Eliminación de ruido de 50 Hz de la fuente de alimentación de ECG

Actualmente estamos trabajando en un proyecto biomédico que es una máquina de ECG. Hay un problema que no podemos resolver en el lado del software es la eliminación del ruido de 50 Hz. Ahora estamos tratando de eliminar el ruido de 50 Hz utilizando filtros analógicos. ¿Alguien tiene una idea de eliminar el ruido de 50 Hz utilizando componentes analógicos?

(el título original decía que el problema estaba en la señal - Steven )

(nota: la pregunta decía que había ruido en la señal. Parece ser la fuente de alimentación; vea mi edición más abajo).

Un filtro de muesca de 50 o 60 Hz generalmente se realiza como un filtro de doble T. Sin embargo, un Twin-T pasivo tiene un factor Q pobre, lo que significa que las frecuencias vecinas también se atenuarán, lo que puede causar que el perfil de ECG se distorsione.

Un filtro de muesca activo puede verse así:

No olvide recalcular los valores de resistencia para 50 Hz; R1 será de 11.8 MΩ. Cualquier opamp servirá. La diferencia con el filtro pasivo se muestra en este gráfico:

Tal vez no sea tan claro, pero el gráfico del filtro activo es la línea vertical a 60 Hz. Mucho mejor que el filtro pasivo.

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Si los 50 Hz están en la fuente de alimentación como usted dice que necesita desacoplarse. Primero la fuente de alimentación en sí. Un buen regulador no tendrá una ondulación de 50 Hz en su salida, por lo que quizás los condensadores de suavizado en las entradas sean demasiado pequeños. ( Pensándolo bien, la ondulación debería ser de 100 Hz. Un diodo defectuoso en el puente rectificador explicaría tanto 50 Hz como una ondulación demasiado alta ) . Si la ondulación de entrada es demasiado grande, puede caer por debajo del voltaje de entrada mínimo del regulador. ¿Puede publicar un esquema de la fuente de alimentación con valores de componentes? También puede colocar un condensador de 100 µF en la salida.

Utilice también 100 µF en paralelo con 1 µF en las entradas de la fuente de alimentación de los circuitos integrados. Si son de baja potencia, puede colocar una resistencia de 10 Ω a 100 Ω en serie con la línea de suministro, antes de los condensadores. Entonces los condensadores están directamente en los pines del CI. Tenga en cuenta que las resistencias provocarán una caída de voltaje en los 5 V, por lo que solo use los 100 Ω si la corriente de suministro es inferior a 1 mA. Hasta 10 mA puede usar los 10 Ω. Más alto es mejor, tendrá que ver lo que puede pagar. 10 mA a través de una resistencia de 10 Ω provocará una caída de 100 mV, eso es 2%, lo que probablemente sea aceptable.

Como estudiante, diseñamos y probamos nuestro propio amplificador de instrumento (IA) discreto, utilizando un Op 3x estándar. Amperio. para experimentos de laboratorio de Ingeniería Biomédica en 1974. Lo usamos para ECG, señal EEG y control de prótesis. También aplicamos electrodos a mi sien y los usamos para controlar el movimiento de los ojos. Creó un diente de sierra con movimiento ocular lateral, que atrajo la atención del monitoreo de las niñas que pasaban y algunas se detuvieron para ofrecerse como voluntarios para las pruebas de ECG. (con electrodos aplicados al cofre) Una vez que entendimos los requisitos de diseño para CMRR, el zumbido de 50/60 Hz desapareció.

Aquí está mi lista de verificación de depuración para usted;

• ¿Su diseño cumple con los criterios de 120dB recomendados o solo el mínimo de 100dB?
• ¿Utiliza un solo amplificador operacional o el diseño triple del amplificador operacional?
• ¿Puede probar el método de conducción hacia atrás flotante o la "técnica de protección" conocida en la industria médica para el ECG como "conducción con la pierna derecha"
• ¿Tiene una respuesta de error de CC de piel galvánica alta que satura su amplificador de alta ganancia o compromete el CMMR?
• ¿Puede proporcionar algunos resultados de mediciones de prueba?

