Uundaji wa Ishara ya ECG katika LTspice: Hatua 7

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

ECG ni njia ya kawaida sana kupima ishara za umeme zinazotokea moyoni. Wazo la jumla la utaratibu huu ni kupata shida za moyo, kama vile arrhythmias, ugonjwa wa ateri, au mshtuko wa moyo. Inaweza kuwa muhimu ikiwa mgonjwa anapata dalili kama maumivu ya kifua, kupumua kwa shida, au mapigo ya moyo yasiyofanana inayoitwa kupapasa moyo, lakini pia inaweza kutumika kuhakikisha kuwa watengeneza pacemaker na vifaa vingine vinavyopandikizwa vinafanya kazi vizuri. Takwimu kutoka Shirika la Afya Ulimwenguni zinaonyesha kuwa magonjwa yanayohusiana na moyo na mishipa ndio sababu kubwa zaidi za kifo ulimwenguni; magonjwa haya huua takriban watu milioni 18 kila mwaka. Kwa hivyo, vifaa ambavyo vinaweza kufuatilia au kugundua magonjwa haya ni muhimu sana, ndiyo sababu ECG ilitengenezwa. ECG ni jaribio la matibabu lisilo vamizi kabisa ambalo halina hatari kwa mgonjwa, isipokuwa usumbufu mdogo wakati elektroni zinaondolewa.

Kifaa kamili kilichoainishwa katika hii inayoweza kufundishwa kitakuwa na vifaa kadhaa kudhibiti ishara ya ECG ya kelele ili matokeo bora yapatikane. Rekodi za ECG hufanyika kwa voltages za kawaida, kwa hivyo ishara hizi zinapaswa kuimarishwa kabla ya uchambuzi kutokea, katika kesi hii na kipaza sauti cha vifaa. Pia, kelele ni maarufu sana katika rekodi za ECG, kwa hivyo kuchuja lazima kutokeze kusafisha ishara hizi. Uingiliano huu unaweza kutoka kwa maeneo anuwai, kwa hivyo mbinu tofauti zinahitajika kuchukuliwa ili kuondoa kelele maalum. Ishara za kisaikolojia hufanyika tu kwa anuwai ya kawaida, kwa hivyo kichungi cha bandpass hutumiwa kuondoa masafa yoyote nje ya safu hii. Kelele ya kawaida katika ishara ya ECG inaitwa usumbufu wa laini ya nguvu, ambayo hufanyika karibu 60 Hz na huondolewa na kichungi cha notch. Vipengele hivi vitatu hufanya kazi kwa wakati mmoja kusafisha ishara ya ECG na kuruhusu ufafanuzi na utambuzi rahisi na itaonyeshwa katika LTspice ili kujaribu ufanisi wao.

Hatua ya 1: Kuunda Kiboreshaji cha Vifaa (INA)

Sehemu ya kwanza ya kifaa kamili ilikuwa kifaa cha kuongeza vifaa (INA), ambacho kinaweza kupima ishara ndogo zinazopatikana katika mazingira ya kelele. Katika kesi hii, INA ilitengenezwa na faida kubwa (karibu 1, 000) kuruhusu matokeo bora. Mpangilio wa INA na maadili yake ya kupinga huonyeshwa. Faida ya INA hii inaweza kuhesabiwa kinadharia ili kuthibitisha kuwa usanidi ulikuwa halali na kwamba maadili ya kupinga yalifaa. Mlingano (1) unaonyesha mlingano uliotumika kuhesabu kuwa faida ya nadharia ilikuwa 1, 000, ambapo R1 = R3, R4 = R5, na R6 = R7.

Mlingano (1): Faida = (1 + (2R1 / R2)) * (R6 / R4)

Hatua ya 2: Kuunda Kichujio cha Bandpass

Chanzo kikuu cha kelele ni pamoja na ishara za umeme zinazoenea kupitia mwili, kwa hivyo kiwango cha tasnia ni pamoja na kichungi cha bandpass na masafa ya cutoff ya 0.5 Hz na 150 Hz ili kuondoa upotoshaji kutoka kwa ECG. Kichujio hiki kilitumia kupita juu na kichujio cha pasi cha chini mfululizo ili kuondoa ishara nje ya masafa haya. Mpangilio wa kichungi hiki na kontena yake na maadili ya capacitor imeonyeshwa. Maadili halisi ya vipinga na capacitors yalipatikana kwa kutumia fomula iliyoonyeshwa kwenye Mlinganisho (2). Fomula hii ilitumika mara mbili, moja kwa kiwango cha juu cha kupitisha kiwango cha 0.5 Hz na moja kwa masafa ya chini ya cutoff ya 150 Hz. Katika kila kesi, thamani ya capacitor iliwekwa kwa 1 μF, na thamani ya kontena ilihesabiwa.

