Automatiseeritud EKG vooluahela mudel: 4 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:45

Selle projekti eesmärk on luua vooluahela mudel, millel on mitu komponenti, mis suudavad sissetulevat EKG -signaali piisavalt võimendada ja filtreerida. Kolm komponenti modelleeritakse individuaalselt: mõõteriistade võimendi, aktiivne sälgufilter ja passiivne ribalaiuse filter. Need ühendatakse lõpliku EKG -ahela mudeli loomiseks. Kogu vooluahela modelleerimine ja testimine toimus LTspice'is, kuid ka teised vooluahela simulatsiooniprogrammid toimiksid.

Samm: mõõteriistade võimendi

See on EKG täieliku mudeli esimene komponent. Selle eesmärk on võimendada sissetulevat EKG signaali, millel on esialgu väga madal pinge. Valisin kombineeritud op-võimendite ja takistuslike komponentide kasutamise viisil, mis annaks võimenduse 1000. Esimesel pildil on näidatud LTspice'is modelleeritud mõõteriistade võimendi disain. Teine pilt näitab asjakohaseid võrrandeid ja teostatud arvutusi. Kui see oli täielikult modelleeritud, viidi 1 mV sinusoidaalse sisendsignaali mööduv analüüs sagedusel 75 Hz läbi LTspice, et kinnitada võimendust 1000. Kolmas pilt näitab selle analüüsi tulemusi.

Samm: aktiivne sälgufilter

See on EKG täieliku mudeli teine komponent. Selle eesmärk on nõrgendada signaale sagedusega 60 Hz, mis on vahelduvvoolu pingehäirete sagedus. See moonutab EKG signaale ja esineb tavaliselt kõigis kliinilistes tingimustes. Otsustasin kasutada op-võimendi kombineerimist takistuslike ja mahtuvuslike komponentidega kahekordse sälguga filtri konfiguratsioonis. Esimesel pildil on LTspice'is modelleeritud sälkfiltri disain. Teine pilt näitab asjakohaseid võrrandeid ja teostatud arvutusi. Pärast täielikku modelleerimist viidi 1 V sinusoidaalse sisendsignaali vahelduvvool läbi 1 Hz - 100 kHz LTspice'is, et kinnitada sälk sagedusel 60 Hz. Kolmas pilt näitab selle analüüsi tulemusi. Simulatsioonitulemuste väike erinevus oodatavate tulemustega on tõenäoliselt tingitud selle vooluahela takistuslike ja mahtuvuslike komponentide arvutamisel tehtud ümardamisest.

3. samm: passiivne ribalaiuse filter

See on EKG täieliku mudeli kolmas komponent. Selle eesmärk on filtreerida välja signaalid, mis ei jää vahemikku 0,05–250 Hz, kuna see on tüüpilise täiskasvanu EKG vahemik. Ma otsustasin kasutada kombineeritud takistuslikke ja mahtuvuslikke komponente, nii et üleminekupiir oleks 0,05 Hz ja madalpääs 250 Hz. Esimesel pildil on LTspice'is modelleeritud passiivse ribalaiuse filtri disain. Teine pilt näitab asjakohaseid võrrandeid ja tehtud arvutusi. Kui see on täielikult modelleeritud, viidi 1 V sinusoidaalse sisendsignaali vahelduvvool läbi 0,01 Hz - 100 kHz LTspice'is, et kinnitada kõrge ja madalpääsu piirsagedusi. Kolmas pilt näitab selle analüüsi tulemusi. Simulatsioonitulemuste väike erinevus oodatavate tulemustega on tõenäoliselt tingitud selle vooluahela takistuslike ja mahtuvuslike komponentide arvutamisel tehtud ümardamisest.

Samm: vooluahela komponentide ühendamine

Nüüd, kui kõik komponendid on individuaalselt kavandatud ja testitud, saab neid järjestikku kombineerida nende loomise järjekorras. Selle tulemuseks on täielik EKG vooluahela mudel, mis sisaldab esmalt mõõteriistade võimendit signaali võimendamiseks 1000x. Seejärel kasutatakse 60 Hz vahelduvvoolu pinge müra kõrvaldamiseks sälgufiltrit. Lõpuks, ribalaiuse filter ei lase läbi signaali, mis jääb väljapoole tavalise täiskasvanu EKG vahemikku (0,05 Hz - 250 Hz). Kui need on kombineeritud, nagu on näidatud esimesel pildil, saab LTspice'is 1 mV (sinusoidaalne) sisendpingega läbi viia mööduva analüüsi ja täieliku vahelduvpinge, et veenduda, et komponendid töötavad koos ootuspäraselt. Teisel pildil kuvatakse mööduvad analüüsitulemused, mis näitavad signaali võimendamist vahemikus 1 mV kuni ~ 0,85 V. See tähendab, et kas sälgu- või ribapääsfiltri komponendid nõrgendavad signaali veidi pärast seda, kui instrumendivõimendi on seda esialgu võimendanud 1000 korda. Kolmas pilt näitab vahelduvvoolu pühkimise tulemusi. See Bode graafik näitab kõrge ja madalpääsu piirväärtusi, mis sobivad individuaalselt testimisel ribalaiuse filtri Bode graafikuga. Samuti on väike langus umbes 60 Hz, mis on sälgufilter soovimatu müra eemaldamiseks.