Automatiseeritud EKG vooluahela simulaator: 4 sammu

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

Elektrokardiogramm (EKG) on võimas meetod, mida kasutatakse patsiendi südame elektrilise aktiivsuse mõõtmiseks. Nende elektriliste potentsiaalide ainulaadne kuju erineb sõltuvalt salvestuselektroodide asukohast ja seda on kasutatud paljude tingimuste tuvastamiseks. Erinevate südamehaiguste varajase avastamisega saavad arstid anda oma patsientidele palju soovitusi nende olukorra lahendamiseks. See masin koosneb kolmest põhikomponendist: mõõteriistade võimendist, millele järgneb sälgufilter ja ribalaiuse filter. Nende osade eesmärk on võimendada sissetulevaid signaale, eemaldada soovimatud signaalid ja edastada kõik asjakohased bioloogilised signaalid. Saadud süsteemi analüüs tõestas, et elektrokardiogramm täidab ootuspäraselt soovitud ülesandeid kasutatava EKG signaali saamiseks, näidates selle kasulikkust südamehaiguste tuvastamisel.

Tarvikud:

• LTSpice tarkvara
• EKG signaalifailid

Samm: mõõteriistade võimendi

Instrumentaalset võimendit, mõnikord lühendatult INA, kasutatakse patsiendilt saadavate madala taseme bioloogiliste signaalide võimendamiseks. Tüüpiline INA koosneb kolmest operatsioonivõimendist (Op Amps). Kaks op-võimendit peaksid olema inverteerimata konfiguratsioonis ja viimane op-võimendi diferentsiaalkonfiguratsioonis. Op -võimendite kõrval kasutatakse seitset takistit, mis võimaldavad meil võimendust muuta, muutes takisti väärtuse suurust. Takistitest on kolm paari ja üks individuaalne suurus.

Selle projekti jaoks kasutan signaalide võimendamiseks võimendust 1000. Seejärel valin suvalised R2, R3 ja R4 väärtused (kõige lihtsam on see, kui R3 ja R4 on suuruselt samaväärsed, kuna need tühistavad 1, sillutades teed lihtsamaks arvutamiseks). Siit saan lahendada, et R1 -l oleks kõik vajalikud komponentide suurused.

Kasv = (1 + 2R2/R1) * (R4/R3)

Kasutades ülaltoodud võimendusvõrrandit ja väärtusi R2 = 50kΩ ja R3 = R4 = 10kΩ, saame R1 = 100Ω.

Et kontrollida, kas võimendus on tegelikult 1000, saame käivitada vooluringi.ac pühkimisfunktsiooniga ja jälgida, kus platoo esineb. Sel juhul on see 60 dB. Kasutades allolevat võrrandit, saame dB teisendada mõõtmeteta Vout/Vini, mis on ootuspäraselt 1000.

Võimendus, dB = 20*log (Vout/Vin)

2. samm: sälgufilter

Järgmine kavandatav komponent on sälgufilter. Selle filtri komponentide väärtus sõltub suuresti sellest, millist sagedust soovite välja tõmmata. Selle disaini jaoks tahame välja lõigata 60 Hz sageduse (fc), mis vabaneb meditsiiniseadmetest.

Selles konstruktsioonis kasutatakse kahekordse sälguga filtrit, et tagada ainult soovitud väljalülitamine ja et me kogemata ei nõrgenda soovitud bioloogilisi sagedusi 60 Hz märgi lähedal. Komponentide väärtused leiti, valides suvalised takisti väärtused, millest ma valisin 2kΩ madalpääsfiltri jaoks (ülemine T) ja 1kΩ kõrgepääsfiltri jaoks (alumine T). Kasutades allolevat võrrandit, lahendasin vajalikud kondensaatori väärtused.

fc = 1 / (4*pi*R*C)

Bode graafik leiti taas LTSpice pakutava.ac pühkimisfunktsiooni abil.

3. samm: ribalaiuse filter

Automaatse EKG -süsteemi viimane komponent on vajalik bioloogiliste sageduste edastamiseks, sest see huvitab meid. Tüüpiline EKG -signaal esineb vahemikus 0,5 Hz kuni 150 Hz (fc), seega võiks kasutada kahte filtrit; kas ribalaiuse või madalpääsfilter. Selles konstruktsioonis kasutati ribalaiuse filtrit, kuna see on pisut täpsem kui madalpääs, kuigi see töötab endiselt, kuna bioloogilistel sagedustel pole üldiselt niikuinii kõrgeid sagedusi.

Ribapääsfilter koosneb kahest osast: kõrgpääsfilter ja madalpääsfilter. Kõrgpääsfilter tuleb enne võimendit ja madalpääs pärast. Pidage meeles, et kasutada saab erinevaid ribalaiuse filtreid.

fc = 1 / (2*pi*R*C)

Taaskord tuleb teiste osade nõutavate väärtuste leidmiseks valida suvalisi väärtusi. Viimases filtris valisin suvalised takisti väärtused ja lahendasin kondensaatori väärtuste jaoks. Et näidata, et pole vahet, millest alustada, valin nüüd takistite väärtuste jaoks suvalised kondensaatori väärtused. Sel juhul valisin kondensaatori väärtuseks 1uF. Kasutades ülaltoodud võrrandit, kasutan vastava takisti lahendamiseks korraga ühte sagedust. Lihtsuse huvides kasutan sama sagedusfiltri kondensaatori väärtust nii kõrge kui ka madalpääsu osas. Kõrgpääsu takisti lahendamiseks kasutatakse 0,5 Hz ja madalpäästakisti leidmiseks 150 Hz piirsagedust.

Bode graafikut saab taas kasutada, et näha, kas vooluahela konstruktsioon töötas korralikult.

Samm: täielik süsteem

Pärast iga komponendi iseseisva toimimise kontrollimist saab osi ühendada üheks süsteemiks. Kasutades imporditud EKG andmeid ja pingeallika generaatori PWL -funktsiooni, saate simulatsioone käivitada, et veenduda, et süsteem võimendab ja edastab soovitud bioloogilisi sagedusi korralikult.

Ülemine joonise ekraanipilt on näide sellest, kuidas väljundandmed funktsiooni.tran kasutamisel välja näevad, ja alumine joonise ekraanipilt on vastav bode graafik, mis kasutab funktsiooni.ac.

Erinevaid EKG sisendandmeid saab alla laadida (sellele lehele on lisatud kaks erinevat EKG sisendfaili) ja tuua need funktsioonidesse, et testida süsteemi erinevate modelleeritud patsientide puhul.