EKG Devresi: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:21

EKG, kalbin ritmini ve aktivitesini kaydederek kalbin elektriksel aktivitesini ölçen bir testtir. Bir elektrokardiyograf makinesine bağlı kabloları kullanarak kalpten sinyal alıp okuyarak çalışır. Bu Eğitilebilir Tablo size kalbin biyoelektrik sinyalini kaydeden, filtreleyen ve görüntüleyen bir devrenin nasıl oluşturulacağını gösterecektir. Bu tıbbi bir cihaz değildir. Bu, yalnızca simüle edilmiş sinyallerin kullanıldığı eğitim amaçlıdır. Bu devreyi gerçek EKG ölçümleri için kullanıyorsanız, lütfen devrenin ve devre-enstrüman bağlantılarının uygun izolasyon tekniklerini kullandığından emin olun.

Bu devre, bir LabView programı ile seri olarak birbirine bağlanmış üç farklı aşama içerir. Enstrümantasyon amplifikatöründeki dirençler, kalpten gelen küçük sinyallerin hala devreden alınabilmesini sağlamak için 975'lik bir kazançla hesaplandı. Çentik filtresi duvardaki elektrik prizinden gelen 60 Hz gürültüyü alır. Alçak geçiren filtre, daha iyi sinyal tespiti için yüksek frekanslı gürültünün devreden çıkarılmasını sağlar.

Bu Eğitilebilir Tabloya başlamadan önce, uA741 Genel Amaçlı Operasyonel Amplifikatöre aşina olmanız faydalı olacaktır. Op-amp'deki farklı pinlerin farklı amaçları vardır ve yanlış bağlanırlarsa devre çalışmayacaktır. Pimleri devre tahtasına yanlış bağlamak, op-amp'i kızartmanın ve işlevsiz hale getirmenin kolay bir yoludur. Aşağıdaki bağlantı, bu talimatta op-amp'ler için kullanılan şemayı içerir.

Görsel Kaynağı:

Adım 1: Materyalleri Toplayın

Filtrenin 3 aşamasının tamamı için gerekli malzemeler:

• Osiloskop
• Fonksiyon üreticisi
• Güç kaynağı (+15V, -15V)
• lehimsiz devre tahtası
• Çeşitli muz kabloları ve timsah klipsleri
• EKG Elektrot Etiketleri
• Çeşitli atlama telleri

Alet amplifikatörü:

• 3 Op-amp (uA741)

• Dirençler:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Çentik Filtresi:

• 1 Op-amp (uA741)

• Dirençler:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• kapasitörler:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Alçak geçiş filtresi:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Dirençler:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• kapasitörler:

  • 22 nF
  • 47 nF

2. Adım: Enstrümantasyon Amplifikatörü Oluşturun

Biyolojik sinyaller genellikle yalnızca 0,2 ile 2 mV arasında çıkış voltajları verir [2]. Bu voltajlar osiloskopta analiz edilemeyecek kadar küçüktür, bu yüzden bir amplifikatör kurmamız gerekiyordu.

Devreniz oluşturulduktan sonra, Vout'taki voltajı ölçerek doğru çalışıp çalışmadığını test edin (yukarıdaki resimde düğüm 2 olarak gösterilmiştir). Enstrümantasyon amplifikatörümüze 20 mV giriş genlik voltajına sahip bir sinüs dalgası göndermek için fonksiyon üretecini kullandık. Bunun çok üzerinde bir şey size aradığınız sonuçları vermeyecektir, çünkü op amperler sadece belirli bir miktarda -15 ve +15 V güç alıyordu. Fonksiyon jeneratörünün çıkışını enstrümantasyon amplifikatörünüzün çıkışıyla karşılaştırın ve 1000 V'a yakın bir kazanç arayın. (Vout/Vin 1000'e çok yakın olmalıdır).

Sorun giderme ipucu: Tüm dirençlerin kΩ aralığında olduğundan emin olun.

[2]“Yüksek Performanslı Elektrokardiyogram (EKG) Sinyal Koşullandırma | Eğitim | Analog cihazlar." [İnternet üzerinden]. Mevcut: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Erişim tarihi: 10-Aralık-2017].]

3. Adım: Çentik Filtresi Oluşturun

Çentik filtremiz, 60 Hz'lik bir frekansı filtrelemek için tasarlanmıştır. 60 Hz'i sinyalimizden filtrelemek istiyoruz çünkü bu, elektrik prizlerinde bulunan alternatif akımın frekansıdır.

