Simulated ECG Signal Acqu acquisition Gamit ang LTSpice: 7 Hakbang

2025 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2025-01-23 15:12

Ang kakayahan ng puso na mag-pump ay isang function ng mga electrical signal. Maaaring basahin ng mga klinika ang mga signal na ito sa isang ECG upang masuri ang iba't ibang mga isyu sa puso. Bago ang signal ay maaaring maging maayos na handa ng isang clinician, bagaman, dapat itong maayos na masala at palakasin. Sa gabay na ito, lalakasan kita sa pamamagitan ng kung paano magdisenyo ng isang circuit upang ihiwalay ang mga signal ng ECG sa pamamagitan ng pagwawasak sa circuit na ito ay pinaghiwalay sa tatlong simpleng mga bahagi: isang instrumentation amplifier, isang band-pass filter, at isang notch filter, na may nais na cut-off dalas at mga nadagdag na natutukoy ng na-publish na panitikan at kasalukuyang mga modelo.

Mga Pantustos:

Ito ang gabay na inilaan para sa mga simulasi ng LTSpice, kaya ang tanging materyal na kakailanganin mong i-modelo ang mga circuit ay isang application na LTSpice. Kung nais mong subukan ang iyong circuit sa isang ECG wav file, nahanap ko ang minahan dito.

Hakbang 1: Pagdidisenyo ng isang Filter na Band-pass

Ang mga karaniwang signal ng ECG ay may mga saklaw na dalas ng 0.5-250 Hz. Kung nag-usisa ka tungkol sa teorya sa likod nito, pakiramdam na basahin upang mabasa ang higit pa dito o dito. Para sa mga layunin ng gabay na ito, kung ano ang ibig sabihin nito ay nais naming i-filter ang lahat na hindi sa mga rehiyon na iyon. Magagawa natin ito sa isang band-pass filter. Batay sa nai-post na mga variable sa nai-post na iskematiko, ang mga filter na band-pass filter sa pagitan ng mga saklaw na 1 / (2 * pi * R1 * C1) at 1 / (2 * pi * R2 * C2). Pinapalakas din nila ang signal ng (R2 / R1).

Napili ang mga halaga upang ang dalas ng mga putol na halaga ay tumutugma sa nais na hangganan ng signal ng ECG at ang makuha ay katumbas ng 100. Ang isang iskematiko na may mga halagang ito na pinapalitan ay makikita sa mga kalakip na numero.

Hakbang 2: Pagdidisenyo ng Filter ng Notch

Ngayon na na-filter na namin ang lahat wala sa saklaw ng dalas ng signal ng ECG, oras nito upang salain ang mga pagbaluktot ng ingay sa loob ng saklaw nito. Ang ingay sa linya ng kuryente ay isa sa pinakakaraniwang mga pagbaluktot ng ECG at may dalas na ~ 50 Hz. Dahil nasa loob ito ng saklaw ng band-pass, maaari itong mailabas gamit ang isang notch filter. Gumagana ang isang filter ng bingaw sa pamamagitan ng pag-alis ng isang dalas ng gitna na may halagang 1 / (4 * pi * R * C) batay sa naka-attach na eskematiko.

Ang isang risistor at halaga ng capacitor ay pinili upang salain ang 50 Hz na ingay, at ang kanilang mga halaga ay naka-plug sa isang nakakabit na eskematiko. Tandaan na hindi lamang ito ang kumbinasyon ng mga bahagi ng RC na gagana; ito lang ang pinili ko. Huwag mag-atubiling kalkulahin at pumili ng iba't ibang mga!

Hakbang 3: Pagdidisenyo ng Instrumentation Amplifier

Ang isang hilaw na signal ng ECG ay kailangan ding palakasin. Kahit na kapag itinatayo namin ang circuit, ilalagay namin muna ang amplifier, mas madaling pag-iisipang konseptwal pagkatapos ng mga filter. Ito ay dahil ang pangkalahatang pakinabang ng circuit ay bahagyang natutukoy ng pagpapalakas ng band-pass (Tingnan ang Hakbang 1 para sa isang pag-refresh).

Karamihan sa mga ECG ay may nakuha na hindi bababa sa 100 dB. Ang pakinabang ng dB ng isang circuit ay katumbas ng 20 * log | Vout / Vin |. Ang isang Vout / Vin ay maaaring malutas para sa mga tuntunin ng mga resistive na bahagi sa pamamagitan ng pagtatasa ng nodal. Para sa aming circuit, humantong ito sa isang bagong expression ng pakinabang:

dB Gain = 20 * log | (R2 / R1) * (1 + 2 * R / RG) |

Ang R1 at R2 ay mula sa band-pass filter (Hakbang 1), at ang R at RG ay mga bahagi mula sa amplifier na ito (tingnan ang naka-attach na eskematiko). Ang paglutas para sa isang dB na nakuha na 100 magbubunga ng R / RG = 500. Napili ang mga halagang R = 50k ohms at RG = 100 ohms.

