Szimulált EKG -jelgyűjtés az LTSpice használatával: 7 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

A szív szivattyúzási képessége az elektromos jelek függvénye. A klinikusok leolvashatják ezeket a jeleket az EKG -n, hogy diagnosztizálják a különböző szívproblémákat. Mielőtt azonban a klinikus megfelelően elkészítheti a jelet, azt megfelelően szűrni és erősíteni kell. Ebben az útmutatóban bemutatom, hogyan kell megtervezni egy áramkört az EKG-jelek elkülönítésére, és ezt az áramkört megszakítva három egyszerű összetevőre bontották: műszeres erősítőre, sávszűrőre és bevágásos szűrőre, a kívánt levágással. gyakoriságot és nyereséget a publikált szakirodalom és a jelenlegi modellek határozzák meg.

Kellékek:

Ez az útmutató az LTSpice szimulációkhoz készült, így az áramkörök modellezéséhez csak egy LTSpice alkalmazás szükséges. Ha EKG wav fájllal szeretné tesztelni az áramkörét, itt megtaláltam az enyémet.

1. lépés: Sávszűrő tervezése

A tipikus EKG jelek frekvenciatartománya 0,5-250 Hz. Ha kíváncsi a mögöttes elméletre, olvassa el, ha többet szeretne olvasni erről itt vagy itt. Ezen útmutató alkalmazásában ez azt jelenti, hogy mindent ki akarunk szűrni, nem ezekben a régiókban. Ezt sávszűrővel tehetjük meg. A közzétett sematikus rendszerben közzétett változók alapján a sávszűrők 1/(2*pi*R1*C1) és 1/(2*pi*R2*C2) tartományok között szűrnek. Emellett felerősítik a jelet (R2/R1).

Az értékeket úgy választottuk meg, hogy a frekvenciavágási értékek megfeleljenek a kívánt EKG jelhatároknak, és a nyereség 100 legyen. A mellékelt ábrákon ezekkel az értékekkel helyettesített vázlat látható.

2. lépés: A horonyszűrő tervezése

Most, hogy kiszűrtünk mindent, ami nem az EKG jel frekvenciatartományában van, ideje kiszűrni a tartományon belüli zaj torzulásait. A tápvezeték-zaj az egyik leggyakoribb EKG-torzítás, frekvenciája ~ 50 Hz. Mivel ez a sávos átviteli tartományon belül van, kivágható egy szűrővel. Egy bemetszéses szűrő úgy működik, hogy eltávolítja az 1/(4*pi*R*C) értékű középfrekvenciát a mellékelt sematika alapján.

Az 50 Hz -es zaj kiszűrésére ellenállást és kondenzátort választottunk, és ezek értékeit csatoltuk egy csatolt rajzhoz. Vegye figyelembe, hogy nem ez az egyetlen kombinációja az RC komponenseknek, amelyek működni fognak; csak ezt választottam. Nyugodtan számoljon és válasszon másikat!

3. lépés: A műszeres erősítő tervezése

A nyers EKG jelet is erősíteni kell. Bár az áramkör felépítésekor az erősítőt helyezzük előtérbe, koncepcionálisan könnyebb gondolkodni a szűrők után. Ennek oka az, hogy az áramkör teljes nyereségét részben meghatározza a sáváteresztő erősítés (a frissítést lásd az 1. lépésben).

A legtöbb EKG erősítése legalább 100 dB. Egy áramkör dB erősítése 20*log | Vout / Vin |. A Vout/Vin megoldható az ellenálló komponensek szempontjából csomópont -elemzéssel. Az áramkörünk számára ez egy új erősítési kifejezéshez vezet:

dB erősítés = 20*log | (R2/R1)*(1+2*R/RG) |

R1 és R2 a sávszűrőből származnak (1. lépés), R és RG pedig az erősítő összetevői (lásd a mellékelt kapcsolási rajzot). Megoldás 100 dB -es erősítésre R/RG = 500. Az R = 50k ohm és RG = 100 ohm értékeket választottuk ki.

4. lépés: Az alkatrészek tesztelése

Minden komponenst külön teszteltünk az LTSpice AC Sweep oktáv -elemző eszközével. Oktávonként 100 pont, 0,01 Hz kezdőfrekvencia és 100 k Hz végfrekvencia paramétereket választottak ki. 1 V bemeneti feszültség amplitúdót használtam, de lehet egy másik amplitúdót. A váltakozó áramú söprés fontos kivonata a kimenetek alakja, amelyek megfelelnek a frekvenciaváltozásoknak.

Ezeknek a teszteknek az 1-3. Lépésben csatolt grafikonokhoz hasonló grafikonokat kell készíteniük. Ha nem, próbálja újraszámítani az ellenállás vagy a kondenzátor értékeit. Az is lehetséges, hogy az áramkörei sínek, mert nem biztosítanak elegendő feszültséget az erősítők táplálásához. Ha az R és C matematika helyes, próbálja meg növelni az op erősítő (k) nek adott feszültséget.

5. lépés: Összerakni

Most már készen áll az összes összetevő összerakására. Általában az erősítést a szűrés előtt hajtják végre, ezért a műszeres erősítőt helyezték előtérbe. A sávszűrő tovább erősíti a jelet, így a második helyre került, a tisztán szűrő bemetszéses szűrő elé. A teljes áramkört egy AC Sweep szimuláción is keresztülvittük, amely várt eredményeket hozott 0,5 - 250 Hz közötti erősítéssel, kivéve az 50 Hz -es bevágási tartományt.

6. lépés: Az EKG jelek bevitele és tesztelése

Megváltoztathatja a feszültségforrást, hogy az áramkör áramellátását ACG Sweep helyett EKG jellel látja el. Ehhez le kell töltenie a kívánt EKG jelet. Találtam egy zajjal fokozott.wav fájlt itt, és egy clean.txt EKG jelet itt. de lehet, hogy találsz jobbakat. A.wav fájl nyers bemenete és kimenete csatolva látható. Nehéz megmondani, hogy a nem zajjal javított EKG-jel jobb kinézetet eredményez-e. A jeltől függően előfordulhat, hogy kissé módosítania kell a szűrő határait. A tiszta átvitel jel kimenete is látható.

A bemenet megváltoztatásához válassza ki a feszültségforrást, válassza ki a PWL fájl beállítását, és válassza ki a kívánt fájlt. Az általam használt fájl.wav fájl volt, ezért az LTSpice irányelv szövegét is módosítanom kellett "PWL File =" -ról "wavefile =" -ra. A.txt fájlbevitelnél a PWL szöveget úgy kell megtartani, ahogy van.

A kimenet és az ideális EKG jel összehasonlítása azt mutatja, hogy az alkatrészek finomhangolásán még van mit javítani. Figyelembe véve azonban a forrásfájl formáját és zajjavítását, az a nagyszerű lépés, hogy P-hullámot, QRS-t és T-hullámot tudtunk kinyerni. A tiszta EKG szövegfájlnak tökéletesen át kell esnie a szűrőn.

Ne feledje, hogy óvatosan értelmezze ezeket az EKG bemeneti jel eredményeket. Ha csak a tiszta.txt fájlt használja, ez nem jelenti azt, hogy a rendszer megfelelően szűri a jeleket - ez csak azt jelenti, hogy a fontos EKG -összetevők nincsenek kiszűrve. Másrészt, anélkül, hogy többet tudna a.wav fájlról, nehéz eldönteni, hogy a hullámfordítások és a páratlan alakzatok a forrásfájlból származnak -e vagy sem, vagy probléma merül fel a nem kívánt jelek kiszűrésében.