LTspiceте ЭКГ сигналын моделдөө: 7 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:36

ЭКГ - жүрөктө пайда болгон электрдик сигналдарды өлчөө үчүн өтө кеңири таралган ыкма. Бул процедуранын жалпы идеясы - аритмия, коронардык артерия оорусу же инфаркт сыяктуу жүрөк көйгөйлөрүн табуу. Эгерде пациент көкүрөк оорусу, дем алуу кыйынчылыгы же жүрөктүн кагышы деп аталган тегиз эмес жүрөктүн согушу сыяктуу симптомдорду баштан кечирсе, бул зарыл болушу мүмкүн, бирок ошондой эле кардиостимуляторлордун жана башка имплантациялануучу аппараттардын туура иштешин камсыз кылуу үчүн колдонулушу мүмкүн. Бүткүл дүйнөлүк саламаттыкты сактоо уюмунун маалыматтары жүрөк-кан тамыр оорулары менен байланышкан оорулар глобалдык өлүмдүн эң чоң себептери экенин көрсөтүүдө; бул оорулар жыл сайын болжол менен 18 миллион адамды өлтүрөт. Ошондуктан, бул ооруларды көзөмөлдөп же ачып бере ала турган аппараттар абдан маанилүү, ошондуктан ЭКГ иштелип чыккан. ЭКГ-бул пациентке эч кандай коркунуч туудурбаган, инвазивдүү эмес медициналык тест, электроддор алынып салынганда кичине ыңгайсыздыкты эске албаганда.

Бул көрсөтмөдө көрсөтүлгөн толук аппарат оптималдуу жыйынтыктарды алуу үчүн ызы -чуу ЭКГ сигналын иштетүү үчүн бир нече компоненттерден турат. ЭКГ жазуулары адатта төмөнкү чыңалууда болот, андыктан бул сигналдарды анализ жүргүзүүдөн мурун күчөтүү керек, бул учурда приборлордун күчөткүчү. Ошондой эле, ЭКГ жазууларында ызы -чуу абдан көрүнүктүү, андыктан бул сигналдарды тазалоо үчүн чыпкалоо керек. Бул кийлигишүү ар кайсы жерден келип чыгышы мүмкүн, андыктан белгилүү үндөрдү жок кылуу үчүн ар кандай ыкмаларды колдонуу керек. Физиологиялык сигналдар кадимки диапазондо гана пайда болот, андыктан бул диапазондон тышкаркы ар кандай жыштыктарды алып салуу үчүн өткөрмө чыпкасы колдонулат. ЭКГ сигналындагы жалпы ызы -чуу электр линиясынын интерференциясы деп аталат, ал болжол менен 60 Гцде келип чыгат жана чыпкасы менен алынып салынат. Бул үч компонент бир эле учурда ЭКГ сигналын тазалоодо жана оңой чечмелөөгө жана диагноз коюуга мүмкүндүк берет жана алардын эффективдүүлүгүн текшерүү үчүн LTspiceде моделденет.

1 -кадам: Приборлордун күчөткүчүн (INA) куруу

Толук түзмөктүн биринчи компоненти ызы -чуу чөйрөдө жайгашкан кичинекей сигналдарды өлчөй турган приборлордун күчөткүчү (INA) болгон. Бул учурда, INA оптималдуу натыйжаларга мүмкүндүк берүү үчүн жогорку киреше (1 000 тегерегинде) менен жасалган. Тийиштүү резистордук баалуулуктары бар ИНАнын схемасы көрсөтүлгөн. Бул INAнын пайдасын теориялык жактан эсептеп, орнотуунун жарактуу экенин жана каршылыктын маанилери туура келгенин ырастоо үчүн эсептесе болот. Equation (1) теориялык пайда 1, 000 болгонун эсептөө үчүн колдонулган теңдөөнү көрсөтөт, мында R1 = R3, R4 = R5 жана R6 = R7.

Equation (1): Gain = (1 + (2R1 / R2)) * (R6 / R4)

2 -кадам: Bandpass чыпкасын куруу

Негизги ызы -чуунун булагы орган аркылуу таралуучу электрдик сигналдарды камтыйт, андыктан тармактын стандарты ЭКГдагы бурмалоолорду жоюу үчүн 0,5 Гц жана 150 Гц кесилиш жыштыктары бар тилкелүү чыпканы камтыйт. Бул чыпка бул жыштык диапазонунун сыртындагы сигналдарды жок кылуу үчүн жогорку өтмө жана аз өтмө чыпканы колдонгон. Бул чыпканын схемасы тиешелүү резистору жана конденсатору менен көрсөтүлгөн. Резисторлор менен конденсаторлордун так баалуулуктары (2) формуласында көрсөтүлгөн формуланы колдонуу менен табылган. Бул формула эки жолу колдонулган, бири 0,5 Гц жогорку өткөрмө кесүү жыштыгы үчүн, бири 150 Гц төмөн өтүү жыштыгы үчүн. Ар бир учурда, конденсатордун мааниси 1 мкФ болуп, резистордун мааниси эсептелген.

