LTspice এ ECG সিগন্যাল মডেলিং: 7 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 07:56

ইসিজি হল হার্টে সংঘটিত বৈদ্যুতিক সংকেত পরিমাপের একটি খুব সাধারণ পদ্ধতি। এই পদ্ধতির সাধারণ ধারণা হল হার্টের সমস্যা, যেমন অ্যারিথমিয়া, করোনারি আর্টারি ডিজিজ বা হার্ট অ্যাটাক। যদি রোগীর বুকে ব্যথা, শ্বাস নিতে অসুবিধা, বা অস্পষ্ট হৃদস্পন্দন যেমন প্যালপিটেশন নামে অনুভূত হয় তবে এটি প্রয়োজনীয় হতে পারে, তবে পেসমেকার এবং অন্যান্য ইমপ্লান্টযোগ্য ডিভাইসগুলি সঠিকভাবে কাজ করছে তা নিশ্চিত করার জন্যও ব্যবহার করা যেতে পারে। ওয়ার্ল্ড হেলথ অর্গানাইজেশনের ডেটা দেখায় যে কার্ডিওভাসকুলার সম্পর্কিত রোগগুলি বিশ্বব্যাপী মৃত্যুর সবচেয়ে বড় কারণ; এই রোগগুলি প্রতি বছর প্রায় 18 মিলিয়ন মানুষকে হত্যা করে। অতএব, যে যন্ত্রগুলি এই রোগগুলি পর্যবেক্ষণ বা আবিষ্কার করতে পারে তা অবিশ্বাস্যভাবে গুরুত্বপূর্ণ, এজন্যই ইসিজি তৈরি করা হয়েছিল। ইসিজি একটি সম্পূর্ণ অ আক্রমণকারী চিকিৎসা পরীক্ষা যা রোগীর জন্য কোন ঝুঁকি সৃষ্টি করে না, ইলেকট্রোড অপসারণের সময় কিছু অস্বস্তি ছাড়া।

এই নির্দেশে বর্ণিত সম্পূর্ণ ডিভাইসটিতে গোলমাল ইসিজি সংকেতকে কাজে লাগানোর জন্য বেশ কয়েকটি উপাদান থাকবে যাতে সর্বোত্তম ফলাফল পাওয়া যায়। ইসিজি রেকর্ডিং সাধারণত কম ভোল্টেজে ঘটে, তাই বিশ্লেষণ ঘটার আগে এই সংকেতগুলি প্রসারিত করা উচিত, এই ক্ষেত্রে একটি উপকরণ পরিবর্ধক সহ। এছাড়াও, ইসিজি রেকর্ডিংয়ে গোলমাল খুব বিশিষ্ট, তাই এই সংকেতগুলি পরিষ্কার করার জন্য অবশ্যই ফিল্টারিং হতে হবে। এই হস্তক্ষেপ বিভিন্ন স্থান থেকে আসতে পারে, তাই নির্দিষ্ট শব্দগুলি অপসারণের জন্য বিভিন্ন পন্থা অবলম্বন করা প্রয়োজন। শারীরবৃত্তীয় সংকেত শুধুমাত্র একটি সাধারণ পরিসরে ঘটে, তাই একটি ব্যান্ডপাস ফিল্টার এই পরিসরের বাইরে কোন ফ্রিকোয়েন্সি অপসারণ করতে ব্যবহৃত হয়। ইসিজি সিগন্যালে একটি সাধারণ শব্দকে বলা হয় পাওয়ার লাইন হস্তক্ষেপ, যা প্রায় 60 Hz এ ঘটে এবং একটি খাঁজ ফিল্টার দিয়ে সরানো হয়। এই তিনটি উপাদান একটি ইসিজি সিগন্যাল পরিষ্কার করার জন্য একসাথে কাজ করে এবং সহজে ব্যাখ্যা এবং নির্ণয়ের অনুমতি দেয় এবং তাদের কার্যকারিতা পরীক্ষা করার জন্য এলটিস্পাইসে মডেল করা হবে।

ধাপ 1: ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার নির্মাণ (আইএনএ)

সম্পূর্ণ ডিভাইসের প্রথম উপাদানটি ছিল একটি ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার (আইএনএ), যা গোলমাল পরিবেশে পাওয়া ছোট সংকেত পরিমাপ করতে পারে। এই ক্ষেত্রে, সর্বোত্তম ফলাফলের জন্য একটি INA একটি উচ্চ লাভ (প্রায় 1, 000) দিয়ে তৈরি করা হয়েছিল। আইএনএ এর নিজ নিজ প্রতিরোধক মান সহ একটি পরিকল্পিত দেখানো হয়েছে। এই আইএনএ এর লাভ তাত্ত্বিকভাবে গণনা করা যেতে পারে যে সেটআপটি বৈধ ছিল এবং প্রতিরোধক মানগুলি যথাযথ ছিল। সমীকরণ (1) দেখায় যে সমীকরণটি গণনা করতে ব্যবহৃত হয় যে তাত্ত্বিক লাভ ছিল 1, 000, যেখানে R1 = R3, R4 = R5, এবং R6 = R7।

