Gesimuleerde EKG -seinverwerwing met behulp van LTSpice: 7 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Die hart se vermoë om te pomp is 'n funksie van elektriese seine. Dokters kan hierdie seine op 'n EKG lees om verskillende hartprobleme te diagnoseer. Maar voordat die sein behoorlik gereed is deur 'n dokter, moet dit behoorlik gefiltreer en versterk word. In hierdie gids sal ek jou leer hoe om 'n stroombaan te ontwerp om EKG-seine te isoleer deur hierdie stroombaan in drie eenvoudige komponente op te breek: 'n instrumentversterker, 'n bandpasfilter en 'n kerffilter met die gewenste afsny frekwensies en winste bepaal deur gepubliseerde literatuur en huidige modelle.

Benodighede:

Hierdie gids is bedoel vir LTSpice -simulasies, dus die enigste materiaal wat u benodig om die stroombane te modelleer, is 'n LTSpice -toepassing. As u u kring met 'n EKG -wav -lêer wil toets, het ek myne hier gevind.

Stap 1: Ontwerp 'n Band-pass filter

Tipiese EKG-seine het 'n frekwensiebereik van 0,5-250 Hz. As u nuuskierig is oor die teorie hieragter, lees dan gerus om meer hier of hier te lees. Vir die doeleindes van hierdie gids, beteken dit dat ons alles wat nie in daardie streke is nie, wil filter. Ons kan dit doen met 'n band-pass filter. Gebaseer op die geplaasde veranderlikes in die geplaasde skematiese filter, filter bandpasfilters tussen reekse van 1/(2*pi*R1*C1) en 1/(2*pi*R2*C2). Hulle versterk ook die sein met (R2/R1).

Waardes is gekies sodat die frekwensie -afsnywaardes ooreenstem met die gewenste EKG -seingrense en die versterking gelyk sal wees aan 100. 'n Skematiese weergawe van hierdie waardes kan in die aangehegte syfers gesien word.

Stap 2: Ontwerp die kerffilter

Noudat ons alles wat nie in die EKG se seinfrekwensiebereik is nie, uitgefiltreer het, is dit tyd om geraasversteurings binne sy bereik uit te filter. Kraglyngeraas is een van die mees algemene EKG-verwringings en het 'n frekwensie van ~ 50 Hz. Aangesien dit binne die bandpasafstand is, kan dit met 'n kerffilter verwyder word. 'N Kerffilter werk deur 'n middelfrekwensie met 'n waarde van 1/(4*pi*R*C) te verwyder, gebaseer op die aangehegte skematiese.

'N Weerstand en kondensatorwaarde is gekies om 50 Hz -geraas uit te filter, en die waardes daarvan is by 'n aangehegte skematika ingeprop. Let daarop dat dit nie die enigste kombinasie van RC -komponente is wat werk nie; dit was net wat ek gekies het. Bereken en kies verskillende!

Stap 3: Ontwerp die instrumentversterker

'N Rou EKG -sein moet ook versterk word. Alhoewel ons die versterker eerste stel as ons die stroombaan bou, is dit makliker konseptueel om na te dink na die filters. Dit is omdat die algehele versterking van die stroombaan gedeeltelik bepaal word deur die bandpas-versterking (sien stap 1 vir 'n herhaling).

Die meeste EKG's het 'n wins van minstens 100 dB. 'N Kring se dB -versterking is gelyk aan 20*log | Vout / Vin |. 'N Vout/Vin kan met nodale analise opgelos word in terme van weerstandskomponente. Vir ons kring lei dit tot 'n nuwe winsuitdrukking:

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

R1 en R2 is afkomstig van die band-deurlaatfilter (stap 1), en R en RG is komponente van hierdie versterker (sien aangehegte skema). Die oplossing vir 'n dB -wins van 100 lewer R/RG = 500. Waardes van R = 50k ohm en RG = 100 ohm is gekies.

Stap 4: Toets die komponente

Alle komponente is afsonderlik getoets met LTSpice se AC Sweep -oktaaf -analise -instrument. Parameters van 100 punte per oktaaf, 0,01 Hz beginfrekwensie en 100k Hz eindfrekwensie is gekies. Ek het 'n insetspanningsamplitude van 1V gebruik, maar u kan 'n ander amplitude hê. Die belangrikste wegneem van die AC -sweep is die vorm van die uitsette wat ooreenstem met veranderings in frekwensies.

Hierdie toetse moet grafieke toon wat soortgelyk is aan die aangehegte in stap 1-3. As hulle dit nie doen nie, herbereken u weerstand- of kapasitorwaardes. Dit is ook moontlik dat u stroombaan relings het omdat u nie genoeg spanning verskaf om die op -versterkers aan te dryf nie. As u R- en C -wiskunde korrek is, probeer dan om die hoeveelheid spanning wat u aan u versterker (s) gee, te verhoog.

Stap 5: Alles saamvoeg

Nou is u gereed om al die komponente saam te voeg. Versterking word gewoonlik uitgevoer voor filtrasie, sodat die instrumentasieversterker eerste gestel is. Die banddeurlaatfilter versterk die sein verder, dus is dit tweede geplaas, voor die kerffilter, wat suiwer filter. Die totale stroombaan is ook deur 'n AC Sweep -simulasie uitgevoer, wat verwagte resultate opgelewer het met versterking tussen 0,5 - 250 Hz, behalwe vir die 50 Hz -kerfbereik.

Stap 6: EKG -seine invoer en toets

U kan u spanningsbron verander om 'n EKG -sein in plaas van 'n AC -sweep aan die kring te gee. Om dit te kan doen, moet u die gewenste EKG -sein aflaai. Ek het 'n.wav-lêer met 'n geraasverbetering hier gevind en 'n clean.txt EKG-sein hier. maar jy kan dalk beter vind. Die rou insette en afvoer vir die.wav -lêer kan hierby aangeheg word. Dit is moeilik om te sê of 'n nie-geraas-verbeterde EKG-sein 'n beter uitsig lewer. Afhangende van die sein, moet u u filtergrense effens aanpas. Die skoon-deur-sein-uitset kan ook gesien word.

Om die ingang te verander, kies u spanningsbron, kies die instelling vir PWL -lêer en kies die gewenste lêer. Die lêer wat ek gebruik het, was 'n.wav -lêer, so ek moes ook die teks van die LTSpice -richtlijn verander van "PWL File =" na "wavefile =". Vir die invoer van.txt -lêers moet u die PWL -teks behou soos dit is.

Die vergelyking van die uitset met 'n ideale EKG-sein toon dat daar nog ruimte is vir verbetering met die aanpassing van komponente. Gegewe die vorm en die geraasverbeterde aard van die bronlêer, is die feit dat ons 'n P-golf, QRS en T-golf kon onttrek egter 'n uitstekende eerste stap. Die skoon EKG -tekslêer moet perfek deur die filter kan gaan.

Let op, wees versigtig hoe u die resultate van die EKG -insetsein interpreteer. As u slegs die skoon.txt -lêer gebruik, beteken dit nie dat u stelsel werk om 'n sein behoorlik te filter nie - dit beteken slegs dat die belangrike EKG -komponente nie uitgefiltreer word nie. Aan die ander kant, sonder om meer te weet oor die.wav -lêer, is dit moeilik om te bepaal of die golfinversies en vreemde vorms die bronlêer is of nie, of daar 'n probleem is om ongewenste seine uit te filter.