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医療とIoTの現実

医療とIoT市場についての日々の思考。 組込、回路の技術。 作っているIoTデバイスの紹介も。 

心電取得の際のハムノイズ抑制

最近は、ヘルスケアやIoTの流行から、心電信号を取得したことがある人もいるんではないだろうか?

心電を綺麗に取得できれば心臓系の病気(大動脈系の異常とか心不全狭心症とかね)はそれなりにわかるものもある。

心電は結構簡単に習得が可能だ。センサも何もいらないし、ただ金属製の電極を指か体に2枚貼り付けて、計装アンプにぶっこむだけで、とれてしまう。しかし綺麗に心電信号を取得することは、結構至難の技だったりする。難点はハムノイズだ。

心電は数uV程度の微小信号であり、かつ電流量も極めて小さいために、外乱の特に電灯やACDCからだと思うが、ハムノイズによって信号を乱される。

また心電の場合は、人間からもちろん信号を取得するのだが、人間自体がハムノイズの収集源になってしまうのだ。

 

いくつかハムノイズを除外する方法があるのだが、これは日本語のページには極めて情報が少ない。英語で検索すればたくさんの情報はあるのだが、、、

 

今回は、その中の一つである、RLDという手法を解説する。

RLDはRight leg driveの略であるが、日本語約では右足ドライブと書かれる。RLD 右足ドライブ(駆動)。。。。。 なんのことかさっぱりわからん。 もうちょっといい訳はないのかと。 

 

しかし基本は簡単だ。 ハムノイズが乗った心電信号を、そのまま反転増幅回路に入れて、右足にフィードバックする仕組み。 これがRLDだ。

 資料の中では、基本的に計装アンプの中の基準電位を引っ張ってくることになっているが、計装アンプの入力段で取得しても構わない。

 

さて、今回は、これをLTSpiceでシミュレーションしてみた。

まずは、右足にフィードバックがない場合の心電と、その取得回路の波形をシミュレーションしてみる。

f:id:IMOit:20160912021855p:plain

非常に簡単に、心電のR波形のみをパルス波形として差動信号でV5で入力し、

V29とV31でコモンモードの50Hzのサイン波を入力している。それで0.1uFと1MΩのHPFで受けて、1Vにバイアスしている回路。

信号源は、とりあえずR信号に1M、ハムノイズに10Mのシリーズのインピーダンスを付加させた。

結果はこんな感じ。

f:id:IMOit:20160912022132p:plain

いい感じに50Hzの中に、心電のパルスが埋もれている。

 

これにフィードバック回路をつけると以下のような感じになる。

f:id:IMOit:20160912021929p:plain

HPFのバイアスポイントを、U1の反転増幅回路に入れて、R6で電流制限抵抗をつけて、体(右足にフィードバックしている。)R7とR8は人体の抵抗の模擬。

となると、結果はこうなる。

f:id:IMOit:20160912022146p:plain

青がフィードバック回路挿入後だ。非常に綺麗にコモンモードノイズが取り除けることがわかる。

 

ただしこの欠点は右足などに3極目が必要ということだ。ウェラブルとしてはこの欠点は以外に重い。

 

 

 

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