تصميم مقياس عالي المدخلات للاستشعارات الحيوية الطبية الحيوية الحساسة

وعندما يقترب معدل التحويل من الوحدة ويحافظ على الإشارة المستشعرة، وبالنسبة لكهرباء الجماعة الأوروبية ذات الحجم العازل البالغ 500 كيلو متر، فإن الحاجز الذي يحتوي على 100 ميل مربع، ويدخل السحب من المدخلات من المحركات أقل من 0.5 في المائة من الخطأ في السحب، وهو ما يزيد من المقياس التراكمي للكميات المضغوطة، ويزيد من درجة الدقة القصوى 100 ميل.

إن عدم القدرة على تحمل آثار الارتطام لا يقتصر على أخطاء السعة، فالاكتمال الطفيلي للكابلات والعلامات المطبوعة ذات الصلة باللوحات تشكل تصفية ذاتية منخفضة، مع تداول عناصر عالية التردد قبل وصولها إلى المضخم، حيث يُحدث الاختلاط الحساس بدرجة ما بالقرب من جهاز الاستشعار العالي

أساسيات البوفر للاستشعارات الطبية الأحيائية

وعلى الرغم من أن متتبعاً من مصادر المقاطع المميزة يمكن أن يحقق درجة عالية جداً من المدخلات، فإن المضخمات التشغيلية المتكاملة التي تُشكل كتابعين للفولط تهيمن على التصميمات الحديثة بسبب دقة أعلى من مستوى DC، واستقرار درجة الحرارة، وسهولة الاستخدام، وفي تشكيلة المضخات المتعددة، يربط الناتج مباشرة بتدفق المدخلات بصورة دقيقة، مما ينتج عنه ربحاً مشتركاً().

ولا يتطلب متابع الفولط أي مقاومين خارجيين يدافعون عن مكاسب، مما يؤدي إلى تحميل جهاز الاستشعار أو إضافة الضوضاء الحرارية، ويستخدم أبسط الطبقات في شكل مستشعر واحد مرتبط بمحطة التحلل غير المتعمد، أو أجهزة الاسترخاء المزودة بأجهزة كهربائية، أو في كثير من الأحيان سلسلة إنتاج مقاومة للاستقرار عند دفع حمولات ضارة، بل إن تركيبة أحواضية مقاومة للوحدة يمكن أن تُسُل

For source impedances exceeding 100-volinmiter, a simple voltage follower may still suffer from input bias current that produces a DC compensate voltage across the source: V_offset = I

ومن بين التغييرات المتقدمة، الحاجز المزود بالأحذية، وفي هذه الطبقات، تشير خطوط الإمداد بالطاقة من المفاعلات بصورة دينامية إلى إشارة المدخلات باستخدام مضخة منفصلة، مما يزيد من المدخلات التي تُعرض من خلال خفض الفولط في مرحلة المدخلات، ويستلزم التعبئة المتأنية استخدام مجسات عالية الخطورة مثل الكهرومغناطيسية أو أجهزة التصوير المزودة بالصور في ممرات داخلية متداخلة.

اختيار المبلِّغ التشغيلي

وتحدد مرحلة مدخلات المضخم مدى قابلية الوصل، وحجم الضوضاء، واستقرار العاصمة، وبالنسبة للعناصر العازلة البيولوجية الطبية، تهيمن أربعة بارامترات على عملية الاختيار: التحيز القائم على المدخلات، وسرعة المدخلات، وكثافة الضوضاء الفولطية، ونسبة رفض الإمداد بالطاقة، والاعتبارات الإضافية مثل النطاق الترددي، ومعدل السحب، والمسألة الحالية الخمسية أيضاً حسب الطلب.

Input Bias Current and Input Impedance

FETINput (JFET) or CMOS) op —s are the natural choice for high-impedance sensors. Their gate leakage current inmtoampere range, translating to incremental input impedances well above 10¹²

القدرات والآثار المترتبة على ذلك

(أ) أن يكون الحد الأقصى للمدخلات هو أقل من اللازم، وأن يكون 5 مدخلات من طراز FF إلى جانب 1 ميغاواط/متر عازلة، يُعطي نقطة من نوع /3 من مكافئات ثاني أكسيد الكربون إلى أكثر الإشارات الحيوية - الكبلية - الكهربية - ولكن مع وجود رقم مخفض مخفض للكميات - يُحدث نفس الغطاء الصاعق في 320 هرتز.

