Mzunguko wa ECG ulioiga: Hatua 7

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

Electrocardiogram ni jaribio la kawaida linalotumiwa katika mitihani ya kawaida na utambuzi wa magonjwa mazito. Kifaa hiki, kinachojulikana kama ECG, hupima ishara za umeme ndani ya mwili unaohusika na kudhibiti mapigo ya moyo. Jaribio linasimamiwa kwa kutumia elektroni kwenye ngozi ya mhusika na kuangalia pato, ambayo huchukua fomu ya fomu inayojulikana ya wimbi la ECG iliyoonyeshwa. Fomu hii ya mawimbi ina wimbi la P, tata ya QRS, na wimbi la T ambalo kila moja inawakilisha majibu ya kisaikolojia. Mwongozo huu utapitia hatua za kuiga ECG katika programu ya masimulizi ya mzunguko.

Ugavi:

LTSpice au simulator sawa ya mzunguko

Hatua ya 1: Jenga Amplifier ya Ala

Madhumuni ya amplifier ya vifaa ni kukuza ishara ndogo sana ambayo mara nyingi huzungukwa na viwango vya juu vya kelele. Voltage ya ishara ya kuingiza ndani ya EMG kawaida ni kati ya 1 mV hadi 5 mV na kusudi la hatua hii ni kukuza ishara hiyo na faida ya takriban 1000. Imeonyeshwa katika mpango, faida inaweza kudhibitiwa na mlingano ufuatao ambapo R1 = R2, R4 = R5, na R6 = R7:

Faida = K1 * K2, ambapo K1 = K2

K1 = 1 + (2R1 / R3)

K2 = -R6 / R4

Faida hiyo iliwekwa sawa na 1000, kwa hivyo K1 na K2 ni takriban 31.6. Vipinga vingine vinaweza kuchaguliwa kiholela na vingine vinahesabiwa, maadamu usawa wa faida umeridhika kuwa sawa na 1000. Katika mzunguko wa mwili, elektroni zingeingia kwenye vifaa vya kuongeza nguvu vya kufanya kazi, lakini kwa madhumuni ya kuiga moja imetengwa na nyingine hutumiwa kuashiria tofauti inayowezekana. Node ya Vin itatumika kuiga mawimbi ya ingizo baadaye. Node ya Vout inaongoza kwa hatua inayofuata ya ECG. Amplifier ya LTC1151 ilichaguliwa kama iko kwenye maktaba ya LTSpice, ina CMRR ya juu, na imetumika katika vifaa vya matibabu. Amplifier yoyote ya msingi ya kufanya kazi na voltage ya usambazaji ya + 15V na -15V ingefanya kazi katika mfumo huu.

Hatua ya 2: Jenga Kichujio cha Notch

Hatua inayofuata katika ECG ni kichujio cha noti kuchuja usumbufu wa laini ya nguvu ambayo hufanyika kwa masafa ya 60 Hz. Kichujio cha notch hufanya kazi kwa kuondoa anuwai ndogo ya ishara zinazotokea karibu sana na masafa ya umoja. Kwa hivyo, kwa kutumia masafa ya cutoff ya 60 Hz na equation ya cutoff frequency, vipingaji sahihi na capacitors zinaweza kuchaguliwa. Kutumia skimu juu na kubainisha kuwa C = C1 = C2, C3 = 2 * C1, R = R10, na R8 = R9 = 2 * R10, maadili ya capacitor yanaweza kuchaguliwa kiholela (Mfano unaonyesha 1uF capacitor iliyochaguliwa). Kutumia equation ifuatayo, maadili yanayofaa ya kupinga yanaweza kuhesabiwa na kutumiwa katika hatua hii:

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

Node ya Vin ni pato kutoka kwa kipaza sauti cha vifaa na nodi ya Vout inaongoza kwa hatua inayofuata.

Hatua ya 3: Jenga Kichujio cha Bandpass

Hatua ya mwisho ya mfumo ina kichujio kinachofanya kazi cha kupitisha kelele ili kuondoa kelele hapo juu na chini ya masafa kadhaa. Kutangatanga kwa msingi, kunakosababishwa na msingi wa ishara kutofautiana na wakati, hufanyika chini ya kelele 0.6 Hz na EMG, inayosababishwa na uwepo wa kelele ya misuli, hufanyika kwa masafa zaidi ya 100 Hz. Kwa hivyo, nambari hizi zimewekwa kama masafa ya cutoff. Kichujio cha bandpass kina kichujio cha pasi cha chini kinachofuatwa na kichujio cha kupita cha juu. Walakini, vichungi vyote vina frequency sawa ya cutoff:

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

Kutumia 1uF kama dhamira ya kiholela ya kiholela, na 0.6 na 100 kama masafa ya cutoff, maadili ya kontena yalihesabiwa kwa sehemu zinazofaa za kichujio. Node ya Vin hutoka kwa pato la kichujio cha notch na node ya Vout ndio ambapo pato la kuiga la mfumo kamili litapimwa. Katika mfumo wa mwili, pato hili linaweza kuungana na oscilloscope au kifaa sawa cha kuonyesha kutazama mawimbi ya ECG kwa wakati halisi.

