזרמים חלשים לזרום בגוף, ומשנים את הפוטנציאל החשמלי בין נקודות שונות על העור בכאלף וולט (מיליבולט אחד, 1mV). מוסתר בתוך פעילות זו הוא כמות עצומה של מידע על מה הלב עושה, וכל מי יכול לזהות אותו יכול להציץ לתוך פעולתו של איבר מדהים זה.

למרבה המזל, אתה לא צריך להיות קרדיולוג עם ציוד יקר להרים ולפענח את האות. כל אחד יכול לעשות את זה עם מכשיר זה Electroardiogram תוצרת בית (ECG), ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) כדי לספרת את האות ולשלוח אותו למחשב, וכן ספר מדהים שאני אספר לך על כך מאוחר יותר.

אתה יכול להרכיב את המעגל עצמו בשעות אחר הצהריים בערך 40 $. ה- ADC יעלה קצת יותר, בין 50 $ ל 300 $. אבל מכשירים אלה פותחים עולם של הזדמנויות לניסויים הביתי, ולכן כל מדען אזרח צריך להשקיע באחד מהם. (אני כבר משא ומתן הרבה על אחד המכשירים האלה במיוחד עבור הקוראים MAKE. המשך).

האתגר הניסויי הוא שהאות שאנחנו מחפשים מחזקים רק על 1mV, הוא יכול להשתנות בעוד 1/100 שנייה, והוא מוטבע בסביבה רועשת. כדי לשמור על קשר עם האות ולהגדיל אותו לרמה 1V digitizable, אתה צריך מגבר עם רווח של כ 1000 ותגובת תדר של לפחות 100Hz. אבל מגברים תפעוליים סטנדרטיים (op-amps) כמו 741 של RadioShack לא יעבדו בגלל הרעש הסובב.

כאשר האלקטרודות ממוקמות רחוק זה מזה על הגוף, העור שלנו מתנהג כמו סוללה גולמית ויוצר הפרש פוטנציאלי בלתי סדיר שיכול לחרוג 2V, הגמדנו 1mV אות לב שלנו. אפילו יותר גרוע, הגוף שלך ואת חוטי המתחברים האלקטרודות לעשות אנטנות רדיו נהדר כי להרים את הזמזום 60Hz הנובע מכל כבל החשמל בבית. זה מוסיף מתח סינוסואידלי, אשר עוד swamp את פעימות זעירות מהלב שלך, ומכיוון תדירות שלה קרוב קרוב 100Hz הרזולוציה אנחנו צריכים לעקוב אחר הלב שלך, קשה לסנן החוצה.

עכשיו, אתה האלקטרוניקה סוגים עשויים לחשוב שזה לא צריך להיות חשוב כי op- אמפר הם "הבדל מגברים" - כלומר, הם לחסר את כל מתח זה פועל באופן שווה על שתי תשומות. למרבה הצער, op-amps לא עושים את העבודה בצורה מושלמת, וכאשר את הגלים הם אלפי פעמים גדול יותר מאשר האות, כפי שהם כאן, אתה שקוע. כדי לוודא שפסולת "מצב שכיח" זו מוסיפה לא יותר משגיאה של 1% במדידה שלנו, אנו זקוקים למה שמכונה 'יחס דחייה של מצב שכיח' (CMRR) של 100,000 לפחות ל -1. במונחי אלקטרוניקה, CMRR נמדד ב- דציבלים (dB), כאשר כל גורם של 10 עלייה במתח שווה ל- 20dB. זה הופך את היחס הנדרש שלנו 105, אשר שווה 20 * 5 או 100dB - דיוק מעבר לזה של רוב המגברים op.

