EKG Otomatis Mudah (1 Amplifier, 2 Filter): 7 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Elektrokardiogram (EKG) mengukur dan menampilkan aktivitas listrik jantung menggunakan elektroda berbeda yang ditempatkan pada kulit. EKG dapat dibuat menggunakan penguat instrumentasi, filter takik, dan filter lolos rendah. Terakhir, sinyal yang difilter dan diperkuat dapat divisualisasikan menggunakan perangkat lunak LabView. LabView juga menggunakan frekuensi sinyal yang masuk untuk menghitung detak jantung subjek manusia. Penguat instrumentasi yang dibangun berhasil mengambil sinyal kecil dari bodi dan memperkuatnya menjadi 1 V, sehingga dapat dilihat di komputer menggunakan LabView. Filter takik dan lolos rendah berhasil mengurangi kebisingan 60 Hz dari catu daya dan mengganggu sinyal di atas 350 Hz. Detak jantung saat istirahat diukur menjadi 75 bpm, dan 137 bpm setelah lima menit latihan intensif. EKG yang dibuat mampu mengukur detak jantung pada nilai realistis dan memvisualisasikan berbagai komponen bentuk gelombang EKG yang khas. Di masa depan, EKG ini dapat ditingkatkan dengan mengubah nilai pasif di filter takik untuk mengurangi lebih banyak noise sekitar 60 Hz.

Langkah 1: Buat Penguat Instrumentasi

Anda memerlukan: LTSpice (atau perangkat lunak visualisasi sirkuit lainnya)

Penguat instrumentasi dibuat untuk memperbesar ukuran sinyal sehingga akan terlihat dan memungkinkan untuk analisis bentuk gelombang.

Dengan menggunakan R1 = 3,3k ohm, R2 = 33k ohm, R3 = 1k ohm, R4 = 48 ohm, diperoleh penguatan sebesar X. Perolehan = - R4/R3 (1+R2/R1) = -47k/1k(1-(33k/3.3k)) = -1008

Karena pada op amp akhir sinyal masuk ke pin pembalik maka gainnya adalah 1008. Desain ini dibuat di LTSpice kemudian disimulasikan dengan sapuan AC dari 1 hingga 1kHz dengan 100 poin per dekade untuk input gelombang sinus dengan amplitudo AC 1V.

Kami memeriksa bahwa keuntungan kami adalah keuntungan yang dimaksudkan serupa. Dari grafik kami menemukan Gain = 10^(60/20) = 1000 yang cukup dekat dengan keuntungan yang kami maksudkan 1008.

Langkah 2: Buat Filter Takik

Anda memerlukan: LTSpice (atau perangkat lunak visualisasi sirkuit lainnya)

Filter takik adalah jenis filter lolos rendah yang diikuti oleh filter lolos tinggi untuk menghilangkan frekuensi tertentu. Filter takik digunakan untuk menghilangkan kebisingan yang dihasilkan oleh semua perangkat elektronik yang hadir pada 60Hz.

Nilai pasif dihitung: C =.1 uF (nilai dipilih) 2C =.2 uF (digunakan.22 uF kapasitor)

Faktor AQ dari 8 akan digunakan: R1 = 1/(2*Q*2*pi*f*C) = 1/(2*8*2*3.14159*60*.1E-6) = 1,66 kOhm (1,8 kOhm digunakan) R2 = 2Q/(2*pi*f*C) = (2*8)/(60 Hz*2*3.14159*.1E-6 F) = 424 kOhm (390 kOhm + 33 kOhm = 423 kOhm tadinya digunakan) Pembagian Tegangan: Rf = R1*R2/(R1 + R2) = 1,8 kOhm * 423 kOhm / (1,8 kOhm + 423 kOhm) = 1,79 kOhm (1,8 kOhm digunakan)

Desain filter ini memiliki gain 1, yang berarti tidak ada sifat penguat.

Memasukkan nilai pasif dan mensimulasikan LTSpice dengan AC Sweep dan sinyal input gelombang sinus 0,1 V dengan frekuensi AC 1 kHz menghasilkan plot pertandaan terlampir.