Cuando una entrada de campo E de 100V se superpone a una señal de 100uV y si tiene una buena relación de rechazo de modo común de 120 dB, obtiene un nivel de ruido de 100uV.

Las formas de mejorar el zumbido de 50/60 HZ relacionado con CMMR son:

1. Utilice un amplificador de instrumento de diseño de alta calidad (IA) (pero de muy bajo costo)

2. Señal de guardia con la técnica de "manejo de la pierna derecha". (conocido como método de protección analógico) donde almacena la señal de modo común en el búfer para hacer una referencia de modo común de baja impedancia en el tramo que todavía está flotando pero suprime el alto voltaje de los campos E de 50 / 60Hz por relación de impedancia.

3. Proteja los cables de la sonda

4. Utilice un amplificador de instrumento diseñado por CMMR superior > 130dB

5. Use un filtro de muesca sintonizable activo con Q = 100 (como se informó anteriormente)

6. Use CM Ferrite choke alrededor de los cables. (manga de alta permeabilidad)

7. Asegúrese de que el suministro V + esté libre de ruido con el regulador lineal, la baja tapa ESR en la entrada y salida y use cables cortos entre V + y amp.

Mis preferencias en negrita

Intentar filtrar el ruido de 50 Hz debería ser el último recurso, en parte porque su rango de frecuencia de señal válido incluye 50 Hz. Cualquier cosa que haga para reducir 50 Hz también distorsionará su señal deseada.

La mejor respuesta es diseñar el front-end analógico para minimizar la captación de frecuencia de línea en primer lugar. Los 50 Hz provienen del acoplamiento capacitivo de la línea de alimentación, que se encuentra alrededor de la habitación. Sin embargo, está midiendo la diferencia entre voltajes en varios electrodos en el cuerpo, y el zumbido de la línea de alimentación de 50 Hz será en gran medida una señal de modo común.

Las partes frontales del ECG deben estar extremadamente limpias sobre la eliminación del modo común. Esto significa un manejo completo de la señal diferencial a más de 50 Hz, asegurándose de que cada tramo tenga la misma impedancia, utilizando amplificadores de instrumentación con un buen rechazo de modo común, absolutamente ninguna referencia a tierra para un lado de la medición, etc. El ruido del modo común de la línea de alimentación puede sea ​​muchas veces la amplitud de las señales que está tratando de captar, por lo que realmente tiene que despertarse y prestar atención a este problema.

Otra cosa que hacen la mayoría de los sistemas de ECG es colocar un electrodo en la pierna opuesta al corazón, que generalmente es la pierna derecha. Esto se usa únicamente para captar la señal de modo común, amplificada, y luego se convierte en una especie de referencia de tierra flotante para los circuitos diferenciales de la primera etapa hasta que la señal diferencial pueda amplificarse y reducirse su impedancia.

Si hace todo eso correctamente y todavía tiene demasiado ruido en la línea de alimentación, puede considerar la reducción de la frecuencia de la línea de alimentación de la señal final. Sin embargo, esto se hace mejor en software para que pueda ajustar el filtro sin toparse con tolerancias de componentes analógicos. Eso también le permite medir la línea de alimentación y hacer que un filtro se sincronice con ella. La muesca muy ajustada resultante tendrá menos impacto en la señal real que un filtro analógico con piezas asequibles. El filtro analógico tiene que ser más amplio debido solo a las tolerancias parciales para garantizar una atenuación suficiente de 50 Hz, incluso si la frecuencia central está un poco apagada.

En resumen, en orden de precedencia, debe atacar el problema

1. Diseñe cuidadosamente la parte frontal analógica para un rechazo de ruido en modo común extra bueno.

2. Diseñe cuidadosamente la parte frontal analógica para un rechazo de ruido en modo común extra bueno.

3. Diseñe cuidadosamente la parte frontal analógica para un rechazo de ruido en modo común extra bueno.

4. No, eso no es lo suficientemente bueno. Regrese y arregle su interfaz analógica para un mejor rechazo de ruido en modo común.

5. Use una pastilla de modo común en la pierna opuesta para ayudar a cancelar el ruido de modo común, luego repita desde el paso 1.

6. Elimine el ruido restante de la fuente de alimentación con un filtro de software sincrónico a la línea de alimentación.