Үндсэн электрокардиограммыг олж авах, олшруулах, шүүх схемийн дизайн: 6 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Энэхүү зааварчилгааг дуусгахын тулд компьютер, интернет холболт, симуляцийн програм хангамж л хэрэгтэй. Энэхүү дизайны зорилгоор бүх хэлхээ ба симуляцийг LTspice XVII дээр ажиллуулах болно. Энэхүү симуляцийн програм хангамж нь 1000 гаруй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын санг агуулдаг бөгөөд энэ нь хэлхээг үүсгэхэд маш хялбар болгодог. Эдгээр хэлхээг ерөнхийд нь харуулах тул op-amp шаардлагатай бүх тохиолдолд "UniversalOpAmp2" -ийг ашиглах болно. Нэмж дурдахад op -amp тус бүр нь +15V ба -15V цахилгаан тэжээлээр тэжээгддэг. Эдгээр тэжээлийн эх үүсвэрүүд нь зөвхөн op-amp-ийг тэжээхээс гадна эдгээр хоёр нэмэлтийн аль нэгэнд хүрэх тохиолдолд гаралтын хүчдэлийг бууруулдаг.

Алхам 1: Хэмжих хэрэгслийн өсгөгчийн загвар

Дохиог олж авсны дараа үүнийг тооцоолох, шүүлтүүр хийхийн тулд үүнийг нэмэгдүүлэх шаардлагатай. Электрокардиограмын хувьд олшруулах хамгийн түгээмэл арга бол багажийн өсгөгч юм. Өмнө дурьдсанчлан, багаж хэрэгслийн өсгөгч нь олшруулах хэлхээний хувьд олон давуу талтай байдаг бөгөөд хамгийн том нь оролтын хүчдэлийн хоорондох өндөр эсэргүүцэл юм. Энэхүү хэлхээг бүтээхийн тулд долоон резистортой хамт 3 оп-ампер ашигласан бөгөөд зургаа нь ижил хэмжээтэй байв. Ихэнх электрокардиограммуудын ашиг оролтын дохионоос 1000 дахин их байдаг [1]. Багаж хэрэгслийн өсгөгчийн ашиг орлогын тэгшитгэл дараах байдалтай байна: Олз = 1 + (2 * R1/R2) * (R7/R6). Энгийн байхын тулд резистор бүрийг 2 ом гэж тодорхойлсон R2 -ийг эс тооцвол 1000 ом гэж үзжээ. Эдгээр утгууд нь оролтын хүчдэлээс 1001 дахин их ашиг өгдөг. Энэхүү ашиг нь олж авсан дохиог сайжруулж, цаашид дүн шинжилгээ хийхэд хангалттай юм. Гэсэн хэдий ч тэгшитгэлийг ашигласнаар ашиг орлого нь хэлхээнийхээ дизайны хувьд хүссэн бүх зүйл байж болно.

Алхам 2: Band Pass шүүлтүүрийн дизайн

Туузан нэвтрэх шүүлтүүр нь өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр ба бага дамжуулалтын шүүлтүүр бөгөөд ихэвчлэн дамжуулах зурвас гэж нэрлэгддэг зүйлийг хангахын тулд op-amp-тай ажилладаг. Нэвтрэх зурвас бол бусад болон бусад бүх хүмүүс татгалзах үед дамжих давтамжийн хүрээ юм. Үйлдвэрийн стандартад стандарт электрокардиограмм нь 0.5 Гц -ээс 150 Гц хүртэл дамжуулах зурвастай байх ёстой гэж заасан байдаг [2]. Энэхүү том нэвтрүүлэх зурвас нь зүрхнээс ирэх бүх цахилгаан дохиог бүртгэж, нэгийг нь ч шүүхгүй болгодог. Үүний нэгэн адил, энэ нэвтрэх зурвас нь дохио тасалдуулж болзошгүй аливаа DC офсетаас татгалздаг. Үүнийг зохион бүтээхийн тулд тодорхой эсэргүүцэл ба конденсаторыг сонгох шаардлагатай бөгөөд ингэснээр өндөр дамжуулалтын таслах давтамж 0.5 Гц, бага дамжуулалтын таслах давтамж 150 Гц байх ёстой. Өндөр дамжуулалт ба бага дамжуулалтын шүүлтүүрийн хоёулангийнх нь хязгаарын давтамжийн тэгшитгэл дараах байдалтай байна: Fc = 1/(2*pi*RC). Миний тооцооллын хувьд дурын эсэргүүцэл сонгосон бөгөөд дараа нь тэгшитгэл 4 -ийг ашиглан конденсаторын утгыг тооцоолов. Тиймээс өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь резисторын утга 100 000 Ом, конденсаторын үнэ 3.1831 микрофарад байх болно. Үүний нэгэн адил, бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь резисторын үнэ 100,000 ом, конденсаторын үнэ 10.61 нано-фарадтай байх болно. Тохируулсан утгатай хамт нэвтрүүлэх шүүлтүүрийн диаграммыг үзүүлэв.

