Elektrokardiyogram Devresi: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Merhaba! Bu, şu anda Biyomedikal Mühendisliği okuyan ve devre dersi alan iki öğrenci tarafından yazılmıştır. Bir EKG oluşturduk ve sizinle paylaşmaktan büyük heyecan duyuyoruz.

Gereçler

Bu proje için ihtiyaç duyulacak temel malzemeler şunlardır:

- ekmek tahtası

- dirençler

- kapasitörler

- işlemsel yükselteçler (LM741)

- elektrotlar

Ayrıca listelenen elektronik ekipmana da ihtiyacınız olacak:

- DC güç kaynağı

- Fonksiyon üreticisi

- Osiloskop

Adım 1: Diferansiyel Amplifikatör

Neden gerekli?

Diferansiyel yükselteç, sinyali yükseltmek ve elektrotlar arasında oluşabilecek gürültüyü azaltmak için kullanılır. Gürültü, iki elektrottan gelen voltaj farkı alınarak azaltılır. Gerekli direnç değerlerini belirlemek için amplifikatörün 1000 kazanç oluşturmasını istediğimize karar verdik.

Nasıl inşa edilir?

Bunu başarmak için, bir diferansiyel yükseltici için kazanç denklemi kullanıldı, matematik ekteki resimde bulunabilir. Hesaplarken direnç değerlerinin 100Ω ve 50kΩ olması gerektiği bulundu. Ancak 50 kΩ direncimiz olmadığı için 47 kΩ kullandık. Hem LTSpice hem de devre tahtası için diferansiyel amplifikatörün kurulumu ekteki fotoğrafta görülebilir. Diferansiyel amplifikatör, onu bağlamak için bir devre tahtasına, 1 x 100Ω direnç, 6 x 47kΩ direnç, 3 LM741 operasyonel amplifikatör ve çok sayıda atlama kablosu gerektirir.

Nasıl test edilir?

LTSpice'de ve fiziksel cihazda test ederken, 1000 kazanç sağladığından emin olmak istersiniz. Bu, kazanç = Vout/ Vin kazanç denklemi kullanılarak yapılır. Vout tepeden tepeye çıktıdır ve Vin tepeden tepeye girdidir. Örneğin, fonksiyon üretecini test etmek için devreye 10 mV tepeden tepeye girerdim, bu yüzden 10V'luk bir çıkış almalıyım.

2. Adım: Çentik Filtresi

Neden gerekli?

Gürültüyü ortadan kaldırmak için bir çentik filtresi oluşturulur. Çoğu binada devrede gürültü oluşturacak 60 Hz AC akım bulunduğundan, 60 Hz'de sinyali azaltacak bir çentik filtresi yapmaya karar verdik.

Nasıl inşa edilir?

Çentik filtre tasarımı, yukarıdaki görüntüye dayanmaktadır. Dirençler ve kapasitörler için değerleri hesaplamak için denklemler de yukarıda listelenmiştir. Sahip olduğumuz bir kapasitör değeri olduğu için 60 Hz ve 0.1 uF kapasitör frekansı kullanmaya karar verdik. Denklemleri hesaplarken, R1 & R2'nin 37, 549 kΩ'a eşit olduğunu ve R3'ün değerinin 9021.19 Ω olduğunu bulduk. Bu değerleri devre kartımızda oluşturabilmek için R1 ve R2 için 39 kΩ, R3 için 9.1 kΩ kullandık. Genel olarak, notch filtresi 1 x 9,1kΩ direnç, 2 x 39kΩ direnç, 3 x 0,1 uF kapasitör, 1 LM741 işlemsel yükselteç ve çok sayıda atlama kablosu gerektirir. Hem LTSpice hem de devre tahtası için notch filtresi kurulumunun şeması yukarıdaki bir resimde.

Nasıl test edilir?

Çentik filtresinin işlevselliği, bir AC taraması yapılarak test edilebilir. 60 Hz hariç tüm frekanslar filtreden geçmelidir. Bu hem LTSpice hem de fiziksel devre üzerinde test edilebilir.

Adım 3: Alçak Geçiren Filtre

Neden gerekli?

Vücudunuzdan ve çevremizdeki odadan gelen gürültüyü azaltmak için alçak geçiren bir filtre gereklidir. Alçak geçiren filtre için kesim frekansına karar verirken, kalp atışının 1 Hz-3Hz arasında gerçekleştiğini ve EKG'yi oluşturan dalga formlarının 1-50 Hz civarında olduğunu dikkate almak önemlidir.

Nasıl inşa edilir?

Kesme frekansını 60 Hz yapmaya karar verdik, böylece tüm faydalı sinyalleri almaya devam edebildik ama aynı zamanda gereksiz sinyali de kesebildik. Kesim frekansını 70 Hz olarak belirlerken, kitimizde bulunan 0,15 uF kapasitör değerini seçmeye karar verdik. Kondansatör değeri hesaplaması resimde görülebilir. Hesaplamanın sonucu 17.638 kΩ'luk bir direnç değeriydi. 18 kΩ direnç kullanmayı seçtik. Alçak geçiren filtre, 2 x 18kΩ direnç, 2x0.15 uF kapasitör, 1 LM741 işlemsel yükselteç ve çok sayıda atlama kablosu gerektirir. Hem LTSpice hem de fiziksel devre için alçak geçiren filtrenin şeması resimde bulunabilir.

Nasıl test edilir?

Alçak geçiren filtre, hem LTSpice hem de fiziksel devre üzerinde bir AC taraması kullanılarak test edilebilir. AC taramasını çalıştırırken, kesmenin altındaki frekansların değişmediğini, ancak kesmenin üzerindeki frekansların filtrelenmeye başladığını görmelisiniz.

Adım 4: Projeyi Tamamlayın

Devre tamamlandığında yukarıdaki resimdeki gibi görünmelidir! Artık elektrotları vücudunuza takmaya ve EKG'nizi görmeye hazırsınız! Osiloskopla birlikte EKG, Arduino'da da görüntülenebilir.