پالس متر (Pulse Meter )

چکیده

ریتم طبیعی قلب از گره سینوسی آغاز شده و پس از انتقال به گره دهلیزی_بطنی، در بطنها منتشر می‌شود. در نتیجه این نحو هدایت تحریک الکتریکی، ابتدا دهلیز و با فاصله کمی بطن‌ها منقبض می‌شوند. ریتم طبیعی قلب بین شصت تا صد ضربان در دقیقه‌است. هرگاه فرد ضربان قلب خود را احساس کند (اغلب احساس ناخوشایندی دارد) آن را تپش قلب گویند. ممکن است ضربان قلب تند، کند یا نامنظم نیز باشد .انواع آریتمی: به کندی ریتم قلب، برادی کاردی و به تندی ریتم قلب، تاکی کاردی می‌گویند .اندازه گیری ضربان قلب (HR) تندرستی و سلامت سیستم قلبی و عروقی انسان را نشان می دهد. این پروژه با مشاهده تغییرات مقدار خون موجود در سرخرگ داخل مچ (زمانیکه قلب خون را پمپاژ می کند) ضربان قلب را اندازه می گیرد. در تمامی  بخش های بیمارستانی، اتاق عمل ها و واحد‌های مراقبت‌ ویژه  (ICU _ CCU) نیاز است که ضربان قلب بیمار به صورت مداوم همراه با سیگنال قلب بر روی نمایشگر نمایش داده شود و توسط دکتر متخصص چک شود تا سلامت بیمار را نسبت به ضربان قلب نشان داده شده بررسی کند. همچنین در ورزش، مربی جهت کنترل تمرین ورزشکار باید مرتب ضربان قلب وی را بررسی کند. لذا باید در سه مرحله تمرینی یعنی گرم کردن، تمرینات هوازی و تمرینات غیر هوازی ورزشکار را تحت کنترل داشته باشد تا دریابد آیا به آنچه که هدف برنامه تمرینی بوده است، رسیده است یا خیر. تنفس نیز یکی از پارامتر های حساس کلینیکی در بسیاری ازبیماری های ریوی و نشان دهنده کیفیت سلامتی است. هدف این پروژه طراحی و ساخت سیستمی برای ثبت سیگنال تنفسی و ضربان قلب همراه با نمایش سیگنال و تعداد نرخ آنها بر دقیقه بر روی صفحه نمایش می باشد. برای این منظور، طراحی مدار مناسب جهت ثبت و نمایش آن با استفاده از میکروکنترلر  انجام شده است.

 ۱-۱ کالبدشناسی قلب

قلب یا دل یک اندام ماهیچه‌ای است که مسئول پمپ خون به شریان‌ها ب‍ه‌وسیله حرکات ضربان ‌دارمتناوب است و به این صورت خون را به همه‌ی نواحی بدن ارسال می‌کند.

قلب انسان به طور متوسط حدود ۷۰ بار در دقیقه می‌تپد.

محل قلب در پشت استخوان جناغ سینه و حدفاصل غضروف‌های دنده‌های سوم تا ششم در سمت چپ قفسه سینه می‌باشد. یک دیوارۀ عضلانی قلب را به دو نیمۀ راست و چپ تقسیم می‌کند. نیمۀ راست مربوط به خون سیاهرگی و نیمۀ چپ مربوط به خون سرخرگی است. هر یک از دو نیمۀ راست و چپ نیز مجدداً به‌وسیلۀ یک تیغۀ عضلانی افقی نازک‌تر، به دو حفرۀ فرعی تقسیم می‌شوند. حفره‌های بالایی که کوچک‌تر و نازک‌تر هستند دهلیز نام‌دارند و دریافت‌کنندۀ خون می‌باشند. حفره‌های پایینی که بزرگ‌تر و ضخیم‌تر هستند بطنهای قلبی بوده و خون دریافتی را به سایر اعضای بدن پمپ می‌کنند. پس قلب متشکل از چهار حفره‌است: دو حفرۀ کوچک در بالا (دهلیزهای راست و چپ) و دو حفره بزرگ در پایین (بطن‌های راست و چپ).

دو نوع گردش خون در بدن انجام می‌شود: گردش خون کوچک یا ریوی که خون دارای دی اکسید کربن  (co2)  از بطن راست قلب به ریه‌ها می‌رود. در آن‌جا تصفیه ‌می‌شود و خون دارای اکسیژن (O2) به دهلیز چپ قلب بازمی‌گردد و خون از دهلیز چپ قلب با گذر از دریچه‌ی میترال(دولختی) که میان دهلیز و بطن چپ قراردارد، وارد بطن چپ می‌شود و به این ترتیب با انقباض بطن چپ، خون از بطن چپ خارج می‌شود و گردش خون بزرگ یا آئورتی آغاز می‌شود. این خون ابتدا ازطریق سرخرگ آئورت و به ترتیب دیگر عروق، در سراسر بدن جریان می‌یابد. سلول‌های بدن را تغذیه می‌کند و سپس خون CO2 دار به دهلیز راست بازمی‌گردد و خون از دهلیز راست با عبور از دریچۀ تریکاسپید(سه‌لختی) که میان دهلیز و بطن راست قراردارد، وارد بطن راست می‌شود. به این ترتیب گردش خون در سراسر بدن انجام می‌شود و همۀ سلول‌های بدن تغذیه می‌شوند.

