عنوان پایان نامه :
پالسمتر(Pulse Meter )
نگارنده :
تابستان 1392
تقدیم به
پدران بزرگوار
و
مادران مهربان
آنان که وجودشان برایمان همه عشق بود و
وجودمان برایشان همه رنج.
تقدیر و تشکر
پروردگارا ! تورا سپاس که قطره ای از دریای علم را به ما ارزانی داشتی که وجود خویش را به زینت آن بیاراییم، باشدکه شکرگزار باشیم، بیاموزیم، اندیشه کنیم، برگزینیم و به کار ببریم.تو را سپاس به خاطر آرامشی که امروز به ماارزانی داشتی و بخاطر امیدی که با آن به استقبال فردا می رویم.
تابستان 92
چکیده
ریتم طبیعی قلباز گره سینوسیآغاز شده و پس از انتقال به گره دهلیزی_بطنی،در بطنهامنتشر می شود. در نتیجه این نحو هدایت تحریک الکتریکی، ابتدا دهلیزو با فاصله کمی بطن ها منقبض می شوند. ریتم طبیعی قلب بین شصت تا صد ضربان در دقیقه است.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 کاردیو به تندی ریتم قلب،تاکی کاردیمی گویند.اندازه گیری ضربان قلب )( HR1تندرستی وسلامت 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 واحد های مراقبت ویژه(ICU _ CCU)2نیاز 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 وتمرینات 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 تنفسیو ضربان قلبهمراه 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.
فهرست مطالب
فصل اول- قلب – تنفس
1-1 کالبدشناسی قلب…………………………………………………………………………..4
1-2سلامت قلب………………………………………………………………………………..6
1-2-1پیاده روی ضربان قلب را بالا می برد!……………………………………………………9
1-2-2کنترل تمرین از طریق اندازه گیری ضربان قلب…………………………………….10
1- 3فیزیولوژی تنفس………………………………………………………………………….12
1-3-1 دستگاه تنفس……………………………………………………………………12
1-3-2 چگونگی تنفس………………………………………………………………….13
1- 4 اصطلاحاتومفاهیمفیزیولوزیکمربوطبهتنفس………………………………14
1-4-1 حجم های ریوی………………………………………………………………………14
1-4-2 ظرفیتهایریوی………………………………………………………………………15
1-4-3 اهمیتحجمهاوظرفیتهایریه………………………………………………….16
فصل دوم – اجزای پروژه
2-1 بلوک دیاگرام دستگاه……………………………………………………………………18
2-1-1 حسگر پبزوالکتریک………………………………………………………………………..19
2-1-2مدار تقویت و فیلترینگ…………………………………………………………………..20
2-1-3میکروکنترلر………………………………………………………………………………….23
2-1-4صفحه نمایش………………………………………………………………………………24
فصل سوم – نرم افزار وسخت افزار پروژه
3-1 ساختار بخشهای مختلفنرم افزار…………………………………………………25
3-2 بدنه ی دستگاه………………………………………………………………………….35
3-2-1نمایی از سخت افزار دستگاه…………………………………………………..36
3-2-2 : نحوه ی ارتباط نمایشگر با میکرو در نرم افزار پروتئوس………………….37
3-2-3نقشه ی کامل دستگاه……………………………………………………………………37
3-2-4 نمونه ای از خروجیهای دستگاه……………………………………………………….38
فهرست منابع
-فهرست منابع فارسی…………………………………………………………………………40
-فهرست منابع غیر فارسی……………………………………………………………………41
فصل اول
قلب
1-1 کالبدشناسی قلب
قلب یا دل یک اندامماهیچه ای است که مسئول پمپ خون به شریان ها به وسیله حرکاتضربان دارمتناوب است و به این صورت خون را به همه ی نواحی بدن ارسال می کند.
قلب انسان به طور متوسط حدود 70 بار در دقیقه می تپد.