الأداء الضئيل

Bio[medT signals occupy low frequencies-0.05 to 150 Hz for ECG, 0.5 to 100 Hz for EEG, 20 to 500 Hz for EMG-where flicker (1/f) noise dominates. A buffer intended for these bands must be evaluated by its toptopeak noise in the 0.1 to 10 Hz range, not just the broad voltage noise dens

ويصبح الضوضاء الحالية مهمة عندما يكون الازدحام المصدر مرتفعاً، إذ إن ضوضاء الدائرة الحالية التي تبلغ 0.1 فرنكاً فرنسياً/هرتزاً تنتج ضوضاء غير معقولة تتحول عبر مصدر نموذجي واحد (0.1 نانو/اندروجيني) غير أن الحد الأدنى المتوقع من هذه الضوضاء هو 10 نانو/مصدر خام، وهو ما يمكن أن يتجاوز الضجيج المضخ تحت الضوضاء)().

الإمداد بالطاقة والمواءمة الأحيائية

كما أن النظم الطبية الحيوية ذات القدرة على العمل بالبطارية والمطهرة تتطلب وجود خماسي منخفض، كما أن العمليات الحديثة الشقيق التي تستخدمها هذه المركبات يمكن أن تعمل بتيارات العرض تحت 100 ميكروغرام في الوقت الذي تحافظ فيه على تيارات التحيز ضد الإناث.

تقنيات التصميم العملي للصمود العالي

وقد تزعم صحيفة بيانات أن هناك نقصاً في المدخلات في مادة التيراوم، ولكن يمكن بسهولة أن تهيمن على مسارات التسرب في العالم الحقيقي، ويستلزم التنفيذ الناجح اهتماماً دقيقاً للحراسة، والدرء، ونوعية الطاقة، والتصميم المادي.

إدارة الحرس والرحلات

(ب) إن حلقة حراسة هي مسار سلوكي على هيئة PCB يحيط برقم المدخلات العالية التبسيط ويقودها مصدر وحدة منخفض المقاومة من نفس الإمكانية، لأنه لا يوجد فرق بين تتبع المدخلات والحارس، فإن التيارات المتسربة عبر سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور يمكن القضاء عليها، ويرتبط هذا الحرس عادة بالمنتج العازل في تشكيلة وحدة متعددة الأبعاد، وعندما يستخدم جهازاً مضخماً مثل الناتج ADA45(ج).

المادة PCB ذاتها هامة - FR —4 لها مقاومة كبيرة يمكن أن تنخفض بأوامر ذات حجم تحت الرطوبة العالية، وبالنسبة للتشويشات الشديدة، فإن اللافقارات القائمة على PTFE - (مثل سلسلة روجرز 4000) أو لوحات الخزف يمكن أن تستخدم، على الرغم من أن معظم الأدوات الطبية الأحيائية، والغطاء المتوافق وإجراءات التنظيف القوية كافية، بعد التجمع، ينبغي أن تنظف اللوحات بدقة بواسطة أجهزة التنظيف ممركسير المزود بالبرازحلقات.

الإمداد بالكهرباء والفصل

(ب) البرمجيات العالية الارتداد هي ذات حساسية شديدة من الضجيج، حيث إن الأزواج الضئيلين في السكك الحديدية المزعجة يتجهون إلى مدخل من خلال جهاز PSRR. Adequate decoupling إلزامي: جهاز قياسي متحرك مُخصص في إطار خط ثابت يتراوح بين 10 و100 ميكروغرام، يُوضع على أقرب مستوى ممكن لكل جهاز من أجهزة الإمداد.

وبالإضافة إلى ذلك، يجب إدارة مسار العودة إلى الطاقة بعناية، فعلم الطبوغرافيا المتحركة يمنع التيارات الرقمية المزعجة من تغيير الطوابق المشابهة، وعندما يستخدم محول معزول من البلدان النامية في مجال سلامة المرضى، من المستصوب أيضا وضع نظام متصلب ذي طابع منخفض، لأن الضوضاء التي يبدلها المحولة يمكن أن تكون من الناحية الأخرى صعبة التصفية في المرحلة العازلة.

استراتيجيات الدرع

فالأعراف غير المزودة بالبطاقات العالية تعمل كحبوب للعظمى (50/60 Hz) والتدخل الكهرومغناطيسي، وتقنيات الحركية المتحركة، حيث يكون الدرع الكابل متصلاً بالناتج العازل وليس بالأرض، وتقضي على الكبلات بشكل كامل تقريباً، وهذا يؤدي إلى أن كل من الموصل الداخلي والدرع يولد نفس المقاييس، وبالتالي لا يوجد تدفق مباشر للأجهزة اللاسلكية من خلال نظام الديلاك.

