EKG dan Monitor Detak Jantung: 7 Langkah (dengan Gambar)

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.

Salah satu alat diagnostik terpenting yang digunakan untuk mendeteksi kondisi ini adalah elektrokardiogram (EKG). Elektrokardiogram bekerja dengan melacak impuls listrik melalui jantung Anda dan mengirimkannya kembali ke mesin [1]. Sinyal diambil dari elektroda yang ditempatkan pada tubuh. Penempatan elektroda sangat penting untuk menangkap sinyal fisiologis karena mereka bekerja dengan merekam perbedaan potensial di seluruh tubuh. Penempatan elektroda standar adalah menggunakan Segitiga Einthoven. Di sinilah satu elektroda diletakkan di lengan kanan, lengan kiri dan kaki kiri. Kaki kiri bertindak sebagai dasar untuk elektroda dan mengambil frekuensi kebisingan di tubuh. Lengan kanan memiliki elektroda negatif dan kiri memiliki elektroda positif untuk menghitung beda potensial di dada dan oleh karena itu mengambil energi listrik dari jantung [2]. Tujuan dari proyek ini adalah untuk membuat perangkat yang berhasil memperoleh sinyal EKG dan mereproduksi sinyal dengan jelas tanpa noise dan dengan penambahan pengukuran detak jantung.

Langkah 1: Bahan dan Alat

• Berbagai resistor dan kapasitor
• Papan tempat memotong roti
• Pembangkit fungsi
• Osiloskop
• catu daya DC
• Op-amp
• Komputer dengan LABView terpasang
• kabel BNC
• asisten DAQ

Langkah 2: Bangun Penguat Instrumentasi

Untuk memperkuat sinyal bioelektrik secara memadai, penguatan keseluruhan dari penguat instrumentasi dua tahap harus 1000. Setiap tahap dikalikan untuk mendapatkan penguatan keseluruhan dan persamaan yang digunakan untuk menghitung masing-masing tahap ditunjukkan di bawah ini.

Perolehan Tahap 1: K1=1+2*R2/R1 Perolehan Tahap 2: K2= -R4/R3

Dengan menggunakan persamaan di atas, nilai resistor yang kami gunakan adalah R1 = 10kΩ, R2 = 150kΩ, R3 = 10kΩ, dan R4 = 33kΩ. Untuk memastikan bahwa nilai-nilai ini akan memberikan output yang diinginkan, Anda dapat mensimulasikannya secara online atau Anda dapat mengujinya menggunakan osiloskop setelah membangun penguat fisik.

Setelah menghubungkan resistor yang dipilih dan op-amp di papan tempat memotong roti, Anda perlu memberi daya op-amp ±15V dari catu daya DC. Selanjutnya, hubungkan generator fungsi ke input penguat instrumentasi dan osiloskop ke output.

Foto di atas menunjukkan penguat instrumentasi yang sudah selesai akan terlihat seperti di papan tempat memotong roti. Untuk memeriksa apakah berfungsi dengan baik, atur generator fungsi untuk menghasilkan gelombang sinus pada 1kHz dengan amplitudo puncak ke puncak 20 mV. Output dari amplifier pada osiloskop harus memiliki amplitudo puncak ke puncak 20 V, karena ada penguatan 1000, jika berfungsi dengan baik.

Langkah 3: Buat Filter Takik

Karena kebisingan saluran listrik, filter diperlukan untuk menyaring kebisingan pada 60Hz yang merupakan kebisingan saluran listrik di Amerika Serikat. Filter takik digunakan karena menyaring frekuensi tertentu. Persamaan berikut digunakan untuk menghitung nilai resistor. Faktor kualitatif (Q) dari 8 bekerja dengan baik dan nilai kapasitor 0,1uF dipilih untuk kemudahan konstruksi. Frekuensi dalam persamaan (digambarkan sebagai w) adalah frekuensi takik 60Hz dikalikan 2π.

R1=1/(2QwC)

R2=2Q/(wC)

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

Dengan menggunakan persamaan di atas, nilai resistor yang kami gunakan adalah R1=1.5kΩ, R2=470kΩ dan R3=1.5kΩ. Untuk memastikan bahwa nilai-nilai ini akan memberikan output yang diinginkan, Anda dapat mensimulasikannya secara online atau Anda dapat mengujinya menggunakan osiloskop setelah membangun penguat fisik.

