نموذج دائرة مخطط كهربية القلب الآلي: 4 خطوات

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

الهدف من هذا المشروع هو إنشاء نموذج دائرة بمكونات متعددة يمكنها تضخيم وتصفية إشارة ECG الواردة. سيتم نمذجة ثلاثة مكونات بشكل فردي: مضخم للأجهزة ، ومرشح نوتش نشط ، ومرشح ممر النطاق السلبي. سيتم دمجها لإنشاء نموذج الدائرة الكهربائية النهائي لتخطيط القلب. تم إجراء جميع نماذج الدارات واختبارها في LTspice ، لكن برامج محاكاة الدارات الأخرى ستعمل أيضًا.

الخطوة 1: مضخم الأجهزة

سيكون هذا هو المكون الأول لنموذج تخطيط القلب الكامل. والغرض منه هو تضخيم إشارة ECG الواردة ، والتي سيكون لها في البداية جهد كهربي منخفض للغاية. اخترت استخدام مكبرات الصوت المدمجة والمكونات المقاومة بطريقة تنتج ربحًا قدره 1000. تُظهر الصورة الأولى تصميم مضخم الأجهزة المصمم على طراز LTspice. تُظهر الصورة الثانية المعادلات ذات الصلة والحسابات التي تم إجراؤها. بمجرد نمذجة كاملة ، تم إجراء تحليل عابر لإشارة إدخال جيبية تبلغ 1 مللي فولت عند 75 هرتز في LTspice لتأكيد كسب 1000. توضح الصورة الثالثة نتائج هذا التحليل.

الخطوة 2: مرشح الشق النشط

سيكون هذا هو المكون الثاني لنموذج تخطيط القلب الكامل. الغرض منه هو تخفيف الإشارات بتردد 60 هرتز ، وهو تردد تداخل جهد خط التيار المتردد. هذا يشوه إشارات تخطيط القلب ، وعادة ما يكون موجودًا في جميع الإعدادات السريرية. اخترت الجمع بين جهاز op-amp مع مكونات مقاومة وسعوية في تكوين مرشح شق مزدوج. تُظهر الصورة الأولى تصميم مرشح الدرجة على غرار LTspice. تُظهر الصورة الثانية المعادلات ذات الصلة والحسابات التي تم إجراؤها. بمجرد نمذجة كاملة ، تم إجراء مسح تيار متردد لإشارة إدخال جيبية 1 فولت من 1 هرتز - 100 كيلو هرتز في LTspice لتأكيد الشق عند 60 هرتز. الصورة الثالثة تظهر نتائج هذا التحليل. من المحتمل أن يكون الاختلاف الطفيف في نتائج المحاكاة مقارنة بالنتائج المتوقعة بسبب التقريب الذي تم عند حساب المكونات المقاومة والسعة لهذه الدائرة.

الخطوة 3: مرشح ممر النطاق السلبي

سيكون هذا هو المكون الثالث لنموذج تخطيط القلب الكامل. والغرض منه هو تصفية الإشارات التي لا تقع ضمن النطاق 0.05 هرتز - 250 هرتز ، لأن هذا هو النطاق النموذجي لتخطيط القلب لدى البالغين. اخترت استخدام مكونات مقاومة ومكونات سعوية بحيث يكون قطع التمرير العالي 0.05 هرتز ويكون قطع التمرير المنخفض 250 هرتز. تُظهر الصورة الأولى تصميم مرشح ممر النطاق السلبي المصمم في LTspice. تُظهر الصورة الثانية المعادلات ذات الصلة والحسابات التي تم إجراؤها. بمجرد نمذجة كاملة ، تم إجراء مسح تيار متردد لإشارة إدخال جيبية 1 فولت من 0.01 هرتز - 100 كيلو هرتز في LTspice لتأكيد ترددات قطع التمرير العالية والمنخفضة. الصورة الثالثة تظهر نتائج هذا التحليل. من المحتمل أن يكون الاختلاف الطفيف في نتائج المحاكاة مقارنة بالنتائج المتوقعة بسبب التقريب الذي تم عند حساب المكونات المقاومة والسعة لهذه الدائرة.

الخطوة 4: الجمع بين مكونات الدوائر

الآن وقد تم تصميم جميع المكونات واختبارها بشكل فردي ، يمكن دمجها في سلسلة بالترتيب الذي تم إنشاؤه به. ينتج عن هذا نموذج دائري كامل لتخطيط القلب يحتوي أولاً على مكبر للأجهزة لتضخيم الإشارة 1000x. بعد ذلك ، يتم استخدام مرشح القطع لإزالة ضوضاء جهد خط التيار المتردد 60 هرتز. أخيرًا ، لا يسمح مرشح تمرير النطاق للإشارة بالمرور من خارج نطاق تخطيط القلب النموذجي للبالغين (0.05 هرتز - 250 هرتز). بمجرد الجمع ، كما هو موضح في الصورة الأولى ، يمكن إجراء تحليل عابر ومسح كامل للتيار المتردد في LTspice بجهد دخل 1 مللي فولت (جيبي) للتأكد من أن المكونات تعمل معًا كما هو متوقع. تعرض الصورة الثانية نتائج التحليل العابر ، والتي تُظهر تضخيم الإشارة من 1 مللي فولت إلى ~ 0.85 فولت. وهذا يعني أن مكونات مرشح الشق أو ممر النطاق تخفف قليلاً من الإشارة بعد تضخيمها مبدئيًا بمقدار 1000x بواسطة مضخم الأجهزة. تعرض الصورة الثالثة نتائج مسح التيار المتردد. تُظهر مؤامرة Bode قطع التمرير العالية والمنخفضة التي تطابق تلك الخاصة بمؤامرة Bode لمرشح النطاق الترددي عند اختبارها بشكل فردي. هناك أيضًا انخفاض طفيف حول 60 هرتز ، حيث يعمل مرشح الدرجة على إزالة الضوضاء غير المرغوب فيها.