ЭКГ симуляциясы: 7 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

Электрокардиограмма - бұл стандартты зерттеулерде де, ауыр ауруларды диагностикалауда да қолданылатын жалпы тест. ЭКГ деп аталатын бұл құрылғы жүрек соғысын реттеуге жауапты дененің ішіндегі электр сигналдарын өлшейді. Сынақ терінің терісіне электродтарды қолдану және көрсетілген ЭКГ толқындық формасын алатын шығуды бақылау арқылы жүргізіледі. Бұл толқын формасында әрқайсысы физиологиялық жауапты білдіретін Р толқыны, QRS комплексі және Т толқыны бар. Бұл нұсқаулық схемалық модельдеу бағдарламалық жасақтамасында ЭКГ модельдеу кезеңдерінен өтеді.

Жабдықтар:

LTSpice немесе ұқсас схемалық тренажер

1 -қадам: аспаптық күшейткішті жасаңыз

Аспаптық күшейткіштің мақсаты - жиі шу деңгейімен қоршалған өте кішкентай сигналды күшейту. ЭМГ кіріс сигналының кернеуі әдетте 1 мВ -тан 5 мВ -қа дейінгі аралықта болады және бұл кезеңнің мақсаты - бұл сигналды шамамен 1000 шамасында күшейту. R1 = R2, R4 = R5 және R6 = R7:

Табыс = K1*K2, мұндағы K1 = K2

K1 = 1 + (2R1/R3)

K2 = -R6/R4

Осылайша, түсім 1000 -ға тең болды, сондықтан K1 және K2 шамамен 31.6 құрайды. Кейбір резисторлар ерікті түрде таңдалуы мүмкін, ал басқалары есептеледі, егер пайда теңдеу 1000 -ға тең болса. Физикалық тізбекте электродтар жұмыс күшейткіштеріне түседі, бірақ модельдеу үшін біреуі жерге тұйықталған, ал екіншісі белгі беру үшін қолданылады. потенциалдар айырмасы. Vin түйіні кейінірек кіріс толқындарын имитациялау үшін қолданылады. Vout түйіні ЭКГ келесі кезеңіне әкеледі. LTC1151 операциялық күшейткіші таңдалды, себебі ол LTSpice кітапханасында орналасқан, CMRR жоғары және медициналық аспаптарда қолданылған. Бұл жүйеде +15В және -15В кернеуі бар кез келген негізгі жұмыс күшейткіші жұмыс істейтін болады.

2 -қадам: ойық сүзгісін жасаңыз

ЭКГ келесі кезеңі - 60 Гц жиілікте пайда болатын электр желісінің кедергілерін сүзуге арналған ойық сүзгісі. Шұңқырлы сүзгі сингулярлық жиілікке өте жақын сигналдардың аз диапазонын жою арқылы жұмыс істейді. Сондықтан 60 Гц шектеу жиілігін және үзіліс жиілігі теңдеуін қолдана отырып, сәйкес резисторлар мен конденсаторларды таңдауға болады. Жоғарыда келтірілген схеманы қолдана отырып және C = C1 = C2, C3 = 2*C1, R = R10 және R8 = R9 = 2*R10 екенін ескере отырып, конденсатордың мәндерін ерікті түрде таңдауға болады (Мысалда 1uF конденсаторы көрсетілген). Келесі теңдеуді қолдана отырып, осы кезеңде резистордың сәйкес мәндерін есептеуге және қолдануға болады:

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

Vin түйіні - бұл аспап күшейткішінің шығысы, ал Vout түйіні келесі кезеңге апарады.

3 -қадам: Өткізгіш сүзгісін жасаңыз

Жүйенің соңғы кезеңі белгілі бір жиілік диапазонының үстінде және астындағы шуды кетіруге арналған белсенді жолақты сүзгіден тұрады. Уақыттың өзгеруіне байланысты сигналдың бастапқы сызығынан туындаған бастапқы ауытқу 0,6 Гц -ден төмен болады, ал бұлшықеттердің шуылынан туындаған ЭМГ шуы 100 Гц -ден жоғары жиілікте болады. Сондықтан бұл сандар шектеу жиіліктері ретінде орнатылады. Өткізу сүзгісі төмен өту сүзгісінен кейін жоғары өту сүзгісінен тұрады. Дегенмен, екі сүзгінің де ажырату жиілігі бірдей:

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

Конденсатордың ерікті мәні ретінде 1uF, ал үзіліс жиілігі ретінде 0,6 және 100 көмегімен резистордың мәндері сүзгінің тиісті бөліктері үшін есептелді. Вин түйіні ойық сүзгісінің шығысынан келеді, ал Vout түйіні - бұл толық жүйенің модельденген шығысы өлшенетін жерде. Физикалық жүйеде бұл шығыс ЭКГ толқындарын нақты уақытта көру үшін осциллографқа немесе ұқсас дисплейге қосылады.

