Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

नागरिक विज्ञान - DIY ईसीजी

किसी के इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (आसानी से घर पर बनाया गया) की निगरानी के लिए एक सरल साधन के लिए योजनाबद्ध।

हृदय की पंपिंग क्रिया विद्युत गतिविधि की शक्तिशाली तरंगों द्वारा संचालित होती है, जो शरीर में कमजोर धाराओं का कारण बनती हैं, त्वचा पर विभिन्न बिंदुओं के बीच विद्युत क्षमता को एक वोल्ट (एक मिलीवोल्ट, 1mV) के लगभग एक हजारवें हिस्से से बदल देती है। उस गतिविधि के भीतर छिपा हुआ एक विशाल मात्रा में जानकारी है कि दिल क्या कर रहा है, और जो कोई भी इसका पता लगा सकता है वह इस अविश्वसनीय अंग के कामकाज में सहकर्मी हो सकता है।

सौभाग्य से, आपको उस सिग्नल को लेने और समझने के लिए महंगे उपकरण के साथ एक कार्डियोलॉजिस्ट नहीं होना चाहिए। कोई भी इस होममेड इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम (ECG) डिवाइस, एक एनालॉग-टू-डिजिटल कनवर्टर (ADC) के साथ सिग्नल को डिजिटाइज़ करने और इसे कंप्यूटर पर भेजने के लिए कर सकता है, और एक उल्लेखनीय पुस्तक जिसे मैं आपको बाद में बताऊंगा।

आप लगभग $ 40 के लिए दोपहर में ही सर्किट को इकट्ठा कर सकते हैं। $ 50 और $ 300 के बीच ADC की कीमत थोड़ी अधिक होगी। लेकिन ये उपकरण घर-आधारित प्रयोग करने वाले के लिए अवसरों का एक ब्रह्मांड खोलते हैं, और इसलिए प्रत्येक नागरिक वैज्ञानिक को एक में निवेश करना चाहिए। (मैंने इनमें से किसी एक उपकरण पर विशेष रूप से MAKE पाठकों के लिए एक बड़ी बातचीत की है।

प्रायोगिक चुनौती यह है कि जिस सिग्नल को हम केवल 1mV के उपायों के लिए देख रहे हैं, वह सेकंड के 1/100 के रूप में थोड़ा बदल सकता है, और यह एक शोर वातावरण में एम्बेडेड है। संकेत के साथ बनाए रखने और इसे एक डिजिटली 1 वी स्तर तक बढ़ाने के लिए, आपको लगभग 1,000 के लाभ और कम से कम 100 हर्ट्ज की आवृत्ति प्रतिक्रिया के साथ एक एम्पलीफायर की आवश्यकता है। लेकिन रेडियोशेक के 741 जैसे मानक परिचालन एम्पलीफायरों (ऑप-एम्प्स) ने आसपास के शोर के कारण काम नहीं किया।

जब इलेक्ट्रोड को शरीर पर दूर रखा जाता है, तो हमारी त्वचा एक क्रूड बैटरी की तरह काम करती है और एक अनियमित संभावित अंतर उत्पन्न करती है जो हमारे 1mV दिल के संकेत को बौना कर सकती है। इससे भी बदतर, आपके शरीर और तार जो इलेक्ट्रोड से जुड़ते हैं, वे अद्भुत रेडियो एंटेना बनाते हैं जो आपके घर में प्रत्येक बिजली केबल से निकलने वाले 60 हर्ट्ज हुम को उठाते हैं। यह एक साइनसॉइडल वोल्टेज जोड़ता है, जो आपके दिल से छोटे दालों को और निगल लेता है, और क्योंकि इसकी आवृत्ति 100Hz संकल्प के करीब है, जिसे हमें आपके दिल को ट्रैक करने की आवश्यकता है, इसे फ़िल्टर करना मुश्किल है।