Çentik filtresini test ederken, giriş ve çıkış grafikleri arasındaki tepe-tepe oranını ölçün. 60 Hz'de -20 dB veya daha iyi bir oran olmalıdır. Bunun nedeni, -20 dB'de çıkış voltajının esasen 0V olmasıdır, yani 60 Hz'de sinyali başarıyla filtrelediniz! Başka hiçbir frekansın yanlışlıkla filtrelenmediğinden emin olmak için 60 Hz civarındaki frekansları da test edin.

Sorun giderme için ipucu: 60 Hz'de tam olarak -20dB alamıyorsanız, bir direnç seçin ve istediğiniz sonuçları elde edene kadar biraz değiştirin. İstediğimiz sonuçları elde edene kadar R2 değeriyle oynamak zorunda kaldık.

4. Adım: Düşük Geçişli Filtre Oluşturun

Alçak geçiren filtremiz 150 Hz kesme frekansı ile tasarlanmıştır. EKG için en geniş tanı aralığının 0,05 Hz - 150 Hz olduğu ve hareketsiz ve düşük gürültülü bir ortam olduğu varsayıldığından bu kesmeyi seçtik [3]. Alçak geçiren filtre, kaslardan veya vücudun diğer bölümlerinden gelen yüksek frekanslı gürültüden kurtulabilir[4].

Bu devrenin doğru çalıştığından emin olmak için test etmek için Vout'u ölçün (devre şemasında düğüm 1 olarak gösterilir). 150 Hz'de çıkış sinyalinin genliği, giriş sinyalinin genliğinin 0,7 katı olmalıdır. Çıkışımızın 150 Hz'de 0,7 olması gerektiğini kolayca görebilmek için 1V giriş sinyali kullandık.

Sorun giderme için ipuçları: kesim frekansınız 150 Hz'lik birkaç Hz içinde olduğu sürece devreniz çalışmaya devam etmelidir. Kesimimiz 153 Hz oldu. Biyolojik sinyallerin aralığı vücutta biraz dalgalanacaktır, bu nedenle birkaç Hz'den daha fazla kapalı olmadığınız sürece devreniz hala çalışmalıdır.

[3] “EKG Filtreleri | MEDTEQ.” [İnternet üzerinden]. Mevcut: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Erişim tarihi: 10-Aralık-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson ve S. J. Asirvatham, “Signals and Signal Processing for the Electrophysicologist: Kısım I: Electrogram Acquisition,” Circ. Aritmi Elektrofizyol., cilt. 4, hayır. 6, s. 965–973, Aralık 2011.

Adım 5: LabView Programı Oluşturun

[5] “BME 305 Tasarım Laboratuvarı Projesi” (Güz 2017).

Bu laboratuvar görünümü blok şeması, programdan geçen sinyali analiz etmek, EKG tepelerini tespit etmek, tepe noktaları arasındaki zaman farkını toplamak ve BPM'yi matematiksel olarak hesaplamak için tasarlanmıştır. Ayrıca EKG dalga biçiminin bir grafiğini verir.

Adım 6: Üç Aşamanın Tümünü Birleştirin

Enstrümantasyon amplifikatörünün çıkışını çentik filtresinin girişine ve çentik filtresinin çıkışını alçak geçiş filtresinin girişine bağlayarak üç devrenin hepsini seri olarak bağlayın. Alçak geçiren filtrenin çıkışını DAQ asistanına bağlayın ve DAQ asistanını bilgisayara bağlayın. Devreleri birbirine bağlarken, her bir devre tahtası için çoklu prizlerin bağlı olduğundan ve topraklama şeritlerinin hepsinin aynı toprak terminaline bağlı olduğundan emin olun.

Enstrümantasyon amplifikatöründe, test deneğine bağlı iki elektrot kablosunun her biri bu filtrenin ilk aşamasında farklı bir op amp'e bağlanabilmesi için ikinci op-amp'in topraklanmamış olması gerekir.

7. Adım: Bir İnsan Test Deneğinden Sinyal Alın

Her bileğe bir elektrot etiketi, zemin için ayak bileğine bir elektrot etiketi yerleştirilmelidir. İki bilek elektrotunu enstrümantasyon amplifikatörünün girişlerine ve ayak bileğini toprağa bağlamak için timsah klipslerini kullanın. Hazır olduğunuzda LabView programında “run”a tıklayın ve kalp atış hızınızı ve EKG'nizi ekranda görün!