Monitor EKG: 8 Langkah

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

PEMBERITAHUAN: 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.

Elektrokardiografi adalah proses perekaman sinyal listrik yang dihasilkan oleh jantung pasien untuk memperoleh informasi tentang aktivitas jantung. Agar sinyal listrik dapat ditangkap secara efektif, maka harus disaring dan diperkuat melalui komponen listrik. Informasi juga harus disajikan kepada pengguna dengan cara yang jelas dan efektif.

Instruksi berikut menguraikan cara membangun sirkuit amplifikasi/penyaringan serta antarmuka pengguna. Ini melibatkan membangun penguat instrumentasi, filter takik, filter lolos rendah, dan antarmuka pengguna di LabVIEW.

Langkah pertama dalam proses ini adalah untuk menentukan persyaratan dari rangkaian analog. Setelah mendefinisikan persyaratan, keputusan dibuat tentang komponen utama apa yang akan membentuk sirkuit. Kemudian, detail yang lebih kecil dibahas mengenai karakteristik komponen utama ini, dan akhirnya fase desain rangkaian diakhiri dengan mendefinisikan nilai pasti dari setiap resistor dan kapasitor dalam rangkaian.

Langkah 1: Menentukan Persyaratan dan Komponen Utama

Tugas sirkuit adalah memperkuat sinyal EKG yang dihasilkan oleh pasien, dan menyaring semua kebisingan yang terkait. Sinyal mentah terdiri dari bentuk gelombang kompleks dengan amplitudo maksimum kira-kira 2 mV dan komponen frekuensi dalam kisaran 100 Hz hingga 250 Hz di kompleks QRS. Ini adalah sinyal yang akan diperkuat dan direkam.

Di atas sinyal yang menarik itu, kebisingan dihasilkan dari beberapa sumber. Catu daya menghasilkan kebisingan 60 Hz dan gerakan pasien menghasilkan artefak dalam kisaran kurang dari 1 Hz. Lebih banyak suara frekuensi tinggi diperkenalkan dari radiasi latar belakang dan sinyal telekomunikasi seperti telepon seluler dan internet nirkabel. Kumpulan noise ini merupakan sinyal yang akan disaring.

Sirkuit harus terlebih dahulu memperkuat sinyal mentah. Kemudian harus menyaring kebisingan 60 Hz, dan kebisingan lainnya di atas 160 Hz. Penyaringan kebisingan frekuensi rendah yang terkait dengan gerakan pasien dianggap tidak perlu, karena pasien dapat dengan mudah diinstruksikan untuk diam.

Karena sinyal diukur sebagai perbedaan potensial antara dua elektroda yang terletak pada pasien, amplifikasi dicapai melalui penggunaan penguat instrumentasi. Penguat perbedaan sederhana dapat digunakan juga, tetapi ampli instrumentasi sering kali berkinerja lebih baik dalam hal penolakan dan toleransi kebisingan. Pemfilteran 60 Hz dicapai melalui penggunaan filter takik, dan pemfilteran frekuensi tinggi lainnya dicapai melalui penggunaan filter lolos rendah. Ketiga elemen ini membentuk seluruh rangkaian analog.

Mengetahui tiga elemen rangkaian, detail yang lebih kecil dapat didefinisikan mengenai keuntungan, frekuensi cutoff, dan bandwidth komponen.

Amplifier instrumentasi akan diatur ke penguatan 670. Ini cukup besar untuk merekam sinyal EKG kecil, tetapi juga cukup kecil untuk memastikan bahwa op-amp berperilaku dalam rentang liniernya saat menguji rangkaian dengan sinyal mendekati 20 mV, sebagai adalah minimum pada beberapa generator fungsi.

Filter takik akan dipusatkan pada 60 Hz.

Filter lolos rendah akan memiliki frekuensi cutoff 160 Hz. Ini masih harus menangkap sebagian besar kompleks QRS dan menolak kebisingan latar belakang frekuensi tinggi.

Langkah 2: Penguat Instrumentasi

Skema di atas menggambarkan penguat instrumentasi.

