ইসিজি সার্কিট (PSpice, LabVIEW, Breadboard): 3 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:02

দ্রষ্টব্য: এটি একটি মেডিকেল ডিভাইস নয়। এটি কেবলমাত্র সিমুলেটেড সিগন্যাল ব্যবহার করে শিক্ষাগত উদ্দেশ্যে। যদি সত্যিকারের ইসিজি পরিমাপের জন্য এই সার্কিটটি ব্যবহার করেন, দয়া করে সার্কিট এবং সার্কিট-টু-ইন্সট্রুমেন্ট সংযোগগুলি সঠিক বিচ্ছিন্নতা কৌশলগুলি ব্যবহার করছে তা নিশ্চিত করুন।

এই নির্দেশযোগ্য হল একটি সার্কিট যা সিমুলেটেড, নির্মাণ, এবং পরীক্ষা করার জন্য একটি নির্দেশিত উপায় যা ইসিজি সিগন্যালগুলি গ্রহণ করে, ফিল্টার করে এবং পরিবর্ধন করে। এই নির্দেশনার সম্পূর্ণতা বাস্তবায়নের জন্য আপনার সার্কিটের মৌলিক জ্ঞান এবং কয়েকটি যন্ত্রের প্রয়োজন হবে।

ইলেক্ট্রোকার্ডিওগ্রাফি (ইসিজি বা ইকেজি) একটি ব্যথাহীন, অ আক্রমণকারী পরীক্ষা যা হৃদয়ের বৈদ্যুতিক ক্রিয়াকলাপ রেকর্ড করে এবং রোগীর হৃদয়ের অবস্থা সম্পর্কে অন্তর্দৃষ্টি অর্জন করতে ব্যবহৃত হয়। একটি ইসিজি রিডিং সফলভাবে অনুকরণ করার জন্য, ইনপুট কার্ডিয়াক সিগন্যালগুলিকে পরিবর্ধিত (ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার) এবং ফিল্টার করা (নচ এবং লো পাস ফিল্টার) প্রয়োজন। এই উপাদানগুলি শারীরিকভাবে এবং একটি সার্কিট সিমুলেটরে তৈরি করা হয়েছিল। প্রতিটি উপাদান সঠিকভাবে পরিবর্ধক বা সংকেত ফিল্টার করছে তা নিশ্চিত করার জন্য, PSpice ব্যবহার করে এবং পরীক্ষামূলকভাবে একটি এসি সুইপ করা যেতে পারে। সফলভাবে প্রতিটি উপাদানকে পৃথকভাবে পরীক্ষা করার পর, ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার, নচ ফিল্টার এবং লো পাস ফিল্টার নিয়ে গঠিত একটি সম্পূর্ণ সার্কিটের মাধ্যমে একটি কার্ডিয়াক সিগন্যাল ইনপুট করা যায়। এর পরে, ইসিজি এবং ল্যাবভিউয়ের মাধ্যমে একটি মানব ইসিজি সংকেত প্রবেশ করা যেতে পারে। সিমুলেটেড ওয়েভফর্ম এবং হিউম্যান কার্ডিয়াক সিগন্যাল উভয়ই ইনপুট সিগন্যালের প্রতি মিনিটে (BPM) বিট গণনার জন্য LabVIEW এর মাধ্যমে চালানো যেতে পারে। সামগ্রিকভাবে, একটি ইনপুট কার্ডিয়াক সিগন্যাল এবং মানব সংকেত সফলভাবে পরিবর্ধিত এবং ফিল্টার করতে সক্ষম হওয়া উচিত, একটি ইসিজি সিমুলেট করে সার্কিট দক্ষতা ব্যবহার করে একটি ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার, নচ ফিল্টার এবং লো পাস ফিল্টার সার্কিট ডিজাইন করে।

ধাপ 1: কম্পিউটারে সিমুলেট সার্কিট

আপনি যে সার্কিট তৈরি করবেন তা অনুকরণ করার জন্য আপনার কাছে যে কোন সফটওয়্যার আছে তা ব্যবহার করতে পারেন। আমি পিএসপাইস ব্যবহার করেছি যাতে আমি এর জন্য বিশদ ব্যাখ্যা করবো কিন্তু কম্পোনেন্টের মান (প্রতিরোধক, ক্যাপাসিটর ইত্যাদি) এবং প্রধান টেক অ্যাওয়েগুলি একই রকম তাই অন্য কিছু ব্যবহার করতে বিনা দ্বিধায় (যেমন সার্কিটল্যাব ডট কম) ।