رگ‌های تاجی یا همان رگ‌های کرونری، رگ‌های تغذیه‌کننده ماهیچه قلب هستند که سراسر و دورتا دور ماهیچه را دربرمی‌گیرند و از جمله رگ‌های بسیار مهم و حیاتی بدن انسان می باشند؛ زیرا در صورت گرفتگی این رگ‌ها بلافاصله سکته قلبی رخ می‌دهد که می‌تواند باعث مرگ یا عوارض زیادی شود.

عوامل گرفتگی رگ‌های کرونری :

  • چاقی
  • مصرف دخانیات
  • کم تحرکی
  • کلسترول خون بالا

۲-۱  سلامت قلب

بهترین زمان برای اندازه گیری میزان ضربان قلب،‌ صبح بعد از بیدار شدن از خواب است. در این زمان از روز بدن شما در آرام ترین حالت خود قرار دارد. تعداد ضربان قلب خود را توسط دستگاه اندازه بگیرید،‌ نتیجه باید بین ۶۰ تا ۸۰ باشد. که این عدد برای افراد ورزشکار ممکن است حتی کمتر از این نیز باشد. هرچه میزان ضربان قلب شما کمتر باشد به معنی آن است که فشار کمتری برای کار کردن به قلب شما وارد می شود و به طور کلی به معنی کارکرد بهتر قلب و آمادگی جسمانی بیشتر است که این نشانه خوبی است.

تعداد ضربان طبیعی قلب در هر دقیقه برای آقایان حدود ۷۰ و برای خانم ها ۷۵ ضربه است. این تعداد برای نوزادان که گردش خون سریع و تنفس تندتری دارند تا ۱۳۰ ضربه در دقیقه هم می رسد.

روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری ضربان قلب وجود دارد که همگی به شما کمک می‌کنند دریابید که آیا ضربان قلب طبیعی دارید یا خیر.

برای این کار کف یک دستتان را رو به بالا نگه دارید، سپس دو انگشت از دست دیگرتان (بهتر است انگشت حلقه و انگشت سوم باشد) را روی مچ و در طرف شست آن دست قرار داده و مقدار خیلی کمی فشار دهید تا نبض خودتان را احساس کنید.

یک روش دیگر هم برای اندازه‌گیری نبض وجود دارد. انگشت اشاره و انگشت وسط خود را روی گردن، در سمت لوله تنفسی قرار دهید. وقتی که نبض را زیر انگشتانتان حس کردید، تعداد نبض‌ها را در مدت ۱۰ ثانیه شمارش کنید. زمان را می‌توانید با یک زمان‌سنج یا عقربه ثانیه ‌شمار ساعت مچی نگه دارید. وقتی تعداد نبض‌های خود را در مدت ۱۰ ثانیه شمارش کردید، آن را در عدد ۶ ضرب کنید تا تعداد ضربان قلبتان را در یک دقیقه به دست آورید.

عوامل زیادی می‌توانند در آهنگ ضربان قلب تاثیر گذار باشند. این عوامل عبارتند از :

  • سطح فعالیت بدنی و میزان ورزش روزانه
    • تناسب اندام
    • دمای هوا
    • وضعیت بدن (به عنوان مثال ایستاده یا به حالت دراز کشیده)
    • احساسات و عواطف
    • اندازه و سایز بدن
    • مصرف یا عدم مصرف دارو

با وجودی که طیف گسترده‌ای برای ضربان قلب عادی وجود دارد، اما اگر ضربان قلب به طور غیر معمولی بالا یا پایین باشد، می‌تواند وجود یک مشکل اساسی و مهم در بدن را نشان دهد. بنابراین اگر ضربان قلب شما در حال استراحت همواره بالای ۱۰۰ ضربان در دقیقه و یا کمتر از ۶۰ ضربان در دقیقه است حتماً با پزشک خود مشورت کنید، به خصوص اگر علائم یا نشانه‌های دیگری مانند غش، سرگیجه یا تنگی نفس دارید. در حالت اول (بیش از ۱۰۰ ضربان در دقیقه) به این مشکل “تاکی کاردی” و در حالت دوم (کمتر از ۶۰ ضربان در دقیقه) به آن “برادی کاردی” گفته می‌شود.

انواع آریتمی: به کندی ریتم قلب، برادی کاردی و به تندی ریتم قلب، تاکی کاردی می گویند .

۱-۲-۱ پیاده روی ضربان قلب را بالا می برد!

پیاده‌روی باید ضربان قلب را بالا ببرد، اما پیاده‌روی باید از نوع راه رفتن تند یا دویدن آرام باشد؛ به نحوی که ضربان قلب به ۱۰۰ تا ۱۲۰ ضربان در دقیقه برسد. این ورزش تاثیر مثبتی بر استحکام زانو و مچ پا دارد و در پیشگیری از بروز آرتروز و پوکی استخوان بسیار موثر است.

