Автомат ЭКГ хэлхээний симулятор: 4 алхам

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

Электрокардиограм (ЭКГ) нь өвчтөний зүрхний цахилгаан үйл ажиллагааг хэмжих хүчтэй арга юм. Эдгээр цахилгаан потенциалын өвөрмөц хэлбэр нь бичлэг хийх электродуудын байршлаас хамаарч өөр өөр байдаг бөгөөд олон нөхцлийг илрүүлэхэд ашигладаг байжээ. Зүрхний янз бүрийн эмгэгийг эрт илрүүлснээр эмч нар өвчтөндөө тэдний нөхцөл байдлыг шийдвэрлэх олон зөвлөмж өгөх боломжтой. Энэхүү машин нь багажны өсгөгч, дараа нь ховилын шүүлтүүр ба туузан дамжуулагч шүүлтүүр гэсэн гурван үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ. Эдгээр хэсгүүдийн зорилго нь ирж буй дохиог нэмэгдүүлэх, хүсээгүй дохиог арилгах, холбогдох бүх биологийн дохиог дамжуулах явдал юм. Үр дүнгийн системийн дүн шинжилгээ нь электрокардиограм нь хүлээгдэж байсны дагуу ЭКГ -ийн дохиог гаргахын тулд хүссэн ажлаа гүйцэтгэж, зүрхний эмгэгийг илрүүлэхэд ашиг тустай болохыг харуулав.

Хангамж:

• LTSpice програм хангамж
• ЭКГ дохионы файлууд

Алхам 1: Хэмжих хэрэгслийн өсгөгч

Багаж хэрэгслийн өсгөгчийг заримдаа INA гэж товчилдог бөгөөд өвчтөнөөс ажиглагдаж буй доод түвшний биологийн дохиог нэмэгдүүлэхэд ашигладаг. Ердийн INA нь гурван үйлдлийн өсгөгч (Op Amps) -ээс бүрдэнэ. Хоёр Op Amps нь урвуу биш, дифференциал тохиргоонд хамгийн сүүлийн Op Amp байх ёстой. Оп өсгөгчтэй хамт долоон резистор ашигладаг бөгөөд эсэргүүцлийн утгыг өөрчилснөөр ашиг орлогоо өөрчилж чаддаг. Резисторуудаас гурван хос, нэг хэмжээтэй хэмжээтэй байдаг.

Энэ төслийн хувьд би дохиог нэмэгдүүлэхийн тулд 1000 -ийн ашиг олох болно. Дараа нь би R2, R3, R4 гэсэн дурын утгыг сонгох болно (R3 ба R4 нь ижил хэмжээтэй байх нь хамгийн хялбар байдаг, учир нь тэдгээр нь 1 болгож цуцалдаг тул тооцооллыг хялбарчлах боломжийг олгодог). Эндээс би R1 -ийг шаардлагатай бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хэмжээтэй байхыг шийдэж чадна.

Олз = (1 + 2R2/R1) * (R4/R3)

Дээрх ашиг орлогын тэгшитгэл ба R2 = 50kΩ ба R3 = R4 = 10kΩ утгыг ашиглан бид R1 = 100Ω болно.

Орлого нь үнэндээ 1000 байгаа эсэхийг шалгахын тулд бид.ac sweep функцээр хэлхээг ажиллуулж, өндөрлөг хаана байгааг ажиглаж болно. Энэ тохиолдолд 60 дБ байна. Доорх тэгшитгэлийг ашигласнаар бид dB -ийг хэмжээгүй Vout/Vin болгон хөрвүүлж болох бөгөөд энэ нь хүлээгдэж байсны дагуу 1000 болж дуусна.

Олз, dB = 20*лог (Vout/Vin)

Алхам 2: Ховилын шүүлтүүр

Дараагийн дизайн хийх бүрэлдэхүүн хэсэг бол ховилын шүүлтүүр юм. Энэхүү шүүлтүүрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн үнэ цэнэ нь ямар давтамж гаргахыг хүсч байгаагаас ихээхэн хамаардаг. Энэхүү дизайны хувьд бид эмнэлгийн багаж хэрэгслээр гаргадаг 60 Гц давтамжийг (fc) хасахыг хүсч байна.

