Bangun EKG Anda Sendiri!: 10 Langkah

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

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

Detak jantung terdiri dari kontraksi berirama yang diatur oleh presentasi spontan depolarisasi listrik di miosit jantung (sel otot jantung). Aktivitas listrik tersebut dapat ditangkap dengan menempatkan elektroda perekam noninvasif di sepanjang posisi tubuh yang berbeda. Bahkan dengan pemahaman pendahuluan tentang sirkuit dan bioelektrik, sinyal-sinyal ini dapat ditangkap dengan relatif mudah. Dalam Instruksi ini kami memperkenalkan metodologi sederhana yang dapat digunakan untuk menangkap sinyal elektrokardiografik dengan peralatan yang praktis dan murah. Sepanjang, kami akan menyoroti pertimbangan penting dalam perolehan sinyal tersebut, dan teknik saat ini untuk analisis sinyal terprogram.

Langkah 1: Gambaran Umum Fitur

Perangkat yang Anda buat akan berfungsi melalui fitur berikut:

1. Rekaman elektroda
2. Penguat instrumentasi
3. Filter takik
4. Filter lolos rendah
5. Konversi analog-ke-digital
6. Analisis sinyal menggunakan LabView

Beberapa komponen utama yang Anda perlukan:

1. NI LabView
2. Papan akuisisi data NI (untuk input ke LabView)
3. Catu daya DC (untuk memberi daya pada amplifier operasional)
4. Bantalan elektroda kulit untuk rekaman elektroda
5. ATAU generator fungsi yang dapat membuat sinyal EKG simulasi

Mari kita mulai!

Langkah 2: Rancang Filter Low-pass

EKG normal berisi fitur yang dapat diidentifikasi dalam bentuk gelombang sinyal yang disebut gelombang P, kompleks QRS, dan gelombang T. Semua fitur EKG akan muncul dalam rentang frekuensi di bawah 250 Hz, dan oleh karena itu, penting untuk hanya menangkap fitur yang diinginkan saat merekam EKG dari elektroda. Filter low-pass dengan frekuensi cutoff 250 Hz akan memastikan bahwa tidak ada noise frekuensi tinggi yang ditangkap dalam sinyal

Langkah 3: Rancang Filter Takik

Filter takik pada frekuensi 60 Hz berguna untuk menghilangkan noise dari catu daya apa pun yang terkait dengan perekaman EKG. Frekuensi cutoff antara 56,5 Hz dan 64 Hz akan memungkinkan sinyal dengan frekuensi di luar rentang tersebut untuk melewatinya. Faktor kualitas 8 diterapkan pada filter. Sebuah kapasitansi 0,1 uF dipilih. Resistor eksperimental dipilih sebagai berikut: R1=R3=1.5 kOhm, R2=502 kOhm. Nilai-nilai ini digunakan untuk membuat filter takik.

Langkah 4: Rancang Penguat Instrumentasi

Penguat instrumentasi dengan penguatan 1000 V/V akan memperkuat semua sinyal yang difilter untuk memudahkan pengukuran. Penguat menggunakan rangkaian penguat operasional dan dibagi menjadi dua tahap (kiri dan kanan) dengan masing-masing gain K1 dan K2. Gambar di atas menampilkan skema sirkuit yang dapat mencapai hasil ini dan Gambar 6 merinci perhitungan yang dibuat.

Langkah 5: Hubungkan Semuanya Bersama-sama

Tiga tahap amplifikasi dan penyaringan digabungkan pada Gambar 7 di bawah ini. Penguat instrumentasi menguatkan input frekuensi sinusoidal dengan penguatan 1000V/V. Selanjutnya, filter takik menghilangkan semua frekuensi sinyal 60 Hz dengan faktor kualitas 8. Akhirnya, sinyal melewati filter lolos rendah yang melemahkan sinyal di luar frekuensi 250 Hz. Gambar di atas menampilkan sistem lengkap yang dibuat secara eksperimental.

Langkah 6: …dan Pastikan Itu Berfungsi

Jika Anda memiliki generator fungsi, Anda harus membuat kurva respons frekuensi untuk memastikan respons yang tepat. Gambar di atas menunjukkan sistem lengkap dan kurva respons frekuensi yang Anda harapkan. Jika sistem Anda tampaknya berfungsi, maka Anda siap untuk melanjutkan ke langkah berikutnya: mengubah sinyal analog menjadi digital!