محل قلب در پشت استخوان جناغ سینه و حدفاصل غضروف های دنده های سوم تا ششم در سمت چپ قفسه سینه می باشد. یک دیواره عضلانی قلب را به دو نیمه راست و چپ تقسیم می کند. نیمه راست مربوط به خون سیاهرگی و نیمه چپ مربوط به خون سرخرگی است. هر یک از دو نیمه راست و چپ نیز مجدداً به وسیله یک تیغه عضلانی افقی نازک تر، به دو حفره فرعی تقسیم می شوند. حفره های بالایی که کوچک تر و نازک تر هستند دهلیز نام دارند و دریافت کننده خون می باشند. حفره های پایینی که بزرگ تر و ضخیم تر هستند بطنهای قلبی بوده و خون دریافتی را به سایر اعضای بدن پمپ می کنند. پس قلب متشکل از چهار حفره است: دو حفره کوچک در بالا (دهلیزهای راست و چپ) و دو حفره بزرگ در پایین (بطن های راست و چپ).
دو نوع گردش خون در بدن انجام می شود: گردش خون کوچک یا ریوی که خون دارای دی اکسید کربن (co2) 3از بطن راست قلب به ریه ها می رود. در آن جا تصفیه می شود و خون دارای اکسیژن (O2) 4به دهلیز چپ قلب بازمی گردد و خون از دهلیز چپ قلب با گذر از دریچه ی میترال(دولختی) که میان دهلیز و بطن چپ قراردارد، وارد بطن چپ می شود و به این ترتیب با انقباض بطن چپ، خون از بطن چپ خارج می شود و گردش خون بزرگ یا آئورتی آغاز می شود. این خون ابتدا ازطریق سرخرگ آئورت و به ترتیب دیگر عروق، در سراسر بدن جریان می یابد. سلول های بدن را تغذیه می کند و سپس خون CO2دار به دهلیز راست بازمی گردد و خون از دهلیز راست با عبور از دریچه تریکاسپید(سه لختی) که میان دهلیز و بطن راست قراردارد، وارد بطن راست می شود. به این ترتیب گردش خون در سراسر بدن انجام می شود و همه سلول های بدن تغذیه می شوند.
رگ های تاجی یا همان رگ های کرونری، رگ های تغذیه کننده ماهیچهقلبهستندکهسراسرودورتادورماهیچهرادربرمی گیرندوازجملهرگ های بسیار مهم و حیاتی بدن انسان می باشند؛ زیرا در صورت گرفتگی این رگ ها بلافاصله سکته قلبیرخمی دهدکهمی تواندباعثمرگیاعوارضزیادیشود.
عوامل گرفتگی رگ های کرونری:
1- چاقی
2- مصرف دخانیات
3- کم تحرکی
4- کلسترول خون بالا
شکل 1-1 : شمای قلبی
1- 2سلامت 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 راتوسط دستگاه اندازه بگیرید، نتیجه باید بین 60 تا 80 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.
روش های مختلفیبرای اندازه گیری ضربان قلب وجود دارد که همگی به شما کمک می کنند 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 دادهو مقدار خیلی کمی فشار دهید تا نبض خودتان را احساس کنید.
شکل 2-1: نحوه گرفتن ضربان قلب از مچ دست
یک روش دیگر هم برای اندازه گیری 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 نبض ها را در مدت 10 ثانیه شمارش کنید. زمان را می توانید با یک زمان سنج یا عقربه ثانیه شمار ساعت مچی نگه دارید. وقتی تعداد نبض های خود را در مدت 10 ثانیه شمارش کردید، آن را در عدد 6 ضرب کنید تا تعداد ضربان قلبتان را در یک دقیقه به دست آورید.
شکل 3-1 : نحوه گرفتن ضربان قلب توسط رگ گردن
عوامل زیادی می توانند 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 گسترده ای برای ضربان قلب عادی وجود دارد، اما اگر ضربان قلب به طور غیر معمولی بالا یا پایین باشد، می تواند وجود یک مشکل اساسی و مهم در بدن را نشان دهد. بنابراین اگر ضربان قلب شما در حال استراحت همواره بالای 100 ضربان در دقیقه و یا کمتر از 60 ضربان در دقیقه است حتماً با پزشک خود مشورت کنید، به خصوص اگر علائم یا نشانه های دیگری مانند غش، سرگیجه یا تنگی نفس دارید. در حالت اول (بیش از 100 ضربان در دقیقه) به این مشکل "تاکی کاردی" و در حالت دوم (کمتر از 60 ضربان در دقیقه) به آن "برادی کاردی" گفته می شود.
انواع آریتمی: به کندیریتم قلب، برادی کاردی و به تندی ریتم قلب، تاکی کاردی می گویند .