Pada frekuensi sekitar 60 Hz, sinyal mencapai tegangan terendah. Filter berhasil menghilangkan noise 60 Hz ke tegangan 0,01 V yang tidak terlalu mencolok dan memberikan penguatan 1, karena tegangan inputnya adalah 0,1 V.

Langkah 3: Buat Filter Lulus Rendah

Anda memerlukan: LTSpice (atau perangkat lunak visualisasi sirkuit lainnya)

Filter lolos rendah dibuat untuk menghilangkan sinyal di atas ambang batas yang diinginkan yang akan berisi sinyal EKG. Ambang batas yang diinginkan adalah antara 0 – 350Hz.

Nilai kapasitor dipilih menjadi,1 uF. Resistansi yang dibutuhkan dihitung untuk frekuensi cutoff tinggi 335 Hz: C = 0,1 uF R = 1/(2pi*0,1*(10^-6)*335 Hz) = 4,75 kOhm (4,7 kOhm digunakan)

Memasukkan nilai pasif dan mensimulasikan pada LTSpice dengan Sapu AC dan sinyal input gelombang sinus 0,1 V dengan frekuensi AC 1 kHz menghasilkan plot pertandaan terlampir.

Langkah 4: Buat Sirkuit di Papan Tempat memotong roti

Anda akan membutuhkan: resistor dengan nilai berbeda, kapasitor dengan nilai berbeda, amplifier operasional UA 471, kabel jumper, papan tempat memotong roti, kabel sambungan, catu daya, atau baterai 9 V

Sekarang setelah Anda mensimulasikan sirkuit Anda, sekarang saatnya untuk membangunnya di papan tempat memotong roti. Jika Anda tidak memiliki nilai pasti yang tercantum, gunakan apa yang Anda miliki atau gabungkan resistor dan kapasitor untuk membuat nilai yang Anda butuhkan. Ingatlah untuk memberi daya pada papan roti Anda menggunakan baterai 9 Volt atau catu daya DC. Setiap op amp membutuhkan sumber tegangan positif dan negatif.

Langkah 5: Siapkan Lingkungan LabView

Anda akan membutuhkan: perangkat lunak LabView, komputer

Untuk mengotomatiskan tampilan bentuk gelombang dan penghitungan detak jantung, LabView digunakan. LabView adalah program yang digunakan untuk memvisualisasikan dan menganalisis data. Output dari rangkaian EKG adalah input untuk LabView. Data dimasukkan, dibuat grafik dan dianalisis berdasarkan diagram blok yang dirancang di bawah ini.

Pertama, Asisten DAQ mengambil sinyal analog dari sirkuit. Petunjuk pengambilan sampel diatur di sini. Sampling rate adalah 1k sampel per detik dan intervalnya adalah 3k ms, oleh karena itu interval waktu yang terlihat pada Grafik Bentuk Gelombang adalah 3 detik. Grafik Bentuk Gelombang menerima data dari DAQ Assistant kemudian memplotnya di jendela panel depan. Bagian bawah diagram blok meliputi perhitungan detak jantung. Pertama, maksimum dan minimum gelombang diukur. Kemudian, pengukuran amplitudo ini digunakan untuk menentukan apakah puncak terjadi yang didefinisikan sebagai 95% dari amplitudo maksimum, dan jika demikian, titik waktu dicatat. Setelah puncak terdeteksi, amplitudo dan titik waktu disimpan dalam array. Kemudian jumlah puncak/detik diubah menjadi menit dan ditampilkan di panel depan. Panel depan menunjukkan bentuk gelombang dan denyut per menit.

Rangkaian terhubung ke LabVIEW melalui ADC Instrumen Nasional seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Generator fungsi menghasilkan sinyal EKG simulasi yang dimasukkan ke dalam ADC yang mentransfer data ke LabView untuk grafik dan analisis. Selain itu, setelah BPM dihitung di LabVIEW, Indikator Numerik digunakan untuk mencetak nilai tersebut pada panel depan aplikasi di sepanjang sisi grafik bentuk gelombang, seperti yang terlihat pada gambar 2.