Hatua ya 4: Jaribu Amplifier ya Ala

Ifuatayo, amplifier ya vifaa itajaribiwa ili kuhakikisha kuwa inatoa faida ya 1000. Ili kufanya hivyo, ingiza wimbi la sinusoidal kwa masafa ya kiholela na amplitude. Mfano huu ulitumia kilele cha 2mV kwa kiwango cha juu kuwakilisha mawimbi ya EMG na masafa ya 1000 Hz. Kuiga amplifier ya vifaa katika programu ya masimulizi ya mzunguko na kupanga fomati za pembejeo na pato. Kutumia kazi ya mshale, rekodi ukubwa wa pembejeo na pato, na uhesabu faida kwa Gain = Vout / Vin. Ikiwa faida hii ni takriban 1000, hatua hii inafanya kazi vizuri. Uchunguzi wa ziada wa takwimu unaweza kufanywa katika hatua hii kwa kuzingatia uvumilivu wa vipinga na kurekebisha maadili ya kupinga kwa + 5% na -5% ili kuona jinsi inavyoathiri wimbi la pato na faida inayofuata.

Hatua ya 5: Jaribu Kichujio cha Notch

Jaribu kichujio cha notch kwa kufanya kufagia AC kutoka masafa ambayo yana 60 Hz. Katika mfano huu, kufagia kulitekelezwa kutoka 1 Hz hadi 200 Hz. Njama inayosababishwa, ikipimwa kwa nodi ya Vout, itatoa grafu ya kukuza katika dB dhidi ya masafa katika Hz. Grafu inapaswa kuanza na kuishia kwa kuongeza db 0 kwa masafa mbali kutoka 60 Hz kwa pande zote mbili na kushuka kwa ukuzaji kunapaswa kuonekana karibu au karibu 60 Hz. Hii inaonyesha kuwa ishara zinazotokea katika masafa haya zinaondolewa vizuri kutoka kwa ishara inayotakiwa. Uchunguzi wa nyongeza wa takwimu unaweza kufanywa katika hatua hii kwa kuzingatia uvumilivu wa vipinga na kurekebisha viwango vya kupinga na capacitor na + 5% na -5% ili kuona jinsi inavyoathiri masafa ya majaribio ya cutoff (masafa ambayo hupata upunguzaji zaidi kielelezo).

Hatua ya 6: Jaribu Kichujio cha Bandpass

Mwishowe, jaribu kichungi cha bandpass kwa kufanya uchambuzi mwingine wa kufagia AC. Wakati huu, kufagia kunapaswa kutoka kwa mzunguko chini ya 0.6 na zaidi ya 100 kuhakikisha bandpass inaweza kuonekana kwa picha. Mara nyingine tena, endesha uchambuzi kwa kupima kwenye nodi ya Vout iliyoonyeshwa kwenye skimu. Pato linapaswa kuonekana kama takwimu hapo juu ambapo ukuzaji ni hasi mbali kutoka kwa safu ya 0.6-100Hz. Pointi ambazo ukuzaji ni -3dB inapaswa kuwa 0.6 na 100 Hz, au inathamini sana karibu na zile za alama ya kwanza na ya pili, mtawaliwa. Pointi -3dB zinaashiria wakati ishara itapunguzwa hadi mahali ambapo pato kwenye masafa haya litakuwa nusu ya nguvu ya asili. Kwa hivyo, alama -3dB hutumiwa kuchambua upunguzaji wa ishara kwa vichungi. Ikiwa -3dB inaelekeza kwenye grafu iliyotokana inalingana na upeo wa bandwidth, hatua hiyo inafanya kazi vizuri.

Uchunguzi wa nyongeza wa takwimu unaweza kufanywa katika hatua hii kwa kuzingatia uvumilivu wa vipinga na kurekebisha vipima na viwango vya capacitor kwa + 5% na -5% kuona jinsi inavyoathiri masafa ya majaribio ya cutoff.

Hatua ya 7: Weka Pamoja Mfumo Kamili wa ECG

Mwishowe, wakati hatua zote tatu zinathibitishwa kufanya kazi vizuri, weka hatua zote tatu za ECG pamoja na matokeo ya mwisho yamekamilika. Wimbi la ECG la kuiga linaweza kuingizwa kwenye hatua ya vifaa vya kuongeza nguvu na wimbi lililotolewa linapaswa kuwa wimbi la ECG iliyokuzwa.