نمودار ضربان قلب (ایده آل و حداکثر) بر حسب سن
شکل 4-1 : نمودار ضربان قلب مردان بر حسب سن
ویژه زنان
شکل 5-1 : نمودار ضربان قلب زنان بر حسب سن
1-2-1پیاده روی ضربان قلب را بالا می برد!
پیاده روی باید ضربان قلب را بالا ببرد، اما پیاده روی باید از نوع راه رفتن تند یا دویدن آرام باشد؛ به نحوی که ضربان قلب به 100 تا 120 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 می شود و از طرفی برای مصرف انرژی در برنامه کاهش وزن، این فعالیت به تناوب انجام می شود. در پیاده روی، تمام نقاط بدن تحت تاثیر قرار می گیرد و باعث کاهش توده های چربی در نقاط مختلف بدن (که بیشترین تجمع چربی در شکم و ران هاست) می شود. کاهش توده های 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 می شود. به دلیل تحمل وزن بدن همراه با ارتقای سطح حسی مفاصل، قدرت عضلات اندام تحتانی و تعادل و استحکام مفاصل، به خصوص زانو، افزایش می یابد.
از فواید دیگر این ورزش، می توان به کاربرد آن در کاهش وزن اشاره کرد اما نمی توان برای از بین بردن چاقی موضعی(تجمع توده های 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 پیاده روی منظم، نسبت به اصلاح اشکالات و انحرافات مفاصل شان اقدام کنند.
برای این بیماران، پیاده روی در سطح صاف و سفت با کفش مناسب و ضربه گیر توصیه می شود. در این افراد انجام تقویت عضله چهارسر رانی به وسیله تمرین های قدرتی (با خم و راست کردن زانو) در کنار پیاده روی ضروری است. اما افراد مبتلا به بیماری های قلبی و کسانی که دارو مصرف می کنند باید تحت شرایط خاصی پیاده روی کنند.
شکل6-1: نحوه پیاده روی
1-2-2کنترل 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 وتمرینات 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 1 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)5می 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 – 220 ( 1-1)
ضربان قلب کاری = ضربان قلب ورزشکار در حالت سکون -ماکزیممضربانقلبورزشکار (2-1)
ضربان قلب در حالت گرم کردن= ضربان قلب در حالت سکون + (4/0×ضربان قلب کاری) (3-1)
برای مثال، یک ورزشکار 30 ساله که ضربان قلب وی در حالت سکون 70 ضربه در دقیقه می باشد با توجه به روابط فوق به شرح زیر است.
ماکزیمم ضربان مجاز قلب : 190=30-220
ضربان قلب کاری : 120=70-190
ضربان قلب مجاز برای گرم کردن : 118=70+(4/0 ×120)
محدودهضربان قلب ورزشکاری که استقامتی هوازی کار می کند به شرح زیر است:
ضربان قلب در حالت سکون + (6/0×ضربان قلب کاری) (4-1)
و اگر ورزشکار در آستانه غیر هوازی کار می کند یعنی بین مرز هوازی و غیرهوازی کار وتمرین می نماید ضربان قلب وی به شرح زیر محاسبه میگردد:
ضربان قلب در حالت سکون + ( 7/0 ×ضربان قلب کاری) (5-1)
برای مثال یک ورزشکار 30 ساله که ضربان قلب وی در حالت سکون 60 استمحدوده ضربان قلب وی در حالت آستانه غیر هوازی به شرح زیر می باشد:
ماکزیمم ضربان قلب : 190=30-220
ضربان قلب کاری : 130=60-190
ضربان قلب یک ورزشکار با مشخصات ذکر شده فوق، وقتی که در آستانه غیر هوازی کار می کند :
151=60+91=60+(7/0×130)
اما محاسبه ضربان قلب همان ورزشکار 30 ساله که ضربان قلب وی در حالت آرامش و سکون 60 است در زمانیکه در آستانه اسید لاکتیک یعنی غیر هوازی کار می کند به شرح زیر است.
ضربان قلب ورزشکار در حالت سکون + (9/0×ضربان قلب کاری )
ضربان قلب کاری :130 =60-190
ماکزیمم ضربان قلب: 190 =30-220
ضربان قلب ورزشکاری که در سیستم اسید لاکتیک یا غیر هوازی کار می کند :
177 =(60+117) =60+(9/0×130)
1- 3 فیزیولوژی تنفس
1-3-1 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.
