Upataji, Ukuzaji, na Kuchuja Usanifu wa Mzunguko wa Electrocardiogram ya Msingi: Hatua 6

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:48

Ili kukamilisha mafunzo haya, vitu pekee vinavyohitajika ni kompyuta, ufikiaji wa mtandao, na programu zingine za kuiga. Kwa madhumuni ya muundo huu, nyaya zote na uigaji zitaendeshwa kwenye LTspice XVII. Programu hii ya masimulizi ina maktaba ya zaidi ya vifaa elfu 1, ambayo inafanya uundaji wa mizunguko iwe rahisi sana. Kwa sababu mizunguko hii itakuwa ya jumla, "UniversalOpAmp2" itatumika kwa kila mfano ambapo op-amp inahitajika. Kwa kuongeza, kila op-amp ilitumiwa na usambazaji wa umeme wa 15V na -15V. Vifaa hivi vya umeme sio tu vinawezesha op-amp lakini pia klipu voltage ya pato ikiwa ingeweza kufikia mojawapo ya hizo mbili za extrema.

Hatua ya 1: Uundaji wa Amplifier ya vifaa

Baada ya ishara kupatikana, inahitaji kupanuliwa ili kufanya mahesabu na kuchuja juu yake. Kwa elektrokardiogramu, njia ya kawaida ya kukuza ni vifaa vya kuongeza sauti. Kama ilivyotajwa hapo juu, kifaa cha kuongeza vifaa kina faida nyingi linapokuja suala la mizunguko ya kukuza, kubwa zaidi ikiwa impedance kubwa kati ya voltages za kuingiza. Ili kujenga mzunguko huu, op-amps 3 zilitumika kwa kushirikiana na vipinga saba, na vipinga sita vikiwa sawa kwa ukubwa. Faida ya electrocardiograms nyingi ni karibu 1000x ishara ya kuingiza [1]. Mlingano wa faida ya kipaza sauti ni kama ifuatavyo: Faida = 1 + (2 * R1 / R2) * (R7 / R6). Kwa unyenyekevu, kila kontena ilidhaniwa kuwa 1000 ohms, isipokuwa R2, ambayo iliamua kuwa 2 ohms. Maadili haya hutoa faida ya mara 1001 kubwa kuliko voltage ya pembejeo. Faida hii inatosha kukuza ishara zilizopatikana kwa uchambuzi zaidi. Walakini, kwa kutumia equation, faida inaweza kuwa kila mtu anataka muundo wa mzunguko.

Hatua ya 2: Ubunifu wa Filamu ya Pass Pass

Kichujio cha bandpass ni kichujio cha kupita cha juu na kichujio cha pasi cha chini kinachofanya kazi kwa uratibu kawaida na op-amp kutoa kile kinachojulikana kama njia ya kupitisha. Kamba ya kupitisha ni anuwai ya masafa ambayo yanaweza kupita wakati mengine yote, juu na chini, hukataliwa. Viwango vya tasnia vinasema kuwa kipimo cha elektrokardi wastani lazima kiwe na kitita cha kupitisha kutoka 0.5 Hz hadi 150 Hz [2]. Kifurushi hiki kikubwa kinahakikisha kuwa ishara yote ya umeme kutoka moyoni imerekodiwa na hakuna hata moja iliyochujwa. Vivyo hivyo, mkondoni huu unakataa malipo yoyote ya DC ambayo inaweza kuingilia kati na ishara. Ili kubuni hii, vipinga maalum na capacitors lazima zichaguliwe ili masafa ya juu ya kukatisha upate saa 0.5 Hz na masafa ya chini ya cutoff ni saa 150 Hz. Mzunguko wa cutoff wa kupita kwa juu na kichujio cha chini ni kama ifuatavyo: Fc = 1 / (2 * pi * RC). Kwa mahesabu yangu, kinzani ya kiholela ilichaguliwa, kisha ikatumia Equation 4, thamani ya capacitor ilihesabiwa. Kwa hivyo, kichujio cha kupita cha juu kitakuwa na thamani ya kupinga ya 100, 000 ohms na capacitor ya microfarads 3.1831. Vivyo hivyo, kichujio cha kupitisha cha chini kitakuwa na thamani ya kupinga ya 100, 000 ohms na thamani ya capacitor ya 10.61 nano-farads. Mchoro wa kichungi cha bandpass na maadili yaliyobadilishwa umeonyeshwa.