Энэхүү загварыг ашиглахдаа зөвхөн хүссэн хэсгийг нь таслахаас гадна 60 Гц тэмдгийн ойролцоо хүссэн биологийн давтамжийг санамсаргүйгээр сулруулахгүйн тулд хоёр давхар ховилтой шүүлтүүрийг ашиглана. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн утгыг дур мэдэн эсэргүүцлийн утгыг сонгосноор олсон бөгөөд үүний дундаас би бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрт 2кОм (дээд Т), өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүрт (доод Т) 1кОм ашиглахаар шийдсэн. Доорх тэгшитгэлийг ашиглан би конденсаторын шаардлагатай утгыг тодорхойлсон.

fc = 1 / (4*pi*R*C)

LTSpice -ийн санал болгодог.ac sweep функцийг ашиглан Bode -ийн талбайг дахин оллоо.

Алхам 3: Band Pass шүүлтүүр

ЭКГ -ын автоматжуулсан системийн эцсийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь биологийн давтамжийг дамжуулахад шаардлагатай байдаг тул бидний сонирхож байгаа зүйл бол ердийн ЭКГ дохио нь 0.5 Гц -ээс 150 Гц (fc) хооронд байдаг тул хоёр шүүлтүүрийг ашиглаж болно. хамтлаг дамжуулах шүүлтүүр эсвэл бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр. Энэ загварт бага дамжуулалтаас арай илүү нарийвчлалтай тул зурвасын дамжуулагч шүүлтүүрийг ашигласан боловч биологийн давтамж нь ихэвчлэн өндөр давтамжтай байдаггүй тул энэ нь ажиллах боломжтой хэвээр байна.

Хамт нэвтрэх шүүлтүүр нь өндөр дамжуулах шүүлтүүр, бага нэвтрүүлэх шүүлтүүр гэсэн хоёр хэсгээс бүрдэнэ. Өндөр нэвтрүүлэх шүүлтүүр нь Op Amp -ийн өмнө ирдэг бөгөөд бага дамжуулалтын дараа байдаг. Ашиглах боломжтой олон төрлийн туузан дамжуулагч шүүлтүүрийн загвар байдаг гэдгийг санаарай.

fc = 1 / (2*pi*R*C)

Дахин хэлэхэд бусад хэсгүүдийн шаардлагатай утгыг олохын тулд дурын утгыг сонгоно. Сүүлийн шүүлтүүрт би дур мэдэн эсэргүүцлийн утгыг сонгож, конденсаторын утгыг шийдсэн. Та алийг нь эхлүүлэх нь хамаагүй гэдгийг харуулахын тулд резисторын утгыг шийдэхийн тулд конденсаторын дурын утгыг сонгох болно. Энэ тохиолдолд би 1uF конденсаторыг сонгосон. Дээрх тэгшитгэлийг ашиглан тус тусын эсэргүүцлийг шийдвэрлэхийн тулд нэг таслах давтамжийг ашигладаг. Энгийнээр хэлэхэд би өндөр дамжуулах болон бага дамжуулах хэсгүүдэд ижил конденсаторыг ашиглах болно. 0.5 Гц нь өндөр дамжуулах эсэргүүцлийг шийдвэрлэхэд ашиглагддаг бол 150 Гц -ийн хязгаарын давтамжийг бага дамжуулах эсэргүүцлийг олоход ашигладаг.

Bode схемийг хэлхээний дизайн зохих ёсоор ажиллаж байгаа эсэхийг шалгахад ашиглаж болно.

Алхам 4: Бүрэн систем

Бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг дангаар нь ажиллуулахыг баталгаажуулсны дараа эд ангиудыг нэг системд нэгтгэж болно. Импортын ЭКГ өгөгдөл ба ХОУХШ -ийн функцийг ашиглан хүчдэлийн үүсгүүр үүсгэгч системд хүссэн биологийн давтамжийг зохих ёсоор олшруулж, дамжуулахын тулд симуляци хийж болно.

Дээд талын дэлгэцийн зураг нь.tran функцийг ашиглан гаралтын өгөгдөл хэрхэн харагддагийн жишээ бөгөөд доод хэсгийн дэлгэцийн агшин нь.ac функцийг ашиглан тус тусад нь зурах болно.

Өөр өөр оролтын ЭКГ өгөгдлийг татаж авах боломжтой (энэ хуудсанд хоёр өөр ЭКГ оролтын файлыг нэмж оруулсан болно) бөгөөд системийг өөр өөр загварчлагдсан өвчтөнд турших функцэд оруулж болно.