LTSpice көмегімен ЭКГ сигналын имитациялау: 7 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

Жүректің сору қабілеті - электр сигналдарының функциясы. Клиника дәрігерлері бұл сигналдарды ЭКГ -да оқып, жүректің әр түрлі мәселелерін анықтай алады. Дәрігер сигналды дұрыс дайындамас бұрын, оны дұрыс сүзіп, күшейту керек. Бұл нұсқаулықта мен сізге ЭКГ сигналдарын оқшаулау тізбегін қалай құруға болатынын көрсетемін, бұл тізбекті бұзу арқылы үш қарапайым компонентке бөлінді: аспаптық күшейткіш, жолақты өту сүзгісі және керекті шекті фильтр. жарияланған әдебиеттермен және қазіргі модельдермен анықталатын жиіліктер мен кірістер.

Жабдықтар:

Бұл LTSpice модельдеуге арналған нұсқаулық, сондықтан схемаларды модельдеу үшін сізге қажет жалғыз материал - LTSpice қосымшасы. Егер сіз тізбекті ЭКГ wav файлымен тексергіңіз келсе, мен өзімді осы жерден таптым.

1-қадам: жолақтық сүзгіні құру

Әдеттегі ЭКГ сигналдары 0,5-250 Гц жиілік диапазонына ие. Егер сіз бұл теорияны білгіңіз келсе, бұл туралы толығырақ мына жерден немесе мына жерден оқығаныңызды оқыңыз. Бұл нұсқаулықтың мақсаттары үшін біз бұл аймақтарда емес, бәрін сүзгіміз келеді. Біз мұны жолақты сүзгі арқылы жасай аламыз. Орналастырылған схемада орналастырылған айнымалылар негізінде жолақты өту сүзгілері 1/(2*pi*R1*C1) және 1/(2*pi*R2*C2) диапазондары арасында сүзеді. Олар сигналды (R2/R1) күшейтеді.

Мәндер жиіліктің үзілу мәндері ЭКГ сигналының қалаған шекарасына сәйкес келуі үшін таңдалды, ал кіріс 100 -ге тең болады. Қосылған суреттерде осы мәндермен ауыстырылған схеманы көруге болады.

2 -қадам: ойық сүзгісін жобалау

Енді біз ЭКГ сигналының жиілік диапазонында емес бәрін сүзгілеп алдық, оның ауқымындағы шудың бұрмалануын сүзуге уақыт келді. Электр желісіндегі шу ЭКГ-да жиі кездесетін бұрмаланулардың бірі болып табылады және жиілігі ~ 50 Гц. Бұл жолақты өткізу диапазонында болғандықтан, оны ойық сүзгісімен шығаруға болады. Кескіш сүзгі бекітілген схемаға негізделген 1/(4*pi*R*C) мәні бар орталық жиілікті жою арқылы жұмыс істейді.

50 Гц шуды сүзу үшін резистор мен конденсатордың мәні таңдалды және олардың мәндері бекітілген схемаға қосылды. Назар аударыңыз, бұл жұмыс істейтін RC компоненттерінің жалғыз комбинациясы емес; бұл мен таңдаған нәрсе болды. Әрқайсысын есептеп, таңдап алыңыз!

3 -қадам: аспаптық күшейткішті жобалау

Шикі ЭКГ сигналын күшейту қажет. Біз тізбекті құрған кезде күшейткішті бірінші орынға қоямыз, бірақ сүзгілерден кейін ойлау оңай. Бұл тізбектің жалпы пайдасы ішінара жолақты күшейтумен анықталады (жаңарту үшін 1-қадамды қараңыз).

Көптеген ЭКГ кемінде 100 дБ пайда болады. Тізбектің дБ күші 20*журналға тең | Vout / Vin |. Vout/Vin түйіндік талдау арқылы резистивті компоненттер тұрғысынан шешілуі мүмкін. Біздің схема үшін бұл жаңа пайда білдіруге әкеледі:

dB пайда = 20*журнал | (R2/R1)*(1+2*R/RG) |

R1 және R2-жолақты өту сүзгісінен (1-қадам), ал R және RG-бұл күшейткіштің компоненттері (қоса берілген схеманы қараңыз). 100 дБ -дың пайда болуын шешу R/RG = 500 береді. R = 50k Ом және RG = 100 Ом мәндері таңдалды.

