LTspice дахь ЭКГ дохионы загварчлал: 7 алхам

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

ЭКГ бол зүрхэнд тохиолддог цахилгаан дохиог хэмжих маш түгээмэл арга юм. Энэ процедурын ерөнхий санаа бол хэм алдагдал, титэм судасны өвчин, зүрхний шигдээс гэх мэт зүрхний асуудлуудыг олох явдал юм. Өвчтөн цээжээр өвдөх, амьсгал давчдах, зүрх дэлсэх гэж нэрлэгддэг жигд бус зүрхний цохилт гэх мэт шинж тэмдэг илэрвэл шаардлагатай байж болох ч зүрхний аппарат болон бусад суулгаж болох төхөөрөмжүүд зөв ажиллаж байгаа эсэхийг баталгаажуулахын тулд ашиглаж болно. Дэлхийн Эрүүл Мэндийн Байгууллагын мэдээллээс үзэхэд зүрх судаснаас үүдэлтэй өвчин дэлхий даяар нас баралтын хамгийн том шалтгаан болж байна. Эдгээр өвчнүүд жил бүр ойролцоогоор 18 сая хүн нас бардаг. Тиймээс эдгээр өвчнийг хянах эсвэл илрүүлэх төхөөрөмж нь маш чухал ач холбогдолтой тул ЭКГ -ийг боловсруулсан болно. ЭКГ нь электродуудыг зайлуулах үед бага зэргийн таагүй мэдрэмжийг эс тооцвол өвчтөнд ямар ч аюул занал учруулдаггүй бүрэн инвазив бус эмнэлгийн шинжилгээ юм.

Энэхүү зааварт заасан бүрэн төхөөрөмж нь дуу чимээтэй ЭКГ дохиог удирдах хэд хэдэн бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэх бөгөөд ингэснээр оновчтой үр дүнд хүрэх боломжтой болно. ЭКГ -ийн бичлэг нь ихэвчлэн бага хүчдэлтэй байдаг тул шинжилгээ хийхээс өмнө эдгээр дохиог нэмэгдүүлэх шаардлагатай бөгөөд энэ тохиолдолд багаж хэрэгслийн өсгөгчтэй болно. Түүнчлэн, дуу чимээ нь ЭКГ -ийн бичлэг дээр маш тод илэрдэг тул эдгээр дохиог цэвэрлэхийн тулд шүүлтүүр хийх шаардлагатай болдог. Энэ хөндлөнгийн оролцоо нь янз бүрийн газраас гарч болох тул тодорхой дуу чимээг арилгахын тулд өөр өөр арга барилыг ашиглах шаардлагатай байна. Физиологийн дохио нь зөвхөн ердийн хязгаарт л гардаг тул энэ давтамжаас гадуур байгаа давтамжийг арилгахын тулд зурвас дамжуулах шүүлтүүрийг ашигладаг. ЭКГ дохионы нийтлэг дуу чимээг цахилгаан шугамын хөндлөнгийн оролцоо гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь ойролцоогоор 60 Гц давтамжтай бөгөөд ховилын шүүлтүүрээр арилдаг. Эдгээр гурван бүрэлдэхүүн хэсэг нь ЭКГ -ийн дохиог цэвэрлэх, тайлбарлах, оношлох ажлыг хөнгөвчлөхийн тулд нэгэн зэрэг ажилладаг бөгөөд тэдгээрийн үр нөлөөг шалгахын тулд LTspice -д загварчлах болно.

Алхам 1: Хэмжих хэрэгслийн өсгөгч (INA) бүтээх

Бүрэн төхөөрөмжийн анхны бүрэлдэхүүн хэсэг нь дуу чимээ ихтэй орчинд байгаа жижиг дохиог хэмжих багажны өсгөгч (INA) байв. Энэ тохиолдолд оновчтой үр дүнд хүрэхийн тулд INA -ийг өндөр ашиг олсон (ойролцоогоор 1000 орчим) хийсэн. Холбогдох эсэргүүцлийн утгатай INA -ийн схемийг үзүүлэв. Энэхүү INA -ийн ашгийг онолын хувьд тооцоолж, тохиргоо зөв хийгдсэн бөгөөд резисторын утга зохистой гэдгийг баталж чадна. Тэгшитгэл (1) нь онолын ашиг 1, 000 байсан бөгөөд үүнийг R1 = R3, R4 = R5, R6 = R7 гэж тооцоолоход ашигласан тэгшитгэлийг харуулав.