به دلیل ماهیت هوازی آن، ترجیحاً از چربی به عنوان منابع سوختی استفاده می‌شود و از طرفی برای مصرف انرژی در برنامه کاهش وزن، این فعالیت به تناوب انجام می‌شود. در پیاده‌روی، تمام نقاط بدن تحت تاثیر قرار می‌گیرد و باعث کاهش توده‌های چربی در نقاط مختلف بدن (که بیشترین تجمع چربی در شکم و ران‌هاست) می‌شود. کاهش توده‌های چربی اغلب در مردان در ناحیه شکمی و در زنان در نواحی لگنی و ران قابل رویت است.

در عین حال، استفاده از عضلات بزرگ بدن حین راه رفتن باعث تطابق قلبی‌ ـ تنفسی بالایی می‌شود. به دلیل تحمل وزن بدن همراه با ارتقای سطح حسی مفاصل، قدرت عضلات اندام تحتانی و تعادل و استحکام مفاصل، به‌خصوص زانو، افزایش می‌یابد.

از فواید دیگر این ورزش، می‌توان به کاربرد آن در کاهش وزن اشاره کرد اما نمی‌توان برای از بین بردن چاقی موضعی (تجمع توده‌های چربی در یک ناحیه خاص بدن) از آن استفاده کرد. افرادی که آرتروز زانوی آنها ناشی از فقدان همراستایی اندام تحتانی است یا برعکس، باید از طریق متخصصان مربوطه، قبل از شروع برنامه پیاده‌روی منظم، نسبت به اصلاح اشکالات و انحرافات مفاصل‌شان اقدام کنند.

برای این بیماران، پیاده‌روی در سطح صاف و سفت با کفش مناسب و ضربه‌گیر توصیه می‌شود. در این افراد انجام تقویت عضله چهارسر رانی به وسیله تمرین‌های قدرتی (با خم و راست کردن زانو) در کنار پیاده‌روی ضروری است. اما افراد مبتلا به بیماری‌های قلبی و کسانی که دارو مصرف می‌کنند باید تحت شرایط خاصی پیاده‌روی کنند.

۱-۲-۲ کنترل تمرین از طریق اندازه گیری ضربان قلب

یک مربی همواره باید برنامه های تمرینی خود را از نظر اجرا تحت کنترل داشته باشد، تا بتواند یک ارزیابی صحیح از برنامه های داده شده به عمل آورد و چنانچه لازم باشد اصلاحات مورد نیاز را در برنامه تمرینی خود به عمل آورد.

لذا باید در سه مرحله تمرینی یعنی گرم کردن، تمرینات هوازی و تمرینات غیر هوازی ورزشکار را تحت کنترل داشته باشد تا دریابد آیا به آنچه که هدف برنامه تمرینی بوده، رسیده است یا خیر!  با چند روش می توان ورزشکار را کنترل نمود که آیا به آن دامنه کار تعریف شده رسیده است یا خیر ! برای مثال وقتی به تیم دستور گرم کردن می دهد باید کنترل کند که آیا واقعاً بدن وی گرم گردیده است، یا آیا در تمرینات هوازی ورزشکار در همان حد خواسته شده کار کرده است یا نه، زیرا ممکن است ورزشکار فراتر از خواسته مربی شدت کار را بالا برده و یا بر عکس، در آن شدت، کار نکرده باشد.

یکی از این روش ها، اندازه گیری اسید لاکتیک ۱ خون ورزشکار است زیرا میدانیم در فعالیت های مختلف با شدت های گوناگون، مقدار تجمع اسید لاکتیک در بدن متفاوت می باشد. اما چگونه یک مربی می تواند در وسط تمرین اسید لاکتیک را اندازه گیری کند ؟ پس راه آسانتری را باید جستجو نمود.

ساده ترین راه، اندازه گیری ضربان قلب ورزشکار است. یعنی با اندازه گیری ضربان قلب ورزشکار با پارامتر های از پیش تعیین شده مثل سن و ضربان قلب ورزشکار در حالت سکون می توان به این هدف رسید. وقتی مربی به ورزشکاری دستور گرم کردن ( WU ) می دهد باید ضربان قلب وی را برابر فرمول زیر محاسبه کند و ضربان قلب که به این محدوده رسید نشان می دهد که بدن گرم شده است و آماده تمرین می باشد.

ماکزیمم ضربان مجاز قلب ورزشکار =  سن ورزشکار – ۲۲۰            ( ۱-۱)

ضربان قلب کاری = ضربان قلب ورزشکار در حالت سکون – ماکزیمم ضربان قلب ورزشکار            (۲-۱)

ضربان قلب در حالت گرم کردن= ضربان قلب در حالت سکون + (۴/۰×ضربان قلب کاری)         (۳-۱)

 

برای مثال، یک ورزشکار ۳۰ ساله که ضربان قلب وی در حالت سکون ۷۰ ضربه در دقیقه می باشد با توجه به روابط فوق به شرح زیر است.
ماکزیمم ضربان مجاز قلب :                                                                          ۱۹۰=۳۰-۲۲۰
ضربان قلب کاری :                                                                                    ۱۲۰=۷۰-۱۹۰
ضربان قلب مجاز برای گرم کردن :                                                       ۱۱۸=۷۰+( ۴/۰ ×۱۲۰)

 

محدوده ضربان قلب ورزشکاری که استقامتی هوازی کار می کند به شرح زیر است:
ضربان قلب در حالت سکون + ( ۶/۰×ضربان قلب کاری )                                                         (۴-۱)

