LTSpice yordamida simulyatsiya qilingan EKG signalini olish: 7 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:22

Yurakning nasos olish qobiliyati elektr signallarining vazifasidir. Klinisyenlar bu signallarni EKGda o'qib, yurakning turli muammolarini aniqlashlari mumkin. Klinisyen signalni to'g'ri tayyorlashdan oldin, uni to'g'ri filtrlash va kuchaytirish kerak. Ushbu qo'llanmada men sizga EKG signallarini ajratish sxemasini qanday tuzish kerakligini aytib beraman, bu sxemani uzib, uchta oddiy komponentga bo'lingan: asboblar kuchaytirgichi, tarmoqli o'tkazgichli filtr va kerakli kesilgan chiziqli filtr. Chastotalar va daromadlar nashr etilgan adabiyotlar va hozirgi modellar bilan belgilanadi.

Ta'minot:

Bu LTSpice simulyatsiyalari uchun qo'llanma, shuning uchun sxemalarni modellashtirish uchun sizga kerak bo'lgan yagona material bu LTSpice ilovasi. Agar siz o'z davrangizni EKG wav fayli bilan sinab ko'rmoqchi bo'lsangiz, men o'zimni bu erda topdim.

1-qadam: tarmoqli o'tkazgichli filtrni loyihalash

Odatda EKG signallari 0,5-250 Gts chastota diapazoniga ega. Agar siz buning nazariyasi bilan qiziqsangiz, bu haqda ko'proq o'qishni bu erda yoki bu erda o'qing. Qo'llanmaning maqsadi shundaki, biz bu hududlarda bo'lmagan hamma narsani filtrlashni xohlaymiz. Buni tarmoqli o'tkazgichli filtr yordamida qilishimiz mumkin. Jadvaldagi joylashtirilgan o'zgaruvchilarga asoslanib, tarmoqli o'tkazgichli filtrlar 1/(2*pi*R1*C1) va 1/(2*pi*R2*C2) oralig'ida filtrlanadi. Shuningdek, ular signalni (R2/R1) kuchaytiradi.

Qiymatlar EKG signalining kerakli chegaralariga mos keladigan chastotali kesish qiymatlari va daromad 100 ga teng bo'lishi uchun tanlangan. Bu qiymatlar almashtirilgan sxemani ilova qilingan rasmlarda ko'rish mumkin.

2 -qadam: Filtrni loyihalash

Endi biz EKG signalining chastota diapazonida bo'lmagan hamma narsani filtrdan o'tkazdik, shovqin buzilishlarini o'z diapazonida filtrlash vaqti keldi. Quvvat liniyasining shovqini EKGning eng keng tarqalgan buzilishlaridan biridir va ~ 50 Gts chastotaga ega. Bu tarmoqli o'tish diapazonida bo'lgani uchun, uni chiziqli filtr bilan chiqarib olish mumkin. Tarmoqli filtr biriktirilgan sxemaga asosan 1/(4*pi*R*C) qiymatli markaziy chastotani olib tashlash orqali ishlaydi.

50 Gts shovqinni filtrlash uchun rezistor va kondansatör qiymati tanlangan va ularning qiymatlari biriktirilgan sxemaga ulangan. E'tibor bering, bu ishlaydigan RC komponentlarining yagona kombinatsiyasi emas; bu men tanlagan narsa edi. Hisoblang va boshqasini tanlang!

3 -qadam: asboblar kuchaytirgichini loyihalash

Xom EKG signalini ham kuchaytirish kerak bo'ladi. Biz sxemani qurganimizda, biz kuchaytirgichni birinchi o'ringa qo'yamiz, filtrlardan keyin kontseptual tarzda o'ylash osonroq. Buning sababi, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan umumiy daromad qisman tarmoqli o'tkazuvchanlik kuchayishi bilan belgilanadi (yangilanish uchun 1-bosqichga qarang).

Ko'pgina EKGlarda daromad kamida 100 dB ni tashkil qiladi. O'chirish dB daromadi 20*log | Vout / Vin | ga teng. Vout/Vinni tugunli tahlil yordamida rezistiv komponentlar nuqtai nazaridan hal qilish mumkin. Bizning davrimiz uchun bu yangi daromad ifodasiga olib keladi:

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

R1 va R2-tarmoqli o'tkazgichli filtrdan (1-qadam), R va RG-bu kuchaytirgich komponentlari (biriktirilgan sxemaga qarang). 100 dB daromad uchun echim R/RG = 500 ga teng. R = 50k ohm va RG = 100 ohm qiymatlari tanlangan.