מגבר האינפורמציה

כאשר יישום קורא הן רווח גבוה CMRR של 80dB או יותר, מנוסים מנוסים לעתים קרובות פונים מכשירים מיוחדים הנקראים מגברים מכשור. מכשירים אלה היו יוצאי דופן פעם מגושם ויקר, אבל היום, הם יכולים לרכוש רק כמה דולרים כמו מעגל משולב. כדי להפוך את הבנייה לפשוטה ככל האפשר, תכננתי את ה- ECG סביב מגברי הרולס-רויס של מגברי המכשור, AD624AD ממכשירים אנלוגיים, שאותם ניתן לרכוש מ- Digi-Key (digikey.com) עבור פחות מ -25 דולר. אתה בוחר רווח של 1,000 עם AD624AD פשוט על ידי קיצור סיכות מסוימות יחד, ועל הגדרה זו של CMRR amp עולה על 110dB.

AD624AD הוא קל לשימוש, אבל גאדג 'טים מנוסים צריך גם להרגיש חופשי להתנסות עם אפשרויות פחות יקר, כגון Analog התקנים AD620AN. ואם אתה אמיתי דניאל בון מסוג Maker, אתה יכול לבנות מגבר מכשור משלכם באמצעות שלושה רדיו מגבר RadioShack וקומץ של 100K נגדים.

חלק מעגל פשוט תומך מגבר מכשור שלנו. שני שלבים הנגד קבלים (RC) מסנן עשבים את התדרים גבוה יותר מאשר על 50Hz. כמו מסננים ללכת, זה אחד די wimpy, אבל זה עובד מספיק טוב כדי לעשות את העבודה. השתמשתי בכבל טלפון עם ארבעה חוטים כדי לשאת את האותות בין הגוף שלי למגבר, אבל אתה רק צריך שלושה חוטים. הצד של תיבת הפרויקט שלי ספורט שקע הטלפון עבור חיבור קל וניתוק.

האלקטרודות

עיצבתי את האלקטרודות הראשונות שלי מתוך רבעים מרוחים בשכבת שמפו, שהודבקו בחוזקה לגופי, ומחובר ליציאת חוט. הם עבדו, בערך. ואז גיליתי שכל אחד יכול לקנות שקיות של הדבר האמיתי - האלקטרודות המקלדות והמקלות המשמשות את הקרדיולוגים. העלות היא כ 13 $ עבור 50. (Google "אלקטרודות ECG" עבור שורה של ספקים.) השתמשתי קליפים תנין לחבר את חוטי האות הפטמות מתכת על הגב של האלקטרודות.

חבר את המגבר שלילי של ציוד להוביל רק תחת בית השחי של הנושא שלך ואת להוביל חיובי בדיוק מתחת לבית השחי הימני. עליך גם לחבר עופרת הקרקע עבור המעגל על ​​השוק השמאלי ממש מעל הקרסול. בלי הרגל כמו הקרקע, דברים רעים קורים האות, וזה ניסוי קטן גדול להקליט ECG ככה בערך עשר דקות ולראות את הבעיות לזחול פנימה.

רישום הנתונים

כדי לבדוק את אות ה- ECG, יהיה עליך לבצע דיגיטציה ולהקליט אותו במחשב. זה דורש ADC או נתונים לוגר התקן שיכול מדגם ב 200Hz. (משפט Nyquist קובע כי קריאת האות נדנוד דורש הדגימה אותו לפחות 2x התדירות שלה.) ניסיתי לוגרס נתונים רבים, והחביב שלי הוא קישור Go מ Vernier תוכנה, אשר יש 12 סיביות של רזולוציה דגימות ב עד 200Hz. הוסיפו את יחידת ההתאמה של מתח ההתאמה, ואתם מוכנים לרוק אנד רול ממש מאות פרויקטים מדעיים אחרים. אני כבר משא ומתן על עסקה עם Vernier במיוחד עבור MAKE הקוראים: $ 67 עבור שניהם logger ו מתח בדיקה; לפרטים נוספים, ראה sas.org / make.html.

לאחר חיבור אלקטרודות הגוף למעגל שלנו, חבר את קישור ה- Go ליציאת ה- USB של המחשב הנייד, חבר את מתח המתח לקישור ה- GO, וחוט את החללית לקרקע של המעגל שלנו ולפלט את המסנן הנמוך. עבור בטיחות, יש לנתק את המחשב הנייד.

