სიმულაციური ეკგ წრე: 7 ნაბიჯი

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

ელექტროკარდიოგრაფია არის საერთო ტესტი, რომელიც გამოიყენება როგორც სტანდარტული გამოკვლევებისთვის, ასევე სერიოზული დაავადებების დიაგნოზირებისთვის. ეს მოწყობილობა, რომელიც ცნობილია როგორც ეკგ, ზომავს სხეულის სიგნალებს, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან გულისცემის რეგულირებაზე. ტესტი ტარდება ელექტროდების გამოყენებით სუბიექტის კანზე და აკვირდება გამოსავალს, რომელიც იღებს ეკგ -ს ცნობილი ტალღის ფორმას. ეს ტალღის ფორმა შეიცავს P ტალღას, QRS კომპლექსს და T ტალღას, რომელთაგან თითოეული წარმოადგენს ფიზიოლოგიურ პასუხს. ეს სახელმძღვანელო გაივლის ეკგ – ს სიმულაციის ნაბიჯებს წრიული სიმულაციის პროგრამულ უზრუნველყოფაში.

მასალები:

LTSpice ან მსგავსი წრიული სიმულატორი

ნაბიჯი 1: შექმენით ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი

ინსტრუმენტული გამაძლიერებლის მიზანია გააძლიეროს ძალიან მცირე სიგნალი, რომელიც ხშირად გარშემორტყმულია ხმაურის მაღალი დონით. EMG– ში შეყვანის სიგნალის ძაბვა ჩვეულებრივ 1 მვ – დან 5 მვ – მდეა და ამ ეტაპის მიზანია ამ სიგნალის გაძლიერება დაახლოებით 1000 – ით. სქემატურად ნაჩვენები, მოგების კონტროლი შესაძლებელია შემდეგი განტოლებით, სადაც R1 = R2, R4 = R5 და R6 = R7:

მოგება = K1*K2, სადაც K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

ამრიგად, მოგება განისაზღვრა 1000 -ის ტოლი, ასე რომ K1 და K2 არის დაახლოებით 31.6. ზოგიერთი რეზისტორი შეიძლება აირჩეს თვითნებურად და ზოგი გამოითვალოს, სანამ მოგების განტოლება დაკმაყოფილდება 1000 -ის ტოლით. ფიზიკურ წრეში ელექტროდები შედიოდა საოპერაციო გამაძლიერებლებში, მაგრამ სიმულაციური მიზნებისათვის ერთი დასაბუთებულია და მეორე გამოიყენება აღსანიშნავად პოტენციური განსხვავება. Vin კვანძი გამოყენებული იქნება შემდგომი ტალღების სიმულაციისთვის. Vout კვანძი მივყავართ ეკგ -ს მომდევნო ეტაპზე. შეირჩა LTC1151 ოპერატიული გამაძლიერებელი, რადგან ის მდებარეობს LTSpice ბიბლიოთეკაში, აქვს მაღალი CMRR და გამოიყენება სამედიცინო ინსტრუმენტებში. ნებისმიერი ძირითადი საოპერაციო გამაძლიერებელი +15V და -15V ძაბვით ამ სისტემაში იმუშავებს.

ნაბიჯი 2: შექმენით მაღალი დონის ფილტრი

ეკგ -ს შემდეგი ეტაპი არის მაღალი დონის ფილტრი ელექტროგადამცემი ხაზის ჩარევის გასაფილტრავად, რომელიც ხდება 60 ჰც სიხშირით. მაღალი დონის ფილტრი მუშაობს სიგნალების მცირე დიაპაზონის ამოღებით, რომლებიც წარმოიქმნება სინგულარულთან ძალიან ახლოს. ამრიგად, 60 ჰც სიხშირისა და შეწყვეტის სიხშირის განტოლების გამოყენებით შესაძლებელია შესაბამისი რეზისტორებისა და კონდენსატორების არჩევა. სქემატური სქემის გამოყენებით და აღნიშნავენ, რომ C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10 და R8 = R9 = 2*R10, კონდენსატორის მნიშვნელობები შეიძლება თვითნებურად იყოს არჩეული (მაგალითი გვიჩვენებს 1uF კონდენსატორის არჩევას). შემდეგი განტოლების გამოყენებით, შესაბამისი რეზისტორის მნიშვნელობები შეიძლება გამოითვალოს და გამოყენებულ იქნას ამ ეტაპზე:

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

Vin კვანძი არის გამოსავალი ინსტრუმენტების გამაძლიერებელიდან და Vout კვანძი მიდის შემდეგ ეტაპზე.

ნაბიჯი 3: შექმენით Bandpass ფილტრი

სისტემის ბოლო ეტაპი შედგება აქტიური გამტარ ფილტრისგან, რომელიც ამოიღებს ხმაურს სიხშირეების გარკვეულ დიაპაზონში ზემოთ და ქვემოთ. საბაზისო მოხეტიალე, გამოწვეული სიგნალის საწყისი ხაზით, რომელიც იცვლება დროთა განმავლობაში, ხდება 0.6 ჰერცამდე და EMG ხმაური, რომელიც გამოწვეულია კუნთების ხმაურის არსებობით, ხდება 100 ჰერცზე მეტი სიხშირეზე. ამრიგად, ეს რიცხვები მითითებულია, როგორც შეწყვეტის სიხშირე. ბენდის ფილტრი შედგება დაბალი გავლის ფილტრისაგან, რომელსაც მოჰყვება მაღალი გავლის ფილტრი. თუმცა, ორივე ფილტრს აქვს ერთი და იგივე სიხშირე:

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

1uF როგორც თვითნებური კონდენსატორის მნიშვნელობა და 0.6 და 100, როგორც შეწყვეტის სიხშირე, რეზისტორის მნიშვნელობები გამოითვლება ფილტრის შესაბამისი ნაწილისათვის. Vin კვანძი მოდის მაღალი დონის ფილტრის გამომავალიდან და Vout კვანძია, სადაც იზომება სრული სისტემის იმიტირებული გამომუშავება. ფიზიკურ სისტემაში ეს გამომავალი დაუკავშირდება ოსცილოსკოპს ან მსგავს ჩვენების მოწყობილობას ეკგ ტალღების რეალურ დროში სანახავად.

ნაბიჯი 4: შეამოწმეთ ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი

შემდეგი, ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი შემოწმდება იმის უზრუნველსაყოფად, რომ ის უზრუნველყოფს 1000 -ის მოგებას. ამისათვის შეიყვანეთ სინუსოიდური ტალღა თვითნებური სიხშირით და ამპლიტუდით. ამ მაგალითმა გამოიყენა 2mV პიკი ამპლიტუდის პიკზე EMG ტალღისა და 1000 Hz სიხშირის გამოსახატავად. სიმულაციური ინსტრუმენტების გამაძლიერებელი წრიული სიმულაციის პროგრამულ უზრუნველყოფაში და შეადგინეთ შესასვლელი და გამომავალი ტალღების ფორმები. კურსორის ფუნქციის გამოყენებით ჩაწერეთ შესასვლელი და გამომავალი სიდიდეები და გამოთვალეთ მოგება Gain = Vout/Vin. თუ ეს მოგება არის დაახლოებით 1000, ეს ეტაპი მუშაობს სწორად. დამატებითი სტატისტიკური ანალიზი შეიძლება განხორციელდეს ამ ეტაპზე რეზისტორების ტოლერანტობის გათვალისწინებით და რეზისტორების მნიშვნელობების შეცვლით +5% და -5% -ით, რათა ნახოთ თუ როგორ იმოქმედებს იგი გამომავალ ტალღაზე და შემდგომ მოგებაზე.