Langkah 6: Uji Sirkuit Menggunakan Generator Fungsi

Anda akan membutuhkan: sirkuit pada papan tempat memotong roti, kabel koneksi, catu daya atau baterai 9 V, ADC Instrumen Nasional, Perangkat Lunak LabView, komputer

Untuk menguji instrumentasi LabView, EKG simulasi dimasukkan ke sirkuit dan output dari sirkuit dihubungkan ke LabView melalui ADC Instrumen Nasional. Pertama sinyal 20mVpp pada 1Hz dimasukkan ke sirkuit untuk mensimulasikan detak jantung istirahat. Panel depan LabView ditunjukkan pada gambar di bawah. Gelombang P, T, U dan kompleks QRS semuanya terlihat. BMP dihitung dengan benar dan ditampilkan dalam indikator numerik. Ada penguatan sekitar 8 V/0.02 V = 400 melalui rangkaian yang serupa dengan apa yang kita lihat ketika rangkaian dipasang pada osiloskop. Gambar hasil di LabView terlampir. Selanjutnya, untuk mensimulasikan peningkatan detak jantung misalnya selama latihan, sinyal 20mVpp pada 2Hz dimasukkan ke sirkuit. Ada keuntungan yang sebanding dengan tes pada detak jantung istirahat. Di bawah bentuk gelombang terlihat memiliki semua bagian yang sama seperti sebelumnya hanya pada tingkat yang lebih cepat. Denyut jantung dihitung dan ditampilkan dalam indikator numerik dan kami melihat 120 BPM yang diharapkan.

Langkah 7: Sirkuit Uji Menggunakan Subjek Manusia

Anda akan membutuhkan: sirkuit pada papan tempat memotong roti, kabel koneksi, catu daya atau baterai 9 V, ADC Instrumen Nasional, Perangkat Lunak LabView, komputer, elektroda (setidaknya tiga), subjek manusia

Terakhir, sirkuit diuji dengan EKG subjek manusia yang mengarahkan input ke sirkuit dan output sirkuit masuk ke LabView. Tiga elektroda ditempatkan pada subjek untuk mendapatkan sinyal nyata. Elektroda ditempatkan di kedua pergelangan tangan dan pergelangan kaki kanan. Pergelangan tangan kanan adalah input positif, pergelangan tangan kiri adalah negatif dan pergelangan kaki adalah tanah. Sekali lagi data tersebut dimasukkan ke LabView untuk diproses. Konfigurasi elektroda terlampir sebagai gambar.

Pertama, sinyal EKG istirahat subjek ditampilkan dan dianalisis. Saat istirahat, subjek memiliki detak jantung sekitar 75 bpm. Subjek kemudian mengikuti aktivitas fisik yang intens selama 5 menit. Subjek disambungkan kembali dan sinyal yang dinaikkan direkam. Denyut jantung kira-kira 137 bpm setelah aktivitas. Sinyal ini lebih kecil dan memiliki lebih banyak noise. Elektroda ditempatkan di kedua pergelangan tangan dan pergelangan kaki kanan. Pergelangan tangan kanan adalah input positif, pergelangan tangan kiri adalah negatif dan pergelangan kaki adalah tanah. Sekali lagi data dimasukkan ke LabView untuk diproses.

Rata-rata orang memiliki sinyal EKG sekitar 1mV. Keuntungan yang kami harapkan adalah sekitar 1000, oleh karena itu kami mengharapkan tegangan output 1V. Dari rekaman diam terlihat pada gambar XX, amplitudo kompleks QRS kira-kira (-0,7)- (-1,6) = 0,9 V. Ini menghasilkan kesalahan 10%. (1-0.9)/1*100 = 10% Denyut jantung istirahat manusia standar adalah 60, yang diukur adalah sekitar 75, ini menghasilkan kesalahan |60-75|*100/60 = 25%. Peningkatan detak jantung manusia standar adalah 120, pengukurannya sekitar 137, ini menghasilkan kesalahan |120-137|*100/120 = 15%.

Selamat! Anda sekarang telah membuat EKG otomatis Anda sendiri.