Qarku i Simuluar i EKG -së: 7 Hapa

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

Një elektrokardiogram është një test i zakonshëm që përdoret si në ekzaminimet standarde ashtu edhe në diagnostikimin e sëmundjeve serioze. Kjo pajisje, e njohur si EKG, mat sinjalet elektrike brenda trupit përgjegjës për rregullimin e rrahjeve të zemrës. Testi administrohet duke aplikuar elektroda në lëkurën e subjektit dhe duke vëzhguar daljen, e cila merr formën e formës së njohur valore të EKG -së të treguar. Kjo formë vale përmban një valë P, kompleks QRS dhe valë T që secila përfaqëson një përgjigje fiziologjike. Ky udhëzues do të kalojë nëpër hapat e simulimit të një EKG në një softuer simulimi qark.

Furnizimet:

LTSpice ose imitues i ngjashëm i qarkut

Hapi 1: Ndërtoni një përforcues instrumentesh

Qëllimi i një përforcuesi të instrumenteve është të amplifikojë një sinjal shumë të vogël që shpesh është i rrethuar nga nivele të larta të zhurmës. Tensioni i sinjalit hyrës në një EMG është zakonisht midis 1 mV deri në 5 mV dhe qëllimi i kësaj faze është të amplifikojë atë sinjal me një fitim prej përafërsisht 1000. E treguar në skemë, fitimi mund të kontrollohet nga ekuacioni i mëposhtëm ku R1 = R2, R4 = R5, dhe R6 = R7:

Fitimi = K1*K2, ku K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

Fitimi pra u vendos i barabartë me 1000, kështu që K1 dhe K2 janë afërsisht 31.6. Disa rezistorë mund të zgjidhen në mënyrë arbitrare dhe të tjerët të llogariten, për aq kohë sa ekuacioni i fitimit është i barabartë me 1000. Në një qark fizik, elektrodat do të hynin në amplifikatorët operacionalë, por për qëllime simulimi njëra është e bazuar dhe tjetra përdoret për të nënkuptuar diferenca e mundshme. Nyja Vin do të përdoret për të simuluar më vonë valët hyrëse. Nyja Vout çon në fazën tjetër të EKG. Një përforcues operacional LTC1151 u zgjodh pasi ndodhet në bibliotekën LTSpice, ka një CMRR të lartë dhe është përdorur në instrumentet mjekësore. Çdo përforcues bazë operacional me tension furnizimi prej +15V dhe -15V do të funksiononte në këtë sistem.

Hapi 2: Ndërtoni një filtër Notch

Faza tjetër në EKG është një filtër i nivelit për të filtruar ndërhyrjen e linjës së energjisë që ndodh në një frekuencë prej 60 Hz. Një filtër i nivelit punon duke hequr një gamë të vogël të sinjaleve që ndodhin në afërsi të një frekuence të veçantë. Prandaj, duke përdorur një frekuencë ndërprerëse prej 60 Hz dhe ekuacionin e frekuencës së ndërprerjes, mund të zgjidhen rezistorë dhe kondensatorë të përshtatshëm. Duke përdorur skemën e mësipërme dhe duke vënë në dukje se C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10 dhe R8 = R9 = 2*R10, vlerat e kondensatorit mund të zgjidhen në mënyrë arbitrare (Shembulli tregon një kondensator të zgjedhur 1uF). Duke përdorur ekuacionin e mëposhtëm, vlerat e përshtatshme të rezistencës mund të llogariten dhe përdoren në këtë fazë:

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

Nyja Vin është dalja nga amplifikatori i instrumenteve dhe nyja Vout çon në fazën tjetër.

Hapi 3: Ndërtoni një filtër Bandpass

Faza e fundit e sistemit përbëhet nga një filtër aktiv i brezit për të hequr zhurmën mbi dhe nën një gamë të caktuar frekuencash. Bredhja bazë, e shkaktuar nga sinjali bazë që ndryshon me kohën, ndodh nën 0.6 Hz dhe zhurma EMG, e shkaktuar nga prania e zhurmës së muskujve, ndodh në frekuenca mbi 100 Hz. Prandaj, këta numra vendosen si frekuenca të ndërprerjes. Filtri i bandës përbëhet nga një filtër me kalim të ulët i ndjekur nga një filtër me kalim të lartë. Sidoqoftë, të dy filtrat kanë të njëjtën frekuencë ndërprerjeje:

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

Duke përdorur 1uF si një vlerë kondensatori arbitrar, dhe 0.6 dhe 100 si frekuenca ndërprerëse, vlerat e rezistencës u llogaritën për pjesët e duhura të filtrit. Nyja Vin vjen nga dalja e filtrit të nivelit dhe nyja Vout është vendi ku do të matet dalja e simuluar e sistemit të plotë. Në një sistem fizik, ky dalje do të lidhej me një oshiloskop ose pajisje të ngjashme të ekranit për të parë valët e EKG -së në kohë reale.

