Cara Membuat Monitor Digital EKG dan Detak Jantung: 6 Langkah

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

Elektrokardiogram (EKG) mengukur aktivitas listrik detak jantung untuk menunjukkan seberapa cepat jantung berdetak serta ritmenya. Ada impuls listrik, juga dikenal sebagai gelombang, yang berjalan melalui jantung untuk membuat otot jantung memompa darah setiap kali berdenyut. Atrium kanan dan kiri menciptakan gelombang P pertama, dan ventrikel kanan dan kiri bawah membuat kompleks QRS. Gelombang T terakhir adalah dari pemulihan listrik ke keadaan istirahat. Dokter menggunakan sinyal EKG untuk mendiagnosis kondisi jantung, jadi penting untuk mendapatkan gambar yang jelas.

Tujuan dari instruksi ini adalah untuk memperoleh dan menyaring sinyal elektrokardiogram (EKG) dengan menggabungkan penguat instrumentasi, filter takik, dan filter lolos rendah dalam suatu rangkaian. Kemudian sinyal akan melalui konverter A/D ke LabView untuk menghasilkan grafik real-time dan detak jantung dalam BPM.

"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."

Langkah 1: Rancang Penguat Instrumentasi

Untuk membangun penguat instrumentasi, kita membutuhkan 3 op amp dan 4 resistor yang berbeda. Penguat instrumentasi meningkatkan penguatan gelombang keluaran. Untuk desain ini, kami bertujuan untuk mendapatkan 1000V untuk mendapatkan sinyal yang baik. Gunakan persamaan berikut untuk menghitung resistor yang sesuai di mana K1 dan K2 adalah gain.

Tahap 1: K1 = 1 + (2R2/R1)

Tahap 2: K2 = -(R4/R3)

Untuk desain ini, R1 = 20,02Ω, R2 = R4 = 10kΩ, R3 = 10Ω digunakan.

Langkah 2: Rancang Filter Takik

Kedua, kita harus membangun filter takik menggunakan op amp, resistor, dan kapasitor. Tujuan dari komponen ini adalah untuk menyaring kebisingan pada 60 Hz. Kami ingin memfilter tepat pada 60 Hz, jadi semua yang di bawah dan di atas frekuensi ini akan berlalu, tetapi amplitudo bentuk gelombang akan terendah pada 60 Hz. Untuk menentukan parameter filter, kami menggunakan penguatan 1 dan faktor kualitas 8. Gunakan persamaan di bawah ini untuk menghitung nilai resistor yang sesuai. Q adalah faktor kualitas, w = 2*pi*f, f adalah frekuensi tengah (Hz), B adalah bandwidth (rad/sec), dan wc1 dan wc2 adalah frekuensi cutoff (rad/sec).

R1 = 1/(2QwC)

R2 = 2Q/(wC)

R3 = (R1+R2)/(R1+R2)

Q = w/B

B = wc2 - wc1

Langkah 3: Rancang Filter Low-pass

Tujuan dari komponen ini adalah untuk menyaring frekuensi di atas frekuensi cutoff tertentu (wc), pada dasarnya tidak memungkinkan mereka untuk melewatinya. Kami memutuskan untuk memfilter pada frekuensi 250 Hz untuk menghindari pemotongan terlalu dekat dengan frekuensi rata-rata yang digunakan untuk mengukur sinyal EKG (150 Hz). Untuk menghitung nilai yang akan kita gunakan untuk komponen ini, kita akan menggunakan persamaan berikut:

C1 <= C2(a^2 + 4b(k-1)) / 4b

C2 = 10/frekuensi cutoff (Hz)

R1 = 2 / (wc (a*C2 + (a^2 + 4b(k-1)C2^2 - 4b*C1*C2)^(1/2))

R2 = 1 / (b*C1*C2*R1*wc^2)

Kami akan mengatur gain sebagai 1, sehingga R3 menjadi sirkuit terbuka (tanpa resistor) dan R4 menjadi sirkuit pendek (hanya kabel).

Langkah 4: Uji Sirkuit

Sapuan AC dilakukan untuk setiap komponen untuk menentukan kemanjuran filter. Sapuan AC mengukur besarnya komponen pada frekuensi yang berbeda. Anda berharap untuk melihat bentuk yang berbeda tergantung pada komponennya. Pentingnya menyapu AC adalah untuk memastikan bahwa sirkuit berfungsi dengan baik setelah dibangun. Untuk melakukan tes ini di lab, cukup rekam Vout/Vin pada rentang frekuensi. Untuk penguat instrumentasi kami menguji dari 50 hingga 1000 Hz untuk mendapatkan jangkauan yang luas. Untuk filter takik, kami menguji dari 10 hingga 90 Hz untuk mendapatkan ide bagus tentang bagaimana komponen bereaksi di sekitar 60 Hz. Untuk filter lolos rendah, kami menguji dari 50 hingga 500 Hz untuk memahami bagaimana rangkaian bereaksi ketika itu dimaksudkan untuk lewat dan ketika itu dimaksudkan untuk berhenti.

Langkah 5: Sirkuit EKG di LabView

Selanjutnya, Anda ingin membuat diagram blok di LabView yang mensimulasikan sinyal EKG melalui konverter A/D dan kemudian memplot sinyal di komputer. Kami mulai dengan mengatur parameter sinyal papan DAQ kami dengan menentukan detak jantung rata-rata yang kami harapkan; kami memilih 60 denyut per menit. Kemudian dengan menggunakan frekuensi 1kHz, kami dapat menentukan bahwa kami perlu menampilkan kira-kira 3 detik untuk memperoleh 2-3 puncak EKG dalam plot bentuk gelombang. Kami menampilkan 4 detik untuk memastikan kami menangkap cukup puncak EKG. Diagram blok akan membaca sinyal yang masuk dan menggunakan deteksi puncak untuk menentukan seberapa sering detak jantung penuh terjadi.

Langkah 6: EKG dan Detak Jantung

Menggunakan kode dari diagram blok, EKG akan muncul di kotak bentuk gelombang, dan denyut per menit akan ditampilkan di sebelahnya. Anda sekarang memiliki monitor detak jantung yang berfungsi! Untuk lebih menantang diri Anda sendiri, coba gunakan sirkuit dan elektroda Anda untuk menampilkan detak jantung waktu nyata Anda!