ნაბიჯი 5: შეამოწმეთ Notch ფილტრი

შეამოწმეთ მაღალი დონის ფილტრი AC გაწმენდით დიაპაზონიდან, რომელიც შეიცავს 60 Hz. ამ მაგალითში, გაწმენდა მიმდინარეობდა 1 ჰერციდან 200 ჰერცამდე. შედეგად ნაკვეთი, როდესაც იზომება Vout კვანძში, გამოვა დიაპაზონის გამაძლიერებელი გრაფიკი სიხშირის წინააღმდეგ Hz. გრაფიკი უნდა დაიწყოს და დამთავრდეს 0 დბ გაძლიერებით 60 ჰც სიხშირეზე ორივე მიმართულებით და გაძლიერების დიდი ვარდნა უნდა გამოჩნდეს 60 ჰერცზე ან ძალიან ახლოს. ეს გვიჩვენებს, რომ ამ სიხშირეზე მოხვედრილი სიგნალები სათანადოდ იშლება სასურველი სიგნალიდან. დამატებითი სტატისტიკური ანალიზი შეიძლება განხორციელდეს ამ ეტაპზე რეზისტორების ტოლერანტობის გათვალისწინებით და რეზისტორისა და კონდენსატორის მნიშვნელობების შეცვლით +5% და -5% -ით, რათა ნახოთ როგორ მოქმედებს ის ექსპერიმენტული შეწყვეტის სიხშირეზე (სიხშირე, რომელიც განიცდის ყველაზე შესუსტებას გრაფიკულად).

ნაბიჯი 6: შეამოწმეთ Bandpass ფილტრი

დაბოლოს, შეამოწმეთ ბანდის ფილტრი სხვა AC გაწმენდის ანალიზის ჩატარებით. ამჯერად, გაწმენდა უნდა იყოს 0.6 -ზე ნაკლები სიხშირიდან და 100 -ზე მეტი, რათა უზრუნველყოს შემობრუნების გრაფიკული ხილვა. კიდევ ერთხელ, განახორციელეთ ანალიზი სქემატურად ნაჩვენები Vout კვანძის გაზომვით. გამომავალი უნდა გამოიყურებოდეს ზემოთ მოცემულ ფიგურაში, სადაც გაძლიერება უარყოფითია 0,6-100 ჰც დიაპაზონიდან უფრო შორს. წერტილები, რომლებშიც გამაგრება არის -3dB უნდა იყოს 0.6 და 100 Hz, ან მნიშვნელობები, რომლებიც ძალიან ახლოსაა პირველ და მეორე პუნქტებთან, შესაბამისად. -3dB წერტილები ნიშნავს, როდესაც სიგნალი შესუსტებულია იმ წერტილამდე, სადაც ამ სიხშირეებზე გამოსასვლელი იქნება საწყისი სიმძლავრის ნახევარი. ამრიგად, -3dB წერტილები გამოიყენება ფილტრების სიგნალების შესუსტების გასაანალიზებლად. თუ გამოტანილ გრაფიკზე -3dB წერტილები ემთხვევა bandpass დიაპაზონს, სცენა მუშაობს გამართულად.

დამატებითი სტატისტიკური ანალიზი შეიძლება განხორციელდეს ამ ეტაპზე რეზისტორების ტოლერანტობის გათვალისწინებით და რეზისტორისა და კონდენსატორის მნიშვნელობების შეცვლით +5% და -5% -ით, რათა ნახოთ როგორ მოქმედებს ის ორივე ექსპერიმენტულ შეწყვეტის სიხშირეზე.

ნაბიჯი 7: შეაერთეთ ეკგ -ს სრული სისტემა

დაბოლოს, როდესაც სამივე ეტაპი დადასტურდება, რომ სწორად მუშაობს, ეკგ -ს სამივე ეტაპი ერთად მოათავსეთ და საბოლოო შედეგი კეთდება. სიმულაციური ეკგ -ს ტალღის შეყვანა შესაძლებელია ინსტრუმენტული გამაძლიერებლის სტადიაში და გამომავალი ტალღა უნდა იყოს გაძლიერებული ეკგ -ის ტალღა.