Алхам 3: Ховилын шүүлтүүрийн дизайн

Ховилын шүүлтүүр нь үндсэндээ туузан дамжуулагч шүүлтүүрийн эсрэг юм. Өндөр дамжуулалт, бага дамжуулалт байхын оронд энэ нь бага дамжуулалт, дараа нь өндөр дамжуулалт тул нэг жижиг дуу чимээг арилгах боломжтой. Электрокардиограмын ховилын шүүлтүүрийн хувьд Twin-T ховилын шүүлтүүрийн загварыг ашигласан. Энэхүү загвар нь төвийн давтамжийг шүүж, чанарын том хүчин зүйл болдог. Энэ тохиолдолд салах төвийн давтамж нь 60 Гц байв. Тэгшитгэл 4 -ийг ашиглан резисторын утгыг 0.1 микрофарадын конденсаторыг ашиглан тооцоолсон болно. 60 Гц зогсолтын зурвасын эсэргүүцлийн тооцоолсон утга нь 26, 525 ом байв. Дараа нь R5 -ийг R3 ба R4 -ийн ½ гэж тооцоолсон. С3 -ийг мөн C1 ба C2 -д сонгосон утгаас хоёр дахин их гэж тооцсон болно [3]. R1 ба R2 -ийн хувьд дур зоргоороо резистор сонгосон.

Алхам 4: Хосолсон хэлхээ

Торыг ашиглан эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг цувралаар байрлуулж, дууссан хэлхээний зургийг дүрсэлсэн болно. Springer Science сэтгүүлд нийтлэгдсэн баримт бичгийн дагуу бүхэл бүтэн хэлхээг тохируулах үед ЭКГ -ийн хүлээн зөвшөөрөгдөх ашиг нь 70 дБ орчим байх ёстой [4].

Алхам 5: Бүх хэлхээг турших

Бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг цувралаар байрлуулахад дизайны баталгаажуулалт хийх шаардлагатай болсон. Энэ хэлхээг туршиж үзэхэд бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүд нэг дор ажиллаж байгаа эсэхийг тодорхойлохын тулд түр зуурын болон хувьсах гүйдлийн шүүрийг хоёуланг нь хийсэн. Хэрэв ийм байсан бол түр зуурын гаралтын хүчдэл нь оролтын хүчдэлээс 1000 дахин их байх болно. Үүний нэгэн адил, АС цэвэрлэгээ хийх үед 60 Гц давтамжтай туузан дамжуулалтын шүүлтүүр хийх төлөвлөгөө гарна. Зураг дээрх зургуудыг харвал энэ хэлхээ нь эдгээр хоёр зорилгоо амжилттай биелүүлж чадсан юм. Өөр нэг туршилт нь ховилын шүүлтүүрийн үр ашгийг харах явдал байв. Үүнийг шалгахын тулд 60 Гц давтамжтай дохиог хэлхээгээр дамжуулсан. Зурагт үзүүлсэн шиг энэ гаралтын хэмжээ нь оролтын хэмжээнээс ердөө 5 дахин их байсан бөгөөд давтамж нь дамжуулах зурвасын дотор байх үед 1000 дахин их байв.

Алхам 6: Нөөц:

[1] "ЭКГ хэмжих систем," Columbia.edu, 2020. https://www.cisl.columbia.edu/kinget_group/student_projects/ECG%20Report/E6001%20ECG%20final%20report.htm (12 -р сарын 01 -нд нэвтэрсэн, 2020).

[2] Л. Г. Терещенко, М. Э. Жозефсон, "Ховдолын дамжуулалтын давтамжийн агуулга ба шинж чанарууд", Электрокардиологийн сэтгүүл, боть. 48, үгүй. 6, хуудас 933–937, 2015, doi: 10.1016/j.jelectrocard.2015.08.034.

[3] "Band Stop Filters-ийг татгалзах шүүлтүүр гэж нэрлэдэг." Электроникийн үндсэн хичээл, 2018 оны 5-р сарын 22.

[4] Н. Гулер, У. Фидан, “ЭКГ дохионы утасгүй дамжуулалт”, Springer Science, vol. 2005 оны 4-р сарын 30, doi: 10.1007/s10916-005-7980-5.