و اگر ورزشکار در آستانه غیر هوازی کار می کند یعنی بین مرز هوازی و غیر هوازی کار و تمرین می نماید ضربان قلب وی به شرح زیر محاسبه میگردد:

ضربان قلب در حالت سکون + ( ۷/۰ ×ضربان قلب کاری )                                                        (۵-۱)

برای مثال یک ورزشکار ۳۰ ساله که ضربان قلب وی در حالت سکون ۶۰ است محدوده ضربان قلب وی در حالت آستانه غیر هوازی به شرح زیر می باشد:

ماکزیمم ضربان قلب :                                              ۱۹۰=۳۰-۲۲۰
ضربان قلب کاری :                                                 ۱۳۰=۶۰-۱۹۰
ضربان قلب یک ورزشکار با مشخصات ذکر شده فوق، وقتی که در آستانه غیر هوازی کار می کند :

۱۵۱=۶۰+۹۱=۶۰+(۷/۰×۱۳۰)

 

اما محاسبه ضربان قلب همان ورزشکار ۳۰ ساله که ضربان قلب وی در حالت آرامش و سکون ۶۰ است در زمانیکه در آستانه اسید لاکتیک یعنی غیر هوازی کار می کند به شرح زیر است.

ضربان قلب ورزشکار در حالت سکون + (۹/۰×ضربان قلب کاری )
ضربان قلب کاری :                                                                    ۱۳۰ =۶۰-۱۹۰

ماکزیمم ضربان قلب :                                                                ۱۹۰ =۳۰-۲۲۰
ضربان قلب ورزشکاری که در سیستم اسید لاکتیک یا غیر هوازی کار می کند :

۱۷۷ = (۶۰+۱۱۷) =۶۰+(۹/۰×۱۳۰)

۱- ۳ فیزیولوژی تنفس

۱-۳-۱ دستگاه تنفس

دستگاه تنفس و دستگاه قلب و گردش خون به عنوان یک مجموعه، انتقال اکسیژن به بافت ها و دفع دی اکسید کربن از بافت ها را به عهده دارند که در این میان دستگاه تنفس، خون تیره یعنی فقیر از اکسیژن و غنی از دی اکسید کربن را به خون روشن که سرشار از اکسیژن و فقیر از دی اکسید کربن است تبدیل میکند. دستگاه قلب و گردش خون مسئولیت انتقال خون تهویه شده به بافتها و برعکس، انتقال خون در معرض سوخت و ساز سلولی قرار گرفته به ریه ها را بر عهده دارد .در حقیقت با تشریک مساعی این دو سیستم (دستگاه قلب و گردش خون و دستگاه تنفسی) است که وظیفه اصلی دستگاه تنفسی یعنی تبادلات گازی و وظایف فرعی این سیستم ایفا میگردد.

در ریه ها دو جریان، خون و گاز از دو جهت مجزا شروع شده که در نقطه ای مشترک به هم میرسند و در این نقطه است که محتویات اکسیژن و دی اکسید کربن خون تغییر میکند. دستگاه تنفسی با عمل دم، جریان هوا را از بینی یا دهان وارد کرده، از راه نآی و شاخه های بعدی سرنجام به کیسه های هوایی می رساند. جریان خون نیز از بطن راست شروع شده و از طریق شریان ریوی به مویرگهای ریوی که در اطراف کیسه های هوایی قرار گرفته وارد می شود تا تبادلات گازی بین هوای تازه درون خانه های ششی که دارای فشار سهمی اکسیژن بالاتر است، با خون درون مویرگهای ریوی که دارای فشار سهمی اکسیژن کمتری است انجام گیرد و خون تهویه شده وارد ورید های ریوی و نهایتاً قلب چپ گردد. این دو جریان علاوه بر وجوه مشترک، هر کدام نیز ویژگی های خاص خود را دارند .جریان هوا به داخل کیسه های هوایی از قوانین گاز ها پیروی میکند و جریان خون داخل مویرگهای ریوی تابع قوانین مربوط به سیستم  گردش خون است.

۱-۳-۲ چگونگی تنفس

تنفس در آدمی شامل دو مرحله دم و بازدم است. در مرحله دم هوا وارد ششها و در هنگام بازدم از آن خارج می‌شود. در انجام دم و بازدم پرده جنب نقش مهمی دارد. فشار فضای میان دو لایه پرده جنب همیشه کمتر از فشار اتمسفر است و به همین دلیل ششها حتی در حالت بازدم ارادی نیز کاملاً بسته نمی‌شوند. قبل از شروع دم کلیه ماهیچه‌های تنفس در حال استراحت هستند و دیافراگم به صورت یک گنبد است و دنده‌ها در پایین‌ترین وضعیت خود قرار دارند و فشار فضای جنب کمتر از فشار اتمسفر و ششها در حالت نیمه باز هستند. هنگامی که فرمان عصبی دم توسط مراکز تنفسی در مغز صادر می‌شود اعصاب حرکتی ماهیچه‌های بین دنده‌ای خارجی و دیافراگم را منقبض می‌کنند.
انقباض ماهیچه‌های بین دنده‌ای خارجی موجب حرکت دنده‌ها به بالا و طرفین می‌شود. انقباض دیافراگم موجب افزایش حجم قفسه سینه می‌شود. این افزایش حجم باعث کاهش فشار مایع جنب و باز شدن کیسه‌ها می‌شوند و هوا را به درون خود می‌کشانند. بنابراین عامل اصلی باز شدن کیسه‌های هوایی و ورود هوا به ششها پرده جنب است. اگر پرده جنب پاره شود شش کاملاً جمع شده و از کار می‌افتد. در پایان دم، ماهیچه‌ی ویژه دم استراحت می‌کند. خاصیت ارتجاعی ششها و وزن قفسه سینه موجب می‌شود که ششها به حالت اولیه خود برگردند. برگشت ششها باعث افزایش فشار هوای درون شش نسبت به اتمسفر و در نتیجه بیرون راندن هوا می‌شود و بازدم را بطور فعال نیز می‌توان انجام داد .

