Buat Elektrokardiogram (EKG) Anda Sendiri: 6 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:58

MELIHAT:

Ini bukan perangkat medis. Ini hanya untuk tujuan pendidikan, menggunakan sinyal simulasi. Jika menggunakan sirkuit ini untuk pengukuran EKG yang sebenarnya, pastikan sirkuit dan koneksi sirkuit-ke-instrumen menggunakan daya baterai dan teknik isolasi lain yang tepat.

[Gambar diambil dari

Langkah 1: Ketahui Barang Anda

Elektrokardiogram (EKG) adalah alat penting yang digunakan oleh dokter untuk memantau aktivitas listrik jantung. Ini berguna dalam menangkap segala sesuatu mulai dari irama jantung yang tidak normal hingga mendiagnosis gagal panas. Dengan mengikuti Instruksi ini, Anda akan dapat membuat perangkat yang menampilkan elektrokardiogram seseorang hanya dengan menggunakan keterampilan papan tempat memotong roti dasar, dan peralatan lab elektronik umum. Setelah Anda memiliki output sinyal yang baik, Anda dapat menggunakan sinyal yang sama ini untuk menghitung detak jantung, atau metrik menarik lainnya menggunakan mikrokontroler.

-

Jika Anda tidak tahu apa itu EKG, itu hanyalah rekaman aktivitas jantung. Karena sifat listrik dari kontraksi jantung, seseorang dapat merekam perubahan tegangan dengan menempatkan elektroda pada kulit dan memproses sinyal. Plot tegangan ini dari waktu ke waktu disebut elektrokardiogram (disingkat EKG). EKG biasanya digunakan untuk mendiagnosis berbagai bentuk gagal jantung, atau secara pasif memantau stres pasien. EKG yang sehat memiliki ciri-ciri khusus yang bersifat universal di antara manusia. (Ini termasuk gelombang P, gelombang Q, gelombang R, gelombang S, gelombang T, dan kompleks QRS.) Saya telah menyediakan diagram EKG yang disederhanakan dengan reaksi jantung yang sesuai.

-

Perhatikan bahwa setiap peristiwa listrik yang terjadi di saraf jantung berhubungan dengan peristiwa fisik yang terjadi secara konsekuen di jaringan otot, dan ketika satu bagian jantung berkontraksi, bagian lainnya berelaksasi. Dengan cara ini, pengaturan waktu sinyal listrik sangat penting di jantung, yang membuat EKG menjadi alat yang sangat ampuh dalam mengukur kesehatan jantung.

-

Namun, bagi kami untuk merekam EKG yang sebenarnya, banyak masalah logistik yang berperan seperti ukuran sinyal, jumlah kebisingan yang berasal dari bagian tubuh lainnya, dan jumlah kebisingan yang berasal dari lingkungan. Untuk mengimbangi ini, kami merancang rangkaian yang akan terdiri dari 3 bagian: penguat diferensial untuk meningkatkan ukuran sinyal kami, filter low pass untuk menghilangkan noise sinyal frekuensi tinggi, dan filter takik untuk menghilangkan noise 60 Hz yang selalu ada di gedung yang disuplai dengan daya AC. Saya akan menjelaskan menonton langkah-langkah ini secara rinci untuk Anda di bawah ini.

[Gambar diambil dari

Langkah 2: Kumpulkan Persediaan Anda

Untuk proyek ini Anda akan membutuhkan:

- 1 papan tempat memotong roti besar (memiliki 2 atau lebih akan lebih baik)

- 5 op-amp tujuan umum

(Saya menggunakan UA741 dengan +-15 V, pastikan yang Anda pilih dapat menangani 15 volt jika tidak, Anda perlu menyesuaikan nilai komponen pasif Anda dan Anda harus puas dengan amplifikasi yang lebih sedikit)

Resistor

o 2x 165 ohm

o 3x 1k ohm

o 2x 15k ohm

o 2x 33k ohm

o 1x 42k ohm

o 2x 60k ohm

Kapasitor

o 2x 22nF

o 2x 1μF

o 1x 2Μf

- Sejumlah besar atau kabel jumper

- Sumber tegangan DC yang mampu memberikan +-15 V

- Generator fungsi dan osiloskop (terutama untuk pemecahan masalah)

- Setidaknya tiga elektroda lengket jika Anda berencana merekam EKG yang sebenarnya

- Kabel yang cukup untuk menghubungkan semua omong kosong ini

- Pemahaman yang kuat tentang sirkuit, op-amp, dan pengalaman dengan papan tempat memotong roti.

