Simuleeritud EKG signaali hankimine LTSpice abil: 7 sammu

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

Südame pumpamisvõime on elektriliste signaalide funktsioon. Kliinikud saavad neid signaale lugeda EKG -lt, et diagnoosida erinevaid südameprobleeme. Enne kui arst saab signaali korralikult ette valmistada, tuleb see siiski korralikult filtreerida ja võimendada. Selles juhendis tutvustan teile, kuidas kavandada vooluahelat EKG signaalide eraldamiseks selle vooluahela katkestamise teel, jagatud kolmeks lihtsaks komponendiks: mõõteriistade võimendi, ribalaiuse filter ja sälkfilter koos soovitud piirväärtusega avaldatud kirjanduse ja praeguste mudelitega määratud sagedused ja kasumid.

Tarvikud:

See on juhend LTSpice simulatsioonide jaoks, nii et ainus materjal, mida vooluringide modelleerimiseks vajate, on LTSpice rakendus. Kui soovite oma vooluringi testida EKG wav -failiga, leidsin oma siit.

Samm: ribalaiuse filtri kujundamine

Tüüpiliste EKG-signaalide sagedusvahemik on 0,5–250 Hz. Kui olete huvitatud selle taga oleva teooriast, lugege selle kohta siit või siit. Käesoleva juhendi tähenduses tähendab see seda, et tahame filtreerida kõik, mis ei ole nendes piirkondades. Seda saame teha ribalaiuse filtri abil. Lähtudes skemaatiliselt postitatud muutujatest, filtreerivad ribalaiuse filtrid vahemikke 1/(2*pi*R1*C1) ja 1/(2*pi*R2*C2). Samuti võimendavad nad signaali (R2/R1).

Väärtused valiti nii, et sageduse piirväärtused vastaksid soovitud EKG signaali piiridele ja võimendus oleks võrdne 100 -ga. Skeem, mille väärtused on asendatud, on näha lisatud joonistel.

2. samm: sälgufiltri kujundamine

Nüüd, kui oleme filtreerinud välja kõik, mis ei ole EKG signaali sagedusvahemikus, on aeg filtreerida välja oma müra moonutused. Elektriliini müra on üks levinumaid EKG moonutusi ja selle sagedus on ~ 50 Hz. Kuna see jääb ribalaiuse vahemikku, saab selle välja võtta sälkfiltriga. Sälkfilter eemaldab lisatud skemaatika alusel kesksageduse väärtusega 1/(4*pi*R*C).

50 Hz müra filtreerimiseks valiti takisti ja kondensaatori väärtus ning nende väärtused ühendati lisatud skeemiga. Pange tähele, et see pole ainus RC -komponentide kombinatsioon, mis töötab; see oli just see, mille ma valisin. Arvutage julgelt ja valige erinevaid!

3. samm: mõõteriistade võimendi kujundamine

Samuti tuleb võimendada töötlemata EKG -signaali. Kuigi vooluahela ehitamisel paneme võimendi esikohale, on pärast filtreid kontseptuaalselt lihtsam mõelda. Selle põhjuseks on asjaolu, et vooluahela üldine võimendus on osaliselt määratud ribalaiuse võimendusega (vt värskendust 1. samm).

Enamiku EKG võimendus on vähemalt 100 dB. Ahela dB võimendus on 20*log | Vout / Vin |. Vouti/Vin'i saab takistuslike komponentide osas lahendada sõlmeanalüüsi abil. Meie vooluringi jaoks toob see kaasa uue võimenduse avaldise:

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

R1 ja R2 pärinevad ribalaiuse filtrist (1. etapp) ning R ja RG on selle võimendi komponendid (vt lisatud skeemi). Lahendus dB võimenduseks 100 annab R/RG = 500. Valiti väärtused R = 50 k oomi ja RG = 100 oomi.

4. samm: komponentide testimine

Kõiki komponente testiti eraldi LTSpice'i AC Sweep oktaavianalüüsi tööriistaga. Valiti parameetrid 100 punkti oktaavi kohta, 0,01 Hz algsagedus ja 100 k Hz lõppsagedus. Kasutasin sisendpinge amplituudi 1V, kuid saate erinevat amplituudi. Vahelduvvoolu pühkimisel on oluline väljundite kuju, mis vastab sageduste muutustele.

Need testid peaksid andma samme 1–3 lisatud graafikuid. Kui nad seda ei tee, proovige oma takisti või kondensaatori väärtused ümber arvutada. Samuti on võimalik, et teie vooluahela rööpad, kuna te ei paku töövõimendite toiteks piisavalt pinget. Kui teie R- ja C -matemaatika on õige, proovige suurendada oma op -võimenditele antavat pinget.

Samm: pange see kõik kokku

Nüüd olete valmis kõik komponendid kokku panema. Tavaliselt tehakse võimendus enne filtreerimist, nii et esikohale seati mõõteriistade võimendi. Band-pass filter võimendab signaali veelgi, nii et see asetati teiseks, enne sälgufiltrit, mis filtreerib puhtalt. Kogu vooluahel läbis ka vahelduvvoolu pühkimise simulatsiooni, mis andis oodatud tulemusi võimendusega vahemikus 0,5–250 Hz, välja arvatud 50 Hz sälk.

6. samm: EKG signaalide sisestamine ja testimine

Saate muuta pingeallikat, et vooluahelat toitaks vahelduvvoolu pühkimise asemel EKG signaaliga. Selleks peate alla laadima soovitud EKG signaali. Leidsin siit müraga täiustatud.wav-faili ja siit clean.txt EKG signaali. kuid võite leida paremaid.. WAV -faili töötlemata sisendit ja väljundit saab näha manusena. Raske on öelda, kas müravaba täiustatud EKG-signaal annaks parema välimuse. Sõltuvalt signaalist peate võib -olla filtri piire pisut kohandama. Samuti on näha puhta läbipääsu signaali väljund.

Sisendi muutmiseks valige oma pingeallikas, valige PWL -faili säte ja valige soovitud fail. Fail, mida ma kasutasin, oli.wav -fail, nii et mul oli vaja muuta ka LTSpice direktiivi tekst "PWL File =" asemel "wavefile =".. Txt -faili sisestamiseks peaksite PWL -teksti säilitama sellisena, nagu see on.

Väljundi võrdlemine ideaalse EKG-signaaliga näitab, et komponentide muutmisel on veel arenguruumi. Arvestades aga lähtefaili kuju ja müraga täiustatud olemust, on asjaolu, et suutsime eraldada P-laine, QRS ja T-laine, suurepärane esimene samm. Puhas EKG tekstifail peaks filtrit ideaalselt läbima.

Olge ettevaatlik, kui tõlgendate neid EKG sisendsignaali tulemusi. Kui kasutate ainult puhast.txt -faili, ei tähenda see, et teie süsteem töötaks signaali korralikult filtreerima - see tähendab ainult seda, et olulisi EKG komponente ei filtreerita. Teisest küljest, ilma.wav -failist rohkem teadmata, on raske kindlaks teha, kas lainepöörded ja paaritu kuju tulenevad lähtefailist või mitte või on soovimatute signaalide filtreerimisel probleeme.