Tabla de contenido:
- Paso 1: Amplificador de instrumentación
- Paso 2: Filtro de muesca activo
- Paso 3: Filtro de paso de banda pasivo
- Paso 4: Combinación de componentes de circuito
Video: Modelo de circuito de ECG automatizado: 4 pasos
2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40
El objetivo de este proyecto es crear un modelo de circuito con múltiples componentes que puedan amplificar y filtrar adecuadamente una señal de ECG entrante. Se modelarán tres componentes individualmente: un amplificador de instrumentación, un filtro de muesca activo y un filtro de paso de banda pasivo. Se combinarán para crear el modelo de circuito de ECG final. Todo el modelado y las pruebas de circuitos se realizaron en LTspice, pero también funcionarían otros programas de simulación de circuitos.
Paso 1: Amplificador de instrumentación
Este será el primer componente del modelo de ECG completo. Su propósito es amplificar la señal de ECG entrante, que inicialmente tendrá un voltaje muy bajo. Elegí combinar amplificadores operacionales y componentes resistivos de una manera que produjera una ganancia de 1000. La primera imagen muestra el diseño del amplificador de instrumentación modelado en LTspice. La segunda imagen muestra ecuaciones relevantes y cálculos realizados. Una vez completamente modelado, se realizó un análisis transitorio de una señal de entrada sinusoidal de 1 mV a 75 Hz en LTspice para confirmar una ganancia de 1000. La tercera imagen muestra los resultados de este análisis.
Paso 2: Filtro de muesca activo
Este será el segundo componente del modelo completo de ECG. Su propósito es atenuar señales con una frecuencia de 60 Hz, que es la frecuencia de la interferencia de voltaje de línea de CA. Esto distorsiona las señales del ECG y suele estar presente en todos los entornos clínicos. Elegí combinar un amplificador operacional con componentes resistivos y capacitivos en una configuración de filtro de muesca de doble T. La primera imagen muestra el diseño del filtro de muesca modelado en LTspice. La segunda imagen muestra ecuaciones relevantes y cálculos realizados. Una vez modelado por completo, se realizó un barrido de CA de una señal de entrada sinusoidal de 1 V desde 1 Hz - 100 kHz en LTspice para confirmar una muesca a 60 Hz. La tercera imagen muestra los resultados de este análisis. La ligera variación en los resultados de la simulación en comparación con los resultados anticipados probablemente se deba al redondeo realizado al calcular los componentes resistivos y capacitivos de este circuito.
Paso 3: Filtro de paso de banda pasivo
Este será el tercer componente del modelo de ECG completo. Su propósito es filtrar las señales que no están dentro del rango de 0.05 Hz a 250 Hz, ya que este es el rango de un ECG de adulto típico. Elegí usar componentes resistivos y capacitivos combinados para que el corte de paso alto sea de 0.05 Hz y el corte de paso bajo sea de 250 Hz. La primera imagen muestra el diseño del filtro de paso de banda pasivo modelado en LTspice. La segunda imagen muestra ecuaciones relevantes y cálculos realizados. Una vez modelado por completo, se realizó un barrido de CA de una señal de entrada sinusoidal de 1 V desde 0.01 Hz - 100 kHz en LTspice para confirmar las frecuencias de corte de paso alto y bajo. La tercera imagen muestra los resultados de este análisis. La ligera variación en los resultados de la simulación en comparación con los resultados anticipados probablemente se deba al redondeo realizado al calcular los componentes resistivos y capacitivos de este circuito.
Paso 4: Combinación de componentes de circuito
Ahora que todos los componentes se han diseñado y probado individualmente, se pueden combinar en serie en el orden en que fueron creados. Esto da como resultado un modelo de circuito de ECG completo que primero contiene un amplificador de instrumentación para amplificar la señal 1000x. Luego, se usa un filtro de muesca para eliminar el ruido de voltaje de línea de CA de 60 Hz. Por último, el filtro de paso de banda no permite que pase una señal que esté fuera del rango de un ECG de adulto típico (0,05 Hz - 250 Hz). Una vez combinados, como se muestra en la primera imagen, se puede realizar un análisis transitorio y un barrido de CA completo en LTspice con un voltaje de entrada de 1 mV (sinusoidal) para asegurarse de que los componentes funcionen juntos como se anticipó. La segunda imagen muestra los resultados del análisis de transitorios, que muestran una amplificación de la señal de 1 mV a ~ 0,85 V. Esto significa que los componentes del filtro de paso de banda o de muesca atenúan ligeramente la señal después de que el amplificador de instrumentación la haya amplificado inicialmente 1000x. La tercera imagen muestra los resultados del barrido de CA. Este diagrama de Bode muestra cortes de paso alto y bajo que coinciden con los del diagrama de Bode del filtro de paso de banda cuando se prueban individualmente. También hay una ligera caída alrededor de 60 Hz, que es donde el filtro de muesca está funcionando para eliminar el ruido no deseado.
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