উপাদান মান গণনা:

1. প্রথমে ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের মান নির্ধারণ করা (ছবি দেখুন)। ছবির মানগুলি 1000 এর কাঙ্ক্ষিত লাভের দ্বারা নির্ধারিত হয়েছিল। যার মানে হল যে আপনি ইনপুট ভোল্টেজটি সার্কিটের এই অংশটি সরবরাহ করবেন তা লাভের মান দ্বারা এটিকে 'সম্প্রসারিত' করবে। উদাহরণস্বরূপ যদি আপনি 1V প্রদান করেন যেমন আমি করেছি আউটপুট 1000V হওয়া উচিত। এই ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের দুটি অংশ আছে, তাই তাদের মধ্যে লাভ ভাগ করা হয়েছে কে 1 এবং কে 2 হিসাবে উল্লেখ করা হয়েছে। অন্তর্ভুক্ত ছবিটি দেখুন, আমরা লাভগুলি কাছাকাছি হতে চাই (এজন্য ছবিতে সমীকরণ 2), ছবিতে সমীকরণ 2 এবং 3 নোডাল বিশ্লেষণের সাথে পাওয়া যায় এবং তারপরে প্রতিরোধকের মানগুলি গণনা করা যায় (ছবি দেখুন)।
2. নচ ফিল্টারের প্রতিরোধক মানগুলি গুণমানের ফ্যাক্টর, Q, 8 তে সেট করে নির্ধারিত হয়েছিল এবং এই কারণে যে আমরা জানতাম যে আমাদের কাছে প্রচুর 0.022uF ক্যাপাসিটার পাওয়া যায়, আমরা এই দুটি শর্ত ব্যবহার করে গণনায় এগিয়ে গেলাম। মানগুলি গণনা করতে 5 - 10 সমীকরণ সহ ছবিটি দেখুন। অথবা R1 = 753.575Ω, R2 = 192195Ω, R3 = 750.643Ω ব্যবহার করুন, যা আমরা করেছি!
3. কম পাস ফিল্টার হল একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি এর উপরে শব্দ দূর করা যা আমরা অনলাইনে দেখেছি যে ECG- এর জন্য 250 Hz এর একটি কাটঅফ ফ্রিকোয়েন্সি ব্যবহার করা ভাল। এই ফ্রিকোয়েন্সি এবং সমীকরণ থেকে 11-15 (ছবিটি পরীক্ষা করুন) আপনার নিম্ন পাস ফিল্টারের জন্য প্রতিরোধক মান গণনা করুন। K = 1. এর লাভ পেতে R3 কে একটি ওপেন সার্কিট এবং R4 কে শর্ট সার্কিট হিসেবে বিবেচনা করুন।

PSpice এ খুলুন এবং তৈরি করুন:

এই সমস্ত মান দিয়ে, PSpice শুরু করুন - 'OrCAD Capture CIS' খুলুন, যদি Cadence Project Choices এর জন্য একটি পপ আপ খোলে 'Allegro PCB Design CIS L' নির্বাচন করুন, ফাইল -> নতুন প্রকল্প খুলুন, এর জন্য একটি চতুর নাম টাইপ করুন, create project নির্বাচন করুন এনালগ বা মিশ্র A/D ব্যবহার করে, 'একটি ফাঁকা প্রকল্প তৈরি করুন' নির্বাচন করুন, আপনার প্রকল্পের ফাইল সংগঠনের জন্য ছবি দেখুন, প্রতিটি পৃষ্ঠার মধ্যে যেখানে আপনি আপনার অংশ তৈরি করতে উপাদানগুলি (প্রতিরোধক, ক্যাপাসিটার ইত্যাদি) সংকলন করবেন। সার্কিট আপনি চান প্রতিটি পৃষ্ঠায় আপনি টুল বারের উপরের অংশে ক্লিক করুন এবং অংশগুলির একটি তালিকা খুলতে অংশে ক্লিক করুন যেখানে আপনি প্রতিরোধক, ক্যাপাসিটর, অপারেশনাল এম্প্লিফায়ার এবং পাওয়ার উত্স অনুসন্ধান করেন। এছাড়াও প্লেস ড্রপ ডাউন এ আপনি মাটি এবং তার পাবেন যা আপনাকে ব্যবহার করতে হবে। আপনার গণনা করা মানগুলি ব্যবহার করে অন্তর্নির্মিত ছবিতে দেখানো হিসাবে এখন আপনার প্রতিটি পৃষ্ঠা ডিজাইন করুন।