Hapi 4: Testoni Përforcuesin e Instrumentacionit

Tjetra, amplifikuesi i instrumenteve do të testohet për të siguruar që ai siguron një përfitim prej 1000. Për ta bërë këtë, futni një valë sinusoidale në një frekuencë dhe amplituda arbitrare. Ky shembull përdori një kulm 2mV për të arritur amplitudën për të përfaqësuar një valë EMG dhe një frekuencë prej 1000 Hz. Simuloni amplifikatorin e instrumenteve në softuerin e simulimit të qarkut dhe vizatoni format e valës hyrëse dhe dalëse. Duke përdorur një funksion kursori, regjistroni madhësitë e hyrjes dhe daljes dhe llogaritni fitimin me Gain = Vout/Vin. Nëse ky fitim është afërsisht 1000, kjo fazë po funksionon siç duhet. Analiza statistikore shtesë mund të kryhet në këtë fazë duke marrë parasysh tolerancat e rezistencës dhe duke modifikuar vlerat e rezistencës me +5% dhe -5% për të parë se si ndikon në valën e daljes dhe fitimin pasues.

Hapi 5: Testoni Filtrin e Notch

Provoni filtrin e nivelit duke kryer një spastrim AC nga një gamë që përmban 60 Hz. Në këtë shembull, spastrimi u zhvillua nga 1 Hz në 200 Hz. Grafiku që rezulton, kur matet në nyjen Vout, do të nxjerrë një grafik të amplifikimit në dB kundrejt frekuencës në Hz. Grafiku duhet të fillojë dhe të përfundojë me një amplifikim 0 dB në frekuenca larg 60 Hz në të dy drejtimet dhe një rënie e madhe e amplifikimit duhet të shfaqet në ose shumë afër 60 Hz. Kjo tregon se sinjalet që ndodhin në këtë frekuencë po hiqen siç duhet nga sinjali i dëshiruar. Analiza statistikore shtesë mund të kryhet në këtë fazë duke marrë parasysh tolerancat e rezistencës dhe duke modifikuar vlerat e rezistorit dhe kondensatorit me +5% dhe -5% për të parë se si ndikon në frekuencën eksperimentale të ndërprerjes (frekuenca që përjeton më së shumti dobësimin grafikisht).

Hapi 6: Testoni Filtrin e Bandpass -it

Së fundmi, provoni filtrin e bandës duke kryer një analizë tjetër të spastrimit të rrymës. Këtë herë, spastrimi duhet të jetë nga një frekuencë më e vogël se 0.6 dhe më e madhe se 100 për të siguruar që brezi i kalimit të brezit të shihet grafikisht. Edhe një herë, kryeni analizën duke matur në nyjen Vout të treguar në skemë. Dalja duhet të duket si figura më sipër ku amplifikimi është negativ aq më larg nga diapazoni 0.6-100Hz. Pikat në të cilat amplifikimi është -3dB duhet të jenë 0.6 dhe 100 Hz, ose vlera shumë afër atyre për pikën e parë dhe të dytë, respektivisht. Pikat -3dB nënkuptojnë kur një sinjal dobësohet në pikën ku dalja në këto frekuenca do të jetë gjysma e fuqisë origjinale. Prandaj, pikat -3dB përdoren për të analizuar dobësimin e sinjaleve për filtrat. Nëse pikat -3dB në grafikun e dalur përputhen me gamën e kalimit të brezit, faza po funksionon siç duhet.

Analiza statistikore shtesë mund të kryhet në këtë fazë duke marrë parasysh tolerancat e rezistencës dhe duke modifikuar vlerat e rezistencës dhe kondensatorit me +5% dhe -5% për të parë se si ndikon në të dy frekuencat eksperimentale të ndërprerjes.

Hapi 7: Vendosni së bashku sistemin e plotë të EKG -së

Së fundi, kur të tre fazat konfirmohen se funksionojnë siç duhet, vendosni të tre fazat e EKG së bashku dhe rezultati përfundimtar bëhet. Një valë EKG e simuluar mund të futet në fazën e amplifikatorit të instrumentacionit dhe vala e dalur duhet të jetë një valë EKG e amplifikuar.