درریههادوجریان، خونوگازازدوجهتمجزاشروعشدهکهدرنقطهایمشترکبههممیرسندودرایننقطهاستکهمحتویاتاکسیژنودیاکسیدکربن خونتغییرمیکند.دستگاهتنفسیباعملدم، جریانهواراازبینییادهانواردکرده،ازراهنآیوشاخههایبعدیسرنجامبهکیسههایهواییمیرساند. جریانخوننیزازبطنراستشروعشدهوازطریقشریانریویبهمویرگهایریویکهدراطرافکیسههایهواییقرارگرفتهواردمیشودتاتبادلاتگازیبینهوایتازهدرونخانههایششیکهدارایفشارسهمیاکسیژنبالاتراست، باخوندرونمویرگهایریویکهدارایفشارسهمیاکسیژنکمتریاستانجامگیردوخونتهویهشدهواردوریدهایریویونهایتاًقلبچپگردد.ایندوجریانعلاوهبروجوهمشترک، هرکدامنیزویژگیهایخاصخودرادارند.جریانهوابهداخلکیسههایهواییازقوانینگازهاپیرویمیکندوجریانخونداخلمویرگهایریویتابعقوانینمربوطبهسیستمگردشخوناست.
شکل 7-1:شمای داخلی از قسمت تنفس
1-3-2 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 می شود. 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 نمی شوند. قبل از شروع دم کلیه ماهیچه های تنفس در حال استراحت هستند و دیافراگم به صورت یک گنبد است و دنده ها در پایین ترین 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 می شود اعصاب حرکتی ماهیچه های بین دنده ای خارجی و دیافراگم را منقبض می کنند.
انقباض ماهیچه های بین دنده ای خارجی موجب حرکت دنده ها به بالا و طرفین می شود. انقباض دیافراگم موجب افزایش حجم قفسه سینه می شود. این افزایش حجم باعث کاهش فشار مایع جنب و باز شدن کیسه ها می شوند و هوا را به درون خود می کشانند. بنابراین عامل اصلی باز شدن کیسه های هوایی و ورود هوا به ششها پرده جنب است. اگر پرده جنب پاره شود شش کاملاً جمع شده و از کار می افتد. در پایان دم، ماهیچه ی ویژه دم استراحت می کند. خاصیت ارتجاعی ششها و وزن قفسه سینه موجب می شود که ششها به حالت اولیه خود برگردند. برگشت ششها باعث افزایش فشار هوای درون شش نسبت به اتمسفر و در نتیجه بیرون راندن هوا می شود و بازدم را بطور فعال نیز می توان انجام داد .
شکل 8-1: تغییرات ماهیچه ای هنگام تنفس
1- 4اصطلاحاتومفاهیمفیزیولوژیکمربوطبهتنفس:
1-4-1 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 شودمتسعمیشوندکهقابلیتاتساعریههاراکومپلیانسمیگوند.هرچهکومپلیانسزیادترباشدبرایافزایشحجمریهفشارکمتریلازماست.مثلاًدربیماریهایتحدیدیریه، مثلفیبروزحبابچهای، کومپلیانسکاهشیافتهوحجمهایریویتغییرمیکندوبههرحالاستانداردنمودنحجمهایریویامکانمقایسهافرادسالمبابیمارانرافراهممیآورد .اندازهریههایهرکسیبهطولقامت،وزن،سطحبدن،سنوجنسبستگیدارد.حجمهایریویعبارتنداز:
1- حجمجاری6
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 500 میلی لیتر است.این حجم در شرایطی مثل ورزش افزایش می یابد.
2- حجمذخیرهدمی7
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 3000 میلی لیتر است.
3- حجمذخیرهبازدمی8
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 1100 میلی لیتر است.
4- حجمباقیمانده9
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 1200 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.
1-4-2 ظرفیتهایریوی:
هنگامتوصیفوقایعمربوطبهدورههایتنفسیگاهیلازماستدویاتعدادبیشتریازحجمهاراباهمترکیبکردکهآنهاراظرفیتهایریویمینامند.
1- ظرفیتدمی:
جمعحجمجاریوحجمذخیرهدمیاستومقدارهواییاستکهفردمیتواندبایکدمعمیقواردریههانمایدوریههاراتاحداکثرممکنمتسعنمایدمقدارطبیعیآن 3500 میلی لیتراست.
