Sirkuit EKG: 7 Langkah

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

EKG adalah tes yang mengukur aktivitas listrik jantung dengan merekam ritme dan aktivitas jantung. Ia bekerja dengan mengambil dan membaca sinyal dari jantung menggunakan lead yang terpasang pada mesin elektrokardiograf. Instruksi ini akan menunjukkan kepada Anda bagaimana membangun sirkuit yang merekam, menyaring, dan menampilkan sinyal bioelektrik jantung. Ini bukan perangkat medis. Ini untuk tujuan pendidikan hanya menggunakan sinyal simulasi. Jika menggunakan sirkuit ini untuk pengukuran EKG nyata, harap pastikan sirkuit dan koneksi sirkuit-ke-instrumen menggunakan teknik isolasi yang tepat.

Sirkuit ini berisi tiga tahapan berbeda yang dihubungkan secara seri dengan program LabView. Resistor di penguat instrumentasi dihitung dengan penguatan 975 untuk memastikan bahwa sinyal kecil dari jantung masih dapat ditangkap rangkaian. Filter takik menghilangkan kebisingan 60 Hz dari stopkontak di dinding. Filter lolos rendah memastikan bahwa kebisingan frekuensi tinggi dihilangkan dari sirkuit untuk deteksi sinyal yang lebih baik.

Sebelum memulai Instruksi ini, akan sangat membantu untuk membiasakan diri Anda dengan Penguat Operasional Tujuan Umum uA741. Pin yang berbeda dalam op-amp memiliki tujuan yang berbeda dan rangkaian tidak akan berfungsi jika dihubungkan secara tidak benar. Menghubungkan pin ke papan tempat memotong roti secara tidak benar juga merupakan cara mudah untuk menggoreng op-amp dan membuatnya tidak berfungsi. Tautan di bawah ini berisi skema yang digunakan untuk op-amp dalam instruksi ini.

Sumber Gambar:

Langkah 1: Kumpulkan Bahan

Bahan yang dibutuhkan untuk semua 3 tahap filter:

• Osiloskop
• Pembangkit fungsi
• Catu daya (+15V, -15V)
• Papan tempat memotong roti tanpa solder
• Berbagai kabel pisang dan klip buaya
• Stiker Elektroda EKG
• Berbagai kabel jumper

Penguat instrumentasi:

• 3 Op-amp (uA741)

• Resistor:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Filter takik:

• 1 Op-amp (uA741)

• Resistor:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 k

• Kapasitor:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Filter Lulus Rendah:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Resistor:

  • 23,8 k
  • 43 k

• Kapasitor:

  • 22 nF
  • 47 nF

Langkah 2: Bangun Penguat Instrumentasi

Sinyal biologis seringkali hanya menghasilkan tegangan antara 0,2 dan 2 mV [2]. Tegangan ini terlalu kecil untuk dianalisis pada osiloskop sehingga kami perlu membangun penguat.

Setelah rangkaian Anda dibuat, uji untuk memastikan bahwa ia bekerja dengan benar dengan mengukur tegangan pada Vout (ditunjukkan sebagai simpul 2 pada gambar di atas). Kami menggunakan generator fungsi untuk mengirim gelombang sinus dengan tegangan amplitudo input 20 mV ke penguat instrumentasi kami. Apa pun yang terlalu jauh di atas ini tidak akan memberikan hasil yang Anda cari karena op amp hanya mendapatkan daya dalam jumlah tertentu -15 dan +15 V. Bandingkan output generator fungsi dengan output penguat instrumentasi Anda dan cari penguatan yang mendekati 1000 V. (Vout/Vin harus sangat dekat dengan 1000).

Tip untuk pemecahan masalah: Pastikan semua resistor berada dalam kisaran kΩ.

[2]“Pengkondisian Sinyal Elektrokardiogram (EKG) Kinerja Tinggi | Pendidikan | Perangkat Analog.” [On line]. Tersedia: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Diakses: 10-Des-2017].]

Langkah 3: Buat Filter Takik

Filter takik kami dirancang untuk menyaring frekuensi pada 60 Hz. Kami ingin menyaring 60 Hz dari sinyal kami karena itu adalah frekuensi arus bolak-balik yang ditemukan di outlet listrik.

