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

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

Elektrokardiogram, atau EKG, adalah metode yang sangat tua untuk mengukur dan menganalisis kesehatan jantung. Sinyal yang dibaca dari EKG dapat menunjukkan jantung yang sehat atau berbagai masalah. Desain yang andal dan akurat penting karena jika sinyal EKG menunjukkan bentuk gelombang yang berubah bentuk atau detak jantung yang salah, seseorang mungkin salah didiagnosis. Tujuannya adalah untuk merancang rangkaian EKG yang mampu memperoleh, memperkuat dan menyaring sinyal EKG. Kemudian, ubah sinyal tersebut melalui konverter A/D ke Labview untuk menghasilkan grafik waktu nyata dan detak jantung dalam BPM dari sinyal EKG. Bentuk gelombang keluaran akan terlihat seperti gambar ini.

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: Merancang Sirkuit

Sirkuit harus mampu memperoleh dan memperkuat sinyal EKG. Untuk melakukan itu, kami akan menggabungkan tiga filter aktif; sebuah Amplifier Instrumentasi, filter Low-Pass Butterworth Orde Kedua, dan Filter Takik. Desain sirkuit ini dapat dilihat pada gambar. Kami akan membahasnya satu per satu, lalu menyatukannya untuk menyelesaikan sirkuit penuh.

Langkah 2: Penguat Instrumentasi

Gain penguat instrumentasi perlu 1000 V/V untuk mendapatkan sinyal yang baik. Amplifikasi melalui penguat instrumentasi terjadi dalam dua tahap. Tahap pertama terdiri dari dua op amp di sebelah kiri dan resistor R1 dan R2 dan tahap kedua terdiri dari op amp di sebelah kanan dan resistor R3 dan R4. Gain (amplifikasi) untuk tahap 1 dan tahap 2 diberikan dalam persamaan (1) dan (2).

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

Tahap 2 Keuntungan: K2 = R4/R3 (2)

Catatan penting tentang penguatan di sirkuit adalah perkalian; misalnya gain dari rangkaian keseluruhan pada Gambar 2 adalah K1*K2. Persamaan ini menghasilkan nilai yang ditunjukkan dalam skema. Bahan yang dibutuhkan untuk filter ini adalah tiga buah op amp LM741, tiga buah resistor 1k ohm, dua buah resistor 24,7 kohm dan dua buah resistor 20 kohm.

Langkah 3: Filter Takik

Tahap selanjutnya adalah Notch Filter untuk meredam noise pada 60 Hz. Frekuensi ini perlu dipotong karena ada banyak noise tambahan pada 60 Hz karena gangguan saluran listrik, tetapi tidak akan menghilangkan sinyal EKG yang signifikan. Nilai untuk komponen yang digunakan dalam rangkaian didasarkan pada frekuensi yang ingin Anda saring, dalam hal ini 60 Hz (377 rad/s). Persamaan komponennya adalah sebagai berikut

R1 = 1/ (6032*C)

R2= 16 / (377*C)

R3 = (R1R2)/ (R1 + R2)

Bahan yang diperlukan untuk ini adalah satu op amp LM741, tiga resistor dengan nilai 1658 ohm, 424,4 kohm dan 1651 ohm dan 3 kapasitor, dua pada 100 nF dan satu pada 200 nF.

Langkah 4: Filter Lulus Rendah

Tahap terakhir adalah filter Low-pass Butterworth Orde Kedua dengan frekuensi cutoff 250 Hz. Ini adalah frekuensi cutoff karena sinyal EKG hanya berkisar hingga maksimum 250 Hz. Persamaan untuk nilai komponen dalam filter didefinisikan dalam persamaan berikut:

R1 = 2/ (1571(1.4C2 + sortir(1.4^2 * C2^2 - 4C1C2)))

R2 = 1 / (1571*C1*C2*R1)

C1 < (C2 *1.4^2) / 4

Bahan yang dibutuhkan untuk filter ini adalah satu op amp LM741, dua resistor 15,3 kohm dan 25,6 kohm, dan dua kapasitor 47 nF dan 22 nF.

Setelah ketiga tahap dirancang dan dibangun, sirkuit akhir akan terlihat seperti foto.