Jika Anda baru saja mendapatkan papan tempat memotong roti untuk ulang tahun Anda dan ingin mencoba membuat sesuatu yang keren dengannya, lakukan setidaknya beberapa bangunan sederhana sebelum Anda mencobanya.

-

Langkah 3: Bangun Penguat Diferensial

Penguat diferensial adalah apa yang akan memperkuat sinyal rekaman kami ke tingkat yang dapat digunakan untuk ditampilkan pada lingkup atau layar. Perancangan rangkaian ini akan mengambil perbedaan tegangan dari kedua elektroda masukan dan memperkuatnya. Ini dilakukan untuk mengurangi kebisingan, karena kebisingan umum di antara elektroda akan dihilangkan. Sinyal EKG akan bervariasi dalam amplitudo tergantung pada penempatan elektroda perekam dan individu, tetapi biasanya pada urutan beberapa milivolt saat merekam dari pergelangan tangan. (Meskipun tidak perlu untuk pengaturan ini, amplitudo sinyal dapat ditingkatkan dengan menempatkan elektroda di dada, tetapi trade-off adalah kebisingan dari gerakan paru-paru.)

-

Saya telah menyertakan skema pengaturan. Sirkuit pada gambar harus memperkuat sinyal Anda ~ 1000 kali lipat. Anda mungkin perlu menyesuaikan ini tergantung pada jenis op-amp yang Anda putuskan untuk digunakan. Cara cepat untuk menyesuaikan ini adalah dengan mengubah nilai R1. Dengan memotong nilai R1 menjadi dua, Anda akan menggandakan gain output dan sebaliknya.

-

Saya berasumsi bahwa sebagian besar dari Anda dapat menerjemahkan sirkuit ini ke papan tempat memotong roti, namun saya telah menyertakan diagram pengaturan papan tempat memotong roti untuk merampingkan proses dan semoga mengurangi waktu pemecahan masalah Anda. Saya juga menyertakan gambar pinout UA741 (atau LM741) untuk kenyamanan Anda. (untuk keperluan Anda, Anda tidak memerlukan pin 1, 5, atau 8) Pin V+ dan V- pada op-amp akan terhubung ke suplai +15 V dan -15 V Anda masing-masing. -15V tidak sama dengan ground! Anda dapat mengabaikan kapasitor di papan tempat memotong roti saya. Mereka adalah kapasitor bypass yang dimaksudkan untuk menghilangkan kebisingan AC, tetapi dalam retrospeksi tidak sepadan dengan usaha.

-

Saya sarankan menguji setiap tahap saat Anda menyelesaikannya untuk memecahkan masalah. Seperti yang ditunjukkan rangkaian, Anda dapat menghubungkan salah satu input ke ground, dan yang lainnya ke sumber DC kecil untuk memeriksa amplifikasi. (pastikan Anda memasukkan <15 mV jika tidak, Anda akan menjenuhkan op-amp). Jika Anda perlu mengurangi keuntungan Anda untuk pengujian, jangan khawatir, apa pun di atas keuntungan 500 kali lipat akan banyak untuk tujuan kami. Selain itu, jika Anda membangun sirkuit Anda untuk mendapatkan keuntungan 1000 dan itu hanya menunjukkan keuntungan 800, itu bukan akhir dunia, jumlah pastinya tidak penting.

-

Langkah 4: Bangun Filter Takik

Sekarang kita dapat memperkuat sinyal kita, mari kita lihat membersihkannya. Jika Anda menghubungkan elektroda ke sirkuit kami sekarang, kemungkinan akan ada satu ton kebisingan 60 Hz. Itu karena sebagian besar bangunan disambungkan dengan arus AC 60 Hz yang menyebabkan sinyal noise besar yang tak terhindarkan. Untuk mengatasinya, kami akan membuat filter takik 60 Hz. Filter takik dirancang untuk melemahkan frekuensi yang sangat spesifik dan membiarkan frekuensi lain tidak tersentuh; sempurna untuk menghilangkan kebisingan 60 Hz.

