Model de circuit ECG automat: 4 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Scopul acestui proiect este de a crea un model de circuit cu mai multe componente care pot amplifica și filtra în mod adecvat un semnal ECG de intrare. Trei componente vor fi modelate individual: un amplificator de instrumentație, un filtru activ de notch și un filtru pas bandă pasiv. Acestea vor fi combinate pentru a crea modelul final de circuit ECG. Toate modelarea și testarea circuitelor se desfășurau în LTspice, dar ar funcționa și alte programe de simulare a circuitelor.

Pasul 1: Amplificator de instrumentație

Aceasta va fi prima componentă a modelului complet ECG. Scopul său este de a amplifica semnalul de intrare ECG, care va avea inițial o tensiune foarte mică. Am ales să folosesc combinații de amplificatoare opționale și componente rezistive într-un mod care ar produce un câștig de 1000. Prima imagine arată designul amplificatorului de instrumentație modelat în LTspice. A doua imagine prezintă ecuații relevante și calcule efectuate. Odată modelată complet, analiza tranzitorie a unui semnal de intrare sinusoidală de 1 mV la 75 Hz a fost efectuată în LTspice pentru a confirma un câștig de 1000. A treia imagine prezintă rezultatele acestei analize.

Pasul 2: Filtru activ de notch

Aceasta va fi a doua componentă a modelului complet ECG. Scopul său este de a atenua semnalele cu o frecvență de 60 Hz, care este frecvența interferenței de tensiune a liniei de curent alternativ. Acest lucru distorsionează semnalele ECG și este de obicei prezent în toate setările clinice. Am ales să combin un amplificator opțional cu componente rezistive și capacitive într-o configurație de filtru twin-T notch. Prima imagine prezintă designul filtrului de notch modelat în LTspice. A doua imagine prezintă ecuații relevante și calcule efectuate. Odată modelat complet, s-a efectuat o curgere alternativă a unui semnal de intrare sinusoidală de 1 V de la 1 Hz - 100 kHz în LTspice pentru a confirma o crestătură la 60 Hz. A treia imagine prezintă rezultatele acestei analize. Variația ușoară a rezultatelor simulării în comparație cu rezultatele anticipate se datorează probabil rotunjirii efectuate la calcularea componentelor rezistive și capacitive ale acestui circuit.

Pasul 3: Filtru pas pas bandă

Aceasta va fi a treia componentă a modelului complet ECG. Scopul său este de a filtra semnalele care nu se încadrează în intervalul 0,05 Hz - 250 Hz, deoarece acesta este intervalul unui ECG tipic pentru adulți. Am ales să folosesc componente rezistive și capacitive combinate, astfel încât limita de trecere înaltă să fie de 0,05 Hz și cea de trecere de jos să fie de 250 Hz. Prima imagine prezintă designul filtrului de bandă pasiv modelat în LTspice. A doua imagine prezintă ecuații relevante și calcule efectuate. Odată modelat complet, s-a efectuat o curgere alternativă a unui semnal de intrare sinusoidală de 1 V de la 0,01 Hz - 100 kHz în LTspice pentru a confirma frecvențele de întrerupere a trecerii înalte și joase. A treia imagine prezintă rezultatele acestei analize. Variația ușoară a rezultatelor simulării în comparație cu rezultatele anticipate se datorează probabil rotunjirii efectuate la calcularea componentelor rezistive și capacitive ale acestui circuit.

Pasul 4: Combinarea componentelor circuitului

Acum că toate componentele au fost proiectate și testate individual, ele pot fi combinate în serie în ordinea în care au fost create. Acest lucru are ca rezultat un model complet de circuit ECG care conține mai întâi un amplificator de instrumentație pentru a amplifica semnalul de 1000x. Apoi, un filtru cu crestături este utilizat pentru a elimina zgomotul de tensiune de linie de 60 Hz AC. În cele din urmă, filtrul bandpass nu permite trecerea semnalului care se află în afara intervalului unui ECG tipic pentru adulți (0,05 Hz - 250 Hz). Odată combinate, așa cum se arată în prima imagine, o analiză tranzitorie și o curățare completă AC pot fi efectuate în LTspice cu o tensiune de intrare de 1 mV (sinusoidală) pentru a vă asigura că componentele funcționează împreună așa cum era anticipat. Cea de-a doua imagine afișează rezultatele analizei tranzitorii, care arată amplificarea semnalului de la 1 mV la ~ 0,85 V. Aceasta înseamnă că fie componentele filtrului de notch, fie cele de bandpass atenuează ușor semnalul după ce a fost amplificat inițial de 1000x de amplificatorul de instrumentație. A treia imagine afișează rezultatele de curățare AC. Acest grafic Bode prezintă limite de trecere înaltă și joasă care se potrivesc cu cele ale graficului Bode al filtrului de trecere de bandă atunci când sunt testate individual. Există, de asemenea, o ușoară scădere în jurul valorii de 60 Hz, care este locul în care filtrul de notch funcționează pentru a elimina zgomotul nedorit.