अब, आप इलेक्ट्रॉनिक्स प्रकारों से यह सोच सकते हैं कि यह कोई फर्क नहीं पड़ता क्योंकि op-amps "अन्तर एम्पलीफायर्स" हैं - अर्थात, वे दोनों इनपुटों के लिए समान रूप से चलने वाले किसी भी वोल्टेज को घटा देते हैं। दुर्भाग्य से, op-amps उस काम को पूरी तरह से नहीं करते हैं, और जब सूजन सिग्नल से हजारों गुना बड़ी होती है, जैसा कि वे यहां हैं, तो आप डूब गए हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह "सामान्य-मोड" कचरा हमारे माप में 1% से अधिक त्रुटि नहीं जोड़ता है, हमें आवश्यकता है कि कम से कम 100,000 से एक सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात (CMRR) कहा जाए। इलेक्ट्रॉनिक्स पैरलेंस में CMRR को मापा जाता है। डेसीबल (डीबी), जहां वोल्टेज में 10 की वृद्धि का प्रत्येक कारक 20dB के बराबर है। यह हमारे आवश्यक अनुपात को 105 बनाता है, जो कि 20 * 5 या 100dB के बराबर होता है - अधिकांश ऑप-एम्प्स से परे एक सटीक।

इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर

जब कोई एप्लिकेशन उच्च लाभ और 80dB या उससे अधिक के CMRR दोनों के लिए कॉल करता है, तो अनुभवी प्रयोगकर्ता अक्सर विशेष उपकरणों को चालू करते हैं जिन्हें इंस्ट्रूमेंट एम्पलीफायर कहा जाता है। ये उल्लेखनीय उपकरण एक बार भारी और महंगे थे, लेकिन आज, उन्हें एकीकृत सर्किट के रूप में केवल कुछ डॉलर में खरीदा जा सकता है। निर्माण को यथासंभव सरल बनाने के लिए, मैंने इस ईसीजी को इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायरों के रोल्स-रॉयस, एनालॉग डिवाइसेज से AD624AD, जिसे आप डिजी-की (digikey.com) से $ 25 के तहत खरीद सकते हैं, के चारों ओर डिज़ाइन किया है। आप AD624AD के साथ 1,000 की एक लाभ का चयन करते हैं, बस कुछ पिनों को एक साथ छोटा करके, और इस सेटिंग में amp का CMRR 110dB से अधिक हो जाता है।

AD624AD का उपयोग करना आसान है, लेकिन अनुभवी गैजेट को एनालॉग उपकरण AD620AN जैसे कम महंगे विकल्पों के साथ प्रयोग करने के लिए स्वतंत्र महसूस करना चाहिए। और यदि आप एक वास्तविक डैनियल बूने-प्रकार के निर्माता हैं, तो आप तीन रेडियोशेक सेशन-एम्प्स और 100K रेसिस्टर्स का उपयोग करके अपने इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर का निर्माण कर सकते हैं।

कुछ सरल सर्किटरी हमारे इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर का समर्थन करती है। एक दो-चरण रोकनेवाला-संधारित्र (आरसी) फिल्टर लगभग 50 हर्ट्ज से अधिक आवृत्तियों को मात देता है। फिल्टर के रूप में, यह एक बहुत निराला है, लेकिन यह काम करने के लिए पर्याप्त रूप से काम करता है। मैंने अपने शरीर और एम्पलीफायर के बीच संकेतों को ले जाने के लिए चार-तार वाले फोन कॉर्ड का उपयोग किया, लेकिन आपको केवल तीन तारों की आवश्यकता है। मेरी परियोजना बॉक्स के किनारे आसान कनेक्शन और वियोग के लिए एक फोन जैक खेलता है।