Hatua ya 3: Ubunifu wa Kichujio cha Notch

Kichujio cha notch kimsingi ni kinyume cha kichungi cha bandpass. Badala ya kuwa na pasi ya juu ikifuatiwa na kupita chini, ni kupita chini na kufuatiwa na kupita juu, kwa hivyo mtu anaweza kimsingi kuondoa bendi moja ndogo ya kelele. Kwa kichujio cha notch ya elektrokardiyo, muundo wa kichungi cha Twin-T ulitumika. Ubunifu huu unaruhusu masafa ya katikati kuchujwa na hutoa sababu kubwa ya ubora. Katika kesi hii, masafa ya katikati ya kujiondoa yalikuwa saa 60 Hz. Kutumia equation 4, maadili ya kupinga yalikokotolewa kwa kutumia dhamana iliyopewa ya microfarads 0.1. Maadili ya kupinga ya bendi ya kuacha 60 Hz yalikuwa 26, 525 ohms. Kisha R5 ilihesabiwa kuwa ½ ya R3 na R4. C3 pia ilihesabiwa kuwa mara mbili ya thamani iliyochaguliwa kwa C1 na C2 [3]. Wapinzani wa kiholela walichaguliwa kwa R1 na R2.

Hatua ya 4: Mzunguko wa Mchanganyiko

Kutumia nyavu, vifaa hivi viliwekwa katika safu pamoja na picha ya mzunguko uliokamilishwa inaonyeshwa. Kulingana na jarida lililochapishwa na Sayansi ya Springer, faida inayokubalika ya mzunguko wa ECG inapaswa kuwa karibu 70 dB wakati mzunguko mzima umewekwa [4].

Hatua ya 5: Kupima Mzunguko Wote

Wakati vifaa vyote viliwekwa kwenye safu, uthibitishaji wa muundo ulihitajika. Kujaribu mzunguko huu, kufagia kwa muda mfupi na AC kulifanywa ili kubaini ikiwa vifaa vyote vilifanya kazi kwa umoja. Ikiwa ndivyo ilivyokuwa, voltage ya pato la muda mfupi ingekuwa bado ni karibu 1000x voltage ya pembejeo. Vivyo hivyo, wakati kufagia AC kunafanywa, njama ya chujio ya kupitisha bendi itatarajiwa na notch saa 60 Hz. Kuangalia picha zilizoonyeshwa, mzunguko huu uliweza kufanikisha malengo yote hayo. Jaribio lingine lilikuwa kuona ufanisi wa kichungi cha notch. Ili kujaribu hii, ishara ya 60 Hz ilipitishwa kupitia mzunguko. Kama ilivyoonyeshwa, ukubwa wa pato hili ulikuwa karibu 5x tu kuliko uingizaji, ikilinganishwa na 1000x wakati masafa yamo ndani ya kitanda.

Hatua ya 6: Rasilimali:

[1] "Mfumo wa Upimaji wa ECG," Columbia.edu, 2020. https://www.cisl.columbia.edu/kinget_group/student_projects/ECG%20Report/E6001%20ECG%20final%20report.htm (ilifikia Desemba 01, 2020).

[2] L. G. Tereshchenko na M. E. Josephson, "Maudhui ya Mzunguko na Tabia za Upitishaji wa Ventricular," Journal of electrocardiology, vol. 48, hapana. 6, kurasa 933-937, 2015, doi: 10.1016 / j.jelectrocard.2015.08.034.

[3] "Vichungi Vya Kuacha Bendi huitwa Kataa Vichungi," Mafunzo ya Msingi ya Elektroniki, Mei 22, 2018.

[4] N. Guler na U. Fidan, "Transmission Wireless ya ishara ya ECG," Springer Science, vol. 30, Aprili 2005, doi: 10.1007 / s10916-005-7980-5.