সমীকরণ (1): লাভ = (1 + (2R1 / R2)) * (R6 / R4)

ধাপ 2: ব্যান্ডপাস ফিল্টার নির্মাণ

শব্দের একটি প্রধান উৎস হল শরীরের মাধ্যমে ছড়িয়ে পড়া বৈদ্যুতিক সংকেত, তাই শিল্পের মান হল ECG থেকে বিকৃতি দূর করতে 0.5 Hz এবং 150 Hz এর কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি সহ একটি ব্যান্ডপাস ফিল্টার অন্তর্ভুক্ত করা। এই ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জের বাইরে সংকেত দূর করতে এই ফিল্টারটি একটি উচ্চ পাস এবং একটি কম পাস ফিল্টার ব্যবহার করেছে। এই ফিল্টারের পরিকল্পিত তার নিজ নিজ প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান দেখানো হয়েছে। সমীকরণ (2) এ দেখানো সূত্র ব্যবহার করে প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের সঠিক মান পাওয়া গেছে। এই সূত্রটি দুবার ব্যবহার করা হয়েছিল, একটি 0.5 Hz এর উচ্চ পাস কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি এবং একটি 150 Hz এর নিম্ন পাস কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি জন্য। প্রতিটি ক্ষেত্রে, ক্যাপাসিটরের মান 1 μF এ সেট করা হয়েছিল এবং প্রতিরোধকের মান গণনা করা হয়েছিল।

সমীকরণ 2: R = 1 / (2 * pi * Cutoff ফ্রিকোয়েন্সি * C)

ধাপ 3: নচ ফিল্টার নির্মাণ

ইসিজির সাথে যুক্ত শব্দটির আরেকটি সাধারণ উৎস বিদ্যুৎ লাইন এবং অন্যান্য ইলেকট্রনিক যন্ত্রপাতি দ্বারা সৃষ্ট হয় কিন্তু একটি খাঁজ ফিল্টার দিয়ে নির্মূল করা হয়। এই ফিল্টারিং কৌশলটি একটি উচ্চ পাস এবং একটি নিম্ন পাস ফিল্টারকে সমান্তরালভাবে ব্যবহার করে বিশেষভাবে 60 Hz এ গোলমাল দূর করতে। তার নিজ নিজ প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মান সহ খাঁজ ফিল্টারের পরিকল্পিত দেখানো হয়েছে। সঠিক প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের মানগুলি নির্ধারিত হয়েছিল যে R1 = R2 = 2R3 এবং C1 = 2C2 = 2C3। তারপর, 60 Hz এর একটি কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি নিশ্চিত করার জন্য, R1 কে 1 kΩ তে সেট করা হয়েছিল এবং C1 এর মান খুঁজে পেতে সমীকরণ (3) ব্যবহার করা হয়েছিল।

সমীকরণ 3: C = 1 / (4 * pi * Cutoff ফ্রিকোয়েন্সি * R)

ধাপ 4: সম্পূর্ণ সিস্টেম নির্মাণ

অবশেষে, সম্পূর্ণ তিনটি ডিভাইস সঠিকভাবে কাজ করছে তা নিশ্চিত করার জন্য তিনটি উপাদানকে একত্রিত করা হয়েছিল। সম্পূর্ণ সিস্টেম বাস্তবায়নের সময় সুনির্দিষ্ট কম্পোনেন্টের মান পরিবর্তিত হয়নি এবং সিমুলেশন প্যারামিটারগুলি চিত্র 4. -এ অন্তর্ভুক্ত। যদিও ফিল্টারগুলি বিনিময় করা যেতে পারে, আইএনএকে প্রথম উপাদান হিসাবে থাকা উচিত, যাতে কোনও ফিল্টারিং হওয়ার আগে পরিবর্ধন ঘটতে পারে।