2- ظرفیتباقیماندهعملی:
مقدارهواییاستکهدرپایانیکدمعادیدرداخلریههاباقیمیماندوبرابربامجموعحجمذخیرهبازدمیوحجمباقیماندهومقدارآندرحدود 2300 میلی لیتراست.
3- ظرفیتحیاتی:
مجموعحجمذخیرهدمیوحجمجاریوحجمذخیرهبازدمیاستومقدارهواییاستکهشخصمیتواندبعدازیکدمکاملاًعمیقویکبازدمکاملاًقویازریههاخارجکندومقدارطبیعیآندرحدود 4600 میلی لیتراست.
4- ظرفیتکلریوی:
مجموعظرفیتحیاتیوحجمباقیماندهاستومقدارهواییاستکهبعدازیکدمکاملاًعمیقدرریههاجمعمیشودومقدارآندرحدود 5800 میلی لیتراست.
حجمهاوظرفیتهایریویدرشرایطمساویسنیووزنیدرمردهادرحدود 20 تا 25 درصدبیشتراززناناست.
1-4-3 اهمیتحجمهاوظرفیتهایریه:
اندازهگیریحجمهاوظرفیتهایریوی،یکیازآزمایشاتمهمدربررسی بدن،اعمالریویاستکهبهتشخیصبیماریهایریویکمکمیکند.
اهمیتحجمجاری:
مقدارآنبستگیبهسن،جنس،وزنووضعیتسلامتفرددارد.حجمجاریدرفردسالم بین 6 الی 8 میلی لیترمیباشدکهمقدارحجمجاریتنظیمیبررویدستگاهونتیلاتور 1دربیمارانزیرتهویهمصنوع، بین 10 الی 15 میلی لیتراست.کهعلتآناضافهشدنفضایمردهدستگاهبهحجمجاریتنفساست.
اهمیتظرفیتحیاتی:
درریهسالمظرفیتحیاتی 80 % کلظرفیتریهراتشکیلمیدهد،درفلجعضلاتتنفسیومواردیکهقابلیتاتساعریههاراکاهشمیدهد،بوضوحظرفیتحیاتیکاهشمییابد.درنتیجهتعیینظرفیتحیاتییکیازسنجشهایمهمدرتعیینسیربیماریوپارامترمهمیدرتعیینجداسازیبیمارازونتیلاتوروخارجکردنلولهتراشهاستومقدارآن بین 10 الی 15 میلی لیترمیباشد.
اهمیتحجمباقیمانده:
اینحجمهواییاستکهحتیباشدیدترینبازدمهاهمازریههاخارجنمیشودواهمیتآندرایناستکهدرفواصلتنفس،مقدارهوایکافیدراختیارآلوئلهایریهقرارمیدهد.
فصل دوم
اجزای پروژه
2-1بلوک دیاگرام دستگاه
اندازه گیری ضربان قلب تندرستی وسلامت 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 دتکتور10 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 میکروکنترلر11 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 رویLCD12 نمایش بدهد. میکروکنترلر استفاده شده در این پروژه Atmega8 است.
شکل 1-2 : نحوه ارتباط مدارت پروژه در قسمت ضربان سنج
2-1-1حسگر پیزوالکتریک13:
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 می شود یا وقتی در میدان الکتریکی قرار می گیرد 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 می آیند. 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.
شکل 2-2 : نحوه ارتباط مدارات پروژه در قسمت سیگنال تنفسی
2-1-2مدار تقویت و فیلترینگ
مدار اصلاح کننده ی سیگنال متشکلاز دو فیلتر پایین گذر فعال یکسان با فرکانس قطع حدود 5/2 هرتز است. این به این معنی است که حداکثر ضربان قلب قابل اندازه گیری در حدود 150 ضربه در دقیقه است.تقویت کننده عملیاتی مورد استفاده در این مدار TL074CN یک تراشه که چهارآپ 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 ومانع شدن هر فرکانس بالایی که بصورت نویز در داخل سیگنال پدیدار می شود را حذف کنیم. بهره ی حاصل از هر مرحله فیلتر 101 است ، که تقویت کل تقریباً 10000 را می دهد. یک خازن 1UFدر ورودی هر طبقه برای جلوگیری از مولفه DC14در 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. دوLED15 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.
