Blerja e Simuluar e Sinjalit EKG duke Përdorur LTSpice: 7 Hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Aftësia e zemrës për të pompuar është një funksion i sinjaleve elektrike. Mjekët mund të lexojnë këto sinjale në një EKG për të diagnostikuar çështje të ndryshme të zemrës. Megjithatë, para se sinjali të jetë gati si duhet nga një mjek, ai duhet të filtrohet dhe amplifikohet siç duhet. Në këtë udhëzues, unë do t'ju tregoj se si të hartoni një qark për të izoluar sinjalet EKG duke prishur këtë qark u nda në tre përbërës të thjeshtë: një përforcues instrumentesh, një filtër me brez dhe një filtër me nivel, me ndërprerjen e dëshiruar frekuencat dhe përfitimet e përcaktuara nga literatura e publikuar dhe modelet aktuale.

Furnizimet:

Ky është udhëzuesi i menduar për simulimet e LTSpice, kështu që materiali i vetëm që do t'ju duhet për të modeluar qarqet është një aplikim LTSpice. Nëse dëshironi të provoni qarkun tuaj me një skedar wav EKG, e gjeta timen këtu.

Hapi 1: Dizajnimi i një filtri me bandë

Sinjalet tipike të EKG-së kanë interval frekuence prej 0.5-250 Hz. Nëse jeni kurioz për teorinë pas kësaj, ndjehuni të lexuar për të lexuar më shumë për këtë këtu ose këtu. Për qëllimet e këtij udhëzuesi, ajo që do të thotë është se ne duam të filtrojmë gjithçka jo në ato rajone. Ne mund ta bëjmë këtë me një filtër band-pass. Bazuar në variablat e postuar në skemën e postuar, filtrat e brezit kalojnë midis vargjeve 1/(2*pi*R1*C1) dhe 1/(2*pi*R2*C2). Ata gjithashtu përforcojnë sinjalin me (R2/R1).

Vlerat u zgjodhën në mënyrë që vlerat e ndërprerjes së frekuencës të përputhen me kufijtë e dëshiruar të sinjalit EKG dhe fitimi të jetë i barabartë me 100. Një skemë me këto vlera të zëvendësuara në mund të shihet në figurat e bashkangjitura.

Hapi 2: Dizajnimi i filtrit Notch

Tani që kemi filtruar gjithçka që nuk është në intervalin e frekuencës së sinjalit të EKG -së, është koha për të filtruar shtrembërimet e zhurmës brenda intervalit të tij. Zhurma e linjës së energjisë është një nga shtrembërimet më të zakonshme të EKG-së dhe ka një frekuencë prej ~ 50 Hz. Meqenëse kjo është brenda intervalit të kalimit të brezit, mund të hiqet me një filtër të nivelit. Një filtër i nivelit punon duke hequr një frekuencë qendrore me një vlerë 1/(4*pi*R*C) bazuar në skemën e bashkangjitur.

Një rezistencë dhe vlerë kondensatori u zgjodhën për të filtruar zhurmën 50 Hz, dhe vlerat e tyre u lidhën në një skemë të bashkangjitur. Vini re se ky nuk është kombinimi i vetëm i përbërësve RC që do të funksionojnë; ishte vetëm ajo që zgjodha. Mos ngurroni të llogaritni dhe zgjidhni ato të ndryshme!

Hapi 3: Hartimi i Përforcuesit të Instrumentacionit

Një sinjal i papërpunuar EKG gjithashtu do të duhet të amplifikohet. Megjithëse kur ndërtojmë qarkun, ne do të vendosim amplifikatorin e parë, është më e lehtë të mendosh për konceptin pas filtrave. Kjo ndodh sepse fitimi i përgjithshëm i qarkut përcaktohet pjesërisht nga amplifikimi i brezit (Shih hapin 1 për një rifreskim).

Shumica e EKG -ve kanë një fitim prej të paktën 100 dB. Fitimi i një qarku dB është i barabartë me 20*log | Vout / Vin |. Një Vout/Vin mund të zgjidhet për sa i përket përbërësve rezistues me anë të analizës nodale. Për qarkun tonë, kjo çon në një shprehje të re të fitimit:

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

R1 dhe R2 janë nga filtri i brezit (Hapi 1), dhe R dhe RG janë përbërës nga ky përforcues (shiko skemën e bashkangjitur). Zgjidhja për një fitim dB prej 100 jep R/RG = 500. U zgjodhën vlerat e R = 50k ohms dhe RG = 100 ohms.