Equation 2: R = 1 / (2 * pi * Cutoff Frequency * C)

3 -кадам: Notch чыпкасын куруу

ЭКГ менен байланышкан ызы -чуунун дагы бир булагы электр чубалгылары жана башка электрондук жабдуулар менен шартталган, бирок чыпкасы менен жок кылынган. Бул чыпкалоо техникасы атайын 60 Гцтеги ызы -чууну жок кылуу үчүн жогорку өтмөк жана аз өтмө чыпканы колдонгон. Тиешелүү каршылыгы жана конденсаторунун мааниси бар оюк чыпкасынын схемасы көрсөтүлгөн. Так каршылыктын жана конденсатордун мааниси R1 = R2 = 2R3 жана C1 = 2C2 = 2C3 деп аныкталган. Андан кийин, 60 Гц кесилиш жыштыгын камсыз кылуу үчүн, R1 1 кОмго коюлган, жана Equation (3) С1дин маанисин табуу үчүн колдонулган.

Equation 3: C = 1 / (4 * pi * Cutoff Frequency * R)

4 -кадам: Толук системаны куруу

Акыр -аягы, бардык үч компонент толугу менен шаймандын туура иштешин камсыз кылуу үчүн сыналган. Толук система ишке ашырылганда конкреттүү компоненттердин мааниси өзгөргөн жок, жана симуляциянын параметрлери 4 -сүрөттө камтылган. Ар бир бөлүк төмөнкү тартипте бири -бирине серия менен туташкан: INA, тилкелүү чыпка жана оюк чыпкасы. Чыпкаларды алмаштыруу мүмкүн болсо да, INA биринчи компонент катары калышы керек, андыктан ар кандай чыпкалоодон мурун күчөтүү болушу мүмкүн.

5 -кадам: Ар бир компонентти текшерүү

Бул системанын аныктыгын текшерүү үчүн, ар бир компонент алгач өзүнчө, андан кийин бүт система сыналган. Ар бир сыноо үчүн, кирүү сигналы физиологиялык сигналдардын типтүү диапазонунда (5 мВ жана 1 кГц) болууга коюлган, ошондуктан система мүмкүн болушунча так болушу мүмкүн. ACны тазалоо жана убактылуу анализ ИНА үчүн аяктады, ошондуктан кирешени эки ыкманы колдонуу менен аныктоого болот (Equations (4) жана (5)). Чыпкалар каалаган ылдамдыкта болушун камсыз кылуу үчүн экөө тең AC шыпыргычынын жардамы менен сыналган.

Equation 4: Gain = 10 ^ (dB / 20) Equation 5: Gain = Output Voltage / Input Voltage

Көрсөтүлгөн биринчи сүрөт INAнын AC тазалагычы, экинчи жана үчүнчүсү INAнын кирүү жана чыгуу чыңалуусу үчүн убактылуу анализи. Төртүнчүсү - өткөргүч чыпканын AC тазалагычы, бешинчиси - оюк чыпкасынын AC тазалагычы.

6 -кадам: Толук системаны тестирлөө

Акыр -аягы, толук система AC тазалоо жана убактылуу анализ менен текшерилген; бирок, бул системага киргизүү реалдуу ЭКГ сигналы болгон. Жогорудагы биринчи сүрөт AC тазалоонун жыйынтыктарын көрсөтөт, экинчиси убактылуу анализдин жыйынтыгын көрсөтөт. Ар бир сызык ар бир компоненттен кийин алынган өлчөөгө туура келет: жашыл - ИНА, көк - өткөрмө чыпкасы жана кызыл - оюк чыпкасы. Акыркы сүрөт оңой анализдөө үчүн белгилүү бир ЭКГ толкунуна жакындатат.

7 -кадам: Акыркы ойлор

Жалпысынан алганда, бул система ЭКГ сигналын кабыл алуу, аны күчөтүү жана керексиз ызы -чууну оңой чечмелөө үчүн алынып салынган. Толук система үчүн, инструменттердин күчөткүчү, өткөрмө чыпкасы жана оюк чыпкасы максатка жетүү үчүн конструкциянын өзгөчөлүктөрүн эске алуу менен иштелип чыккан. Бул компоненттерди LTspiceде иштеп чыккандан кийин, ар бир компоненттин жана бүтүндөй системанын аныктыгын текшерүү үчүн AC тазалоо жана убактылуу анализдердин айкалышы жүргүзүлдү. Бул тесттер системанын жалпы дизайны жарактуу экенин жана ар бир компонент күтүлгөндөй иштеп жатканын көрсөттү.

Келечекте, бул система физикалык схемага айландырылышы мүмкүн, ал эми ЭКГнын маалыматтары тирүү. Бул тесттер долбоордун жарактуу экендигин аныктоодо акыркы кадам болмок. Аяктагандан кийин, система ар кандай саламаттыкты сактоо шарттарында колдонууга ылайыкташтырылып, клиниктерге жүрөк ооруларын диагноздоого жана дарылоого жардам берүү үчүн колдонулушу мүмкүн.