Otomatik EKG Devre Modeli: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:16

Bu projenin amacı, gelen bir EKG sinyalini yeterince yükseltebilen ve filtreleyebilen birden çok bileşenli bir devre modeli oluşturmaktır. Üç bileşen ayrı ayrı modellenecektir: bir enstrümantasyon amplifikatörü, bir aktif çentik filtresi ve bir pasif bant geçiren filtre. Son EKG devre modelini oluşturmak için birleştirilecektir. Tüm devre modelleme ve testleri LTspice'de yapılıyordu, ancak diğer devre simülasyon programları da çalışacaktı.

Adım 1: Enstrümantasyon Amplifikatörü

Bu, tam EKG modelinin ilk bileşeni olacaktır. Amacı, başlangıçta çok düşük bir voltaja sahip olacak gelen EKG sinyalini yükseltmektir. 1000 kazanç üretecek şekilde op-amp'leri ve dirençli bileşenleri birleştirmeyi seçtim. İlk görüntü, LTspice'de modellenen enstrümantasyon amplifikatör tasarımını göstermektedir. İkinci görüntü, ilgili denklemleri ve yapılan hesaplamaları gösterir. Tam olarak modellendikten sonra, 1000'lik bir kazancı doğrulamak için LTspice'de 75 Hz'de 1 mV'luk bir sinüzoidal giriş sinyalinin geçici analizi yapıldı. Üçüncü görüntü bu analizin sonuçlarını göstermektedir.

2. Adım: Aktif Çentik Filtresi

Bu, tam EKG modelinin ikinci bileşeni olacaktır. Amacı, AC hat voltajı girişiminin frekansı olan 60 Hz frekansındaki sinyalleri zayıflatmaktır. Bu, EKG sinyallerini bozar ve tipik olarak tüm klinik ortamlarda bulunur. İkiz T çentikli bir filtre konfigürasyonunda bir op-amp'i dirençli ve kapasitif bileşenlerle birleştirmeyi seçtim. İlk görüntü, LTspice'de modellenen çentik filtre tasarımını göstermektedir. İkinci görüntü, ilgili denklemleri ve yapılan hesaplamaları gösterir. Tam olarak modellendikten sonra, 60 Hz'de bir çentiği doğrulamak için LTspice'de 1 Hz - 100 kHz arasında 1 V'luk bir sinüzoidal giriş sinyalinin AC taraması yapıldı. Üçüncü resim bu analizin sonuçlarını göstermektedir. Tahmin edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında simülasyon sonuçlarındaki küçük değişiklik, muhtemelen bu devrenin dirençli ve kapasitif bileşenlerini hesaplarken yapılan yuvarlamadan kaynaklanmaktadır.

Adım 3: Pasif Bant Geçiş Filtresi

Bu, tam EKG modelinin üçüncü bileşeni olacaktır. Amacı, tipik bir yetişkin EKG aralığı olduğu için 0,05 Hz - 250 Hz aralığında olmayan sinyalleri filtrelemektir. Dirençli ve kapasitif bileşenleri birleştirmeyi seçtim, böylece yüksek geçiş kesmesi 0,05 Hz ve düşük geçiş kesmesi 250 Hz olacak. İlk görüntü, LTspice'de modellenen pasif bant geçiren filtre tasarımını göstermektedir. İkinci görüntü, ilgili denklemleri ve yapılan hesaplamaları gösterir. Tam olarak modellendikten sonra, yüksek ve düşük geçiş kesme frekanslarını doğrulamak için LTspice'de 0,01 Hz - 100 kHz arasında 1 V'luk bir sinüzoidal giriş sinyalinin AC taraması yapıldı. Üçüncü resim bu analizin sonuçlarını göstermektedir. Tahmin edilen sonuçlarla karşılaştırıldığında simülasyon sonuçlarındaki küçük değişiklik, muhtemelen bu devrenin dirençli ve kapasitif bileşenlerini hesaplarken yapılan yuvarlamadan kaynaklanmaktadır.

Adım 4: Devre Bileşenlerini Birleştirme

Artık tüm bileşenler ayrı ayrı tasarlanıp test edildiğinden, oluşturuldukları sırayla seri olarak birleştirilebilirler. Bu, ilk önce sinyali 1000x yükseltmek için bir enstrümantasyon amplifikatörü içeren tam bir EKG devre modeliyle sonuçlanır. Ardından, 60 Hz AC hat voltajı gürültüsünü ortadan kaldırmak için bir çentik filtresi kullanılır. Son olarak, bant geçiren filtre, tipik bir yetişkin EKG aralığının (0,05 Hz - 250 Hz) dışındaki sinyalin geçmesine izin vermez. İlk görüntüde gösterildiği gibi birleştirildikten sonra, bileşenlerin beklendiği gibi birlikte çalıştığından emin olmak için 1 mV (sinüzoidal) giriş voltajıyla LTspice'de bir geçici analiz ve tam AC taraması gerçekleştirilebilir. İkinci görüntü, 1 mV ila ~0.85 V arasında sinyal amplifikasyonunu gösteren geçici analiz sonuçlarını gösterir. Bu, çentik veya bant geçiren filtre bileşenlerinin, enstrümantasyon amplifikatörü tarafından başlangıçta 1000x yükseltildikten sonra sinyali hafifçe zayıflattığı anlamına gelir. Üçüncü resim, AC süpürme sonuçlarını gösterir. Bu Bode grafiği, tek tek test edildiğinde bant geçiren filtrenin Bode grafiğiyle eşleşen yüksek ve düşük geçişli kesimleri gösterir. Ayrıca 60 Hz civarında hafif bir düşüş var, bu da çentik filtresinin istenmeyen gürültüyü gidermek için çalıştığı yerdir.