Penguat memiliki dua tahap. Tahap pertama terdiri dari dua op-amp di sebelah kiri gambar di atas, dan tahap kedua terdiri dari satu op-amp di sebelah kanan. Gain masing-masing dapat dimodulasi sesuka hati, tetapi kami telah memutuskan untuk membuatnya dengan penguatan 670 V/V. Ini dapat dicapai dengan nilai resistansi berikut:

R1: 100 Ohm

R2: 3300 Ohm

R3: 100 Ohm

R4: 1000 Ohm

Langkah 3: Filter Takik

Skema di atas menjelaskan filter takik. Ini adalah filter aktif, jadi kita bisa memilih untuk memperkuat atau melemahkan sinyal jika kita mau, tapi kita sudah mencapai semua amplifikasi yang diperlukan, jadi kita memilih penguatan satu untuk op-amp ini. Frekuensi tengah harus 60 Hz dan faktor kualitas harus 8. Ini dapat dicapai dengan nilai komponen berikut:

R1: 503 Ohm

R2: 128612 Ohm

R3: 503 Ohm

C: 0.33 mikroFarad

Langkah 4: Filter Lulus Rendah

Sekali lagi, ini adalah filter aktif, jadi kita dapat memilih gain apa pun yang kita inginkan, tetapi kita akan memilih 1. Hal ini dilakukan dengan mengubah R4 di atas menjadi hubung singkat, dan R3 menjadi rangkaian terbuka. Sisanya, seperti komponen lainnya, dicapai dengan menggunakan persyaratan yang telah ditentukan sebelumnya dalam kombinasi dengan persamaan yang mengatur sirkuit untuk mendapatkan nilai elemen individual:

R1: 12056 Ohm

R2: 19873.6 Ohm

C1: 0,047 mikroFarad

C2: 0,1 mikroFarad

Langkah 5: Rancang Sirkuit Penuh Secara Virtual

Merancang sirkuit dalam perangkat lunak pembuatan sirkuit virtual seperti PSPICE dapat sangat membantu dalam menangkap kesalahan dan memperkuat rencana sebelum beralih ke fabrikasi sirkuit analog nyata. Pada titik ini, seseorang dapat menangkap sapuan AC dari sirkuit untuk memastikan bahwa semuanya berjalan sesuai rencana.

Langkah 6: Bangun Sirkuit Penuh

Sirkuit dapat dibangun dengan cara apa pun yang Anda suka, tetapi papan tempat memotong roti dipilih untuk kasus ini.

Perakitan pada papan tempat memotong roti direkomendasikan karena lebih mudah daripada menyolder, tetapi menyolder akan memberikan daya tahan lebih. Menempatkan kapasitor bypass 0,1 mikroFarad ke ground secara paralel dengan sumber daya juga disarankan, karena ini membantu menghilangkan penyimpangan yang tidak diinginkan dari daya konstan.

Langkah 7: Antarmuka Pengguna LabVIEW

Antarmuka pengguna LabVIEW adalah sarana untuk mengubah dari sinyal analog menjadi representasi visual dan numerik dari sinyal EKG yang mudah diinterpretasikan oleh pengguna. Papan DAQ digunakan untuk mengubah sinyal dari analog ke digital, dan data diimpor ke LabVIEW.

Perangkat lunak ini adalah program berbasis objek yang membantu dalam pemrosesan data dan pembuatan antarmuka. Data pertama-tama diwakili secara visual oleh grafik, dan kemudian beberapa pemrosesan sinyal dilakukan untuk menentukan frekuensi detak jantung sehingga dapat ditampilkan di sebelah grafik.

Untuk menentukan frekuensi detak jantung, seseorang harus mendeteksi detak jantung. Ini dapat dicapai dengan objek deteksi puncak Lab VIEW. Objek mengeluarkan indeks puncak dalam larik data yang diterima, yang kemudian dapat digunakan dalam perhitungan untuk menentukan waktu yang berlalu di antara detak jantung.

Karena detail LabVIEW akan menjadi Instructable yang sama sekali berbeda, kami akan menyerahkan detailnya ke sumber lain. Cara kerja program yang tepat dapat dilihat pada diagram blok yang disajikan di atas.

Langkah 8: Antarmuka Pengguna Akhir LabVIEW

Antarmuka pengguna akhir menampilkan sinyal yang diperkuat, disaring, diubah, dan diproses bersama dengan pembacaan frekuensi jantung dalam denyut per menit