Hapi 4: Testimi i Komponentëve

Të gjithë përbërësit u testuan veçmas me mjetin e analizës së oktavës AC Sweep të LTSpice. U përzgjodhën parametrat 100 pikë për oktavë, frekuenca fillestare 0.01 Hz dhe frekuenca përfundimtare 100k Hz. Kam përdorur një amplitudë të tensionit hyrës prej 1V, por ju mund të përdorni një amplitudë të ndryshme. Largimi i rëndësishëm nga spastrimi AC është forma e daljeve që korrespondojnë me ndryshimet në frekuencat.

Këto teste duhet të japin grafikë të ngjashëm me ato të bashkangjitur në Hapat 1-3. Nëse ata nuk bëjnë, provoni të rillogarisni vlerat tuaja të rezistencës ose kondensatorit. Alsoshtë gjithashtu e mundur që qarku juaj të ketë binarë sepse nuk po siguroni tension të mjaftueshëm për të fuqizuar amperet op. Nëse matematika juaj R dhe C është e drejtë, provoni të rrisni sasinë e tensionit që po i jepni amplifikatorit tuaj (ve).

Hapi 5: Vendosja e të gjitha së bashku

Tani, ju jeni gati për të bashkuar të gjithë përbërësit. Në mënyrë tipike, amplifikimi kryhet para filtrimit, kështu që amplifikuesi i instrumenteve u vu i pari. Filtri i kalimit të brezit amplifikon më tej sinjalin, kështu që ai u vendos i dyti, para filtrit të nivelit, i cili thjesht filtron. Qarku total u drejtua gjithashtu nga një simulim AC Sweep, i cili prodhoi rezultate të pritshme me amplifikim midis 0.5 - 250 Hz, me përjashtim të intervalit të nivelit 50 Hz.

Hapi 6: Futja dhe Testimi i Sinjaleve EKG

Ju mund të ndryshoni burimin tuaj të tensionit për të furnizuar qarkun me një sinjal EKG në vend të një Fshirje AC. Për ta bërë këtë, do t'ju duhet të shkarkoni sinjalin e EKG -së tuaj të dëshiruar. Gjeta një skedar.wav të shtuar me zhurmë këtu dhe një sinjal EKG të pastër. Txt këtu. por ju mund të jeni në gjendje të gjeni më të mirët. Hyrja dhe dalja e papërpunuar për skedarin.wav mund të shihet e bashkangjitur. Hardshtë e vështirë të thuhet nëse një sinjal EKG i rritur pa zhurmë do të prodhonte një dalje më të mirë. Në varësi të sinjalit, mund t'ju duhet të rregulloni pak kufijtë e filtrit tuaj. Gjithashtu mund të shihet dalja e sinjalit të kalimit të pastër.

Për të ndryshuar hyrjen, zgjidhni burimin tuaj të tensionit, zgjidhni cilësimin për PWL File dhe zgjidhni skedarin tuaj të dëshiruar. Skedari që kam përdorur ishte një skedar.wav, kështu që më duhej gjithashtu të ndryshoja tekstin e direktivës LTSpice nga "PWL File =" në "wavefile =". Për futjen e skedarit.txt, duhet të mbani tekstin PWL ashtu siç është.

Krahasimi i daljes me një sinjal ideal EKG tregon se ka ende vend për përmirësim me rregullimin e komponentëve. Sidoqoftë, duke pasur parasysh formën dhe natyrën e shtuar të zhurmës së skedarit burimor, fakti që ne ishim në gjendje të nxjerrim një valë P, QRS dhe valë T është një hap i parë i shkëlqyeshëm. Skedari i pastër i tekstit EKG duhet të jetë në gjendje të kalojë në mënyrë të përsosur përmes filtrit.

Kini kujdes se si i interpretoni këto rezultate të sinjalit hyrës të EKG -së. Nëse përdorni vetëm skedarin.txt të pastër, kjo nuk do të thotë që sistemi juaj punon për të filtruar siç duhet një sinjal - do të thotë vetëm se përbërësit e rëndësishëm të EKG -së nuk filtrohen. Nga ana tjetër, pa ditur më shumë për skedarin.wav, është e vështirë të përcaktohet nëse përmbysjet e valëve dhe format e çuditshme janë për shkak të skedarit burimor ose nëse ka një problem në filtrimin e sinjaleve të padëshiruara.