4 -qadam: Komponentlarni tekshirish

Barcha komponentlar LTSpice AC Sweep oktavali tahlil vositasi bilan alohida sinovdan o'tkazildi. Har bir oktavaga 100 ball, 0,01 Gts boshlanish chastotasi va 100 kHz chastotali tugash chastotasi parametrlari tanlangan. Men kirish kuchlanishining 1V amplitudasini ishlatardim, lekin siz boshqa amplitudaga ega bo'lishingiz mumkin. O'zgaruvchan tokni tozalashning muhim yo'li bu chastotalarning o'zgarishiga mos keladigan chiqish shakli.

Ushbu testlar 1-3-bosqichlarda biriktirilganlarga o'xshash grafiklarni berishi kerak. Agar ular buni qilmasa, qarshilik yoki kondansatör qiymatlarini qayta hisoblab ko'ring. Bundan tashqari, siz elektr tokini ishlatishingiz uchun etarli kuchlanishni ta'minlamaganingiz uchun, sizning elektron relslaringiz bo'lishi mumkin. Agar sizning R va C matematikangiz to'g'ri bo'lsa, op -amplaringizga beradigan kuchlanish miqdorini oshirishga harakat qiling.

5 -qadam: Hammasini bir joyga to'plash

Endi siz barcha tarkibiy qismlarni birlashtirishga tayyormiz. Odatda, kuchaytirish filtrlashdan oldin amalga oshiriladi, shuning uchun asboblar kuchaytirgichi birinchi o'ringa qo'yildi. Tarmoqli o'tish filtri signalni yanada kuchaytiradi, shuning uchun u faqat filtrlaydigan chiziqli filtrdan oldin ikkinchi o'rinda turadi. Umumiy zanjir AC Sweep simulyatsiyasi orqali amalga oshirildi, bu kutilgan natijalarni 0,5-250 Gts gacha kuchaytirdi, 50 gigagertsli diapazondan tashqari.

6 -qadam: EKG signallarini kiritish va sinovdan o'tkazish

Elektr zanjirini AC Sweep o'rniga EKG signali bilan ta'minlash uchun siz kuchlanish manbasini o'zgartirishingiz mumkin. Buning uchun kerakli EKG signalini yuklab olishingiz kerak bo'ladi. Men bu erda shovqin kuchaytirilgan.wav faylini va clean.txt EKG signalini topdim. lekin siz yaxshisini topishingiz mumkin.. Wav faylining xom kirish va chiqishini biriktirilgan holda ko'rish mumkin. Shovqinsiz kuchaytirilgan EKG signalining yanada yaxshi ko'rinishga ega bo'lishini aytish qiyin. Signalga qarab filtr chegaralarini biroz o'zgartirish kerak bo'ladi. Toza o'tish signalining chiqishini ham ko'rish mumkin.

Kirishni o'zgartirish uchun kuchlanish manbasini tanlang, PWL fayli sozlamasini tanlang va kerakli faylni tanlang. Men ishlatgan fayl.wav fayli edi, shuning uchun LTSpice direktiv matnini "PWL File =" dan "wavefile =" ga o'zgartirishim kerak edi.. Txt faylini kiritish uchun PWL matnini saqlang.

Chiqishni ideal EKG signaliga taqqoslash shuni ko'rsatadiki, komponentlarni sozlash bilan ishlashni yaxshilash uchun hali ham joy bor. Biroq, manba faylining shakli va shovqini kuchaytirilganligini hisobga olsak, biz P-to'lqin, QRS va T-to'lqinni ajratib olishimiz-bu birinchi qadamdir. Toza EKG matnli fayli filtrdan mukammal o'tishi kerak.

E'tibor bering, EKG kirish signalining natijalarini qanday izohlaysiz. Agar siz faqat toza.txt faylidan foydalansangiz, bu sizning tizimingiz signalni to'g'ri filtrlash uchun ishlaydi degani emas - bu faqat EKGning muhim komponentlari filtrlanmaganligini bildiradi. Boshqa tomondan,.wav fayli haqida ko'proq ma'lumotga ega bo'lmasdan, to'lqin inversiyalari va g'alati shakllar manba fayliga bog'liqmi yoki keraksiz signallarni filtrlashda muammo borligini aniqlash qiyin.