Негізгі электрокардиограмма схемасын алу, күшейту және сүзу: 6 қадам

2025 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2025-01-23 14:50

Бұл нұсқаулықты орындау үшін тек компьютер, интернетке кіру және кейбір модельдеу бағдарламалары қажет. Бұл дизайн үшін барлық схемалар мен модельдеу LTspice XVII -де орындалады. Бұл модельдеу бағдарламалық жасақтамасы 1000 -нан астам компоненттерден тұратын кітапханаларды қамтиды, бұл схемаларды құруды өте жеңілдетеді. Бұл тізбектер жалпыланатындықтан, «UniversalOpAmp2» оп-амп қажет болған әрбір жағдай үшін қолданылады. Сонымен қатар, әрбір оп -амп +15В және -15В қуат көзінен қуат алды. Бұл қуат көздері оп-ампті қуаттап қана қоймайды, сонымен қатар егер ол осы екі қосымшаға жетсе, шығыс кернеуін қысқартады.

1 -қадам: аспаптық күшейткіштің дизайны

Сигналды алғаннан кейін оны есептеу мен сүзу үшін күшейту қажет. Электрокардиограмма үшін күшейтудің ең кең тараған әдісі - аспаптық күшейткіш. Жоғарыда айтылғандай, аспаптық күшейткіштің күшейту тізбектеріне қатысты көптеген артықшылықтары бар, олардың ең үлкені кіріс кернеулерінің арасындағы жоғары кедергі. Бұл тізбекті құру үшін жеті резистормен бірге 3 оп-ампер қолданылды, олардың алтауы шамасы бойынша эквивалентті. Көптеген электрокардиограммалардың кірісі кіріс сигналынан шамамен 1000 есе көп [1]. Аспаптық күшейткіштің пайда болу теңдеуі келесідей: Табыс = 1 + (2 * R1/R2) * (R7/R6). Қарапайымдылық үшін 2 резистор R2 қоспағанда, әрбір резистор 1000 Ом деп қабылданды. Бұл мәндер кіріс кернеуінен 1001 есе үлкен пайда береді. Бұл кіріс қосымша талдау үшін алынған сигналдарды күшейту үшін жеткілікті. Алайда, теңдеуді қолдана отырып, олардың схемасы үшін қалаған пайда болады.

2 -қадам: Band Pass сүзгі дизайны

Өткізу сүзгісі-бұл өткізу жолағы деп аталатын нәрсені қамтамасыз ету үшін әдетте оп-ампермен үйлесімді жұмыс істейтін жоғары өту сүзгісі және төмен өту сүзгісі. Өткізу диапазоны - жоғарыда және төменде қалғандары қабылдамайтын кезде өтетін жиіліктер ауқымы. Өнеркәсіптік стандарттар стандартты электрокардиограммада 0,5 Гц -тен 150 Гц -ке дейінгі өткізу жолағы болуы керек [2]. Бұл үлкен өткізу жолағы жүректен шығатын барлық электр сигналының жазылуын және оның ешқайсысы сүзілмеуін қамтамасыз етеді. Сол сияқты, бұл өткізу жолағы сигналға кедергі келтіруі мүмкін кез келген тұрақты токтың ығысуын қабылдамайды. Мұны жобалау үшін арнайы резисторлар мен конденсаторларды жоғары өту жиілігі 0,5 Гц, ал төменгі өту жиілігі 150 Гц болатындай етіп таңдау керек. Жоғары өту үшін де, төмен өту сүзгісі үшін де шектік жиілік теңдеуі келесідей: Fc = 1/(2*pi*RC). Менің есептеулерім үшін ерікті резистор таңдалды, содан кейін 4 -теңдеуді қолдана отырып, конденсатордың мәні есептелді. Сондықтан жоғары өту сүзгісінде резистордың мәні 100 000 Ом және конденсатордың мәні 3,1831 микрофарад болады. Сол сияқты төмен өту сүзгісінде резистордың мәні 100 000 Ом және конденсатордың мәні 10,61 нано-фарад болады. Реттелген мәндері бар жолақ өткізгіш сүзгінің диаграммасы көрсетілген.

3 -қадам: Сүзгі дизайны

Шұңқырлы сүзгі негізінен жолақ сүзгісіне қарама -қарсы. Төмен өтудің артынан төмен өтудің орнына, бұл төмен өту, содан кейін жоғары өту, сондықтан шудың бір ғана жолағын жоюға болады. Электрокардиограмманың ойық сүзгісі үшін Twin-T сапты сүзгі конструкциясы қолданылды. Бұл дизайн орталық жиілікті сүзуге мүмкіндік береді және үлкен сапалық факторды қамтамасыз етеді. Бұл жағдайда орталық жиілік 60 Гц жиілікте болды. 4 -ші теңдеуді қолдана отырып, резистордың мәндері 0,1 микрофарад конденсатордың берілген мәнін пайдаланып есептелді. 60 Гц тоқтату жолағы үшін есептелген резистор мәндері 26, 525 Ом болды. Содан кейін R5 3 R3 және R4 calculated деп есептелді. C3 сонымен қатар C1 және C2 үшін таңдалған мәннен екі есе көп есептелді [3]. R1 және R2 үшін ерікті резисторлар таңдалды.

4 -қадам: аралас тізбек

Торды қолдана отырып, бұл компоненттер тізбектеліп орналастырылды және аяқталған тізбектің суреті бейнеленген. Springer Science жариялаған құжатқа сәйкес, барлық схема орнатылған кезде ЭКГ тізбегінің қолайлы табысы шамамен 70 дБ болуы керек [4].

5 -қадам: бүкіл тізбекті тексеру

Барлық компоненттер серияға орналастырылған кезде, дизайнды тексеру қажет болды. Бұл тізбекті тексере отырып, барлық компоненттердің үйлесімді жұмыс істейтінін анықтау үшін ауыспалы және айнымалы ток тазалау жүргізілді. Егер бұлай болса, өтпелі шығыс кернеуі кіріс кернеуінен шамамен 1000 есе артық болар еді. Сол сияқты, айнымалы токты тазарту жүргізілгенде, 60 Гц жиілікпен жолақты өту сүзгісінің контуры күтіледі. Суреттегі суреттерге қарап, бұл схема осы екі мақсатты да сәтті жүзеге асыра алды. Тағы бір сынақ - бұл фильтрдің тиімділігін көру. Мұны тексеру үшін тізбек арқылы 60 Гц сигналы өтті. Суретте көрсетілгендей, бұл шығудың шамасы кірістіліктен шамамен 5 есе үлкен болды, ал жиілік өткізу жолағында болған кездегі 1000x -пен салыстырғанда.

6 -қадам: Ресурстар:

[1] “ЭКГ өлшеу жүйесі,” Columbia.edu, 2020. https://www.cisl.columbia.edu/kinget_group/student_projects/ECG%20Report/E6001%20ECG%20final%20report.htm (01 желтоқсанда кірген, 2020).

[2] Л. Г. Терещенко мен М. Е. Жозефсон, «Жиілік мазмұны мен қарыншалық өткізгіштік сипаттамасы», Электрокардиология журналы, т. 48, жоқ. 6, 933–937 бб., 2015, doi: 10.1016/j.jelectrocard.2015.08.034.

[3] «Жолақты тоқтату сүзгілері қабылдамайтын сүзгілер деп аталады», Электрониканың негізгі оқулықтары, 22 мамыр, 2018.

[4] Н. Гулер мен У. Фидан, «ЭКГ сигналын сымсыз жіберу», Springer Science, т. 30, сәуір, 2005, doi: 10.1007/s10916-005-7980-5.