Kurs loyihasi mavzu: “Fonokardiografiya qurilmasining tuzilishi va ishlash printsipi”

2 ASOSIY QISM
2.1. Sxema dizayni


Fonokardiografiya - yurak ishi paytida paydo bo'ladigan tovushlarni grafik yozish usuli. Ushbu usul yurakning mexanik nuqsonlarini (malformatsiyalarini) aniqlash imkonini beradi, bunda kardiyogramma deyarli normal bo'lishi mumkin. Fonokardiografiya tegishli qurilma - fonokardiograf yordamida qayd etiladi.
Fonokardiograf mikrofon, kuchaytirgich, chastota filtrlari tizimi va yozish moslamasidan iborat (2.4-rasm). Mikrofon yurakning umumiy qabul qilingan auskultatsiya nuqtalarida ko'krak devoriga o'rnatiladi. Mikrofon orqali elektr tebranishlarga aylantirilgan tovush tebranishlari kuchaytiriladi va chastota filtrlari tizimiga uzatiladi, ular u yoki bu chastotalar guruhini barcha tovushlardan ajratib turadi va ularni turli yozish kanallariga o'tkazadi. Bu tovushlarning past, o'rta va yuqori chastotalarini tanlab yozib olish imkonini beradi. 800-1200 Gts chastotaga etgan yurak tovushlarining barcha tebranishlarini aniq uzatish uchun yozish moslamasi kichik inertsiyaga ega bo'lishi kerak. Shuning uchun siyoh yoki termal qalam bilan mexanik yozish etarli darajada qoniqarli emas.



Rasm- 2.1- Fonokardiografning struktura diagrammasi


M mikrofon orqali tovush signallari signal kuchaytiriladigan MU mikrofon kuchaytirgichiga, so'ngra har xil turdagi filtrlar yordamida chastotali filtrlash amalga oshiriladigan filtr blokiga beriladi. Yozib olish moslamasi chastota bo'yicha filtrlangan signalni oladi va shovqin, albatta, o'tishi mumkin bo'lgan chastotalar olib tashlanadi.
Kompleks kurs ishining maqsadi - fonokardiograf filtr tizimini ishlab chiqish va hisoblash. Rivojlanish FKG-01 fonokardiografiga asoslangan bo'lib , uning blok diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 2.5.



2.2-rasm - "FKG-01" fonokardiografining strukturaviy diagrammasi
1-kalibrator; 2-mikrofon ; 3 blokli mikrofon kuchaytirgichi; 4 blokli tarmoqli o'tkazuvchan filtrlar; 5 blokli yuqori o'tkazuvchan filtrlar; 6 blokli ZKG; 7-blokli kuchaytirgichlar pristavkalari; 8-blokli kuchaytirgichlar pristavkalari; 9-blokli dasturlar; 10 blokli generator; 11 - quvvat manbai.


