ავტომატური ეკგ მიკროსქემის სიმულატორი: 4 ნაბიჯი

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

ელექტროკარდიოგრაფია (ეკგ) არის ძლიერი ტექნიკა, რომელიც გამოიყენება პაციენტის გულის ელექტრული აქტივობის გასაზომად. ამ ელექტრული პოტენციალის უნიკალური ფორმა განსხვავდება ელექტროდების ჩაწერის ადგილის მიხედვით და გამოიყენება მრავალი მდგომარეობის გამოვლენისათვის. გულის სხვადასხვა მდგომარეობის ადრეული გამოვლენის შემთხვევაში ექიმებს შეუძლიათ თავიანთ პაციენტებს მიაწოდონ მრავალი რეკომენდაცია მათი მდგომარეობის შესახებ. ეს მანქანა შედგება სამი ძირითადი კომპონენტისგან: ინსტრუმენტის გამაძლიერებელი, რომელსაც მოჰყვება მაღალი დონის ფილტრი და ზოლებიანი ფილტრი. ამ ნაწილების მიზანია შემომავალი სიგნალების გაძლიერება, არასასურველი სიგნალების ამოღება და ყველა შესაბამისი ბიოლოგიური სიგნალის გადაცემა. შედეგად მიღებული სისტემის ანალიზმა დაამტკიცა, რომ ელექტროკარდიოგრამა, როგორც მოსალოდნელი იყო, ასრულებს სასურველ ამოცანებს გამოსაყენებელი ეკგ სიგნალის წარმოსაქმნელად, რაც აჩვენებს მის სარგებლიანობას გულის დაავადებების გამოვლენისას.

მასალები:

• LTSpice პროგრამული უზრუნველყოფა
• ეკგ სიგნალის ფაილები

ნაბიჯი 1: ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი

ინსტრუმენტული გამაძლიერებელი, ზოგჯერ შემოკლებით INA, გამოიყენება პაციენტის მხრიდან დაკვირვებული დაბალი დონის ბიოლოგიური სიგნალების გასაძლიერებლად. ტიპიური INA შედგება სამი ოპერატიული გამაძლიერებლისგან (Op Amps). ორი Op ამპერი უნდა იყოს არაინვერტირებად კონფიგურაციაში და ბოლო Op Amp დიფერენციალურ კონფიგურაციაში. შვიდი რეზისტორი გამოიყენება Op Amps– თან ერთად, რაც მოგვცემს საშუალებას შევიცვალოთ მოგება რეზისტორის ღირებულების ზომის შეცვლით. რეზისტორებიდან არის სამი წყვილი და ერთი ინდივიდუალური ზომა.

ამ პროექტისთვის მე გამოვიყენებ 1000 -ს მოგებას სიგნალების გასაძლიერებლად. შემდეგ მე ვირჩევ თვითნებურ R2, R3 და R4 მნიშვნელობებს (ყველაზე ადვილია, თუ R3 და R4 ექვივალენტურია ზომის გამო, რადგან ისინი გაუქმდება 1 -მდე, რაც გზას გაუადვილებს გამოთვლებს). აქედან, მე შემიძლია გადავწყვიტო, რომ R1 ჰქონდეს ყველა საჭირო კომპონენტის ზომა.

მოგება = (1 + 2R2/R1) * (R4/R3)

მოგების განტოლების ზემოთ და მნიშვნელობების გამოყენებით R2 = 50kΩ და R3 = R4 = 10kΩ, ვიღებთ R1 = 100Ω.

იმის შესამოწმებლად, რომ მოგება ფაქტიურად 1000 -ია, ჩვენ შეგვიძლია წრე გავუშვათ.ac გაწმენდის ფუნქციით და დავაკვირდეთ სად ხდება პლატო. ამ შემთხვევაში, ეს არის 60 დბ. ქვემოთ მოცემული განტოლების გამოყენებით, ჩვენ შეგვიძლია dB გადავაქციოთ განზომილებიან Vout/Vin- ში, რომელიც 1000 -მდე დასრულდება, როგორც მოსალოდნელი იყო.

მოგება, dB = 20*ჟურნალი (Vout/Vin)

ნაბიჯი 2: მაღალი დონის ფილტრი

შემდეგი კომპონენტი, რომელიც უნდა შემუშავდეს არის მაღალი დონის ფილტრი. ამ ფილტრის კომპონენტების ღირებულება დიდწილად დამოკიდებულია იმაზე, თუ რა სიხშირეზე გსურთ გამოტოვება. ამ დიზაინისთვის, ჩვენ გვინდა ამოვიღოთ 60 Hz სიხშირე (fc), რომელიც გამოიყოფა სამედიცინო ინსტრუმენტებით.