Langkah 5: Menguji Sirkuit

Setelah rangkaian dibangun, perlu diuji untuk memastikannya berfungsi dengan baik. Sapuan AC perlu dijalankan pada setiap filter menggunakan sinyal input jantung pada 1 Hz dari generator tegangan. Respon magnitudo dalam dB akan terlihat seperti gambar. Jika hasil dari sapuan AC sudah benar maka rangkaian selesai dan siap digunakan. Jika responsnya tidak benar, sirkuit perlu di-debug. Mulailah dengan memeriksa semua koneksi dan input daya untuk memastikan semuanya memiliki koneksi yang baik. Jika ini tidak menyelesaikan masalah, gunakan persamaan untuk komponen filter untuk menyesuaikan nilai resistor dan kapasitor sesuai kebutuhan hingga output berada di tempat yang seharusnya.

Langkah 6: Membangun VUI di Labview

Labview adalah perangkat lunak akuisisi data digital yang memungkinkan pengguna mendesain VUI, atau antarmuka pengguna virtual. Papan DAQ adalah konverter A/D yang dapat mengubah dan mengirimkan sinyal EKG ke Labview. Dengan menggunakan perangkat lunak ini, sinyal EKG dapat diplot pada grafik amplitudo vs. waktu untuk membaca sinyal dengan jelas dan kemudian mengubah sinyal menjadi detak jantung dalam BPM. Hal pertama yang diperlukan untuk ini adalah papan DAQ yang memperoleh data dan mengubahnya menjadi sinyal digital untuk dikirim ke Labview di komputer. Hal pertama yang perlu ditambahkan ke desain Labview adalah DAQ Assistant, yang memperoleh sinyal dari papan DAQ dan mendefinisikan parameter sampling. Langkah selanjutnya adalah menghubungkan grafik bentuk gelombang ke output asisten DAQ pada desain VUI yang memplot sinyal EKG yang menunjukkan bentuk gelombang EKG. Sekarang setelah grafik bentuk gelombang selesai, data juga perlu dikonversi untuk menghasilkan output numerik dari detak jantung. Langkah pertama dalam perhitungan ini adalah menemukan data EKG maksimum dengan menghubungkan elemen maks/min ke output data DAQ di VUI, dan kemudian mengeluarkannya ke elemen lain yang disebut deteksi puncak dan ke elemen yang akan menemukan perubahan waktu yang disebut dt. Elemen pendeteksi puncak juga membutuhkan ambang batas dari max/min yang dihitung dengan mengambil maksimum dari elemen max min dan mengalikannya dengan.8, untuk menemukan 80% dari nilai maksimum, kemudian diinput ke elemen pendeteksi puncak. Ambang batas ini memungkinkan elemen pendeteksi puncak untuk menemukan maksimum gelombang R dan lokasi terjadinya maksimum sambil mengabaikan puncak sinyal lainnya. Lokasi puncak kemudian dikirim ke elemen array indeks yang ditambahkan berikutnya pada VUI. Elemen array indeks diatur untuk disimpan pada array dengan dan indeks mulai dari 0, dan kemudian yang lain dimulai dengan indeks 1. Kemudian, ini dikurangkan satu sama lain untuk menemukan perbedaan dari dua lokasi puncak, yang sesuai dengan nomor titik antara setiap puncak. Jumlah poin dikalikan dengan perbedaan waktu antara setiap titik memberikan waktu yang dibutuhkan untuk setiap ketukan terjadi. Ini dicapai dengan mengalikan output dari elemen dt dan output dari pengurangan dua array. Angka ini kemudian dibagi dengan 60, untuk menemukan ketukan per menit, dan kemudian dikeluarkan menggunakan elemen indikator numerik pada VUI. Pengaturan desain VUI di Labview ditunjukkan pada Gambar.

Langkah 7: Gabungkan Semuanya

Setelah VUI selesai di Labview, langkah terakhir adalah menghubungkan sirkuit ke papan DAQ, sehingga sinyal berjalan melalui sirkuit, ke papan, lalu ke Labview. Jika semuanya bekerja dengan baik, sinyal 1 Hz akan menghasilkan bentuk gelombang yang ditunjukkan pada gambar dan detak jantung 60 denyut per menit. Sekarang Anda memiliki EKG dan Monitor Digital Detak Jantung yang berfungsi.