בטיחות

אלא אם כן אתה עושה משהו אקזוטי, מכשירים המופעלים באמצעות סוללות בטוחים בדרך כלל כדי להתחבר לאנשים. הקישור Go מופעל באמצעות יציאת ה- USB שלו, כך שאם המחשב הנייד שבו אתה משתמש מנותק, אין לך דאגות.

שלא כמו העורכים של MAKE, אני אישית חושב שזה בסדר להשתמש במכשיר ה- ECG שלנו עם מחשב מחובר, בתנאי שאתה לוקח כמה אמצעי זהירות נוספים; ראה דיון נוסף באתר האינטרנט שלי בכתובת sas.org/make.html. 10M (זה 10 מיליון אוהם!) נגד הנבדק ואת הקרקע יהיה לחנוק כל זרם במקרה סביר כי מתאם AC נכשל ואת המחשב הנייד צ 'יפס. נגדי 47K גם להגביל את הנוכחי. אפילו עם נחשול מתח חריג, זרועות הנושא נמצאות מחוץ לכל נתיב בין האלקטרודות, כך שאם היא תחווה כל כאב, היא תוכל לתפוס ולנתק את החוטים. שמור מישהו אחר בחדר, או אם זה לא אפשרי, להפוך את האלקטרודה מוביל קצר להפעיל ECGs בעת שעמד. בדרך זו, אם ברק יכה, תוכל לשבור את החיבור על ידי נפילה למטה.

בכל מקרה, לעולם לא לצרף אלקטרודות לזרועות, ולא לחבר את המכשיר לאף אחד במצב בריאותי חלש. לא משנה כמה אתה עושה את זה- yourselfer שלך, לא אש את ECG תוצרת בית שלך אם אתה חושב שאתה עלול להיות התקף לב. להתנגד סקרנות שלך לחייג 911.

בבתי החולים, כמה ציוד ניטור מוסיף עוד שכבה של בטיחות: בידוד אופטו. בתכנית זו, התקנים המופעלים באמצעות סוללות המחוברים למטופל מעבירים קריאות באמצעות נוריות LED לחיישנים אופטיים תואמים בתוך התקן תצוגה המופעל על ידי קיר. מאחר שהקשר היחיד בין שני המכשירים הוא זרם של פוטונים, זרמים גדולים לא יכולים להגיע לחולה דרך כל חוטים. אם אתה רוצה, אתה יכול להוסיף בידוד Opto ל- ECG שלך כדי להגן מפני שרשרת מטאורים נופלים- of-the- השמים ברמת ההסתברות של האירועים. Opto- מבודדים מגיעים במעגלים משולבים בסגנון DIP כי אתה יכול לחבר את המערכת בין המסנן לבין לוגר הנתונים. היית הקרקע בצד המשדר LED על הקרקע של המעגל מגבר, ואת מקלט photodiode לוגר הנתונים או אדקה של הקרקע.

פירוש התוצאות

ברגע שאתה שולט האמנות של מעקב אחר טיקר שלך, תצטרך לפענח מה זה אומר כל. יש רק אחד חייב להיות התייחסות, מהיר פרשנות של EKG של דייל Dubin, MD. תוכלו למצוא את התווך הזה קל של התרופה על רפואה כמעט כל מדף הספרים של אמריקה באמריקה. ד"ר דוביין גם במקרה הוא חבר טוב של החברה למדענים חובבים, כך שנוכל להציע עותקים חדשים של קלאסי זה לקוראי MAKE בהנחה של 30%; ראה sas.org.



אתה עשוי להתעניין

פייר ניו יורק: ראיון עם אוקטופוד

פייר ניו יורק: ראיון עם אוקטופוד


מועמדים 11, אינטל, חינוך / Outreach

מועמדים 11, אינטל, חינוך / Outreach


MAKE של 3D הדפסה חנות סוף השבוע עכשיו!

MAKE של 3D הדפסה חנות סוף השבוע עכשיו!


התגובות שלך

התגובות שלך