Simulator ya Mzunguko wa ECG ya Kuendesha: Hatua 4

2025 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2025-01-23 15:11

Electrocardiogram (ECG) ni mbinu yenye nguvu inayotumika kupima shughuli za umeme za moyo wa mgonjwa. Sura ya kipekee ya uwezo huu wa umeme hutofautiana kulingana na eneo la elektroni za kurekodi na imetumika kugundua hali nyingi. Kwa kugundua mapema hali anuwai ya moyo, madaktari wanaweza kuwapa wagonjwa wao maoni mengi ya kushughulikia hali yao. Mashine hii imeundwa na vitu kuu vitatu: kipaza sauti cha vifaa na kufuatiwa na kichujio cha notch na kichujio cha kupitisha bendi. Lengo la sehemu hizi ni kukuza ishara zinazoingia, kuondoa ishara zisizohitajika, na kupitisha ishara zote za kibaolojia. Uchambuzi wa mfumo uliothibitisha ulithibitisha kuwa kipimo cha elektrokardi, kama inavyotarajiwa, hufanya kazi zake zinazohitajika kutoa ishara inayoweza kutumika ya ECG, ikionyesha umuhimu wake kugundua hali ya moyo.

Ugavi:

• Programu ya LTSpice
• Faili za ishara za ECG

Hatua ya 1: Amplifier ya vifaa

Kifaa cha kuongeza vifaa, wakati mwingine kifupi INA, hutumiwa kukuza ishara za kiwango cha chini, kibaolojia zinazozingatiwa kutoka kwa mgonjwa. INA ya kawaida ina vifaa vya kuongeza nguvu vitatu (Op Amps). Op Amps mbili zinapaswa kuwa katika usanidi usiobadilisha na Op Amp ya mwisho katika usanidi wa tofauti. Vipinga saba hutumiwa pamoja na Op Amps kuturuhusu kutofautisha faida kwa kubadilisha saizi za thamani ya kinzani. Kati ya vipinzani, kuna jozi tatu na saizi moja ya mtu binafsi.

Kwa mradi huu, nitatumia faida ya 1000 kukuza ishara. Halafu nitachagua kiholela viwango vya R2, R3, na R4 (ni rahisi ikiwa R3 na R4 ni sawa kwa saizi kwa sababu wangeghairi hadi 1, wakitengeneza njia ya mahesabu rahisi). Kutoka hapa, ninaweza kutatua kwa R1 kuwa na ukubwa wote wa sehemu muhimu.

Faida = (1 + 2R2 / R1) * (R4 / R3)

Kutumia hesabu ya faida hapo juu na maadili R2 = 50kΩ na R3 = R4 = 10kΩ, tunapata R1 = 100Ω.

Kuangalia kuwa faida ni kweli 1000, tunaweza kuendesha mzunguko na kazi ya kufagia.ac na uangalie mahali ambapo uwanda huo unatokea. Katika kesi hii, ni 60 dB. Kwa kutumia equation hapa chini, tunaweza kubadilisha dB kuwa Vout / Vin isiyo na kipimo, ambayo inaishia kuwa 1000, kama inavyotarajiwa.

Faida, dB = 20 * logi (Vout / Vin)

Hatua ya 2: Kichujio cha Notch

Sehemu inayofuata kutengenezwa ni kichujio cha notch. Thamani ya vifaa vya kichujio hiki inategemea kwa kiwango gani unataka kutangaza. Kwa muundo huu, tunataka kukata masafa ya 60 Hz (fc) ambayo hutolewa na vifaa vya matibabu.

Kichungi cha noti cha twin kitakachotumiwa katika muundo huu ili kuhakikisha tu kile unachotaka kitakatwa na kwamba hatutapunguza bahati mbaya masafa ya kibaolojia karibu na alama ya 60 Hz. Thamani za sehemu zilipatikana kwa kuchagua maadili ya upingaji holela, ambayo nilichagua kutumia 2kΩ kwa kichujio cha kupitisha cha chini (juu T) na 1kΩ kwa kichujio cha juu cha kupitisha (chini T). Kutumia equation hapa chini, nilitatua kwa maadili muhimu ya capacitor.

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

Mpango wa Bode ulipatikana tena kwa kutumia kazi ya kufagia.ac ambayo LTSpice inatoa.

Hatua ya 3: Kichujio cha Pass Pass

Sehemu ya mwisho kwa mfumo wa ECG wa kiotomatiki inahitajika kupitisha masafa ya kibaolojia kwani ndio tunavutiwa nayo. Ishara ya kawaida ya ECG hufanyika kati ya 0.5 Hz na 150 Hz (fc), kwa hivyo vichungi viwili vinaweza kutumiwa; kichujio cha kupitisha bendi au kichujio cha pasi cha chini. Katika muundo huu, kichujio cha kupitisha bendi kilitumika kama ni sahihi zaidi kuliko pasi ya chini, ingawa hiyo bado ingefanya kazi kwani masafa ya kibaolojia kwa ujumla hayana masafa ya juu wakati wowote.

Kichujio cha kupitisha bendi kina sehemu mbili: kichujio cha kupitisha juu na kichujio cha pasi cha chini. Kichujio cha kupita cha juu huja kabla ya Op Amp na pasi ya chini ni baada. Kumbuka kwamba kuna aina ya muundo wa vichungi vya kupitisha bendi ambayo inaweza kutumika.

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

Mara nyingine tena, maadili holela huchaguliwa sana kupata maadili yanayotakiwa ya sehemu zingine. Katika kichujio cha mwisho, nilichagua maadili ya kupinga ya kiholela na kutatuliwa kwa maadili ya capacitor. Ili kuonyesha kuwa haijalishi ni ipi unayoanza nayo, sasa nitachagua maadili ya kiholela ya kusuluhisha kwa maadili ya kupinga. Katika kesi hii, nilichagua thamani ya capacitor ya 1uF. Kutumia equation hapo juu, ninatumia masafa moja ya cutoff wakati mmoja kutatua kwa kontena husika. Kwa unyenyekevu, nitatumia thamani sawa ya capacitor kwa kupita kwa juu na sehemu za kupita chini kwenye kichujio cha kupitisha bendi. 0.5 Hz itatumika kutatua kwa kipinga cha juu cha kupitisha na masafa ya cutoff ya 150 Hz hutumiwa kupata kipinga cha chini.

Mpango wa Bode unaweza kutumika tena kuona ikiwa muundo wa mzunguko ulifanya kazi ipasavyo.

Hatua ya 4: Mfumo Kamili

Baada ya kila sehemu kudhibitishwa kufanya kazi peke yake, sehemu zinaweza kuunganishwa kuwa mfumo mmoja. Kutumia data ya nje ya ECG na kazi ya PWL katika jenereta ya chanzo cha voltage, unaweza kuendesha masimulizi ili kuhakikisha kuwa mfumo unakuza vizuri na kupitisha masafa ya kibaolojia.

Picha ya skrini ya njama ya juu ni mfano wa jinsi data ya pato inavyoonekana kama kutumia kazi ya.tran na skrini ya chini ya njama ni njama ya bode inayotumia kazi ya.ac.

Takwimu tofauti za pembejeo za ECG zinaweza kupakuliwa (faili mbili tofauti za kuingiza ECG zimeongezwa kwenye ukurasa huu) na kuletwa katika kazi ili kupima mfumo kwa wagonjwa tofauti wa mfano.