۱- ۴  اصطلاحات و مفاهیم فیزیولوژیک مربوط به تنفس:

۱-۴-۱ حجم های ریوی:

اندازه گیری حجم های ریوی روش مفیدی جهت شناختن بعضی از نارسایی های تنفسی است زیرا در حالت پاتولوژیک، فراوانی این حجم ها و یا نسبت بین آنها تغییر میکند. ریه ها یک مجموعه الاستیکی هستند و در هر مجموعه الاستیکی افزایش حجم نسبت مستقیم با افزایش فشار دارد. ریه ها با فشاری که بر آن ها وارد می شود متسع میشوند که قابلیت اتساع ریه ها را کومپلیانس میگوند .هرچه کومپلیانس زیادتر باشد برای افزایش حجم ریه فشار کمتری لازم است. مثلاً در بیماری های تحدیدی ریه، مثل فیبروز حبابچه ای، کومپلیانس کاهش یافته و حجم های ریوی تغییر میکند و به هر حال استاندارد نمودن حجمهای ریوی امکان مقایسه افراد سالم با بیماران را فراهم می آورد .اندازه ریه های هر کسی به طول قامت، وزن، سطح بدن، سن و جنس بستگی  دارد .حجم های ریوی عبارتند از:

  • حجم جاری

حجمی از هوا است که با هر دم وارد ریه ها و یا با هر باز دم از ریه ها خارج می شود و در یک فرد طبیعی برابر با ۵۰۰ میلی لیتر است. این حجم در شرایطی مثل ورزش افزایش می یابد.

  • حجم ذخیره دمی 

حجمی از هوا است که به دنبال یک حجم جاری طبیعی، با یک دم عمیق میتواند وارد ریه ها شود و مقدار آن تقریباً برابر با ۳۰۰۰ میلی لیتر است.

  • حجم ذخیره باز دمی

حجمی از هوا است که پس از خروج یک حجم جاری طبیعی از ریه ها با یک بازدم عمیق خارج میشود و مقدار آن برابر با ۱۱۰۰ میلی لیتر است.

  • حجم باقیمانده

حجمی از هوا است که حتی پس از یک بازدم بسیار عمیق در ریه ها باقی می ماند، به عبارت دیگر حجم باقیمانده حداقل مقدار هوایی است که به هیچ عنوان از ریی ها خارج نمیشود و به همین دلیل است که وزن مخصوص ریه از آب سبک تر است اما وزن مخصوص ریه نوزادی که مرده به دنیا آمده و هیچ عمل تنفسی انجام نداده است از آب سنگین تر است، مقدار حجم باقیمانده ۱۲۰۰ میلی لیتر است و از خواص آن به جلوگیری از روی هم خواباندن حبابچه ها میتوان اشاره کرد که در غیر این صورت باز کردن مجدد حبابچه ها نیاز به فعالیت دمی فوق العاده زیادی خواهد داشت.

۱-۴-۲ ظرفیت های ریوی:

هنگام توصیف وقایع مربوط به دوره های تنفسی گاهی لازم است دو یا تعداد بیشتری از حجم ها را با هم ترکیب کرد که آنها را ظرفیت های ریوی می نامند.

  • ظرفیت دمی:

جمع حجم جاری و حجم ذخیره دمی است و مقدار هوایی است که فرد می تواند با یک دم عمیق وارد ریه ها نماید و ریه ها را تا حد اکثر ممکن متسع نماید مقدار طبیعی آن ۳۵۰۰ میلی لیتر است.

  • ظرفیت باقیمانده عملی:

مقدار هوایی است که در پایان یک دم عادی در داخل ریه ها باقی می ماند و برابر با مجموع حجم ذخیره باز دمی و حجم باقیمانده و مقدار آن در حدود ۲۳۰۰ میلی لیتر است.

  • ظرفیت حیاتی:

مجموع حجم ذخیره دمی وحجم جاری و حجم ذخیره بازدمی است و مقدار هوایی است که شخص می تواند بعد از یکدم کاملاً عمیق و یک بازدم کاملاً قوی از ریه ها خارج کند و مقدار طبیعی آن در حدود ۴۶۰۰ میلی لیتر است.

  • ظرفیت کل ریوی:

مجموع ظرفیت حیاتی و حجم باقی مانده است و مقدار هوایی است که بعد از یک دم کاملاً عمیق در ریه ها جمع میشود و مقدار آن در حدود ۵۸۰۰ میلی لیتراست.