(1-2)Gain of each stage = 1 + Rf / Ri = 1 + 680 / 6.8 = 101
(2-2)Cutoff frequency = 1 / 2 π (Rf) (Cf) = 2.34 HZ
شکل 3-2 : مدار تقویت و فیلترینگ در قسمت ضربان قلب
مدار نرخ تنفسی متشکل از یک فیلتر پایین گذر فعال یکسان با فرکانس قطع حدود 5/0 هرتز است. این بدین معنی است که حداکثر تنفس قابل اندازه گیری در حدود 30بار 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 101 است. یک خازن 1UFدر 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 پیزومی آید و تبدیل آن را به یک پالس، فراهم می کند. سیگنال خروجی برای بهبود و شماردن به ورودی ATMEGA8L می رود.
(3-2)Gain of each stage = 1 + Rf / Ri = 1 + 1000 / 10 = 101
(4-2)Cutoff frequency = 1 / 2 π (Rf) (Cf) = 0.5 HZ
شکل 4-2 : مدار تقویت و فیلترینگ در قسمت سیگنال تنفسی
2-1-3میکروکنترلر
همانطور که در قسمت قبل اشاره شد، میکروکنترلر استفاده شده در این پروژه Atmega8 است.دلیل استفاده از این قطعه :
1 – نسبت به خانواده های دیگر Atmega و مدل های PIC16، پایین ترین توان کاری را دارد .
2- نسبت به PICها سرعت بیشتری دارد .
3- از ابعاد کوچک و حافظه ی بالایی برخوردار است .
4 – قیمت ارزان و مناسبی دارد .
شکل 5-2 : IC Atmega 8
2-1-4صفحه نمایش (LCD )
صفحه نمایش استفاده شده در این پروژه یک LCD، 16*2 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.
شکل 6-2 : اتصال صفحه نمایش
فصل سوم
نرم افزار وسخت افزار پروژه
3-1 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
'———————————————————
3-2 بدنه ی دستگاه
3-2-1 نمایی از سخت افزار دستگاه
شکل 1-3: نمای داخلی دستگاه
3-2-2 : نحوه ی ارتباط نمایشگر با میکرو در نرم افزار پروتئوس17
شکل 2-3 : ارتباط نمایشگر با میکرو
3-2-3نقشهی کامل دستگاه (شکل 3-3): نقشه دستگاه
3-2-4 نمونه ای از خروجیهای دستگاه
شکل 4-3: خروجی های دستگاه
شکل 5-3 دستگاه و پروب های آن
فهرست منابع
– فهرست منابع فارسی
کتاب های مرجع پزشکی و سایت های پزشکی ( سلامت ایران – سیمرغ و . . . ) از قبیل :
1- http://www.salamatiran.com/
2- http://www.seemorgh.com
3- http://www.tebyan.net/newindex.aspx?pid=14454
4- http://www.beytoote.com/health/malady-remedy/fruit-turn.html
5- http://fa.wikipedia.org/wiki
6- http://nursingscince.blogfa.com/
– فهرست منابع غیر فارسی
کتاب فیزیولوژی گیلبرت و سایت هایی از قبیل :
1- http://en.wikipedia.org/wiki/Pulse_oximeter#Indication
2- http://www.pulmolink.co.uk/products/pulse_oximeters/pulse-oximeter-work.html
3- http://homecaremag.com/senior-care-products/abcs-pulse-oximetry
4- http://www.brianmac.co.uk/index.htm
5- http://www.ifafitness.com/book/hr-charts.htm
6- http://printable-icio.ru/image.php?id=453733
7- http://www.houghtonphysicaltherapy.com/HeartMonth.htm
8- http://www.nestle.com.my/dearnestle/articles/Pages/article.aspx/35/Heart_Healthy_Foods_Youll_Love
1Heart Rate
2(Intensive Care Unit – Critical Care Unit)
3Carbon Dioxide
4Oxygen
5Warm Up
6Tidal Volume
7Inspiratory Reserve Volume
8Expiratory Reserve Volume
9Residual Volume
10Photo detector
11Micro Controller
12Liquid Crystal Display
13Piezoelectric
14Direct Current
15Light Emitting Diode
16Programmable Logic Controller
17PROTEUS
—————
————————————————————
—————
————————————————————
www.Prozhe.com
14
پالس متر
24
پالس متر
38
پالس متر