Saat menguji filter takik, ukur rasio puncak-ke-puncak antara grafik input dan output. Pada 60 Hz, harus ada rasio -20 dB atau lebih baik. Ini karena pada -20 dB, tegangan output pada dasarnya adalah 0V, artinya Anda berhasil menyaring sinyal pada 60 Hz! Uji frekuensi sekitar 60 Hz juga untuk memastikan tidak ada frekuensi lain yang tersaring secara tidak sengaja.

Tip untuk pemecahan masalah: Jika Anda tidak bisa mendapatkan -20dB tepat pada 60 Hz, pilih satu resistor dan ubah sedikit sampai Anda mendapatkan hasil yang diinginkan. Kami harus bermain-main dengan nilai R2 sampai kami mendapatkan hasil yang kami inginkan.

Langkah 4: Bangun Filter Lulus Rendah

Filter lolos rendah kami dirancang dengan frekuensi cutoff 150 Hz. Kami memilih cutoff ini karena rentang diagnostik terluas untuk EKG adalah 0,05 Hz - 150 Hz, dengan asumsi lingkungan tidak bergerak dan kebisingan rendah [3]. Filter low pass mampu menghilangkan noise berfrekuensi tinggi yang berasal dari otot atau bagian tubuh lainnya[4].

Untuk menguji rangkaian ini untuk memastikan bahwa ia bekerja dengan benar, ukur Vout (ditunjukkan sebagai simpul 1 dalam diagram rangkaian). Pada 150 Hz, amplitudo sinyal output harus 0,7 kali amplitudo sinyal input. Kami menggunakan sinyal input 1V agar dapat dengan mudah melihat bahwa output kami harus 0,7 pada 150 Hz.

Kiat untuk pemecahan masalah: selama frekuensi cutoff Anda berada dalam beberapa Hz dari 150 Hz, sirkuit Anda akan tetap berfungsi. Cutoff kami akhirnya menjadi 153 Hz. Rentang sinyal biologis akan sedikit berfluktuasi di dalam tubuh sehingga selama Anda tidak lebih dari beberapa Hz, sirkuit Anda akan tetap berfungsi.

[3] “Filter EKG | MEDTEQ.” [On line]. Tersedia: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Diakses: 10-Des-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson, dan S. J. Asirvatham, “Sinyal dan Pemrosesan Sinyal untuk Ahli Elektrofisiologi: Bagian I: Akuisisi Elektrogram,” Circ. Aritmia Elektrofisiol., vol. 4, tidak. 6, hlm. 965–973, Desember 2011.

Langkah 5: Buat Program LabView

[5] “Proyek Lab Desain BME 305” (Musim Gugur 2017).

Diagram blok tampilan lab ini dirancang untuk menganalisis sinyal yang melalui program, mendeteksi puncak EKG, mengumpulkan perbedaan waktu antara puncak, dan menghitung BPM secara matematis. Ini juga menampilkan grafik bentuk gelombang EKG.

Langkah 6: Hubungkan Semua Tiga Tahap

Hubungkan ketiga rangkaian secara seri dengan menghubungkan output penguat instrumentasi ke input notch filter dan output notch filter ke input low pass filter. Hubungkan output filter lolos rendah ke asisten DAQ dan hubungkan asisten DAQ ke komputer. Saat memasang kabel sirkuit bersama-sama, pastikan soket ekstensi untuk setiap papan tempat memotong roti terhubung dan strip arde semuanya terhubung ke terminal arde yang sama.

Pada penguat instrumentasi, op-amp kedua perlu di-ground-kan sehingga dua elektroda elektroda yang terhubung ke subjek uji masing-masing dapat terhubung ke op amp yang berbeda pada tahap pertama filter itu.

Langkah 7: Dapatkan Sinyal Dari Subjek Tes Manusia

Satu stiker elektroda harus ditempatkan di setiap pergelangan tangan, dan satu stiker harus ditempatkan di pergelangan kaki untuk ditanahkan. Gunakan klip buaya untuk menghubungkan kedua elektroda pergelangan tangan ke input amplifier instrumentasi dan pergelangan kaki ke ground. Jika sudah siap, klik "jalankan" pada program LabView dan lihat detak jantung dan EKG Anda di layar!