4 -қадам: Аспаптық күшейткішті тексеріңіз

Әрі қарай, аспап күшейткіші 1000 -ды қамтамасыз ететініне көз жеткізу үшін тексеріледі. Бұл үшін ерікті жиілік пен амплитудада синусоидальды толқын енгізіңіз. Бұл мысалда EMG толқынын және 1000 Гц жиілігін көрсету үшін амплитудасы 2мВ шыңы қолданылды. Тізбекті модельдеу бағдарламалық жасақтамасында аспаптық күшейткішті модельдеңіз және кіріс және шығыс толқындарының формасын сызыңыз. Курсор функциясын қолдана отырып, кіріс және шығыс шамаларын жазыңыз және пайданы Gain = Vout/Vin арқылы есептеңіз. Егер бұл пайда шамамен 1000 болса, бұл кезең дұрыс жұмыс істейді. Бұл кезеңде резистордың төзімділігін ескере отырып және резистордың мәнін +5% және -5% өзгерту арқылы оның шығыс толқынына және одан кейінгі пайдаға қалай әсер ететінін білу арқылы қосымша статистикалық талдау жүргізуге болады.

5 -қадам: Сүзгі сүзгісін тексеріңіз

60 Гц диапазонынан айнымалы токты тазарту арқылы ойық сүзгісін тексеріңіз. Бұл мысалда тазарту 1 Гц -тен 200 Гц -ке дейін жүргізілді. Алынған сюжет, Vout түйінінде өлшенгенде, Гц жиіліктегі дБ мен жиіліктегі күшейту графигін шығарады. График екі бағытта да 60 Гц -тен алыс жиіліктерде 0 дБ күшейтуден басталуы және аяқталуы керек, ал 60 Гц -те немесе өте жақын күшейтудің үлкен төмендеуі пайда болуы керек. Бұл жиілікте пайда болатын сигналдардың қажетті сигналдан дұрыс алынып жатқанын көрсетеді. Бұл кезеңде резистордың төзімділігін ескере отырып, резистор мен конденсатордың мәндерін +5% және -5% өзгерту арқылы экспериментальды үзіліс жиілігіне (графикалық түрде ең әлсіреуді бастан өткеретін жиілік) қалай әсер ететінін ескере отырып, қосымша статистикалық талдау жүргізуге болады.

6 -қадам: Өткізгіш сүзгісін тексеріңіз

Ақырында, айнымалы токты тазартудың басқа талдауын жүргізу арқылы жолақты сүзгіні тексеріңіз. Бұл жолы өткізу жолағы графикалық түрде көрінуі үшін 0,6 -дан аз және 100 -ден жоғары жиілікте болуы керек. Тағы да схемада көрсетілген Vout түйінінде өлшеу арқылы талдауды жүргізіңіз. Шығу 0,6-100 Гц диапазонынан алыс жерде күшейту теріс болатын жоғарыдағы суретке ұқсас болуы керек. Күшейту нүктелері -3dB 0,6 және 100 Гц болуы тиіс, немесе мәндер сәйкесінше бірінші және екінші нүктелерге өте жақын. -3dB нүктелері сигнал осы жиіліктердегі шығыс бастапқы қуаттың жартысын құрайтын нүктеге дейін әлсіреген кезде білдіреді. Сондықтан -3dB нүктелері сүзгілер үшін сигналдардың әлсіреуін талдау үшін қолданылады. Егер шығарылған графикте -3dB нүктелері жолақ диапазонына сәйкес келсе, саты дұрыс жұмыс істейді.

Бұл кезеңде резистордың төзімділігін ескере отырып, резистор мен конденсатордың мәнін +5% және -5% өзгерту арқылы қосымша статистикалық талдау жүргізуге болады, бұл оның екі эксперименттік жиілікке қалай әсер ететінін көру үшін.

7 -қадам: толық ЭКГ жүйесін біріктіріңіз

Ақырында, барлық үш кезеңнің дұрыс жұмыс істеуі расталған кезде, ЭКГ -ның барлық үш кезеңін бірге орналастырыңыз және соңғы нәтиже жасалады. ЭКГ имитациялық толқынын аспаптық күшейткіш сатысына енгізуге болады, ал шығатын толқын күшейтілген ЭКГ толқыны болуы керек.