M mikrofon orqali tovush signallari mikrofon kuchaytirgichi MU ga, so'ngra tarmoqli o'tkazuvchi filtr blokiga va yuqori o'tkazuvchan filtr blokiga parallel ravishda beriladi. Dastur bloki (kontakt kalitlari guruhi) filtrlardan birini va EKG blokini (har safar) ulaydi. Qo'shimcha kuchaytiruvchi UE prefiksidan foydalanish mumkin. Fonokardiografning osiloskop va magnitafonga chiqishlari mavjud. To'plamga GCS kalibrlash signali generatori va T telefoni kiradi [5].
Fonokardiografni va u bilan olingan ma'lumotlarni baholash uchun birinchi navbatda filtrlar, shuningdek, mikrofon va mikrofon kuchaytirgichining ishlashi tavsiflanadi.
Turli chastotalarda sezgirlikni ko'rsatadigan grafik ko'rinishida chastotali javobni ifodalash qulay, ya'ni. kirishga doimiy qiymat signali qo'llanilganda chiqish signalining qiymati. Fonokardiografning chastota munosabati doimiy tovush bosimida turli chastotali tovushlarni yozib olish amplitudasi bilan ifodalanadi (nisbiy jihatdan, masalan, o'rganilayotgan chastota diapazonidagi maksimal amplitudaning foizi sifatida). Xuddi shu grafik filtr tomonidan taqdim etilgan bostirishni qoplash uchun ovoz bosimining qanday o'zgarishi kerakligini ko'rsatadi, ya'ni. Shunday qilib, ro'yxatga olish amplitudasi barcha chastotalarda doimiy bo'lib qoladi. Shunday qilib, doimiy yozish amplitudasi bilan fonokardiografning chastotali xususiyatlarini o'rganish qulayroqdir.
Pastki yoki yuqori chastotalar yo'nalishi bo'yicha sezgirlikning pasayishiga qarab, ular tegishli yo'nalishdagi xarakteristikaning pasayishi haqida gapiradilar. Rollofning qiyaligi - bu chastotaning ma'lum bir o'zgarishi uchun sezgirlikning pasayish darajasi. Kamaytirish yumshoq bo'lishi mumkin, chastotaning o'zgarishi bilan sezgirlikning o'zgarishi ahamiyatsiz. Juda keskin pasayish bilan, chastotaning kichik o'zgarishi ham sezgirlikning juda keskin o'zgarishi bilan birga keladi, filtrlangan chastota diapazonidagi tebranishlar, qanchalik kuchli bo'lishidan qat'i nazar, amalda sezilmaydi.
qarab, "eshitish xususiyatiga ega" ("auskultativ"), "past chastotali" va "yuqori chastotali" fonokardiogrammalarni ajratish mumkin .
xususiyatiga ega " fonokardiogramma tinglash paytida yuzaga keladigan past chastotali komponentlarga nisbatan sezgirlikning bir xil pasayishini ta'minlaydi: xarakteristikaning kursi eshitish chegarasi egri chizig'ini taqlid qiladi.
"Past chastotali" fonokardiogrammalarni ro'yxatdan o'tkazishda, past chastotali komponentlarga nisbatan sezgirlik pasaysa ham, lekin "eshitish xususiyatiga ega" fonokardiogrammaga qaraganda kamroq darajada. Bu sizga eshitish qiyin bo'lgan past chastotali elementlarni, jumladan III va IV tonlarni ro'yxatdan o'tkazish imkonini beradi.
So'nggi yillarda auskultativ xususiyatlarga qaraganda past chastotali komponentlarni sezilarli darajada bostirish bilan "yuqori chastotali" fonokardiogrammalarga tobora ko'proq ahamiyat berilmoqda. Klinik amaliyotda yuqori chastotali qayd etish diagnostika uchun muhim bo'lgan elementlarni aniqlash va ularni shakllanishida yuqori chastotali komponentlar ishtirok etmaydigan o'xshash patologik bo'lmagan elementlardan farqlash imkonini beradi.
Shuni ta'kidlash kerakki, barcha holatlarda - past chastotali, auskultativ yoki yuqori chastotali xususiyatlar bilan shug'ullanamizmi, past chastotali komponentlar doimo bostiriladi, farqlar faqat bunday bostirish darajasida bo'ladi. Shuning uchun, barcha holatlarda biz yuqori o'tkazuvchan filtrlar haqida gapiramiz. Bundan tashqari, auskultativ xususiyatlar va hatto past chastotali deb tasniflanishi kerak bo'lgan xususiyatlar ba'zan "yuqori chastotali" deb ataladi.
Chiziqli mikrofon va kuchaytirgich bilan ishlaydigan fonokardiografga yurak tovushlari spektrini "buzish" uchun javobi quloqning odatiy chastotali javobini takrorlaydigan filtrni qo'shishning ma'nosi yo'q. To'g'ri, eski qurilmalarda bunday filtrlar ishlatilgan.
yordamida ko'krak qafasidagi ohanglarning sabablari haqida aniqroq xulosalar chiqarish mumkin. Filtrlarni qo'llash orqali shovqinlarni (masalan, ichkariga va tashqariga havo oqimi natijasida hosil bo'lgan o'pka harakatidan tovushlar) filtrlash mumkin, bu esa yurak tovushlarini yanada ishonchli baholash imkonini beradi. Filtrni tanlashga kelsak, xalqaro amaliyotda qabul qilingan yagona retseptlar mavjud emas. Ko'pgina tadqiqotchilar tarmoqli tarqatishning o'z usullaridan foydalanadilar. Eng keng tarqalgani - spektrning beshta bandga bo'linishi. Tarmoqli filtrlarning xususiyatlarini tanlashda ko'krak qafasining chastotali javobi hisobga olinadi.
Tarmoqli filtrlar va kuchaytirgichlarni ulash usuliga ko'ra ketma-ket va parallel tuzilmalarning fotokardiograflari ajralib turadi. Seriyaning afzalligi shundaki, qo'llaniladigan daromad bosqichlarining umumiy daromadi kamroq bo'lishi mumkin, chunki, masalan, filtr diapazonida joylashgan eng kichik amplitudali signallar nafaqat filtrdan oldin joylashgan kuchaytirgich bosqichlari tomonidan kuchaytiriladi , balki . barcha oldingilar tomonidan. Biroq, ketma-ket filtrlarni hisoblash biroz murakkabroq. Parallel ulangan fonokardiografda filtrlarni bir-biridan mustaqil ravishda hisoblash mumkin, biroq bir nechta kuchaytiruvchi birliklardan foydalanish kerak. Amalda, ko'pincha ketma-ket tuzilishga ega qurilmalar qo'llaniladi. Filtrlash, qoida tariqasida, RC elementlari tomonidan amalga oshiriladi, lekin faol filtrlar ham o'rnatiladi [6].
2.2 Apparatni loyihalash


