Симуляцияланган ЭКГ схемасы: 7 кадам

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

Электрокардиограмма - бул олуттуу оорулардын стандарттык изилдөөлөрүндө жана диагноздорунда колдонулган жалпы тест. ЭКГ деп аталган бул аппарат жүрөктүн согуусун жөнгө салуучу дененин ичиндеги электрдик сигналдарды өлчөйт. Тест субъекттин терисине электроддорду колдонуу жана көрсөтүлгөн ЭКГ толкун формасын алган чыгууну байкоо жолу менен жүргүзүлөт. Бул толкун формасында P толкуну, QRS комплекси жана Т толкуну бар, алардын ар бири физиологиялык жоопту билдирет. Бул колдонмо схеманы симуляциялоочу программада ЭКГды моделдөө кадамдарынан өтөт.

Берилиштер:

LTSpice же окшош схема симулятору

1 -кадам: Инструменталдык күчөткүчтү куруңуз

Аспаптык күчөткүчтүн максаты - көбүнчө ызы -чуунун жогорку деңгээли менен курчалган өтө кичинекей сигналды күчөтүү. EMGге кирген сигналдын чыңалуусу адатта 1 мВтан 5 мВка чейин болот жана бул этаптын максаты болжол менен 1000ге жакын киреше менен бул сигналды күчөтүү. R1 = R2, R4 = R5 жана R6 = R7:

Пайда = K1*K2, мында K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

Ошентип, киреше 1000ге барабар болду, ошондуктан K1 жана K2 болжол менен 31.6. Кээ бир резисторлор өзүм билемдик менен, башкалары эсептелиши мүмкүн, эгерде пайда теңдемеси 1000ге барабар болсо. Физикалык схемада электроддор иштөөчү күчөткүчтөргө кирет, бирок симуляция үчүн бири негизделген, экинчиси белгилөө үчүн колдонулат потенциалдуу айырма. Vin түйүнү кийинчерээк киргизүү толкундарын имитациялоо үчүн колдонулат. Vout түйүнү ЭКГнын кийинки баскычына алып барат. A LTC1151 ыкчам күчөткүчү LTSpice китепканасында жайгашкандыктан, CMRRи жогору жана медициналык приборлордо колдонулган. +15V жана -15V чыңалуусу бар ар кандай негизги иштөөчү күчөткүч бул системада иштейт.

2 -кадам: Notch чыпкасын куруңуз

ЭКГдагы кийинки этап - бул 60 Гц жыштыкта пайда болгон электр чубалгыларынын тоскоолдуктарын чыпкалоо үчүн чыпкасы. Ночной фильтр сингулярдык жыштыкка өтө жакын келип чыккан сигналдардын кичине диапазонун алып салуу менен иштейт. Ошондуктан, 60 Гц кесилиш жыштыгын жана чектик жыштык теңдемесин колдонуу менен, ылайыктуу резисторлорду жана конденсаторлорду тандай аласыз. Жогорудагы схеманы колдонуп, C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10 жана R8 = R9 = 2*R10 экенин белгилеп, конденсатордун баалуулуктарын өзүм билемдик менен тандап алса болот (Мисал тандалган 1uF конденсаторун көрсөтөт). Төмөнкү теңдеменин жардамы менен резистордун тиешелүү маанилерин ушул этапта эсептеп, колдонсо болот:

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

Vin түйүнү приборлордун күчөткүчүнүн чыгышы жана Vout түйүнү кийинки баскычка алып барат.

3 -кадам: Bandpass чыпкасын куруу

Системанын акыркы этабы белгилүү бир жыштык диапазонунун астындагы жана астындагы ызы -чууну кетирүү үчүн активдүү өткөрмө чыпкадан турат. Убакыттын өтүшү менен өзгөрүп турган сигналдын базалык тенденциясы 0,6 Гцтен төмөн жана булчуңдардын ызы -чуусунан келип чыккан EMG ызы -чуусу 100 Гцтен жогору жыштыктарда пайда болот. Ошондуктан, бул сандар чекит жыштыктары катары коюлат. Өтмө чыпка төмөн өтүү чыпкасынан кийин жогорку өтүү чыпкасынан турат. Бирок, эки чыпка бирдей жыштыкка ээ:

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

Ыктыярдуу конденсатордун мааниси катары 1uF жана 0,6 жана 100 чектери катары резистордун маанилери чыпканын тиешелүү бөлүктөрү үчүн эсептелген. Вин түйүнү чыпканын чыпкасынан чыгат жана Vout түйүнү толук системанын окшоштурулган өндүрүшү өлчөнөт. Физикалык системада бул чыгаруу ЭКГ толкундарын реалдуу убакытта көрүү үчүн осциллографка же окшош дисплейге туташат.

