Simulatori i Automatizuar i Qarkut EKG: 4 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Elektrokardiografia (EKG) është një teknikë e fuqishme e përdorur për të matur aktivitetin elektrik të zemrës së pacientit. Forma unike e këtyre potencialeve elektrike ndryshon në varësi të vendndodhjes së elektrodave të regjistrimit dhe është përdorur për të zbuluar shumë kushte. Me zbulimin e hershëm të një sërë sëmundjesh të zemrës, mjekët mund t'u japin pacientëve të tyre një mori rekomandimesh që trajtojnë situatën e tyre. Kjo makinë përbëhet nga tre përbërës kryesorë: një përforcues instrumentesh i ndjekur nga një filtër i nivelit dhe një filtër brezi. Qëllimi i këtyre pjesëve është të amplifikojnë sinjalet në hyrje, të heqin sinjalet e padëshiruara dhe të kalojnë të gjithë sinjalet biologjike përkatëse. Analiza e sistemit rezultues vërtetoi se elektrokardiogrami, siç pritej, kryen detyrat e tij të dëshiruara për të prodhuar një sinjal të përdorimit të EKG -së, duke demonstruar dobinë e tij për të zbuluar gjendjet e zemrës.

Furnizimet:

• Softueri LTSpice
• Skedarët e sinjalit EKG

Hapi 1: Përforcuesi i instrumenteve

Përforcuesi i instrumenteve, ndonjëherë i shkurtuar INA, përdoret për të amplifikuar sinjalet biologjike të nivelit të ulët që vërehen nga pacienti. Një INA tipike përbëhet nga tre amplifikatorë operacionalë (Op Amps). Dy Amps Op duhet të jenë në konfigurimin jo-përmbysës dhe Amp-i i fundit Op në konfigurimin diferencial. Shtatë rezistenca përdoren së bashku me Amps Op për të na lejuar të ndryshojmë fitimin duke ndryshuar madhësinë e vlerës së rezistencës. Nga rezistencat, ka tre palë dhe një madhësi individuale.

Për këtë projekt, unë do të përdor një fitim prej 1000 për të përforcuar sinjalet. Unë pastaj do të zgjedh vlerat arbitrare R2, R3 dhe R4 (është më e lehtë nëse R3 dhe R4 janë të barabartë në madhësi sepse ato do të anulonin në 1, duke hapur rrugën për llogaritjet më të lehta). Nga këtu, unë mund të zgjidh që R1 të ketë të gjitha madhësitë e nevojshme të komponentit.

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

Duke përdorur ekuacionin e fitimit më lart dhe vlerat R2 = 50kΩ dhe R3 = R4 = 10kΩ, marrim R1 = 100Ω.

Për të kontrolluar që fitimi është në fakt 1000, ne mund të drejtojmë qarkun me një funksion spastrim.ac dhe të vëzhgojmë se ku ndodh pllaja. Në këtë rast, është 60 dB. Duke përdorur ekuacionin më poshtë, ne mund ta konvertojmë dB në Vout/Vin pa dimension, i cili përfundon të jetë 1000, siç pritej.

Fitim, dB = 20*log (Vout/Vin)

Hapi 2: Filtri i nivelit

Komponenti tjetër që do të dizajnohet është filtri i nivelit. Vlera e përbërësve për këtë filtër varet kryesisht nga ajo frekuencë që dëshironi të hiqni. Për këtë dizajn, ne duam të shkurtojmë frekuencën 60 Hz (fc) që lëshohet nga instrumentet mjekësore.

Një filtër me dy nivele do të përdoret në këtë dizajn për të siguruar që vetëm ajo e dëshiruar do të pritet dhe se ne nuk do të zbusim rastësisht frekuencat biologjike të kërkuara pranë shenjës 60 Hz. Vlerat e komponentëve u gjetën duke zgjedhur vlerat e rezistencës arbitrare, nga të cilat zgjodha të përdor 2kΩ për filtrin me kalim të ulët (lart T) dhe 1kΩ për filtrin e kalimit të lartë (poshtë T). Duke përdorur ekuacionin më poshtë, zgjodha vlerat e nevojshme të kondensatorit.

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

Komploti Bode u gjet edhe një herë duke përdorur funksionin spastrim.ac që ofron LTSpice.

Hapi 3: Filtri i Pass Band

Komponenti përfundimtar i sistemit të automatizuar të EKG -së është i nevojshëm për të kaluar frekuencat biologjike pasi kjo është ajo që ne jemi të interesuar. Sinjali tipik EKG ndodh midis 0.5 Hz dhe 150 Hz (fc), prandaj mund të përdoren dy filtra; ose një filtër me brez kalimi ose një filtër me kalim të ulët. Në këtë dizajn, u përdor një filtër i brezit pasi është pak më i saktë se kalimi i ulët, megjithëse ai do të funksiononte akoma pasi frekuencat biologjike në përgjithësi nuk kanë frekuenca të larta gjithsesi.

Një filtër me brez kalimi përmban dy pjesë: një filtër me kalim të lartë dhe një filtër me kalim të ulët. Filtri i kalimit të lartë vjen para Op Amp dhe kalimi i ulët është pas. Mos harroni se ka një larmi modelesh të filtrave të brezit që mund të përdoren.

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

Edhe një herë, vlerat arbitrare duhet të zgjidhen shumë për të gjetur vlerat e kërkuara të pjesëve të tjera. Në filtrin e fundit, unë zgjodha vlerat arbitrare të rezistencës dhe u zgjidha për vlerat e kondensatorit. Për të demonstruar se nuk ka rëndësi me cilën të filloni, tani do të zgjedh vlerat arbitrare të kondensatorit për të zgjidhur për vlerat e rezistencës. Në këtë rast, unë zgjodha një vlerë kondensatori prej 1uF. Duke përdorur ekuacionin e mësipërm, unë përdor një frekuencë ndërprerjeje në të njëjtën kohë për të zgjidhur rezistencën përkatëse. Për thjeshtësi, unë do të përdor të njëjtën vlerë të kondensatorit si për pjesët e kalimit të lartë ashtu edhe ato të kalimit të ulët në filtrin e brezit. 0.5 Hz do të përdoret për të zgjidhur rezistencën e kalimit të lartë dhe frekuenca e ndërprerjes 150 Hz përdoret për të gjetur rezistencën e kalimit të ulët.

Një komplot Bode mund të përdoret edhe një herë për të parë nëse dizajni i qarkut ka funksionuar siç duhet.

Hapi 4: Sistemi i plotë

Pasi të jetë verifikuar që secili komponent të funksionojë më vete, pjesët mund të kombinohen në një sistem. Duke përdorur të dhënat e EKG -së të importuara dhe funksionin PWL në gjeneratorin e burimit të tensionit, mund të bëni simulime për të siguruar që sistemi amplifikon dhe kalon siç duhet frekuencat biologjike të dëshiruara.

Fotografia e ekranit të sipërm të komplotit është një shembull i asaj se si duken të dhënat dalëse duke përdorur një funksion.tran dhe pamja e ekranit të skicës së poshtme është komploti bode përkatës duke përdorur funksionin.ac.

Të dhëna të ndryshme hyrëse të EKG -së mund të shkarkohen (dy skedarë të ndryshëm hyrës të EKG -së janë shtuar në këtë faqe) dhe të futen në funksion për të testuar sistemin në pacientë të modeluar të ndryshëm.