Hisob-kitoblarga o'tish uchun siz kiritilgan qiymatlarni belgilashingiz kerak va natijalar to'g'ri bo'lishi uchun biz ma'lumotnoma adabiyotlari va ma'lumotnomalardan foydalanamiz.
Keng qamrovli kurs loyihasi uchun topshiriq asosida siz fonokardiografning mikrofon kuchaytirgichini hisoblashingiz kerak. Mikrofon kuchaytirgichiga qo'yiladigan asosiy talablar quyidagilar:
- ikki bosqichli kuchaytirgich sxemasi;
- amplituda-chastota xarakteristikasini tuzatish;
- 1 ... 5V tartibdagi chiqish kuchlanishi;
_g =1000 Gts bilan past chastotali filtr .
Shaklda. 3.1 elektr sxemasini ko'rsatadi, U1 - kirish signali va U2 - kuchaytirilgan chiqish signali. Kuchaytirgichning o'zi ikki bosqichli kuchaytirgich bo'lganligi sababli, daromad omillarini shunday sindirish kerakki, foydali signal ham maksimal qiymatgacha kuchaytiriladi va shovqin o'tkazib yuborilmaydi. O'lchash texnologiyasida bunday diapazon uchun ikki bosqichli kuchaytirish sxemasi DC komponentini ikkinchi bosqichga o'tkazib yubormaslik uchun ajratuvchi sig'im yordamida bosqichlarni majburiy ajratishni ta'minlaydi [7].
Fonokardiogrammalarni o'lchash usullariga muvofiq, foydali signal 1000 Gts chastotasidan oshmaydi va bu chegaradan tashqarida foydali ma'lumotni olib o'tmaydigan signal mavjud va shuning uchun kesish chastotasi bo'lgan birinchi darajali past chastotali filtr mavjud. f _g = 1000 Hz mikrofon kuchaytirgichiga o'rnatilgan.
Fonokardiografik tadqiqotlar uchun biz PANASONIC kompaniyasining elektret mikrofonidan foydalanamiz, uning texnik parametrlari Jadvalda keltirilgan. 3.1 va bu mikrofonning amplituda-chastota xarakteristikasi shaklda ko'rsatilgan. 3.2. Amplituda-chastota xarakteristikasidan ko'rinib turibdiki, mikrofonning past chastotali sezgirlik zonasi yuqori chastotalidan 1000 marta farq qiladi. Va bu shuni anglatadiki, past chastotali signallarni o'lchashda sezgirlik past bo'ladi va shuning uchun mikrofon kuchaytirgichida tuzatish davri ta'minlanishi kerak.



Shakl 3.1 - Chastota javobini to'g'rilash bilan mikrofon kuchaytirgichining elektr sxemasi
3.1-jadval - WM-52BM mikrofonining texnik parametrlari

Sezuvchanlik mV/Pa	Diapazon chastotalar, Hz	sen Pit, DA	Men terlayman mA	K zarar, %
60	20/16000	1,5/10	0,8	9,7x4,5

Fonokardiologik tadqiqotlarda mikrofon membranasida hosil bo'lgan bosim taxminan 5 · 10 ^-4 Pa ni tashkil qiladi. Ushbu parametrga asoslanib, biz 10 dB va 30 dB kuchlanish qiymatlarini hisoblaymiz.
Fonokardiologik tadqiqotlar davomida mikrofon ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan kuchlanish diapazonini hisoblash uchun biz Jadvaldagi ma'lumotlardan foydalanamiz. 3.1, shuningdek, o'lchash natijasida hosil bo'lgan bosim [8].
Hisoblashdan so'ng biz ish kuchlanishining qiymatini 10 dB - 3 10 ^-7 V, va 30 dB da - 3 10 ^-7 V. Bundan kelib chiqadiki, o'lchangan kuchlanish diapazoni 0,3 mkV - 300 mV.
Keling, chiqish qiymati sifatida taxminan 1V kuchlanishni olib, kuchaytirgichning maksimal va minimal daromadlarini hisoblashga o'tamiz.