ফিল্টারিং এবং পরিবর্ধন আসলে আপনার প্রত্যাশা অনুযায়ী ঘটছে তা নিশ্চিত করতে এসি সুইপস চালান

আমি এই সিমুলেশন জন্য দুটি পরিসংখ্যান যোগ। 60 Hz এ খাঁজ লক্ষ্য করুন এবং উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিগুলি ফিল্টার করুন। লাইনের রং এবং লেবেলযুক্ত ট্রেস এক্সপ্রেশনগুলি লক্ষ্য করুন, আমি পুরো সার্কিটটি একসাথে চালিয়েছি যাতে আপনার কী আশা করা উচিত সে সম্পর্কে আপনার ধারণা পাওয়া উচিত!

সুইপগুলির জন্য পিএসপাইস নির্বাচন করুন, পিএসপাইস, নতুন সিমুলেশন প্রোফাইল ক্লিক করুন, এসি সুইপে পরিবর্তন করুন এবং স্টার্ট, স্টপ এবং ইনক্রিমেন্ট ভ্যালুর জন্য পছন্দসই ফ্রিকোয়েন্সি সেট করুন। পিএসপিস মেনুর অধীনে আমি মার্কার, উন্নত, এবং ভোল্টেজ ডিবি বাছাই করেছি এবং যেখানে আমি আউটপুট পরিমাপ করতে চেয়েছিলাম সেখানে মার্কারটি রেখেছি যা পরে সাহায্য করে যাতে আপনাকে ম্যানুয়ালি ট্রেস পরিবর্তন করতে হবে না। তারপরে আবার PSpice মেনু বোতামে প্যাক করুন এবং রান নির্বাচন করুন অথবা F11 চাপুন। যখন প্রয়োজনে সিমুলেটর খোলে, ট্রেস ক্লিক করুন, ট্রেস যুক্ত করুন, এবং তারপর উপযুক্ত ট্রেস এক্সপ্রেশন যেমন V (U6: OUT) নির্বাচন করুন যদি আপনি opamp U6 এর পিন OUT এ ভোল্টেজ আউটপুট পরিমাপ করতে চান।

ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ার: তিনটি এম্প্লিফায়ারের জন্য uA741 ব্যবহার করুন এবং নোট করুন যে ছবিতে এম্প্লিফায়ারগুলি তাদের নিজ নিজ লেবেল (U4, U5, U6) অনুযায়ী উল্লেখ করা হয়েছে। এক ভোল্টেজ ইনপুট দিয়ে সার্কিটের ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া গণনা করতে PSpice এ আপনার এসি সুইপ চালান যাতে ভোল্টেজ আউটপুট এই ক্ষেত্রে লাভের (1000) সমান হয়।

নচ ফিল্টার: ছবিতে দেখানো একটি ভোল্টেজ এসি পাওয়ার সোর্স এবং অপারেশনাল এম্প্লিফায়ার uA741 ব্যবহার করুন এবং আপনার ব্যবহার করা প্রতিটি অপ amp (15V ডিসি দিয়ে চালিত) পাওয়ার বিষয়টি নিশ্চিত করুন। এসি সুইপ চালান, আমি সুপারিশ করি 30 থেকে 100 Hz দ্বারা 10 Hz ইনক্রিমেন্ট যাতে 60 Hz এ খাঁজ নিশ্চিত করা যায় যা বৈদ্যুতিক সংকেত ফিল্টার করে।

নিম্ন পাস ফিল্টার: ইউএ 741 অপারেশনাল এম্প্লিফায়ার ব্যবহার করুন (চিত্রটি আমাদের ইউ 1 লেবেলযুক্ত ছিল) দেখুন এবং সার্কিটকে এক ভোল্ট এসি পাওয়ার সরবরাহ করুন। ডিসি 15 ভোল্ট দিয়ে অপ amps কে পাওয়ার করুন এবং U1 এর পিন 6 এ এসি সুইপের আউটপুট পরিমাপ করুন যা ছবিতে দেখা তারের সাথে সংযোগ স্থাপন করে। এসি সুইপ সার্কিটের ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া গণনা করতে ব্যবহৃত হয় এবং আপনি যে একটি ভোল্টেজ ইনপুট সেট করেন তার সাথে ভোল্টেজ আউটপুট লাভ -১ এর সমান হওয়া উচিত।