4 -қадам: компоненттерді тексеру

Барлық компоненттер LTSpice AC Sweep октавалық талдау құралымен бөлек сыналды. Бір октаваға 100 нүкте, 0,01 Гц бастапқы жиілік және 100кГц аяқталу жиілігі параметрлері таңдалды. Мен 1В кіріс кернеуінің амплитудасын қолдандым, бірақ сіз басқа амплитудаға ие бола аласыз. Айнымалы токты өшірудің маңызды жолы - жиіліктердің өзгеруіне сәйкес шығыс формасы.

Бұл тесттер 1-3 қадамдардағы қосымшаларға ұқсас графиктерді беруі керек. Егер олар жоқ болса, резистордың немесе конденсатордың мәндерін қайта есептеп көріңіз. Сондай -ақ, сіздің тізбек рельстеріңіз болуы мүмкін, себебі сіз амперді күшейту үшін жеткілікті кернеуді қамтамасыз етпейсіз. Егер сіздің R және C математикаңыз дұрыс болса, опперлерге берілетін кернеудің мөлшерін көбейтіп көріңіз.

5 -қадам: Барлығын біріктіру

Енді сіз барлық компоненттерді біріктіруге дайынсыз. Әдетте, күшейту сүзгілеу алдында жүргізіледі, сондықтан бірінші кезекте аспаптық күшейткіш қойылды. Жолақтық сүзгі сигналды одан әрі күшейтеді, сондықтан ол таза сүзгілейтін фильтрдің алдында екінші орынға қойылды. Толық тізбек айнымалы ток тазалау модельдеу арқылы жүргізілді, ол 50 Гц ойық диапазонынан басқа 0,5 - 250 Гц арасындағы күшейтумен күтілетін нәтиже берді.

6 -қадам: ЭКГ сигналдарын енгізу және тексеру

Айнымалы сыпырудың орнына ЭКГ сигналын беру үшін кернеу көзін өзгертуге болады. Мұны істеу үшін сізге қажет ЭКГ сигналын жүктеу қажет болады. Мен шуды күшейтетін.wav файлын және мұнда clean.txt ЭКГ сигналын таптым. бірақ сіз жақсысын таба аласыз.. Wav файлының бастапқы кірісі мен шығысын қоса көруге болады. ЭКГ-ның шуылсыз дыбысы жақсы көріністі шығарады ма, жоқ па, айту қиын. Сигналға байланысты сүзгі шекараларын сәл өзгерту қажет болуы мүмкін. Таза өту сигналының шығуын да көруге болады.

Кірісті өзгерту үшін кернеу көзін таңдаңыз, PWL файлының параметрін таңдаңыз және қалаған файлды таңдаңыз. Мен қолданған файл.wav файлы болды, сондықтан LTSpice директивалық мәтінін «PWL File =» -тен «wavefile =» -ке өзгерту қажет болды.. Txt файлын енгізу үшін PWL мәтінін сол күйінде сақтау керек.

Шығуды идеалды ЭКГ сигналымен салыстыру компоненттерді реттеу арқылы жақсартуға әлі де мүмкіндік бар екенін көрсетеді. Алайда, бастапқы файлдың пішіні мен шуылын күшейтетінін ескере отырып, біз P-толқынды, QRS және T-толқындарын шығара алғанымыз-бұл керемет алғашқы қадам. Таза ЭКГ мәтіндік файлы сүзгіден өте жақсы өтуі керек.

Бұл ЭКГ кіріс сигналының нәтижелерін қалай түсіндіретіндігіңізге мұқият болыңыз. Егер сіз тек таза.txt файлын қолдансаңыз, бұл сіздің жүйеңіз сигналды дұрыс сүзу үшін жұмыс істейді дегенді білдірмейді - бұл ЭКГ маңызды компоненттері сүзілмегенін білдіреді. Екінші жағынан,.wav файлы туралы толығырақ білмей, толқындық инверсиялар мен тақ пішіндер бастапқы файлға байланысты ма, әлде қажет емес сигналдарды сүзу мәселесі бар ма, оны анықтау қиын.