Mlingano 2: R = 1 / (2 * pi * Mzunguko wa Cutoff * C)

Hatua ya 3: Kujenga Kichujio cha Notch

Chanzo kingine cha kawaida cha kelele kinachohusiana na ECG husababishwa na laini za umeme na vifaa vingine vya elektroniki lakini iliondolewa na kichungi cha notch. Mbinu hii ya kuchuja ilitumia kupita juu na kichujio cha pasi cha chini sambamba ili kuondoa kelele haswa kwa 60 Hz. Mpangilio wa kichungi cha notch na kontena yake na maadili ya capacitor imeonyeshwa. Vipimo halisi vya resistor na capacitor viliamuliwa kama vile R1 = R2 = 2R3 na C1 = 2C2 = 2C3. Halafu, kuhakikisha mzunguko wa cutoff wa 60 Hz, R1 iliwekwa 1 kΩ, na Equation (3) ilitumika kupata thamani ya C1.

Mlingano 3: C = 1 / (4 * pi * Mzunguko wa Cutoff * R)

Hatua ya 4: Kuunda Mfumo Kamili

Mwishowe, vifaa vyote vitatu vilijumuishwa kupimwa ili kuhakikisha kuwa kifaa kizima kimefanya kazi vizuri. Maadili maalum ya sehemu hayakubadilika wakati mfumo kamili ulitekelezwa, na vigezo vya kuiga ni pamoja na kwenye Mchoro 4. Kila sehemu iliunganishwa kwa mfululizo kwa kila mmoja kwa mpangilio ufuatao: INA, kichungi cha bandpass, na kichungi cha notch. Wakati vichungi vinaweza kubadilishana, INA inapaswa kubaki kama sehemu ya kwanza, ili ukuzaji uweze kutokea kabla ya uchujaji wowote ufanyike.

Hatua ya 5: Kupima kila Sehemu

Ili kujaribu uhalali wa mfumo huu, kila sehemu ilijaribiwa kando kando, na kisha mfumo wote ukajaribiwa. Kwa kila jaribio, ishara ya kuingiza iliwekwa kuwa ndani ya anuwai ya ishara ya kisaikolojia (5 mV na 1 kHz), ili mfumo uweze kuwa sahihi kadri inavyowezekana. Uchunguzi wa AC na uchambuzi wa muda mfupi ulikamilishwa kwa INA, ili faida iweze kuamua kwa kutumia njia mbili (Equations (4) na (5)). Vichungi vyote vilijaribiwa kwa kutumia kufagia AC ili kuhakikisha kuwa masafa ya cutoff yanatokea kwa maadili yanayotarajiwa.

Mlingano 4: Faida = 10 ^ (dB / 20) Mlinganisho 5: Faida = Voltage ya Pato / Voltage ya Kuingiza

Picha ya kwanza iliyoonyeshwa ni kufagia AC ya INA, ya pili na ya tatu ni uchambuzi wa muda mfupi wa INA kwa voltages za pembejeo na pato. Ya nne ni kufagia AC kwa kichungi cha bandpass, na ya tano ni kufagia AC kwa kichungi cha notch.

Hatua ya 6: Kupima Mfumo Kamili

Mwishowe, mfumo kamili ulijaribiwa na uchunguzi wa AC na uchambuzi wa muda mfupi; hata hivyo, pembejeo kwa mfumo huu ilikuwa ishara halisi ya ECG. Picha ya kwanza hapo juu inaonyesha matokeo ya kufagia AC, wakati ya pili inaonyesha matokeo ya uchambuzi wa muda mfupi. Kila mstari unalingana na kipimo cha kuchukua kila sehemu: kijani - INA, kichungi cha bluu - bandpass, na kichungi cha nyekundu - notch. Picha ya mwisho inakaribia kwenye wimbi moja la ECG kwa uchambuzi rahisi.

Hatua ya 7: Mawazo ya Mwisho

Kwa ujumla, mfumo huu ulibuniwa kuchukua ishara ya ECG, kuiongezea nguvu, na kuondoa kelele yoyote isiyohitajika ili iweze kufasiriwa kwa urahisi. Kwa mfumo kamili, kipaza sauti cha vifaa, kichungi cha kupitisha bandia, na kichungi cha notch viliundwa kulingana na muundo maalum wa kufanikisha lengo. Baada ya kubuni vifaa hivi katika LTspice, mchanganyiko wa uchunguzi wa AC na uchambuzi wa muda mfupi ulifanywa kujaribu uhalali wa kila sehemu na mfumo mzima. Vipimo hivi vilionyesha kuwa muundo wa jumla wa mfumo ulikuwa halali na kwamba kila sehemu ilikuwa ikifanya kazi kama inavyotarajiwa.

Katika siku zijazo, mfumo huu unaweza kubadilishwa kuwa mzunguko wa mwili kujaribu wakati data ya ECG ya moja kwa moja. Majaribio haya yatakuwa hatua ya mwisho ya kuamua ikiwa muundo ni halali. Mara baada ya kukamilika, mfumo unaweza kubadilishwa kutumika katika mipangilio anuwai ya huduma za afya na kutumiwa kusaidia waganga kugundua na kutibu magonjwa ya moyo.