ამ დიზაინში გამოყენებული იქნება ორსართულიანი ფილტრი, რომელიც უზრუნველყოფს მხოლოდ სასურველს და რომ ჩვენ შემთხვევით არ შევამციროთ სასურველი ბიოლოგიური სიხშირეები 60 ჰც-ის ნიშნულის მახლობლად. კომპონენტის ღირებულებები აღმოჩენილი იქნა თვითნებური რეზისტენტული ღირებულებების შერჩევით, რომელთაგან მე ავირჩიე 2kΩ დაბალი გამავლობის ფილტრისთვის (ზედა T) და 1kΩ მაღალი გავლის ფილტრისთვის (ქვედა T). ქვემოთ მოცემული განტოლების გამოყენებით, მე გადავწყვიტე კონდენსატორის საჭირო მნიშვნელობები.

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

Bode ნაკვეთი კიდევ ერთხელ იქნა ნაპოვნი.ac sweep ფუნქციის გამოყენებით, რომელსაც LTSpice გთავაზობთ.

ნაბიჯი 3: Band Pass Filter

ავტომატური ეკგ სისტემის საბოლოო კომპონენტი საჭიროა ბიოლოგიური სიხშირეების გადასატანად, რადგან ეს არის ის, რაც ჩვენ გვაინტერესებს. ტიპიური ეკგ სიგნალი ხდება 0.5 ჰერცამდე და 150 ჰერცამდე (fc), ამიტომ ორი ფილტრის გამოყენება შეიძლება; ან გამტარი ფილტრი ან დაბალი გამავლობის ფილტრი. ამ დიზაინში გამოყენებული იყო ზოლებიანი ფილტრი, რადგან ის ოდნავ უფრო ზუსტია ვიდრე დაბალი გავლა, თუმცა ის მაინც იმუშავებდა, რადგან ბიოლოგიურ სიხშირეებს საერთოდ არ აქვთ მაღალი სიხშირეები.

ზოლებიანი ფილტრი შეიცავს ორ ნაწილს: მაღალი გავლის და დაბალი გავლის ფილტრს. მაღალი გამავლობის ფილტრი მოდის Op Amp– მდე, ხოლო დაბალი გავლა შემდეგ. დაიმახსოვრეთ, რომ არსებობს სხვადასხვა სახის გამტარ ფილტრების დიზაინი, რომელთა გამოყენებაც შესაძლებელია.

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

კიდევ ერთხელ, თვითნებური ღირებულებები ბევრად უნდა შეირჩეს სხვა ნაწილების საჭირო მნიშვნელობების საპოვნელად. ბოლო ფილტრში, მე ავირჩიე თვითნებური რეზისტორის მნიშვნელობები და გადავწყვიტე კონდენსატორის მნიშვნელობებისთვის. იმის დემონსტრირებისთვის, რომ არ აქვს მნიშვნელობა რომელი რიგით იწყებ, მე ახლა ავირჩევ კონდენსატორის თვითნებურ მნიშვნელობებს, რომლებიც უნდა გადავწყვიტო რეზისტორის მნიშვნელობებისთვის. ამ შემთხვევაში, მე ავირჩიე კონდენსატორის მნიშვნელობა 1uF. ზემოთ განტოლების გამოყენებით, მე ვიყენებ ერთ წყვეტ სიხშირეს ერთდროულად შესაბამისი რეზისტორის მოსაგვარებლად. სიმარტივისთვის, მე გამოვიყენებ ერთსა და იმავე კონდენსატორის მნიშვნელობას როგორც მაღალი გავლის, ისე დაბალი გავლის ნაწილებისათვის გამტარ ფილტრში. 0.5 Hz გამოყენებული იქნება მაღალი გამავლობის რეზისტორის გადასაჭრელად და 150 Hz შეწყვეტის სიხშირე გამოიყენება დაბალი გავლის რეზისტორის საპოვნელად.

Bode ნაკვეთი კიდევ ერთხელ შეიძლება გამოყენებულ იქნას იმის დასადგენად, მუშაობს თუ არა მიკროსქემის დიზაინი სათანადოდ.

ნაბიჯი 4: სრული სისტემა

მას შემდეგ, რაც თითოეული კომპონენტი დადასტურდება, რომ მუშაობს დამოუკიდებლად, ნაწილები შეიძლება გაერთიანდეს ერთ სისტემაში. იმპორტირებული ეკგ მონაცემებისა და PWL ფუნქციის გამოყენებით ძაბვის წყაროს გენერატორში, თქვენ შეგიძლიათ აწარმოოთ სიმულაციები იმის უზრუნველსაყოფად, რომ სისტემა სწორად აძლიერებს და გადის სასურველ ბიოლოგიურ სიხშირეს.

ეკრანის ზედა ნაკვეთი არის მაგალითი იმისა, თუ როგორ გამოიყურება გამომავალი მონაცემები.tran ფუნქციის გამოყენებით და ქვედა ნაკვეთის ეკრანის ანაბეჭდი არის შესაბამისი bode ნაკვეთი.ac ფუნქციის გამოყენებით.

სხვადასხვა შეყვანის ეკგ მონაცემების ჩამოტვირთვა შესაძლებელია (ამ გვერდზე დაემატა ორი განსხვავებული ეკგ შეყვანის ფაილი) და მათი ფუნქციის შემოტანა სისტემის სხვადასხვა მოდელის პაციენტებზე შესამოწმებლად.