ধাপ 2: একটি ব্রেডবোর্ডে শারীরিক সার্কিট তৈরি করুন

এটি চ্যালেঞ্জিং হতে পারে কিন্তু আপনার প্রতি আমার পূর্ণ বিশ্বাস আছে! একটি ব্রেডবোর্ডে এটি তৈরি করার জন্য আপনার তৈরি করা এবং পরীক্ষা করা মান এবং পরিকল্পনাগুলি ব্যবহার করুন (আপনি আশা করেন যে তারা সার্কিট সিমুলেটরকে ধন্যবাদ বলে কাজ করে)। পুরো সার্কিট পরীক্ষা না করে শুরুতে প্রতিটি পর্যায়ে শুরুতে শুধুমাত্র পাওয়ার (1 ভিপি-পি একটি ফাংশন জেনারেটর দ্বারা) প্রয়োগ করতে ভুলবেন না, পুরো সার্কিট পরীক্ষার জন্য প্রতিটি অংশকে সংযুক্ত করুন (যন্ত্রের পরিবর্ধককে নচ ফিল্টারে লো পাসে), নিশ্চিত করুন প্রতিটি অপ amp এ V+ এবং V- (15V) সরবরাহ করুন, এবং আপনি ফিল্টারিংয়ের মতো জিনিসগুলি কাজ করছে তা নিশ্চিত করার জন্য অসিলোস্কোপ দিয়ে বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে আউটপুট পরিমাপ করে পৃথক পর্যায় পরীক্ষা করতে পারেন। আপনি ফাংশন জেনারেটরে বিল্ড-ইন কার্ডিয়াক ওয়েভফর্ম ব্যবহার করতে পারেন যখন আপনি পুরো সার্কিটটি একসাথে পরীক্ষা করবেন এবং তারপর আপনি প্রত্যাশিত হিসাবে QRS ওয়েভফর্ম দেখতে পাবেন। একটু হতাশা এবং দৃist়তার সাথে আপনি শারীরিকভাবে এটি তৈরি করতে সক্ষম হওয়া উচিত!

আমরা পিএসপিসে চিত্রিত অপ অপ amp ক্ষমতার সমান্তরালে 0.1uF ব্যান্ড ক্যাপাসিটর যুক্ত করেছি।

পৃথক উপাদান তৈরির সময় এখানে কিছু টিপস দেওয়া হল:

ইন্সট্রুমেন্টেশন এম্প্লিফায়ারের জন্য, যদি আপনার ত্রুটির উৎস সনাক্ত করতে অসুবিধা হয়, তাহলে তিনটি অপ-এম্পসের প্রতিটি পৃথক আউটপুট পরীক্ষা করুন। উপরন্তু, নিশ্চিত করুন যে আপনি পাওয়ার উৎস এবং ইনপুট সঠিকভাবে সরবরাহ করছেন। পাওয়ার সোর্স পিন 4 এবং 7 এর সাথে সংযুক্ত করা উচিত, এবং ভোল্টেজ ইনপুট এবং আউটপুট পিন 3 এর সাথে প্রথম পর্যায়ের অপ-এম্পস।

খাঁজ ফিল্টারের জন্য, 60 Hz এর ফ্রিকোয়েন্সি তে ফিল্টারটি ফিল্টার করার জন্য প্রতিরোধক মানগুলির কিছু সমন্বয় করতে হয়েছিল। যদি ফিল্টারিং 60 Hz এর বেশি হয়, তাহলে প্রতিরোধকগুলির মধ্যে একটি বাড়ানো (আমরা 2 সামঞ্জস্য করেছি) ফিল্টারের ফ্রিকোয়েন্সি কমিয়ে আনতে সাহায্য করবে (বৃদ্ধি বিপরীত)।

লো-পাস ফিল্টারের জন্য, সহজ প্রতিরোধক মান (আপনার কাছে ইতিমধ্যেই থাকা প্রতিরোধক) নিশ্চিত করা ত্রুটি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করবে!