حجم ها و ظرفیت های ریوی در شرایط مساوی سنی و وزنی در مرد ها در حدود ۲۰ تا ۲۵ درصد بیشتر از زنان است.

۱-۴-۳  اهمیت حجم ها و ظرفیت های ریه:

اندازه گیری حجم ها و ظرفیت های ریوی، یکی از آزمایشات مهم در بررسی بدن، اعمال ریوی است که به تشخیص بیماریهای ریوی کمک میکند.

اهمیت حجم جاری:

مقدار آن بستگی به سن، جنس، وزن و وضعیت سلامت فرد دارد. حجم جاری در فرد سالم بین  ۶ الی ۸  میلی لیتر می باشد که  مقدار حجم جاری تنظیمی بر روی دستگاه ونتیلاتور  ۱ در بیماران زیر تهویه مصنوع، بین ۱۰ الی ۱۵ میلی لیتر است. که علت آن اضافه شدن فضای مرده دستگاه به حجم جاری تنفس است.

اهمیت ظرفیت حیاتی:

در ریه سالم ظرفیت حیاتی ۸۰ % کل ظرفیت ریه را تشکیل می دهد، در فلج عضلات تنفسی و مواردی که قابلیت اتساع ریه ها را کاهش می دهد، بوضوح ظرفیت حیاتی کاهش می یابد .در نتیجه تعیین ظرفیت حیاتی یکی از سنجش های مهم درتعیین سیر بیماری و پارامتر مهمی در تعیین جدا سازی بیمار از ونتیلاتور و خارج کردن لوله تراشه است و مقدار آن بین ۱۰ الی ۱۵ میلی لیتر می باشد.

اهمیت حجم باقیمانده:

این حجم هوایی است که حتی با شدید ترین بازدم ها هم از ریه ها خارج نمی شود و اهمیت آن در این است که در فواصل تنفس، مقدار هوای کافی در اختیار آلوئل های ریه قرار می دهد

اجزای پروژه


۲-۱  بلوک دیاگرام دستگاه

اندازه گیری ضربان قلب تندرستی و سلامت سیستم قلبی و عروقی انسان را نشان می دهد. این پروژه با مشاهده تغییرات مقدار خون موجود در سرخرگ داخل انگشت (زمانیکه قلب خون را پمپاژ می کند) ضربان قلب را اندازه می گیرد.  این دستگاه از یک مادون قرمز تشکیل می شود که یک سیگنال را در سرتاسر نوک انگشت شخص به قسمتی که به وسیله ی سلول های خونی منعکس می کند میفرستد. سیگنال منعکس شده بوسیله ی سنسور فتو دتکتور  آشکار می شود. تغییرات مقدار خون که نتیجه ی ضربان قلب است پالسی را به خروجی سنسور میفرستد که مقدار آن برای آشکار کردن مستقیم به وسیله ی میکروکنترلر خیلی کوچک است. بنابراین دوطبقه با بهره ی بالا و فیلتر پایین گذر فعال طراحی شدند که در آن دو تقویت کننده ی عملیاتی برای فیلتر و تقویت کردن سیگنال در برداشته ی سطح ولتاژ وجود دارد. بنابراین پالس میتواند بوسیله ی میکروکنترلر شمارده شده و ضربان قلب را بر روی LCD نمایش بدهد. میکروکنترلر استفاده شده در این پروژه Atmega8 است.

 شکل ۱-۲ : نحوه ارتباط مدارت پروژه در قسمت ضربان سنج

۲-۱-۱ حسگر پیزوالکتریک :

حسگرهای پیزوالکتریک بر پایه اصل پیزوالکتریسیته استوار هستند. به این معنا که اگر یک ماده به عنوان مثال یک سرامیک، پیزوالکتریک باشد، وقتی تحت تاثیر فشار قرار می ‌گیرد در سطح آن بار الکتریکی تولید می‌‌شود یا وقتی در میدان الکتریکی قرار می‌‌گیرد تغییر شکل مکانیکی می ‌یابد. میزان بار الکتریکی یا تغییر شکل مکانیکی به ترکیب ماده بستگی دارد. سنسورهای پیزوالکتریک برای سنس کـردن تـغـیـیـرات بـسـیـار جـزئـی به کار می‌آیند. سنسور مورد استفاده در این پروژه شامل دو بخش است، یک سنسور پیزوالکتریک است که در پاسخ به حرکت، ولتاژ تولید میکند و یک تسمه قابل انعطاف که برای نگاه داشتن سنسور دور قفسه سینه به کار میرود. عامل اصلی تهویه ریوی عضله دیافراگم است، بزرگترین عضله ای که بین حفره شکمی و قفسه سینه قرار گرفته است. در طی دم، دیافراگم منقبض شده و به سمت پایین می آید که باعث بالا آمدن شکم می شود و در بازدم عکس این عمل رخ میدهد. با اعمال این نیرو و افزایش طول کش ها بر روی سنسور های پیزو الکتریک نیرو اعمال میشود و ولتاژی بسته به حجم حرکات قفسه سینه تولید میکند، به این ترتیب میتوان از خروجی سنسور پیزوالکتریک به منظور تشخیص جابجایی قفسه سینه شخص مورد آزمایش استفاده کرد.