Hakbang 4: Pagsubok sa Mga Sangkap

Ang lahat ng mga bahagi ay hiwalay na nasubukan sa tool sa pagtatasa ng octave ng AC Sweep ng LTSpice. Ang mga parameter ng 100 puntos bawat oktaba, 0.01 Hz na nagsisimula na dalas, at 100k Hz na nagtatapos na dalas ay napili. Gumamit ako ng isang input boltahe amplitude ng 1V, ngunit maaari kang isang iba't ibang amplitude. Ang mahalagang pagkuha ng away mula sa AC sweep ay ang hugis ng mga output na naaayon sa mga pagbabago sa mga frequency.

Ang mga pagsubok na ito ay dapat magbunga ng mga grapikong katulad ng mga nakakabit sa Hakbang 1-3. Kung hindi sila gumawa, subukang muling kalkulahin ang iyong mga halaga ng risistor o capacitor. Posible rin na ang iyong circuit rails dahil hindi ka nagbibigay ng sapat na boltahe upang mapagana ang mga amp amp. Kung ang iyong R at C na matematika ay tama, subukang dagdagan ang dami ng boltahe na ibinibigay mo sa iyong mga amp amp.

Hakbang 5: Pagsasama-sama sa Lahat ng Ito

Ngayon, handa ka nang pagsamahin ang lahat ng mga bahagi. Karaniwan, ang amplification ay ginaganap bago ang pagsasala, kaya't ang amplifier ng instrumentation ay unang inilagay. Ang filter na band-pass ay lalong nagpapalakas ng signal, kaya't inilagay ito sa pangalawa, bago ang filter ng bingaw, na kung saan ay pulos mga pansala. Ang kabuuang circuit ay pinatakbo sa pamamagitan din ng isang sim na AC Sweep, na gumawa ng inaasahang mga resulta na may amplification sa pagitan ng 0.5 - 250 Hz, maliban sa saklaw ng 50 Hz notch.

Hakbang 6: Pag-input at Pagsubok ng Mga Signal ng ECG

Maaari mong baguhin ang iyong pinagmulan ng boltahe upang maibigay ang circuit na may isang senyas ng ECG sa halip na isang AC Sweep. Upang magawa ito, kakailanganin mong i-download ang iyong nais na signal ng ECG. Natagpuan ko ang isang file na.wav na pinahusay na ingay dito at isang malinis na signal ng ECG dito. ngunit maaari kang makahanap ng mas mahusay na mga bago. Ang hilaw na input at output para sa.wav file ay maaaring makita na nakakabit. Mahirap sabihin kung ang o hindi isang hindi ingay na pinahusay na signal ng ECG ay makakapagdulot ng isang mas mahusay na hitsura na output. Nakasalalay sa signal, maaaring kailanganin mong ayusin nang kaunti ang iyong mga hangganan ng filter. Ang output ng signal na malinis na pass ay maaari ding makita.

Upang baguhin ang input, piliin ang iyong mapagkukunan ng boltahe, piliin ang setting para sa PWL File, at piliin ang iyong nais na file. Ang ginamit kong file ay isang.wav file, kaya kailangan ko ring palitan ang direktoryo ng LTSpice mula sa "PWL File =" sa "wavefile =". Para sa input ng.txt file, dapat mong panatilihin ang teksto ng PWL tulad ng dati.

Ang paghahambing ng output sa isang perpektong signal ng ECG ay nagpapakita na mayroon pa ring ilang silid para sa pagpapabuti sa pag-tweak ng bahagi. Gayunpaman, dahil sa hugis at pinahusay na ingay na likas ng pinagmulang file, ang katotohanang nakakuha kami ng isang P-wave, QRS, at T-wave ay isang mahusay na unang hakbang. Ang malinis na file ng teksto ng ECG ay dapat na makapasa sa filter nang perpekto.

Tandaan maging maingat kung paano mo binibigyang kahulugan ang mga resulta ng signal ng input ng ECG. Kung gagamitin mo lamang ang malinis na.txt file, hindi iyon nangangahulugan na gumagana ang iyong system upang maayos na ma-filter ang isang senyas - nangangahulugan lamang ito na ang mga mahahalagang bahagi ng ECG ay hindi nasala. Sa kabilang banda, nang hindi alam ang higit pa tungkol sa.wav file, mahirap na paraan kung o hindi ang mga inversion ng alon at kakaibang mga hugis ay sanhi ng pinagmulang file o kung mayroong isang isyu sa pag-filter ng mga hindi nais na signal.