4 -кадам: Аспаптык күчөткүчтү сынап көрүңүз

Кийинки, приборлордун күчөткүчү 1000 кирешени камсыз кылуу үчүн текшерилет. Бул үчүн синусоидалдык толкунду каалагандай жыштыкта жана амплитудада киргизүү керек. Бул мисал EMG толкунун жана 1000 Гц жыштыгын көрсөтүү үчүн амплитудасынын чокусуна 2мВ чокусун колдонгон. Приборлордун күчөткүчүн схеманы симуляциялоочу программада туурап, киргизүү жана чыгаруу толкундарынын формаларын түзүңүз. Курсор функциясын колдонуп, киргизүү жана чыгаруу чоңдуктарын жазыңыз жана кирешени Gain = Vout/Vin менен эсептеңиз. Бул киреше болжол менен 1000 болсо, бул этап туура иштеп жатат. Кошумча статистикалык анализ бул этапта резистордун толеранттуулугун эске алуу менен жана резистордун маанилерин +5% жана -5% га өзгөртүп, анын чыгуу толкунуна жана андан кийинки кирешеге кандай таасир этерин көрүү үчүн жүргүзүлүшү мүмкүн.

5 -кадам: Notch чыпкасын сынап көрүңүз

60 Гц камтыган диапазондогу AC чыпкасын аткарып, чыпканы текшериңиз. Бул мисалда, шыпыруу 1 Гцтен 200 Гцке чейин чуркады. Пайда болгон сюжет, Vout түйүнүндө өлчөнгөндө, Гцде дБ менен жыштыктагы күчөтүүнүн графигин чыгарат. График 60 Гцтен алыс жыштыктарда 0 дБ күчөтүүдөн башталып, бүтүшү керек жана 60 Гцте же абдан жакын жерде күчөтүүнүн чоң тамчысы көрүнүшү керек. Бул бул жыштыкта пайда болгон сигналдардын керектүү сигналдан туура алынып жатканын көрсөтүп турат. Кошумча статистикалык анализ бул этапта резистордун толеранттуулугун эске алуу менен жана резистор менен конденсатордун баалуулугун +5% жана -5% га өзгөртүү менен жүргүзүлүшү мүмкүн, бул анын эксперименталдык үзүлүү жыштыгына кандай таасир этерин көрүү үчүн (графикалык түрдө эң начарлашы жыштык).

6 -кадам: Bandpass чыпкасын сыноо

Акыр -аягы, башка AC тазалоо талдоосун аткаруу менен өткөрмө чыпканы сынап көрүңүз. Бул жолу шыпыруу 0,6дан аз жана 100дөн жогору жыштыкта болушу керек, бул өткөрмө графикалык түрдө көрүлүшү үчүн. Дагы бир жолу схемада көрсөтүлгөн Vout түйүнүндө өлчөө менен анализ жүргүзүңүз. Чыгаруу жогорудагы сүрөттө окшош болушу керек, мында күчөтүү терс, 0.6-100Гц диапазонунан алысыраак. Күчөтүү -3dB болгон чекиттер 0,6 жана 100 Гц болушу керек, же маанилери тиешелүү түрдө биринчи жана экинчи пункттар үчүн абдан жакын. -3dB чекиттери сигнал бул жыштыктарда чыгаруу баштапкы кубаттуулуктун жарымына чейин азайып калганда билдирет. Ошондуктан, -3dB чекиттери чыпкалар үчүн сигналдардын начарлашын талдоо үчүн колдонулат. Эгерде чыгарылган графикте -3dB чекиттери өткөрмө диапазонуна дал келсе, этап туура иштеп жатат.

Кошумча статистикалык анализ бул этапта резистордун толеранттуулугун эске алуу менен жана эксперименталдык жыштыктарга кандай таасир этерин көрүү үчүн резистордун жана конденсатордун баалуулуктарын +5% жана -5% га чейин өзгөртүү аркылуу аткарылышы мүмкүн.

7 -кадам: Толук ЭКГ системасын бириктирүү

Акыр -аягы, бардык үч стадия туура иштеп жаткандыгы тастыкталганда, ЭКГнын үч стадиясын чогуу жайгаштырыңыз жана акыркы жыйынтык жасалат. Симуляцияланган ЭКГ толкуну приборлордун күчөткүч стадиясына киргизилиши мүмкүн жана чыгарылган толкун күчөтүлгөн ЭКГ толкуну болушу керек.