K _{u max \ u003d} U tashqariga / U _{p min} (3.1)
shuning uchun:
K _{u max} \u003d 1 / 0,3 10 ^-6
K _{u max} \u003d 3333333.33
K _{u min \ u003d} U tashqariga / U _{p maks} (3.2)
Natijada biz quyidagilarni olamiz:
K _{u max} \u003d 1/300 10 ^-3
K _{u min} \u003d 33333,33


Endi haqiqiy daromadlarni bilib, biz to'g'ridan-to'g'ri kuchaytirgichni hisoblashga o'tishimiz mumkin.
Biz R1 qarshiligining qiymatini mikrofonning yuk hajmiga qarab tanlaymiz R _min = 10 kOm, mos ravishda R1 = 10 kOhm. Shunga asoslanib, biz C1 sig'imning qiymatini tanlaymiz, shunda u past chastotali signalni "kesmaydi", ya'ni uning qarshiligi ahamiyatsiz darajada kichik, kechikish vaqti esa t=500ms. Ushbu ma'lumotlar bilan biz C1 sig'imining qiymatini hisoblashimiz mumkin.


t= R C (3.3)


bu yerdan


S1= t/ R1 (3.4)


shuning uchun:


S1=500 10 ^-3 /10 ³


olamiz:


S1=50 10 ^-6 F


Standart qatorda C1 sig'imining qabul qilingan qiymati yo'q, keyin biz eng yaqin qiymatni tanlaymiz.


S1=47 10 ^-6 F


_{g = 1000 Gts} kesish chastotasiga ega bo'lgan birinchi darajali past chastotali filtr yig'ilgan bo'lib, u yuqori chastotali shovqinlardan himoya qiladi [9]. Hisoblash qulayligi uchun biz R2 = 75 kOm ga teng qarshilik qiymatini tanlaymiz. Quyidagi formuladan biz C2 sig'imning qiymatini hisoblaymiz.


f _g \u003d 1/2p RS (3,5)
bu yerdan:


S2=1/2p f _g R (3,6)


olamiz:


S2=1/2 3,14 1000 75 10 ³
C2 \u003d 2,2 10 ^-9 F


Interferentsiyaning o'tish ehtimolini, shuningdek, shovqin paydo bo'lishini kamaytirish uchun biz birinchi bosqichning daromadini 100 ga o'rnatdik. Va mikrofonning amplituda-chastota xarakteristikasi diapazoni 100 marta (20 dB) o'zgarganligi sababli, keyin , shunga ko'ra, daromad 1 dan 100 gacha o'zgaradi. Past chastotalarda K _{u 100 marta yuqori chastotalarda ko'tariladi.}
Amplituda-chastota xarakteristikasini bunday tuzatish uchun biz foydali ma'lumotni yo'qotmasdan fonokardiologik tadqiqotlarning istalgan chastota diapazonida signalni qayta ishlashga imkon beruvchi havolani hisoblaymiz.

Shakl 3.3 - Chastota javobini to'g'rilash blokining elektr sxemasi


Chastota javobini to'g'rilash birligini hisoblash uchun biz turli chastotalarda qarshilikning o'zgarishini ko'rsatadigan (3.7) formuladan foydalanamiz.


(3.7)


qarshilik R 6 qiymatini shunday tanlaymizki , hatto eng kichik tuzatish qiymati bilan ham 1:100 nisbati saqlanib qoladi.
Shunday qilib, R6 qarshiligi trimmer bo'lib, o'rta holatga o'rnatiladi, bu holatda qarshilik 50 ohm bo'ladi. Bundan kelib chiqadiki, qarshilikning nominal qiymati R6=100Ohm. Va qarshilik qiymati R5 = 50 Ohm, chunki bu nisbat saqlanishi kerak. Bunday mulohazalarga asoslanib, R5 va R6 ning umumiy qarshiligi R56 \u003d 100 Ohm ga teng bo'ladi.
Tizimni o'zgartirib, raqamli qiymatlarni almashtirib, biz quyidagi munosabatlarga ega bo'lamiz:


(3.8)


Ushbu tenglamalar tizimidan biz R4 ni olamiz va uni tenglamalarga almashtiramiz:


_- XCR1
X _CR1 =10000+100 (5000- X _CR1 )
X _CR1 =10000+500000-100 X _CR1


Tenglamalarni o'zgartirgandan so'ng biz quyidagilarni olamiz:


R4=5,1 kOm


Tenglamalarga qarshilik R4 qiymatini almashtiramiz, biz quyidagilarni olamiz:


X _CR1 =520 kOm
X _CR2 \u003d 5,2 kOm


X _CR1 va X _{CR2 qiymatlarini bilib,} biz qarshilik R3 va C4 sig'imining qiymatlarini hisoblashimiz mumkin.


R= (3.9)
X qiymati uchun _CR1 qiymati ō ₁ =2 p 10Hz va X _CR2 qiymati ō ₂ =2 p 1000Hz
Qiymatlarni almashtiring va quyidagilarni oling:






Tenglamalarni o'zgartirgandan so'ng biz quyidagilarni olamiz:






Yechimni soddalashtirish uchun biz almashtirishni amalga oshiramiz:








Tenglamalarda almashtirishlarni amalga oshiramiz:






(3.10) tenglamadan foydalanib, biz qarshilik R3 qiymatini aniqlaymiz:


(3.10)


Qarshilik qiymatlari R3=560 kOm.
C4 sig'im qiymatini toping:


(3.11)


aylantirib, biz quyidagilarni olamiz:


(3.12)


Bu erdan biz C4 ni topamiz:


(3.13)


Hisob-kitoblar natijasida biz sig'im qiymati C4 = 33 nF ekanligini olamiz.
Birinchi bosqichning kuchaytirgichi sifatida biz K1408UD1 operatsion kuchaytirgichidan foydalanamiz, uning texnik ma'lumotlari 3.2-jadvalda keltirilgan.
jadval - K1408UD1 chipining texnik parametrlari

K U 10 ^3	±U P , DA	I POT , mA	±U CM , mV	I BX , mA	∆I BX , mA	±U DF , DA	±U SF , DA	M SF , db	±U OUT , DA	R H, kOm	R BX, MOhm
70	27	5	sakkiz	40	o'n	20	21	80	o'n to'qqiz	5	bitta

Birinchi va ikkinchi bosqichlar o'rtasida biz C3 ajratuvchi sig'imini qo'yamiz, uning roli signalning doimiy komponentini kechiktirish va uni ikkinchi kuchaytirish bosqichiga o'tkazmaslikdir, chunki bu operatsion kuchaytirgichni to'ydiradi.
Biz qarshilik R8 va C6 sig'imining qiymatlarini birinchi bosqichdagi kabi qabul qilamiz, chunki ular 1000 Gts chastotali o'chirish chastotasi bilan past o'tkazuvchan filtr vazifasini bajaradi.
Ikkinchi bosqichning kuchaytiruvchi elementi sifatida biz K140UD17A mikrosxemasidan foydalanamiz, uning texnik ma'lumotlari jadvalda keltirilgan.
Ikkinchi bosqichda minimal qiymat signalini 33333,33 marta kuchaytirish kerak, bu mikrosxema bu vazifani a'lo darajada bajara oladi, qilish kerak bo'lgan yagona narsa kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qarshiligini sxemaga kiritishdir, ma'lumotnoma ma'lumotlariga ko'ra, uning nominal qiymati 100 kOm. Demak, R11=100 kOm.


3.3-jadval - K140UD17A chipining texnik parametrlari

K U 10 ^3	±U P , DA	I POT , mA	±U CM , mV	I BX , mA	∆I BX , mA	±U DF , DA	±U SF , DA	M SF , db	±U OUT , DA	R H, kOm	R BX, MOhm
200	o'n besh	4	0,025	4	3.8	o'n besh	o'n uch	100	12	2	o'ttiz

R10 va R9 rezistorlaridan foydalanib, biz kaskadning kerakli daromadini o'rnatamiz, (3.14) formuladan foydalanib, ularning reytinglarini aniqlaymiz:
(3.14)
Kerakli daromad ma'lum, biz R9=100 Ohm qarshilik qiymatini o'rnatamiz.
Biz olamiz:


(3.15)
R10=3,3 MŌ.


Hisoblash ma'lumotlari B ilovasida jamlangan va radioelementlarning qiymatlari standart seriyalarga mos keladi.