ধাপ 3: ল্যাবভিউ ইসিজি ওয়েভফর্ম প্লট করতে এবং হার্ট রেট গণনা করতে (প্রতি মিনিটে বিট)

LabVIEW এ আপনি একটি ব্লক ডায়াগ্রাম এবং একটি ইউজার ইন্টারফেস তৈরি করবেন যা সেই অংশ যা একটি গ্রাফে ইসিজি ওয়েভফর্মকে সময়ের কাজ হিসাবে প্রদর্শন করবে এবং একটি ডিজিটাল হার্ট রেট নম্বর প্রদর্শন করবে। আমি ল্যাবভিউতে কী তৈরি করতে হবে তার একটি ছবি সংযুক্ত করেছি আপনি প্রয়োজনীয় উপাদানগুলি খুঁজে পেতে অনুসন্ধান বারটি ব্যবহার করতে পারেন। এর সাথে ধৈর্য ধরুন এবং আপনি প্রতিটি টুকরা সম্পর্কে পড়তে সাহায্যও ব্যবহার করতে পারেন।

আপনার সার্কিটকে কম্পিউটারের সাথে সংযুক্ত করতে ভৌত DAQ ব্যবহার করতে ভুলবেন না। DAQ সহকারীতে আপনার নমুনা ক্রমাগত এবং 4k পরিবর্তন করুন।

ডায়াগ্রাম তৈরির জন্য এখানে কিছু পরামর্শ দেওয়া হল:

• DAQ সহকারী সংযোগ "ডেটা" এবং "স্টপ" থেকে বেরিয়ে আসছে।
• DAQ সহকারী সর্বনিম্ন সর্বোচ্চ "তরঙ্গাকৃতি"
• ছবিতে দেখা সংখ্যার জন্য ডান ক্লিক করুন, তৈরি করুন এবং ধ্রুবক নির্বাচন করুন।
• ডান ক্লিক করুন, আইটেম নির্বাচন করুন, dt, এটি হল t0 কে dt তে পরিবর্তন করা
• পিক ডিটেকশনের "সিগন্যাল ইন", "থ্রেশহোল্ড" এবং "প্রস্থ" এ সংযোগ রয়েছে
• "অ্যারে" এবং ধ্রুবকগুলিকে "সূচী" এর সাথে সংযুক্ত করুন
• নিশ্চিত করুন যে শারীরিক DAQ বোর্ড পিন (যেমন এনালগ 8) আপনি DAQ সহকারীতে নির্বাচন করা পিন (ছবি দেখুন)

অন্তর্ভুক্ত ভিডিও 'IMG_9875.mov' একটি কম্পিউটারের যা LabVIEW- এর VI ব্যবহারকারী ইন্টারফেস দেখায় যা ইনপুটের উপর ভিত্তি করে প্রতি মিনিটে পরিবর্তিত ইসিজি তরঙ্গাকৃতি এবং বিট প্রদর্শন করছে

1Hz ফ্রিকোয়েন্সি ইনপুট পাঠিয়ে আপনার নকশাটি পরীক্ষা করুন এবং এটিতে একটি পরিষ্কার তরঙ্গাকৃতি রয়েছে (তুলনা করার জন্য ছবিটি দেখুন) তবে আপনার প্রতি মিনিটে 60 টি বিট পড়তে সক্ষম হওয়া উচিত!

আপনি যা তৈরি করেছেন তা কেবলমাত্র মজার জন্য একটি মানব ইসিজি সংকেত পড়তে ব্যবহার করা যেতে পারে কারণ এটি একটি মেডিকেল ডিভাইস নয়। ডিজাইনে সরবরাহ করা বর্তমানের সাথে আপনাকে এখনও সতর্ক থাকতে হবে। পৃষ্ঠের ইলেক্ট্রোড সংযুক্ত: বাম পায়ের গোড়ালিতে ধনাত্মক, ডান কব্জিতে নেতিবাচক এবং ডান গোড়ালিতে স্থল সংযুক্ত করুন। আপনার ল্যাবভিউ চালান এবং আপনাকে গ্রাফে তরঙ্গাকৃতি দেখা উচিত এবং প্রতি মিনিটে বিটগুলি ডিজিটাল ডিসপ্লে বক্সেও পপ আপ হয়।