Тэгшитгэл (1): Олз = (1 + (2R1 / R2)) * (R6 / R4)

Алхам 2: Bandpass шүүлтүүрийг бий болгох

Дуу чимээний гол эх үүсвэр нь биеэр дамжин тархдаг цахилгаан дохионууд байдаг тул ЭКГ -аас гарсан гажуудлыг арилгахын тулд 0.5 Гц ба 150 Гц -ийн хязгаартай давтамжтай туузан дамжуулагч шүүлтүүрийг салбарын стандартад оруулах ёстой. Энэхүү шүүлтүүр нь энэхүү давтамжийн хүрээнээс гадуур дохиог арилгахын тулд өндөр дамжуулалт, бага дамжуулалтын шүүлтүүрийг цувралаар ашигласан болно. Энэхүү шүүлтүүрийн эсэргүүцэл ба конденсаторын утгыг харуулав. Резистор ба конденсаторын яг утгыг томъёо (2) -д үзүүлсэн томъёог ашиглан олсон. Энэхүү томъёог хоёр удаа ашигласан бөгөөд нэгийг нь 0.5 Гц -ийн өндөр нэвтрүүлэх таслалтын давтамжид, нэгийг нь 150 Гц -ийн бага дамжуулалтын таслалтын давтамжид ашигласан. Аль ч тохиолдолд конденсаторын утгыг 1 μF болгож, резисторын утгыг тооцоолсон болно.

Томъёо 2: R = 1 / (2 * pi * Таслах давтамж * C)

Алхам 3: Ховилын шүүлтүүрийг бий болгох

ЭКГ -тэй холбоотой дуу чимээний өөр нэг эх үүсвэр нь цахилгаан шугам болон бусад электрон төхөөрөмжөөс үүдэлтэй боловч ховилын шүүлтүүрээр арилгасан болно. Энэхүү шүүлтүүрийн техник нь 60 Гц давтамжтай дуу чимээг арилгахын тулд өндөр дамжуулалт ба бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийг зэрэгцээ ашигласан болно. Ховилын шүүлтүүрийн эсэргүүцэл ба конденсаторын утгыг харуулав. Резистор ба конденсаторын яг утгыг R1 = R2 = 2R3 ба C1 = 2C2 = 2C3 гэж тодорхойлсон. Дараа нь 60 Гц -ийн таслах давтамжийг хангахын тулд R1 -ийг 1 кОм болгож, C1 -ийн утгыг олохын тулд тэгшитгэл (3) -ийг ашигласан.

Томъёо 3: C = 1 / (4 * pi * Таслах давтамж * R)

Алхам 4: Бүрэн системийг бий болгох

Эцэст нь бүхэл бүтэн төхөөрөмжийг зөв ажиллуулахын тулд гурван бүрэлдэхүүн хэсгийг туршиж үзсэн. Бүтэн системийг хэрэгжүүлж байх үед бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн тодорхой утгууд өөрчлөгдөөгүй бөгөөд симуляцийн параметрүүдийг Зураг 4 -т оруулсан болно. Хэсэг бүрийг дараах дарааллаар бие биентэйгээ дараалан холбосон болно: INA, зурвас нэвтрүүлэх шүүлтүүр, ховилын шүүлтүүр. Шүүлтүүрийг сольж болох боловч INA нь эхний бүрэлдэхүүн хэсэг хэвээр байх ёстой бөгөөд ингэснээр ямар ч шүүлт хийхээс өмнө олшруулалт хийх боломжтой болно.