-

Seperti sebelumnya, saya telah menyertakan gambar skema sirkuit, pengaturan papan tempat memotong roti, dan sirkuit saya sendiri. Sebagai catatan, sementara filter takik adalah tahap yang relatif mudah untuk dibuat, butuh waktu paling lama bagi saya untuk mulai bekerja. Input saya dilemahkan dengan baik, tetapi pada 63 Hz, bukan 60 Hz, yang tidak akan memotongnya. Jika Anda mengalami masalah yang sama, saya sarankan Anda mengubah nilai R14 Anda. (Meningkatkan resistansi R14 akan menurunkan frekuensi redaman Anda dan sebaliknya). Jika Anda memiliki kotak resistor variabel, gunakan untuk mengganti R14, lalu mainkan dengan nilai resistansi untuk mengetahui dengan tepat apa yang terbaik, karena akan sensitif terhadap perubahan urutan ohm tunggal. Saya berakhir dengan 175 ohm R14, tetapi secara teori ini bekerja paling baik untuk mencocokkan R12.

-

Sekali lagi, Anda dapat menguji tahap ini dengan menggunakan generator fungsi untuk memasukkan gelombang sinus 60 Hz dan merekam output Anda pada osiloskop. Output Anda harus sekitar -20 dB atau 10% amplitudo input. Seperti yang saya katakan sebelumnya, Anda dapat memeriksa frekuensi terdekat untuk pengoptimalan.

-

Langkah 5: Bangun Filter Low-Pass

Seperti disebutkan sebelumnya, faktor penting lainnya adalah mengurangi kebisingan dari tubuh Anda dan apa pun yang mengganggu ruangan tempat Anda berada. Filter lolos rendah bagus untuk melakukan ini karena, sejauh sinyal berjalan, detak jantung Anda cukup lambat. Tujuan kami dengan filter low-pass adalah untuk menghilangkan semua sinyal yang mengandung frekuensi lebih tinggi dari EKG Anda. Untuk melakukan ini kita perlu melakukan penunjukan "frekuensi cutoff". Dalam kasus kami, semua yang berada di atas frekuensi ini ingin kami hilangkan, dan semua yang berada di bawah frekuensi ini ingin kami pertahankan. Sementara detak jantung terjadi pada urutan 1 hingga 3 Hertz, bentuk gelombang individu yang membentuk EKG kami terdiri dari frekuensi yang jauh lebih tinggi dari ini; mendekati 1 sampai 50 Hertz. Karena itu, saya memilih frekuensi cutoff 80 Hz. Ini cukup tinggi untuk menyimpan semua komponen yang berguna dalam sinyal, tetapi masih memotong kebisingan dari radio HAM yang Anda miliki di kamar sebelah.

-

Saya tidak memiliki saran bijak tentang filter low-pass, ini sangat sederhana dibandingkan dengan tahapan lainnya. Sama halnya dengan amplifier, jangan khawatir tentang mendapatkan cutoff yang tepat pada 80 Hz; ini tidak penting dan tidak akan terjadi secara realistis. Meskipun demikian, Anda harus memeriksa outputnya dengan menggunakan generator fungsi. Sebagai aturan praktis, gelombang sinus harus melewati filter tanpa tersentuh pada 10 Hz, dan harus dipotong setengahnya sebesar 130 Hz.

-

Langkah 6: Hubungkan

Jika Anda sudah sejauh ini, selamat! Anda memiliki semua komponen EKG. Yang perlu Anda lakukan hanyalah menghubungkan keduanya, menempelkan elektroda, dan menghubungkan output ke osiloskop untuk melihat EKG Anda!

-

Jika Anda tidak yakin tentang cara memasang elektroda, saya sarankan menempelkan elektroda input di pergelangan tangan Anda (satu di setiap pergelangan tangan) dan menghubungkan elektroda ground ke kaki Anda (gambar mungkin membantu.) Sebagai pengingat, setiap elektroda input harus pergi input positif pada op-amp di amplifier. (Ini hanya didasarkan pada diagram sirkuit untuk tujuan simulasi)

-

Setelah Anda terhubung, hubungkan output filter lolos rendah ke osiloskop dan banggalah pada diri Anda sendiri! Buat semua anak Anda memakai elektroda dan lihat detak jantung mereka. Heck, buat tetangga Anda datang mencobanya. Jika Anda merasa lebih termotivasi, hubungkan output ke mikrokontroler untuk menghitung detak jantung dari single. (Anda mungkin ingin menurunkan amplifikasi sebelum melakukan ini, mungkin papan yang Anda gunakan akan menggoreng). Terlepas dari itu, selamat atas pembuatannya, dan selamat membuat!

[Gambar diambil dari