۲-۱-۲ مدار تقویت و فیلترینگ

مدار اصلاح کننده ی سیگنال متشکل از دو فیلتر پایین گذر فعال یکسان با فرکانس قطع حدود ۵/۲ هرتز است. این به این معنی است که حداکثر ضربان قلب قابل اندازه گیری در حدود ۱۵۰ ضربه در دقیقه است. تقویت کننده عملیاتی مورد استفاده در این مدار TL074CN یک تراشه که چهار آپ امپ در ریزتراشه دارد. عملکرد آن  به صورت تغذیه دوبل می باشد و به صورت rail-to-rail نوسان خروجی را فراهم می کند. مدار فیلتر لازم است از این جهت که برای بستن و مانع شدن هر فرکانس بالایی که بصورت نویز در داخل سیگنال پدیدار می شود را حذف کنیم. بهره ی حاصل از هر مرحله فیلتر ۱۰۱ است ، که تقویت کل تقریباً ۱۰۰۰۰ را می دهد. یک خازن ۱UF در ورودی هر طبقه برای جلوگیری از مولفه DC در سیگنال لازم است .

معادلات برای محاسبه بهره و فرکانس قطع فیلتر پایین گذر فعال در زیر نشان داده شده است. دو طبقه آمپلی فایر/ فیلتر، بهره کافی برای تقویت سیگنال ضعیف که از یک سنسور نوری می آید و تبدیل آن را به یک پالس، فراهم می کند. دو LED متصل در خروجی هر زمان که ضربان قلبی شناسایی می شود چشمک می زند. سیگنال خروجی برای بهبود و شماردن به T1 ورودی ATMEGA8L می رود.

مدار نرخ تنفسی متشکل از یک فیلتر پایین گذر فعال یکسان با فرکانس قطع حدود ۵/۰ هرتز است. این بدین معنی است که حداکثر تنفس قابل اندازه گیری در حدود ۳۰ بار در دقیقه است. تقویت کننده عملیاتی مورد استفاده در این مدار TL074CN، یک تراشه که چهار آپ امپ در ریزتراشه دارد. عملکرد آن  به صورت تغذیه دوبل می باشد و به صورت rail-to-rail نوسان خروجی را فراهم می کند. مدار فیلتر ضروری و لازم است برای بستن ومانع شدن هر فرکانس بالایی که بصورت نویز در داخل سیگنال پدیدار می شود. بهره ی حاصل از هر مرحله فیلتر ۱۰۱ است. یک خازن ۱UF در ورودی طبقه برای جلوگیری از مولفه DC در سیگنال لازم است.

معادلات برای محاسبه بهره و فرکانس قطع فیلتر پایین گذر فعال در زیر نشان داده شده است. یک طبقه آمپلی فایر/ فیلتر، بهره کافی برای تقویت سیگنال ضعیف که از یک سنسور پیزو می آید و تبدیل آن را به یک پالس، فراهم می کند. سیگنال خروجی برای بهبود و شماردن به ورودی ATMEGA8L می رود.

 ۲-۱-۳ میکروکنترلر               

همانطور که در قسمت قبل اشاره شد، میکروکنترلر استفاده شده در این پروژه Atmega8 است. دلیل استفاده از این قطعه :

۱ – نسبت به خانواده های دیگر Atmega و مدل های PIC ، پایین ترین توان کاری را دارد .

۲- نسبت به PICها سرعت بیشتری دارد .

۳- از ابعاد کوچک و حافظه ی بالایی برخوردار است .

۴ – قیمت ارزان و مناسبی دارد .

 ۲-۱-۴  صفحه نمایش (LCD)

صفحه نمایش استفاده شده در این پروژه یک LCD، ۱۶*۲  کاراکتری است. که در آن علاوه بر نشان دادن تعداد ضربان قلب و همچنین سیگنال تنفسی، سیگنال ضربان قلب را که بوسیله ی برنامه نویسی شبیه سازی شده است بر روی صفحه نمایش کاراکتری به صورت انیمیشن و گرافیکی نمایش می دهد که توسط این کار و ایده پیاده سازی شده دیگر نیازی به صفحه نمایش گرافیکی نداریم وهمچنین هزینه نیز پایین تر می آید.

نرم افزار و سخت افزار پروژه


۳-۱ ساختار بخشهای مختلف نرم افزار

$regfile = “m8def.dat”

$crystal = 8000000

Config Lcdpin = Pin , Db7 = Portc.5 , Db6 = Portc.4 , Db5 = Portc.3 , Db4 = Portc.2 , E = Portc.1 , Rs = Portc.0

Config Portc = Output

Config Portd.5 = Input

Config Portd.6 = Input

Config Timer1 = Counter , Edge = Falling

Config Timer0 = Timer , Prescale = 8

Select Case Rr

Case Is > 50 :

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; Rr

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 6 : Lcd ” : ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 5 : Lcd ”  : ” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(0)

Deflcdchar 0 , 31 ,31 , 0 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0

If T > 15 Then : T = 7 : End If

Case 40 To 49:

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; Rr

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 4 : Lcd ” : ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 2 : Lcd ”  : ” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(1)

