Automatisert EKG -kretsmodell: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:20

Målet med dette prosjektet er å lage en kretsmodell med flere komponenter som tilstrekkelig kan forsterke og filtrere et innkommende EKG -signal. Tre komponenter vil bli modellert individuelt: en instrumenteringsforsterker, et aktivt hakkfilter og et passivt båndpassfilter. De vil bli kombinert for å lage den endelige EKG -kretsmodellen. All kretsmodellering og testing ble utført i LTspice, men andre kretssimuleringsprogrammer ville også fungere.

Trinn 1: Instrumentasjonsforsterker

Dette vil være den første komponenten i hele EKG -modellen. Formålet er å forsterke det innkommende EKG -signalet, som i utgangspunktet vil ha en veldig lav spenning. Jeg valgte å bruke kombinere op-forsterkere og resistive komponenter på en måte som ville gi en gevinst på 1000. Det første bildet viser instrumenteringsforsterkerens design modellert i LTspice. Det andre bildet viser relevante ligninger og utførte beregninger. Når den var fullstendig modellert, ble forbigående analyse av et sinusformet inngangssignal på 1 mV ved 75 Hz utført i LTspice for å bekrefte en gevinst på 1000. Det tredje bildet viser resultatene av denne analysen.

Trinn 2: Aktiv hakkfilter

Dette vil være den andre komponenten i hele EKG -modellen. Formålet er å dempe signaler med en frekvens på 60 Hz, som er frekvensen for AC -spenningsinterferens. Dette forvrenger EKG -signaler og er vanligvis tilstede i alle kliniske omgivelser. Jeg valgte å bruke kombinere en op-amp med resistive og kapasitive komponenter i en twin-T hakkfilterkonfigurasjon. Det første bildet viser hakkfilterdesignet modellert i LTspice. Det andre bildet viser relevante ligninger og utførte beregninger. Når den var fullstendig modellert, ble det utført et vekselstrømssvep av et sinusformet inngangssignal på 1 V fra 1 Hz - 100 kHz i LTspice for å bekrefte et hakk ved 60 Hz. Det tredje bildet viser resultatene av denne analysen. Den svake variasjonen i simuleringsresultater sammenlignet med forventede resultater skyldes sannsynligvis avrunding ved beregning av de resistive og kapasitive komponentene i denne kretsen.

Trinn 3: Passivt båndpassfilter

Dette vil være den tredje komponenten i hele EKG -modellen. Formålet er å filtrere ut signaler som ikke er innenfor området 0,05 Hz - 250 Hz, da dette er området til et typisk voksen EKG. Jeg valgte å bruke kombinere resistive og kapasitive komponenter slik at høy pass cutoff ville være 0,05 Hz og lav pass cutoff ville være 250 Hz. Det første bildet viser det passive båndpassfilterdesignet modellert i LTspice. Det andre bildet viser relevante ligninger og utførte beregninger. Når den var fullstendig modellert, ble det utført et vekselstrømssvep av et sinusformet inngangssignal på 1 V fra 0,01 Hz - 100 kHz i LTspice for å bekrefte høy- og lavpass -cutoff -frekvensene. Det tredje bildet viser resultatene av denne analysen. Den svake variasjonen i simuleringsresultater sammenlignet med forventede resultater skyldes sannsynligvis avrunding ved beregning av resistive og kapasitive komponenter i denne kretsen.

Trinn 4: Kombinere kretskomponenter

Nå som alle komponentene er designet og testet individuelt, kan de kombineres i serie i den rekkefølgen de ble laget. Dette resulterer i en full EKG -kretsmodell som først inneholder en instrumenteringsforsterker for å forsterke signalet 1000x. Deretter brukes et hakkfilter for å eliminere 60 Hz AC -spenningsstøy. Til slutt tillater ikke båndpassfilteret signal å passere som ligger utenfor området for et typisk voksen EKG (0,05 Hz - 250 Hz). Når det er kombinert, som vist i det første bildet, kan en forbigående analyse og full vekselstrøm utføres i LTspice med en inngangsspenning på 1 mV (sinusformet) for å sikre at komponentene fungerer sammen som forventet. Det andre bildet viser de transiente analyseresultatene, som viser signalforsterkning fra 1 mV til ~ 0,85 V. Dette betyr at enten hakk- eller båndpassfilterkomponentene svekker signalet noe etter at det først ble forsterket 1000x av instrumenteringsforsterkeren. Det tredje bildet viser AC -feieresultatene. Dette Bode -plottet viser høy- og lavpasningsavbrudd som samsvarer med båndpassfilterets Bode -plot når det testes individuelt. Det er også en liten dukkert rundt 60 Hz, det er her hakkfilteret jobber med å fjerne uønsket støy.