Outomatiese EKG -baansimulator: 4 stappe

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

'N Elektrokardiogram (EKG) is 'n kragtige tegniek wat gebruik word om die elektriese aktiwiteit van 'n pasiënt se hart te meet. Die unieke vorm van hierdie elektriese potensiale verskil na gelang van die plek van opname -elektrodes en is gebruik om baie toestande op te spoor. Met die vroeë opsporing van 'n verskeidenheid hartsiektes, kan dokters 'n magdom aanbevelings aan hul pasiënte gee oor hul situasie. Hierdie masjien bestaan uit drie hoofkomponente: 'n instrumentasieversterker gevolg deur 'n kerffilter en 'n bandpasfilter. Die doel van hierdie dele is om die inkomende seine te versterk, ongewenste seine te verwyder en alle relevante biologiese seine deur te gee. Ontleding van die resulterende stelsel het bewys dat die elektrokardiogram, soos verwag, die gewenste take verrig om 'n bruikbare EKG -sein te lewer, wat die bruikbaarheid daarvan toon om harttoestande op te spoor.

Benodighede:

• LTSpice sagteware
• EKG sein lêers

Stap 1: Instrumentasie versterker

Die instrumentasie versterker, soms afgekort INA, word gebruik om die lae vlak, biologiese seine wat deur die pasiënt waargeneem word, te versterk. 'N Tipiese INA bestaan uit drie operasionele versterkers (Op Amps). Twee op-versterkers moet in die nie-omkerende opset wees en die laaste op-versterker in die differensiële opset. Sewe weerstande word langs die Op Amps gebruik om die wins te verander deur die grootte van die weerstandswaarde te verander. Van die weerstande is daar drie pare en een individuele grootte.

Vir hierdie projek sal ek 'n wins van 1000 gebruik om die seine te versterk. Ek sal dan arbitrêre R2-, R3- en R4 -waardes kies (dit is die maklikste as R3 en R4 gelyk is aan grootte omdat dit tot 1 kanselleer, wat die weg baan vir makliker berekeninge). Van hier af kan ek vir R1 oplos om alle nodige komponentgroottes te hê.

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

Deur die versterkingsvergelyking hierbo en waardes R2 = 50kΩ en R3 = R4 = 10kΩ te gebruik, kry ons R1 = 100Ω.

Om te kontroleer of die wins in werklikheid 1000 is, kan ons die stroombaan met 'n.ac sweep -funksie bestuur en waarneem waar die plato voorkom. In hierdie geval is dit 60 dB. Deur die onderstaande vergelyking te gebruik, kan ons die dB omskakel in afmetingslose Vout/Vin, wat uiteindelik na verwagting 1000 word.

Versterking, dB = 20*log (Vout/Vin)

Stap 2: Kerffilter

Die volgende komponent wat ontwerp moet word, is die kerffilter. Die waarde van die komponente vir hierdie filter hang grootliks af van die frekwensie wat u wil uitskakel. Vir hierdie ontwerp wil ons die 60 Hz -frekwensie (fc) wat deur mediese instrumente vrygestel word, uitsny.

In hierdie ontwerp word 'n dubbelkerffilter gebruik om te verseker dat slegs die gewenste uitgesny word en dat ons nie per ongeluk die gewenste biologiese frekwensies naby die 60 Hz-punt sal verswak nie. Die komponentwaardes is gevind deur willekeurige weerstandswaardes te kies, waarvan ek gekies het om 2kΩ te gebruik vir die laagdeurlaatfilter (boonste T) en 1kΩ vir die hoogdeurlaatfilter (onderste T). Met die onderstaande vergelyking het ek die nodige kapasitorwaardes opgelos.

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

Die Bode -plot is weer gevind met behulp van die.ac sweep -funksie wat LTSpice bied.

Stap 3: Bandpasfilter

Die finale komponent van die outomatiese EKG -stelsel is nodig om biologiese frekwensies te slaag, aangesien dit ons interesseer. Die tipiese EKG -sein kom tussen 0,5 Hz en 150 Hz (fc) voor, daarom kan twee filters gebruik word; óf 'n bandpasfilter óf 'n laagdeurlaatfilter. In hierdie ontwerp is 'n bandpasfilter gebruik, aangesien dit 'n bietjie meer presies is as die laagpas, hoewel dit steeds sou werk, aangesien biologiese frekwensies in elk geval nie hoë frekwensies het nie.

'N Bandpasfilter bevat twee dele: 'n hoëpasfilter en 'n laagdeurlaatfilter. Die hoëpasfilter kom voor die Op Amp en die laagpas daarna. Onthou dat daar 'n verskeidenheid bandpasfilterontwerpe is wat gebruik kan word.

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

Weereens word willekeurige waardes gekies om die vereiste waardes van ander dele te vind. In die laaste filter het ek arbitrêre weerstandswaardes gekies en opgelos vir die kapasitorwaardes. Om aan te toon dat dit nie saak maak met watter een u begin nie, sal ek nou arbitrêre kapasitorwaardes kies om op te los vir die weerstandswaardes. In hierdie geval het ek 'n kapasitorwaarde van 1uF gekies. Deur die bostaande vergelyking te gebruik, gebruik ek een afsnyfrekwensie op 'n slag om die onderskeie weerstand op te los. Vir die eenvoud sal ek dieselfde kapasitorwaarde gebruik vir beide die hoë- en laagdeurdele na die banddeurlaatfilter. Die 0,5 Hz word gebruik om die hoëpasweerstand op te los, en die afsnyfrekwensie van 150 Hz word gebruik om die laagdeurweerstand te vind.

'N Bode -plot kan weer gebruik word om te sien of die kringontwerp behoorlik gewerk het.

Stap 4: Volle stelsel

Nadat geverifieer is dat elke komponent op sy eie werk, kan die dele in een stelsel gekombineer word. Deur ingevoerde EKG -data en die PWL -funksie in die spanningsbrongenerator te gebruik, kan u simulasies uitvoer om te verseker dat die stelsel die gewenste biologiese frekwensies behoorlik versterk en slaag.

Die boonste plotskermopname is 'n voorbeeld van hoe die uitsetdata lyk met 'n.tran -funksie, en die onderstaande skermkiekie is die onderskeie bode -plot met die.ac -funksie.

Verskillende invoer -EKG -data kan afgelaai word (twee verskillende EKG -invoerlêers is op hierdie bladsy bygevoeg) en in die funksie ingebring om die stelsel op verskillende pasiënte te modelleer.