Modèle de circuit ECG automatisé : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

L'objectif de ce projet est de créer un modèle de circuit avec plusieurs composants qui peuvent amplifier et filtrer de manière adéquate un signal ECG entrant. Trois composants seront modélisés individuellement: un amplificateur d'instrumentation, un filtre coupe-bande actif et un filtre passe-bande passif. Ils seront combinés pour créer le modèle de circuit ECG final. Toute la modélisation et les tests de circuits étaient effectués dans LTspice, mais d'autres programmes de simulation de circuits fonctionneraient également.

Étape 1: Amplificateur d'instrumentation

Ce sera le premier composant du modèle ECG complet. Son but est d'amplifier le signal ECG entrant, qui aura initialement une très basse tension. J'ai choisi d'utiliser des amplificateurs opérationnels et des composants résistifs de manière à produire un gain de 1000. La première image montre la conception de l'amplificateur d'instrumentation modélisée dans LTspice. La deuxième image montre les équations pertinentes et les calculs effectués. Une fois entièrement modélisée, l'analyse transitoire d'un signal d'entrée sinusoïdal de 1 mV à 75 Hz a été réalisée dans LTspice pour confirmer un gain de 1000. La troisième image montre les résultats de cette analyse.

Étape 2: Filtre coupe-bande actif

Ce sera le deuxième composant du modèle ECG complet. Son but est d'atténuer les signaux avec une fréquence de 60 Hz, qui est la fréquence des interférences de tension de ligne CA. Cela déforme les signaux ECG et est généralement présent dans tous les milieux cliniques. J'ai choisi de combiner un ampli-op avec des composants résistifs et capacitifs dans une configuration de filtre coupe-bande à double T. La première image montre la conception du filtre coupe-bande modélisée dans LTspice. La deuxième image montre les équations pertinentes et les calculs effectués. Une fois entièrement modélisé, un balayage CA d'un signal d'entrée sinusoïdal de 1 V a été effectué de 1 Hz à 100 kHz dans LTspice pour confirmer une encoche à 60 Hz. La troisième image montre les résultats de cette analyse. La légère variation des résultats de simulation par rapport aux résultats anticipés est probablement due aux arrondis effectués lors du calcul des composants résistifs et capacitifs de ce circuit.

Étape 3: Filtre passe-bande passif

Ce sera le troisième composant du modèle ECG complet. Son objectif est de filtrer les signaux qui ne se situent pas dans la plage 0,05 Hz - 250 Hz, car il s'agit de la plage d'un ECG adulte typique. J'ai choisi d'utiliser des composants résistifs et capacitifs combinés afin que la coupure passe-haut soit de 0,05 Hz et la coupure passe-bas de 250 Hz. La première image montre la conception du filtre passe-bande passif modélisé dans LTspice. La deuxième image montre les équations pertinentes et les calculs effectués. Une fois entièrement modélisé, un balayage CA d'un signal d'entrée sinusoïdal de 1 V a été effectué de 0,01 Hz à 100 kHz dans LTspice pour confirmer les fréquences de coupure passe-haut et passe-bas. La troisième image montre les résultats de cette analyse. La légère variation des résultats de simulation par rapport aux résultats anticipés est probablement due aux arrondis effectués lors du calcul des composants résistifs et capacitifs de ce circuit.

Étape 4: combinaison des composants du circuit

Maintenant que tous les composants ont été conçus et testés individuellement, ils peuvent être combinés en série dans l'ordre dans lequel ils ont été créés. Il en résulte un modèle de circuit ECG complet qui contient d'abord un amplificateur d'instrumentation pour amplifier le signal 1000x. Ensuite, un filtre coupe-bande est utilisé pour éliminer le bruit de tension secteur 60 Hz. Enfin, le filtre passe-bande ne laisse pas passer le signal qui se situe en dehors de la plage d'un ECG adulte typique (0,05 Hz - 250 Hz). Une fois combinés, comme le montre la première image, une analyse transitoire et un balayage CA complet peuvent être effectués dans LTspice avec une tension d'entrée de 1 mV (sinusoïdale) pour s'assurer que les composants fonctionnent ensemble comme prévu. La deuxième image affiche les résultats de l'analyse transitoire, qui montrent une amplification du signal de 1 mV à ~ 0,85 V. Cela signifie que les composants du filtre coupe-bande ou passe-bande atténuent légèrement le signal après qu'il a été initialement amplifié 1000x par l'amplificateur d'instrumentation. La troisième image affiche les résultats du balayage CA. Ce tracé de Bode montre des coupures passe-haut et passe-bas qui correspondent à celles du tracé de Bode du filtre passe-bande lorsqu'il est testé individuellement. Il y a également une légère baisse autour de 60 Hz, c'est là que le filtre coupe-bande fonctionne pour éliminer les bruits indésirables.