Automatiserad EKG -kretsmodell: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:36

Målet med detta projekt är att skapa en kretsmodell med flera komponenter som på ett adekvat sätt kan förstärka och filtrera en inkommande EKG -signal. Tre komponenter kommer att modelleras individuellt: en instrumentationsförstärkare, ett aktivt hackfilter och ett passivt bandpassfilter. De kommer att kombineras för att skapa den slutliga EKG -kretsmodellen. All kretsmodellering och testning utfördes i LTspice, men andra kretssimuleringsprogram skulle också fungera.

Steg 1: Instrumentförstärkare

Detta blir den första komponenten i hela EKG -modellen. Dess syfte är att förstärka den inkommande EKG -signalen, som initialt kommer att ha en mycket låg spänning. Jag valde att använda kombinationsförstärkare och resistiva komponenter på ett sätt som skulle ge en förstärkning på 1000. Den första bilden visar instrumentationsförstärkarens design modellerad i LTspice. Den andra bilden visar relevanta ekvationer och utförda beräkningar. När den var färdigmodellerad utfördes transient analys av en sinusformad insignal på 1 mV vid 75 Hz i LTspice för att bekräfta en förstärkning på 1000. Den tredje bilden visar resultaten av denna analys.

Steg 2: Aktivt hackfilter

Detta kommer att vara den andra komponenten i hela EKG -modellen. Dess syfte är att dämpa signaler med en frekvens på 60 Hz, vilket är frekvensen för AC -spänningsinterferens. Detta förvränger EKG -signaler och förekommer vanligtvis i alla kliniska miljöer. Jag valde att använda kombinera en op-amp med resistiva och kapacitiva komponenter i en dubbel-T hackfilterkonfiguration. Den första bilden visar hackfilterdesignen modellerad i LTspice. Den andra bilden visar relevanta ekvationer och utförda beräkningar. När den var helt modellerad utfördes ett AC -svep av en sinusformad insignal på 1 V från 1 Hz - 100 kHz i LTspice för att bekräfta ett hack vid 60 Hz. Den tredje bilden visar resultaten av denna analys. Den lilla variationen i simuleringsresultat jämfört med förväntade resultat beror troligen på avrundning som gjorts vid beräkning av de resistiva och kapacitiva komponenterna i denna krets.

Steg 3: Passivt bandpassfilter

Detta kommer att vara den tredje komponenten i hela EKG -modellen. Dess syfte är att filtrera bort signaler som inte ligger inom intervallet 0,05 Hz - 250 Hz, eftersom detta är intervallet för ett typiskt vuxet EKG. Jag valde att använda kombinationsresistiva och kapacitiva komponenter så att högpassavstängningen skulle vara 0,05 Hz och lågpassavstängningen skulle vara 250 Hz. Den första bilden visar den passiva bandpassfilterdesignen modellerad i LTspice. Den andra bilden visar relevanta ekvationer och utförda beräkningar. När den väl hade modellerats utfördes en AC -svepning av en sinusformad insignal på 1 V från 0,01 Hz - 100 kHz i LTspice för att bekräfta avstängningsfrekvenserna för hög och låg passering. Den tredje bilden visar resultaten av denna analys. Den lilla variationen i simuleringsresultat jämfört med förväntade resultat beror troligen på avrundning som gjorts vid beräkning av de resistiva och kapacitiva komponenterna i denna krets.

Steg 4: Kombinera kretskomponenter

Nu när alla komponenter har designats och testats individuellt kan de kombineras i serie i den ordning de skapades. Detta resulterar i en fullständig EKG -kretsmodell som först innehåller en instrumentationsförstärkare för att förstärka signalen 1000x. Sedan används ett hackfilter för att eliminera 60 Hz AC -spänningsbrus. Slutligen tillåter bandpassfiltret inte att passera signal som ligger utanför intervallet för ett typiskt vuxet EKG (0,05 Hz - 250 Hz). En gång kombinerat, som visas i den första bilden, kan en övergående analys och fullständig AC -svepning utföras i LTspice med en ingångsspänning på 1 mV (sinusformad) för att säkerställa att komponenterna fungerar tillsammans som förväntat. Den andra bilden visar de transienta analysresultaten, som visar signalförstärkning från 1 mV till ~ 0,85 V. Detta innebär att antingen hack- eller bandpassfilterkomponenterna dämpar signalen något efter att den först förstärktes 1000x av instrumentförstärkaren. Den tredje bilden visar AC -svepresultaten. Denna Bode -plot visar hög- och lågpassavstängningar som matchar dem för bandpassfiltrets Bode -plot när de testas individuellt. Det finns också ett litet dopp runt 60 Hz, det är där hackfiltret arbetar för att ta bort oönskat brus.