Langkah 7: (Opsional) Visualisasikan EKG Anda pada Osiloskop

EKG merekam sinyal dengan dua elektroda dan menggunakan elektroda ketiga sebagai ground. Dengan elektroda perekam EKG Anda, masukkan satu ke dalam satu input amplifier instrumentasi, yang lain ke input amp instrumentasi lainnya, dan hubungkan yang ketiga ke ground pada papan tempat memotong roti Anda. Selanjutnya, letakkan satu elektroda di satu pergelangan tangan, yang lain di pergelangan tangan lainnya, dan tempelkan di pergelangan kaki Anda. Ini adalah konfigurasi Lead 1 untuk EKG. Untuk memvisualisasikan sinyal pada osiloskop Anda, gunakan probe osiloskop untuk mengukur output tahap ketiga Anda.

Langkah 8: Dapatkan Data Dengan Instrumen Nasional DAQ

Jika Anda ingin menganalisis sinyal Anda di LabView, Anda memerlukan beberapa cara untuk mengumpulkan data analog dari EKG Anda dan mentransfernya ke komputer. Ada berbagai cara untuk memperoleh data! National Instruments adalah perusahaan yang mengkhususkan diri dalam perangkat akuisisi data dan perangkat analisis data. Mereka adalah tempat yang baik untuk mencari alat untuk mengumpulkan data. Anda juga dapat membeli chip konverter analog ke digital murah Anda sendiri, dan menggunakan Raspberry Pi untuk mengirimkan sinyal Anda! Ini mungkin pilihan yang lebih murah. Dalam hal ini, kami sudah memiliki modul NI DAQ dan NI ADC dan LabView di rumah, jadi kami menggunakan perangkat keras dan perangkat lunak Instrumen Nasional secara ketat.

Langkah 9: Impor Data ke LabVIEW

Bahasa pemrograman visual LabVIEW digunakan untuk menganalisis data yang dikumpulkan dari sistem amplifikasi/penyaringan analog. Data dikumpulkan dari unit NI DAQ dengan DAQ Assistant, fungsi pengumpulan data bawaan di LabVIEW. Menggunakan kontrol LabView, jumlah sampel dan durasi waktu untuk pengumpulan sampel ditentukan secara terprogram. Kontrol dapat disesuaikan secara manual, memungkinkan pengguna untuk menyempurnakan parameter input dengan mudah. Dengan jumlah total sampel dan durasi waktu yang diketahui, vektor waktu dibuat dengan setiap nilai indeks yang mewakili waktu yang sesuai pada setiap sampel dalam sinyal yang ditangkap.

Langkah 10: Format, Analisis, dan Selesai

Data dari fungsi asisten DAQ diubah menjadi format yang dapat digunakan. Sinyal diciptakan kembali sebagai larik 1D ganda dengan terlebih dahulu mengubah tipe data keluaran DAQ menjadi tipe data bentuk gelombang dan kemudian mengonversi ke pasangan ganda terkelompok (X, Y). Setiap nilai Y dari pasangan (X, Y) dipilih dan dimasukkan ke dalam array ganda 1D yang awalnya kosong dengan bantuan struktur perulangan. Array 1D ganda dan vektor waktu yang sesuai diplot pada grafik XY. Secara bersamaan, nilai maksimum dari larik 1D ganda diidentifikasi dengan fungsi identifikasi nilai maksimum. Enam persepuluh dari nilai maksimum digunakan sebagai ambang batas untuk algoritme deteksi puncak bawaan LabView. Nilai puncak dari array 1D ganda diidentifikasi dengan fungsi deteksi puncak. Dengan lokasi puncak diketahui, perbedaan waktu antara masing-masing puncak dihitung. Perbedaan waktu ini, dalam satuan detik per puncak, diubah menjadi puncak per menit. Nilai yang dihasilkan dianggap mewakili detak jantung dalam denyut per menit.

Itu dia! Anda sekarang telah mengumpulkan dan menganalisis sinyal EKG!