Алхам 5: Бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг турших

Энэ системийн хүчин төгөлдөр байдлыг шалгахын тулд бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийг тус тусад нь туршиж, дараа нь бүхэл системийг туршиж үзсэн. Туршилт бүрийн хувьд оролтын дохио нь физиологийн дохионы ердийн хязгаарт (5 мВ ба 1 кГц) байхаар тохируулагдсан бөгөөд ингэснээр систем аль болох нарийвчлалтай байх боломжтой болно. INA -ийн AC цэвэрлэгээ, түр зуурын шинжилгээг хийсэн бөгөөд ингэснээр ашиг орлогыг хоёр аргыг ашиглан тодорхойлж болно (Тэгшитгэл (4) ба (5)). Шүүлтүүрийг хоёуланг нь таслах давтамжийг хүссэн утгаар нь хангахын тулд хувьсах гүйдлийн шүүр ашиглан туршиж үзсэн.

Тэгшитгэл 4: Олз = 10 ^ (дБ / 20) Тэгшитгэл 5: Олз = Гаралтын хүчдэл / Оролтын хүчдэл

Үзүүлсэн эхний зураг бол INA -ийн AC цэвэрлэгээ, хоёр ба гурав дахь нь оролт, гаралтын хүчдэлийн INA -ийн түр зуурын дүн шинжилгээ юм. Дөрөв дэх нь зурвас дамжуулах шүүлтүүрийн AC шүүр, тав дахь нь ховилын шүүлтүүрийн AC шүүр юм.

Алхам 6: Бүтэн системийг турших

Эцэст нь, бүрэн системийг хувьсах гүйдлийн цэвэрлэгээ, түр зуурын шинжилгээгээр туршсан; Гэсэн хэдий ч энэ системд оруулсан оролт нь бодит ЭКГ дохио байв. Дээрх эхний зураг нь хувьсах гүйдлийг цэвэрлэх үр дүнг харуулсан бол хоёр дахь зураг нь түр зуурын шинжилгээний үр дүнг харуулж байна. Мөр бүр нь бүрэлдэхүүн хэсэг бүрийн дараа авсан хэмжилттэй тохирч байна: ногоон - INA, цэнхэр - зурвас нэвтрүүлэх шүүлтүүр, улаан - ховилын шүүлтүүр. Дүгнэлт хийхэд хялбар болгохын тулд эцсийн дүрс нь тодорхой нэг ЭКГ долгион дээр томруулдаг.

Алхам 7: Эцсийн бодол

Ерөнхийдөө энэ систем нь ЭКГ -ийн дохиог хүлээн авах, өсгөх, хүсээгүй дуу чимээг арилгахад зориулагдсан бөгөөд үүнийг хялбархан тайлбарлаж болно. Бүрэн системийн хувьд зорилгодоо хүрэхийн тулд багаж хэрэгслийн өсгөгч, зурвас дамжуулах шүүлтүүр, ховилын шүүлтүүрийг дизайны тодорхой үзүүлэлтүүдийг харгалзан боловсруулсан болно. LTspice дээр эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг зохион бүтээсний дараа бүрэлдэхүүн хэсэг болон бүхэл бүтэн системийн хүчин төгөлдөр байдлыг шалгахын тулд хувьсах гүйдлийн цэвэрлэгээ ба түр зуурын шинжилгээг хийсэн. Эдгээр туршилтууд нь системийн ерөнхий загвар хүчин төгөлдөр бөгөөд бүрэлдэхүүн хэсэг бүр хүлээгдэж буй байдлаар ажиллаж байгааг харуулсан.

Ирээдүйд энэ системийг ЭКГ -ийн амьд өгөгдлийг шалгахын тулд физик хэлхээнд хөрвүүлж болно. Эдгээр туршилтууд нь дизайн хүчин төгөлдөр эсэхийг тодорхойлох эцсийн алхам болно. Дууссаны дараа уг системийг эрүүл мэндийн янз бүрийн нөхцөлд ашиглахаар тохируулж, эмч нарт зүрхний өвчнийг оношлох, эмчлэхэд туслах зорилгоор ашиглаж болно.