Automated ECG Circuit Model: 4 Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:10

Ang layunin ng proyektong ito ay upang lumikha ng isang modelo ng circuit na may maraming mga bahagi na maaaring sapat na mapalakas at ma-filter ang isang papasok na signal ng ECG. Tatlong mga bahagi ang magkakabit ng modelo: isang instrumentation amplifier, isang aktibong filter ng bingaw, at isang passive bandpass filter. Isasama sila upang lumikha ng panghuling modelo ng circuit ng ECG. Ang lahat ng pagmomodelo at pagsubok ng circuit ay isinasagawa sa LTspice, ngunit gagana rin ang iba pang mga programa ng circuit simulation.

Hakbang 1: Instrumentation Amplifier

Ito ang magiging unang sangkap ng buong modelo ng ECG. Ang layunin nito ay upang palakasin ang papasok na signal ng ECG, na sa simula ay may napakababang boltahe. Pinili kong gamitin ang pagsamahin ang mga op-amp at resistive na sangkap sa isang paraan na makakapagdulot ng pagkakaroon ng 1000. Ipinapakita ng unang imahe ang disenyo ng amplifier ng instrumentation na naka-modelo sa LTspice. Ipinapakita ng pangalawang imahe ang mga nauugnay na equation at gumanap na mga kalkulasyon. Sa sandaling ganap na na-modelo, ang pansamantalang pag-aaral ng isang sinusoidal input signal na 1 mV sa 75 Hz ay isinagawa sa LTspice upang kumpirmahin ang isang nakuha na 1000. Ipinapakita ng pangatlong imahe ang mga resulta ng pag-aaral na ito.

Hakbang 2: Aktibo na Filter ng Notch

Ito ang magiging pangalawang bahagi ng buong modelo ng ECG. Ang layunin nito ay upang makapagpahina ng mga signal na may dalas na 60 Hz, na kung saan ay ang dalas ng pagkagambala ng boltahe ng linya ng AC. Ginagalaw nito ang mga signal ng ECG, at karaniwang naroroon sa lahat ng mga setting ng klinikal. Pinili kong gamitin na pagsamahin ang isang op-amp na may resistive at capacitive na mga bahagi sa isang pagsasaayos ng kambal-T na bingaw. Ipinapakita ng unang imahe ang disenyo ng notch filter na naka-modelo sa LTspice. Ang pangalawang imahe ay nagpapakita ng mga kaugnay na equation at gumanap na mga kalkulasyon. Sa sandaling ganap na na-modelo, isang AC sweep ng isang sinusoidal input signal na 1 V ay ginanap mula sa 1 Hz - 100 kHz sa LTspice upang kumpirmahin ang isang bingaw sa 60 Hz. Ipinapakita ng pangatlong imahe ang mga resulta ng pagtatasa na ito. Ang bahagyang pagkakaiba-iba sa mga resulta ng simulation kumpara sa inaasahang mga resulta ay malamang na dahil sa pag-ikot na ginawa kapag kinakalkula ang resistive at capacitive na mga bahagi ng circuit na ito.

Hakbang 3: Passive Bandpass Filter

Ito ang magiging pangatlong bahagi ng buong modelo ng ECG. Ang layunin nito ay upang salain ang mga signal na wala sa loob ng saklaw na 0.05 Hz - 250 Hz, dahil ito ang saklaw ng isang karaniwang ECG na pang-nasa hustong gulang. Pinili kong gumamit ng pagsasama ng resistive at capacitive na mga sangkap upang ang mataas na cutoff ng pass ay 0.05 Hz at ang low cut cutoff ay 250 Hz. Ipinapakita ng unang imahe ang disenyo ng passive bandpass filter na naka-modelo sa LTspice. Ang pangalawang imahe ay nagpapakita ng mga kaugnay na equation at gumanap na mga kalkulasyon. Sa sandaling ganap na na-modelo, isang AC sweep ng isang sinusoidal input signal na 1 V ay ginanap mula sa 0.01 Hz - 100 kHz sa LTspice upang kumpirmahin ang mataas at mababang pass frequency ng cutoff. Ipinapakita ng pangatlong imahe ang mga resulta ng pagtatasa na ito. Ang bahagyang pagkakaiba-iba sa mga resulta ng simulation kumpara sa inaasahang mga resulta ay malamang na dahil sa pag-ikot na ginawa kapag kinakalkula ang resistive at capacitive na mga bahagi ng circuit na ito.

Hakbang 4: Pagsasama-sama ng Mga Component ng Circuit

Ngayon na ang lahat ng mga sangkap ay dinisenyo at nasubok nang paisa-isa, maaari silang pagsamahin sa serye sa pagkakasunud-sunod na nilikha. Nagreresulta ito sa isang buong modelo ng circuit ng ECG na unang naglalaman ng isang amplifier ng instrumento upang palakasin ang signal na 1000x. Pagkatapos, ginagamit ang isang filter ng bingaw upang maalis ang ingay ng boltahe ng linya ng 60 Hz AC. Panghuli, hindi pinapayagan ng filter ng bandpass na dumaan ang signal na nasa labas ng saklaw ng isang karaniwang ECG na pang-adulto (0.05 Hz - 250 Hz). Kapag pinagsama, tulad ng ipinakita sa unang imahe, ang isang pansamantalang pagtatasa at buong AC sweep ay maaaring isagawa sa LTspice na may input boltahe na 1 mV (sinusoidal) upang matiyak na ang mga sangkap ay gumagana nang sama-sama tulad ng inaasahan. Ipinapakita ng pangalawang imahe ang mga pansamantalang resulta ng pagsusuri, na nagpapakita ng pagpapalakas ng signal mula 1 mV hanggang ~ 0.85 V. Nangangahulugan ito na alinman sa mga bahagi ng bingaw o bandpass filter na bahagyang nagpapalakas ng signal pagkatapos na ito ay paunang pinalakas ng 1000x ng amplifier ng instrumentation. Ipinapakita ng pangatlong imahe ang mga resulta sa pagwawalis ng AC. Ang balangkas ng Bode na ito ay nagpapakita ng mataas at mababang pagpasa ng mga cutoff na tumutugma sa balangkas ng filter ng bandpass filter nang paisa-isa na nasubukan. Mayroon ding isang bahagyang paglubog sa paligid ng 60 Hz, kung saan gumagana ang filter ng bingaw upang alisin ang hindi nais na ingay.