ধাপ 5: প্রতিটি উপাদান পরীক্ষা করা

এই সিস্টেমের বৈধতা পরীক্ষা করার জন্য, প্রতিটি উপাদান প্রথমে আলাদাভাবে পরীক্ষা করা হয়েছিল, এবং তারপরে পুরো সিস্টেমটি পরীক্ষা করা হয়েছিল। প্রতিটি পরীক্ষার জন্য, ইনপুট সংকেতটি শারীরবৃত্তীয় সংকেতগুলির একটি সাধারণ পরিসরের মধ্যে (5 এমভি এবং 1 কেএইচজেড) সেট করা হয়েছিল, যাতে সিস্টেমটি যথাসম্ভব নির্ভুল হতে পারে। আইএনএর জন্য একটি এসি সুইপ এবং ক্ষণস্থায়ী বিশ্লেষণ সম্পন্ন হয়েছিল, যাতে দুটি পদ্ধতি (সমীকরণ (4) এবং (5)) ব্যবহার করে লাভ নির্ধারণ করা যায়। কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সিগুলি কাঙ্ক্ষিত মানগুলিতে ঘটে তা নিশ্চিত করার জন্য ফিল্টারগুলি এসি সুইপ ব্যবহার করে পরীক্ষা করা হয়েছিল।

সমীকরণ 4: লাভ = 10 ^ (dB / 20) সমীকরণ 5: লাভ = আউটপুট ভোল্টেজ / ইনপুট ভোল্টেজ

দেখানো প্রথম ছবিটি হল আইএনএ এর এসি সুইপ, দ্বিতীয় এবং তৃতীয়টি ইনপুট এবং আউটপুট ভোল্টেজের জন্য আইএনএ -এর ক্ষণস্থায়ী বিশ্লেষণ। চতুর্থটি হল ব্যান্ডপাস ফিল্টারের এসি সুইপ এবং পঞ্চমটি হল নচ ফিল্টারের এসি সুইপ।

ধাপ 6: সম্পূর্ণ সিস্টেম পরীক্ষা করা

পরিশেষে, একটি এসি সুইপ এবং ক্ষণস্থায়ী বিশ্লেষণের মাধ্যমে সম্পূর্ণ সিস্টেম পরীক্ষা করা হয়েছিল; যাইহোক, এই সিস্টেমের ইনপুট ছিল একটি প্রকৃত ইসিজি সংকেত। উপরের প্রথম ছবিটি এসি সুইপের ফলাফল দেখায়, দ্বিতীয়টি ক্ষণস্থায়ী বিশ্লেষণের ফলাফল দেখায়। প্রতিটি লাইন প্রতিটি উপাদানের পরে একটি পরিমাপের সাথে মিলে যায়: সবুজ - আইএনএ, নীল - ব্যান্ডপাস ফিল্টার এবং লাল - খাঁজ ফিল্টার। সহজ বিশ্লেষণের জন্য চূড়ান্ত চিত্রটি একটি বিশেষ ইসিজি তরঙ্গে জুম করে।

ধাপ 7: চূড়ান্ত চিন্তা

সামগ্রিকভাবে, এই সিস্টেমটি একটি ইসিজি সিগন্যাল নিতে, এটিকে প্রশস্ত করার জন্য এবং যে কোন অবাঞ্ছিত গোলমাল অপসারণের জন্য ডিজাইন করা হয়েছিল যাতে এটি সহজেই ব্যাখ্যা করা যায়। সম্পূর্ণ সিস্টেমের জন্য, একটি ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার, একটি ব্যান্ডপাস ফিল্টার, এবং একটি খাঁজ ফিল্টার ডিজাইন করা হয়েছে বিশেষ নকশা স্পেসিফিকেশন দেওয়া উদ্দেশ্য অর্জনের জন্য। এলটিস্পাইসে এই উপাদানগুলি ডিজাইন করার পরে, প্রতিটি উপাদান এবং পুরো সিস্টেমের বৈধতা পরীক্ষা করার জন্য এসি সুইপ এবং ক্ষণস্থায়ী বিশ্লেষণের সংমিশ্রণ পরিচালিত হয়েছিল। এই পরীক্ষাগুলি দেখিয়েছিল যে সিস্টেমের সামগ্রিক নকশাটি বৈধ ছিল এবং প্রতিটি উপাদান প্রত্যাশা অনুযায়ী কাজ করছিল।

ভবিষ্যতে, এই সিস্টেমটি লাইভ ইসিজি ডেটার সময় পরীক্ষা করার জন্য একটি শারীরিক সার্কিটে রূপান্তরিত হতে পারে। এই পরীক্ষাগুলি নকশাটি বৈধ কিনা তা নির্ধারণের চূড়ান্ত পদক্ষেপ হবে। একবার সম্পন্ন হলে, সিস্টেমটি বিভিন্ন স্বাস্থ্যসেবা সেটিংসে ব্যবহারের জন্য অভিযোজিত হতে পারে এবং চিকিৎসকদের হৃদরোগ নির্ণয় ও চিকিৎসায় সাহায্য করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।