Gambar di atas menunjukkan seperti apa filter takik yang sudah selesai di papan tempat memotong roti. Setup untuk op-amp sama dengan penguat instrumentasi dan generator fungsi sekarang harus diatur untuk menghasilkan gelombang sinus pada 1kHz dengan amplitudo puncak ke puncak 1V. Jika Anda melakukan Sapu AC, Anda harus dapat memverifikasi bahwa frekuensi sekitar 60Hz difilter.

Langkah 4: Buat Filter Lulus Rendah

Untuk menyaring kebisingan frekuensi tinggi yang tidak terkait dengan EKG, filter lolos rendah dibuat dengan frekuensi cutoff 150 Hz.

R1=2/(w[aC2+sqrt(a2+4b(K-1))C2^2-4b*C1*C2)

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

R3=K(R1+R2)/(K-1)

C1 <= C2[a^2+4b(K-1)]/4b

R4=K(R1+R2)

Dengan menggunakan persamaan di atas, nilai resistor yang kami gunakan adalah R1 = 12kΩ, R2 = 135kΩ, C1 = 0,01 F, dan C2 = 0,068 F. Nilai untuk R3 dan R4 berakhir menjadi nol karena kami menginginkan penguatan, K, dari filter menjadi nol, oleh karena itu kami menggunakan kabel alih-alih resistor di sini dalam pengaturan fisik. Untuk memastikan bahwa nilai-nilai ini akan memberikan output yang diinginkan, Anda dapat mensimulasikannya secara online atau Anda dapat mengujinya menggunakan osiloskop setelah membangun penguat fisik.

Untuk membangun filter fisik, sambungkan resistor dan kapasitor yang dipilih ke op-amp seperti yang ditunjukkan pada skema. Nyalakan op-amp dan sambungkan generator fungsi dan osiloskop dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan pada langkah sebelumnya. Atur generator fungsi untuk menghasilkan gelombang sinus pada 150Hz dan dengan amplitudo puncak-ke-puncak sekitar 1 V. Karena 150Hz harus menjadi frekuensi cutoff, jika filter bekerja dengan benar, besarnya harus 3dB pada frekuensi ini. Ini akan memberi tahu Anda apakah filter sudah diatur dengan benar.

Langkah 5: Hubungkan Semua Komponen Bersama

Setelah membangun setiap komponen dan mengujinya secara terpisah, semuanya dapat dihubungkan secara seri. Hubungkan generator fungsi ke input penguat instrumentasi, lalu hubungkan outputnya ke input filter takik. Lakukan ini lagi dengan menghubungkan output filter takik ke input filter lolos rendah. Output dari filter low-pass kemudian harus terhubung ke osiloskop.

Langkah 6: Siapkan LabVIEW

Bentuk gelombang detak jantung EKG kemudian ditangkap menggunakan asisten DAQ dan LabView. Asisten DAQ memperoleh sinyal analog dan menentukan parameter pengambilan sampel. Hubungkan asisten DAQ ke generator fungsi yang mengeluarkan sinyal jantung arb dan ke komputer dengan LabView. Setup LabView sesuai dengan skema yang ditunjukkan di atas. Asisten DAQ akan membawa gelombang jantung dari generator fungsi. Tambahkan grafik bentuk gelombang ke penyiapan LabView Anda juga untuk melihat grafik. Gunakan operator numerik untuk menetapkan ambang batas untuk nilai maksimum. Dalam skema yang ditunjukkan 80% digunakan. Analisis puncak juga harus digunakan untuk menemukan lokasi puncak dan menghubungkannya dengan perubahan waktu. Kalikan frekuensi puncak dengan 60 untuk menghitung denyut per menit dan angka ini ditampilkan di sebelah grafik.

Langkah 7: Sekarang Anda Dapat Merekam EKG

[1] “Elektrokardiogram - Pusat Informasi Jantung Institut Jantung Texas.” [On line]. Tersedia: https://www.texasheart.org/HIC/Topics/Diag/diekg.cfm. [Diakses: 09-Des-2017].

[2] “Pemimpin EKG, Polaritas, dan Segitiga Einthoven – Fisiolog Mahasiswa.” [On line]. Tersedia: https://thephysiologist.org/study-materials/the-ecg-leads-polarity-and-einthovens-triangle/. [Diakses: 10-Des-2017].