इलेक्ट्रोड

मैंने अपने पहले इलेक्ट्रोड को जमाने के लिए शैंपू की एक संवाहक परत के साथ उतारा, मेरे शरीर पर दृढ़ता से टैप किया, और वायर लीड से जुड़ा। उन्होंने काम किया, तरह। तब मुझे पता चला कि कोई भी असली चीज़ के बैग खरीद सकता है - कार्डियोलॉजिस्ट द्वारा इस्तेमाल किए जाने वाले छिलके और छड़ी। लागत $ 50 के लिए लगभग 13 है। (आपूर्तिकर्ताओं के एक मेजबान के लिए Google "ईसीजी इलेक्ट्रोड"।) मैंने इलेक्ट्रोड के पीछे धातु के निपल्स को सिग्नल तारों को जोड़ने के लिए मगरमच्छ क्लिप का उपयोग किया।

इंस्ट्रूमेंटेशन amp की नकारात्मक लीड को सिर्फ अपने विषय के बाएँ कांख के नीचे और उसके धनात्मक लीड को दाएँ आर्मपिट के नीचे से कनेक्ट करें। आपको टखने के ठीक ऊपर बाएं पिंडली तक सर्किट के लिए एक ग्राउंड लीड भी कनेक्ट करना होगा। जमीन के रूप में पैर के बिना, सिग्नल के लिए बुरी चीजें होती हैं, और लगभग दस मिनट के लिए ईसीजी को इस तरह से रिकॉर्ड करना और उन समस्याओं को देखना है जो उन समस्याओं को देखते हैं।

डेटा लॉगिंग

ईसीजी सिग्नल की जांच करने के लिए, आपको इसे अपने कंप्यूटर पर डिजिटल करने और रिकॉर्ड करने की आवश्यकता होगी। इसके लिए ADC या डेटा लॉगर डिवाइस की आवश्यकता होती है जो 200Hz पर सैंपल ले सके। (Nyquist प्रमेय में कहा गया है कि एक ऑसिलेटिंग सिग्नल को पढ़ने के लिए कम से कम 2x इसकी आवृत्ति पर नमूना लेने की आवश्यकता होती है।) मैंने कई डेटा लॉगर आज़माए हैं, और मेरा पसंदीदा वर्नियर सॉफ्टवेयर से गो लिंक है, जिसमें 12 बिट्स के रिज़ॉल्यूशन और नमूने हैं। 200Hz तक। मिलान वोल्टेज जांच इकाई जोड़ें, और आप शाब्दिक रूप से सैकड़ों अन्य विज्ञान परियोजनाओं को रॉक-एंड-रोल करने के लिए तैयार हैं। मैंने विशेष रूप से पाठकों के लिए वर्नियर के साथ एक समझौते पर बातचीत की: लकड़हारा और वोल्टेज जांच दोनों के लिए $ 67; विवरण के लिए sas.org/make.html देखें।

एक बार जब आप हमारे सर्किट से बॉडी इलेक्ट्रोड कनेक्ट कर लेते हैं, तो अपने लैपटॉप के यूएसबी पोर्ट में गो लिंक प्लग करें, वोल्टेज लिंक को गो लिंक में प्लग करें, और जांच को हमारे सर्किट के ग्राउंड और कम-पास फिल्टर आउटपुट में वायर करें। सुरक्षा के लिए, लैपटॉप को अनप्लग किया जाना चाहिए।

सुरक्षा

जब तक आप कुछ विदेशी नहीं करते, बैटरी से चलने वाले उपकरण आम तौर पर लोगों से जुड़ने के लिए सुरक्षित होते हैं। गो लिंक इसके यूएसबी पोर्ट के माध्यम से संचालित होता है, इसलिए यदि आप जिस लैपटॉप का उपयोग कर रहे हैं, वह अनप्लग है, तो आपको कोई चिंता नहीं है।

