Automatinis EKG grandinės modelis: 4 žingsniai

2025 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2025-01-23 14:53

Šio projekto tikslas yra sukurti grandinės modelį su keliais komponentais, kurie galėtų tinkamai sustiprinti ir filtruoti gaunamą EKG signalą. Trys komponentai bus modeliuojami atskirai: prietaisų stiprintuvas, aktyvus išpjovos filtras ir pasyvus pralaidumo filtras. Jie bus sujungti, kad būtų sukurtas galutinis EKG grandinės modelis. Visas grandinės modeliavimas ir bandymas vyko „LTspice“, tačiau kitos grandinės modeliavimo programos taip pat veiktų.

1 žingsnis: prietaisų stiprintuvas

Tai bus pirmasis viso EKG modelio komponentas. Jo tikslas yra sustiprinti gaunamą EKG signalą, kuris iš pradžių turės labai žemą įtampą. Aš nusprendžiau naudoti kombinuotus stiprintuvus ir varžinius komponentus taip, kad padidėtų 1000. Pirmame paveikslėlyje parodyta prietaisų stiprintuvo konstrukcija, modeliuojama pagal „LTspice“. Antrame paveikslėlyje rodomos atitinkamos lygtys ir atlikti skaičiavimai. Kai buvo visiškai sumodeliuota, „LTspice“buvo atlikta laikina 1 mV sinusinio įvesties signalo 75 Hz dažniu analizė, siekiant patvirtinti 1000 stiprinimą. Trečiame paveikslėlyje parodyti šios analizės rezultatai.

2 veiksmas: aktyvus įpjovos filtras

Tai bus antrasis viso EKG modelio komponentas. Jo tikslas yra susilpninti signalus, kurių dažnis yra 60 Hz, o tai yra kintamosios srovės linijos įtampos dažnis. Tai iškraipo EKG signalus ir paprastai būna visose klinikinėse situacijose. Aš nusprendžiau naudoti kombinuotą op-amp su varžiniais ir talpiniais komponentais dvigubos T formos įpjovos filtro konfigūracijoje. Pirmajame paveikslėlyje parodyta įpjovos filtro konstrukcija, sumodeliuota „LTspice“. Antrame paveikslėlyje rodomos atitinkamos lygtys ir atlikti skaičiavimai. Visiškai sumodeliuotas 1 V sinusinio įvesties signalo kintamosios srovės šlifavimas buvo atliktas nuo 1 Hz iki 100 kHz „LTspice“, kad būtų patvirtinta 60 Hz įtampa. Trečiame paveikslėlyje parodyti šios analizės rezultatai. Nedidelis modeliavimo rezultatų kitimas, palyginti su numatomais rezultatais, greičiausiai atsiranda dėl apvalinimo, apskaičiuoto šios grandinės varžinių ir talpinių komponentų.

3 žingsnis: pasyvus pralaidumo filtras

Tai bus trečias viso EKG modelio komponentas. Jo tikslas yra filtruoti signalus, kurie nėra 0,05–250 Hz diapazone, nes tai yra tipiško suaugusio EKG diapazonas. Aš nusprendžiau naudoti kombinuotus varžinius ir talpinius komponentus, kad aukšto dažnio riba būtų 0,05 Hz, o žemo dažnio riba - 250 Hz. Pirmajame paveikslėlyje pavaizduotas „LTspice“modeliuotas pasyvus pralaidumo filtras. Antrame paveikslėlyje parodytos atitinkamos lygtys ir atlikti skaičiavimai. Kai buvo visiškai sumodeliuotas, 1 V sinusinio įvesties signalo kintamosios srovės šlifavimas buvo atliktas nuo 0,01 Hz iki 100 kHz „LTspice“, siekiant patvirtinti aukšto ir žemo dažnio išjungimo dažnius. Trečiasis vaizdas rodo šios analizės rezultatus. Nedidelis modeliavimo rezultatų kitimas, palyginti su numatomais rezultatais, greičiausiai atsiranda dėl apvalinimo, apskaičiuoto šios grandinės varžinių ir talpinių komponentų.

4 žingsnis: grandinės komponentų derinimas

Dabar, kai visi komponentai buvo suprojektuoti ir išbandyti atskirai, juos galima sujungti serijomis tokia tvarka, kokia jie buvo sukurti. Dėl to gaunamas visas EKG grandinės modelis, kuriame pirmiausia yra prietaisų stiprintuvas, skirtas sustiprinti signalą 1000 kartų. Tada įpjovos filtras naudojamas 60 Hz kintamosios srovės įtampos triukšmui pašalinti. Galiausiai pralaidumo filtras neleidžia praeiti signalui, kuris yra už įprastos suaugusiųjų EKG diapazono ribų (0,05 Hz - 250 Hz). Sujungus, kaip parodyta pirmame paveikslėlyje, laikiną analizę ir pilną kintamosios srovės šlifavimą galima atlikti „LTspice“, kurio įėjimo įtampa yra 1 mV (sinusinė), kad komponentai veiktų kartu, kaip numatyta. Antrame paveikslėlyje rodomi trumpalaikiai analizės rezultatai, rodantys signalo stiprinimą nuo 1 mV iki ~ 0,85 V. Tai reiškia, kad įpjovos arba pralaidumo filtro komponentai šiek tiek susilpnina signalą po to, kai prietaisų stiprintuvas jį iš pradžių sustiprino 1000 kartų. Trečiame paveikslėlyje rodomi kintamosios srovės valymo rezultatai. Šis Bode grafikas rodo aukšto ir žemo dažnio ribas, kurios atitinka bandomojo filtro Bode grafiko ribas, kai tikrinamos atskirai. Taip pat yra nedidelis kritimas apie 60 Hz, o tai reiškia, kad įpjovos filtras pašalina nepageidaujamą triukšmą.