وفي حالة عدم وجود درع مدفوع، فإن الدرع السلبي المرتبط بالطائرة الأرضية المشابهة هو التداعيات، وفي هذه الحالة، يقلل طول السلك غير المسلوق من المدخلات، ويستخدم كابل كواكسي مثبت بالدروع في كلا الجانبين، ولا يزال هذا التشكيل يوفر إطفاء الحقول الخارجية ولكنه يستحدث نحو 50 إلى 100 فرنك من الفرن من حساب الحد الأقصى، الذي يجب أن ينظر فيه في مجمله.

تحليل النواة المتقدمة ونزاهة الإشارة

وتأتي الضوضاء الإجمالية في دائرة عازلة من الضجيج الفولطي للمضخم، والضوضاء الحالية التي تتدفق من خلال الازدحام المصدري، والضوضاء الحرارية (جونسون) لمقاومة المصدر نفسها.

فالتخفيض في مدخلات أو ناتج العازلة يمكن أن يقلل من الضجيج العريض النطاق، ولكن يجب ألا يضعف نطاق المرور لدى جهاز الاستشعار، إذ أن وجود مرشح سلبي من نوع RC منخفض التجويف يقع بعد الحاجز (بين الناتج والمرحلة التالية) أمر آمن لأن انخفاض الناتج يؤدي إلى تحميله دون تحميل جهاز الاستشعار، ويمكن أن يُحدَّد التردد عند نقطة الصفر من 1 إلى 2 كيلو متراً.

For[Fline interference is ubiquitous in hospital and laboratory airspace. While active drivenrightleg (DRL) circuits are the standard method for commonmode noise reduction in biopotential recordings, the buffer itself can contribute by having a high commonmode rejection ratio (CMRR) at 50/60 Hz. A CMRR of at least 100 dB is desirable, and layout symmetry

For those interested in a deep dive into analog frontINends, Analog Devices’ application note “Designing High — Impedance Systems” provides comprehensive guidance on guarding, shielding and component selection. Texas Instruments’ ]Precision Lab series stability are also modules

مثال التنفيذ: EECG Electrode Buffer

(ب) النظر في حاجز واحد من طراز ECG لكهرباء كبسولة جاف مع وجود مصدر يُسدّد بـ 500 كيلو متر في 10 هز، ويرتفع إلى درعين من طراز MZ بسبب رد فعل مكثف، ويُبنى هذا الحاجز حول كابل مميت، مزود بجهاز لاصق، ويُستخدم في للحفاظ على عزلة المرضى، ويدور حلقة حراسة حول مدخل غير مُتُتَعَتُصَرَة ويُصَبُوصَّلَبُلَتُلَمَتُتُتُ إلى الناتجَتُصَّقَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُهُمَتُتُهُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُمَتُهُ

A 10 nF capacitor in parallel with a 1Bhin power (optional) at the input provides AC coupling to eliminate the half —cell potential of the electrode, protecting the amplifier from DC saturation. The buffer output feeds a passive 1.5 kHz low-filter and then a 24‐bit ADC. Total current consumption is 250 phto

الاختبار والتقييم

ويستلزم التحقق من المدخل الحقيقي الذي يُعزى إلى وجود حاجز منتهي قياسا دقيقا، ومن الطرق المعتادة أن تحقن إشارة عن طريق النسيج المعروف من خلال سلسلة من المقاومة (مثلا، 10 ميغاواط) وأن تقاس قطرة الطفيل المكبوتة من خلال هذا المقاوم، مع عدم ارتباط مدخلات المقياس المخفف بالمجس، فإن المقاوم للسلسلات يشكل ثغرة مع وجود مدخلات احتياطية.

أما قياسات التضخيم فتتم بقصر المدخلات إلى الأرض من خلال مقاوم يُذكر فيها الاختلال المتوقع للمصدر، ويسجل ناتج الحاجز لمدة 60 ثانية على الأقل، ويُحسب قيم الوصل بينية الوصل بينية الوصل والجهاز التنفسي المضغوط، وإذا استخدمت الدائرة الدرعية درعاً محركاً، يجب إجراء القياس باستخدام الدرع النشط لالتقاط أي ضوضاء مساهم بها.

خاتمة

فوجود حواجز عالية التجهيز مصممة بعناية هو حجر الزاوية لأي واجهة موثوقة للمستشعرات الطبية الحيوية، إذ أن الجمع بين وجود مدخلات عالية الجودة من حيث المقياس الكهربائي، وبين ممارسات الحراسة والحراسة، وإتاحة الطاقة النظيفة، يضمن أن تكون الإشارات الفيزيائية الصغيرة في أجهزة الاستشعار مبثقة دون تصعيد أو تلوث، وذلك بمعالجة جميع مسارات الإشارات ذات الدقة العالية من الاتصال بالمنتجات العازلة.