MAKE के संपादकों के विपरीत, मैं व्यक्तिगत रूप से प्लग-इन कंप्यूटर के साथ हमारे ईसीजी डिवाइस का उपयोग करना ठीक समझता हूं, बशर्ते आप कुछ अतिरिक्त सावधानी बरतें; मेरी वेबसाइट sas.org/make.html पर अधिक चर्चा देखें। विषय और जमीन के बीच 10 एम (वह 10 मिलियन ओम!) अवरोधक किसी भी वर्तमान घटना की संभावना को कम नहीं करेगा जो एक एसी एडेप्टर विफल हो जाता है और लैपटॉप फ्राइज़ हो जाता है। 47K रेसिस्टर्स करंट को भी सीमित करते हैं। यहां तक ​​कि एक सनकी शक्ति बढ़ने के साथ, विषय की भुजाएं इलेक्ट्रोड के बीच किसी भी पथ के बाहर स्थित होती हैं, इसलिए यदि वह किसी भी दर्द का अनुभव करती है, तो वह तारों को पकड़ और खींचने में सक्षम होगी। किसी और को कमरे में रखें, या यदि यह संभव नहीं है, तो इलेक्ट्रोड को छोटा बनाएं और खड़े रहते हुए ईसीजी चलाएं। इस तरह, अगर बिजली हड़ताल करती है, तो आप नीचे गिरकर कनेक्शन तोड़ देंगे।

किसी भी मामले में, कभी भी इलेक्ट्रोड को हथियारों से न जोड़ें, और कमजोर स्वास्थ्य में किसी को भी डिवाइस से कनेक्ट न करें। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि आप कितने भी बड़े पैमाने पर हैं, लेकिन अगर आपको लगता है कि आपको दिल का दौरा पड़ रहा है, तो अपने होममेड ईसीजी में आग न लगाएं। अपनी जिज्ञासा का विरोध करें और 911 डायल करें।

अस्पतालों में, कुछ निगरानी उपकरण सुरक्षा की एक और परत जोड़ते हैं: ऑप्टो-अलगाव। इस योजना में, रोगी से जुड़े बैटरी से चलने वाले उपकरण एल ई डी के माध्यम से रीडिंग को एक दीवार संचालित डिस्प्ले डिवाइस के अंदर ऑप्टिकल सेंसर से मेल खाते हैं। चूंकि दोनों उपकरणों के बीच एकमात्र लिंक फोटोन की एक धारा है, इसलिए बड़ी धाराएं किसी भी तार के माध्यम से रोगी तक नहीं पहुंच सकती हैं। यदि आप परवाह करते हैं, तो आप उल्का-गिरने-से-आकाश-संभाव्यता-स्तर की घटनाओं की श्रृंखला से बचाने के लिए अपने ईसीजी में ऑप्टो-अलगाव जोड़ सकते हैं। ऑप्टो-आइसोलेटर्स डीआईपी-शैली के आईसी में आते हैं जो आप फ़िल्टर और डेटा लकड़हारे के बीच अपने सिस्टम में प्लग कर सकते हैं। आप एम्पलीफायर सर्किट के मैदान में एलईडी ट्रांसमीटर की ओर, और डेटा लॉगर के लिए फोटोडायोड रिसीवर या एडीसी के ग्राउंड पर जाएं।

परिणामों की व्याख्या करना

एक बार जब आप अपने टिकर को ट्रैक करने की कला में महारत हासिल कर लेते हैं, तो आपको यह समझने की आवश्यकता होगी कि इसका क्या मतलब है। केवल एक संदर्भ होना चाहिए, डेल डुबिन, एमडी द्वारा ईकेजी की रैपिड इंटरप्रिटेशन। आपको अमेरिका में लगभग हर डॉक्टर के बुकशेल्फ़ पर दवा का यह आसान-से-मुख्य आधार मिल जाएगा। डॉ। डबिन भी शौकिया वैज्ञानिकों के लिए सोसायटी के एक अच्छे दोस्त हैं, इसलिए हम इस क्लासिक की नई प्रतियां 30% छूट पर पाठकों को उपलब्ध कराने में सक्षम हैं; sas.org देखें।

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