Deflcdchar 1 , 31 , 31 , 0 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0

If T > 15 Then : T = 7 : End If

Case 30 To 39:

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; Rr

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 3 : Lcd “:  ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 4 : Lcd ”  :” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(2)

Deflcdchar 2 , 0 , 0 , 31 , 0 , 31 , 0 , 0 , 0

If T > 15 Then : T = 7 : End If

Case 21 To 29:

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; Rr

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 5 : Lcd ”  ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 4 : Lcd ”   ” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(3)

Deflcdchar 3 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0 , 31 , 0 , 0

If T > 15 Then : T = 7 : End If

Case 15 To 20:

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; Rr

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 4 : Lcd ”  ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 4 : Lcd ”   ” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(4)

Deflcdchar 4 , 0 , 20 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0 , 0

If T > 15 Then : T = 7 : End If

Case 10 To 14:

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; Rr

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 2 : Lcd ” : ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 2 : Lcd ”   :” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(5)

Deflcdchar 5 , 31 , 0 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0

If T > 15 Then : T = 7 : End If

Case 6 To 9 :

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; Rr

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 4 : Lcd ”  ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 6 : Lcd ”   ” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(6)

Deflcdchar 6 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0

If T > 15 Then : T = 7 : End If

Case Is < 5

Locate 2 , 1

Lcd “RR:” ; 0

If Rr < 100 Then : Locate 2 , 8 : Lcd ” ” ” : End If

If Rr < 10 Then : Locate 2 , 4 : Lcd ”   :” : End If

Incr T

Locate 2 , T

Lcd Chr(7)

Deflcdchar 7 , 0 , 0 , 3 , 0 , 0 , 0 , 0 , 31

If T > 15 Then : T = 7 : End If

End Select

‘=====================================================

Select Case Hr

Case Is > 90 :

Home

Lcd “HR:” ; Hr

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 6 : Lcd ”  ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 5 : Lcd ”   ” : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(0)

Deflcdchar 0 , 31 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0 , 0

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

Case 80 To 89:

Home

Lcd “HR:” ; Hr

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 8 : Lcd “:  ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 3 : Lcd ”   :” : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(1)

Deflcdchar 1 , 0 , 31 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

Case 70 To 79:

Home

Lcd “HR:” ; Hr

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 7 : Lcd ”  ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 0 : Lcd ”   ” : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(2)

Deflcdchar 2 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

Case 60 To 69:

Home

Lcd “HR:” ; Hr

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 6 : Lcd ” : ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 5 : Lcd ”   :” : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(3)

Deflcdchar 3 , 31 , 0 , 0 , 31 , 0 , 0 , 0 , 0

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

Case 50 To 59:

Home

Lcd “HR:” ; Hr

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 6 : Lcd “: ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 5 : Lcd ”   :” : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(4)

Deflcdchar 4 , 0 , 0 , 0 , 31 , 31 , 0 , 0 , 0

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

Case 40 To 49:

Home

Lcd “HR:” ; Hr

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 6 : Lcd ” ” ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 5 : Lcd ”   ” ”  : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(5)

Deflcdchar 5 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

Case 20 To 39 :

Home

Lcd “HR:” ; Hr

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 6 : Lcd ” ” ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 5 : Lcd ”  ” ” : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(6)

Deflcdchar 6 , 31 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 31 , 0

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

Case Is < 20

Home

Lcd “HR:” ; 0

If Hr < 100 Then : Locate 1 , 6 : Lcd ” ? ” : End If

If Hr < 20 Then : Locate 1 , 5 : Lcd ”  ? ” : End If

Incr P

Locate 1 , P

Lcd Chr(7)

Deflcdchar 7 , 31 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 0 , 31

Wait 5

If P > 15 Then : P = 7 : End If

End Select

Loop

Timer:

Incr Shomar

If Shomar = 6000 Then

Shomar = 0

Hh = B * 65536

Hh = Hh + Counter1

Hh = Hh * 12

Hr = Hh + Hr

Hr = Hr / 2

B = 0

Counter1 = 0

End If

If Shomar2 = 5000 Then

Rr = Rrr * 4

Rrr = 0

Shomar2 = 0

End If

Return

‘———————————————————

۳-۲ بدنه ی دستگاه

۳-۲-۱ نمایی از سخت افزار دستگاه

شکل ۱-۳: نمای داخلی دستگاه

۳-۲-۲ : نحوه ی ارتباط نمایشگر با میکرو در نرم افزار پروتئوس 

شکل ۲-۳ : ارتباط نمایشگر با میکرو

۳-۲-۳ نقشه ی کامل دستگاه

۳-۲-۴ نمونه ای از خروجیهای دستگاه

شکل ۴-۳: خروجی های دستگاه

شکل ۵-۳ دستگاه و پروب های آن

فهرست منابع

  • فهرست منابع فارسی

کتاب های مرجع پزشکی و سایت های پزشکی ( سلامت ایران – سیمرغ و . . . ) از قبیل :

 فهرست منابع غیر فارسی

کتاب فیزیولوژی گیلبرت و سایت هایی از قبیل :

به گزارش ماهنامه تجهیزات پزشکی

>> مجله تخصصی مدیکیار

>> فروشگاه مدیکیار

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *