Labview Tabanlı, Bilgisayar Destekli Gerçek Zamanlı EKG Cihazının Tasarımı



Benzer belgeler
Labview Tabanlı, Bilgisayar Destekli Gerçek Zamanlı EKG Cihazının Tasarımı

Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Laboratuvarı I İŞLEMSEL YÜKSELTECİN TEMEL ÖZELLİKLERİ VE UYGULAMALARI

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ SAYISAL TASARIM LABORATUVARI DENEY 6 ANALOG/DİGİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜ. Grup Numara Ad Soyad RAPORU HAZIRLAYAN:

Deney 10: Analog - Dijital Dönüştürücüler (Analog to Digital Converters - ADC) Giriş

Tıbbi Enstrumantasyon Tasarımı ve Uygulamaları

Algılayıcılar (Sensors)

Elektrik Devre Lab

ANALOG ELEKTRONİK - II YÜKSEK GEÇİREN FİLTRE

KISIM 1 ELEKTRONİK DEVRELER (ANALİZ TASARIM - PROBLEM)

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

Bölüm 12 İşlemsel Yükselteç Uygulamaları

BÖLÜM Mikrodenetleyicisine Giriş

Bölüm 14 Temel Opamp Karakteristikleri Deneyleri

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MULTIMETER BASED ON MICROCONTROLLER

ANALOG ELEKTRONİK - II. Opampla gerçekleştirilen bir türev alıcı (differantiator) çalışmasını ve özellikleri incelenecektir.

Mikroişlemci ile Analog-Sayısal Dönüştürücü (ADC)

Ameliyat Sonrası Hasta Üzerinden Alınan Biyoelektrik Sinyallerin Radyo Frekans (RF) Haberleşme Sistemi ile Taşınması için Sistem Tasarımı

Direnç(330Ω), bobin(1mh), sığa(100nf), fonksiyon generatör, multimetre, breadboard, osiloskop. Teorik Bilgi

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

ANALOG FİLTRELEME DENEYİ

DENEY NO: 7 İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ VE UYGULAMALARI. Malzeme ve Cihaz Listesi:

Biyomedikal İşaret İşleme

UYGULAMA # 4:ENSTRUMANTASYON KUVVETLENDĐRĐCĐSĐ VE SAĞ BACAK SÜRÜCÜSÜ

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü ELK 2008 DEVRELER II LABORATUARI

AREL ÜNİVERSİTESİ DEVRE ANALİZİ

DENEY NO:1 DENEYİN ADI: 100 Hz Hz 4. Derece 3dB Ripple lı Tschebyscheff Filtre Tasarımı

FAZ KİLİTLEMELİ ÇEVRİM (PLL)

YILDIZ TEKNIK ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK - ELEKTRONİK FAKULTESİ ELEKLTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Bilgisayar ile Dijital Devrelerin Haberleşmesi. FT232R ve MAX232 Entegreleri. Çalışma Raporu

DENEY 8. OPAMP UYGULAMALARI-II: Toplayıcı, Fark Alıcı, Türev Alıcı, İntegral Alıcı Devreler

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LAB 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ 1 DENEYİ. Amaç:

6. DİJİTAL / ANALOG VE ANALOG /DİJİTAL ÇEVİRİCİLER 1

ELM202 ELEKTRONİK-II DERSİ LABORATUAR FÖYÜ

DENEY 5: İŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER ve UYGULAMA DEVRELERİ

Optik Filtrelerde Performans Analizi Performance Analysis of the Optical Filters

İçİndekİler. 1. Bölüm - Mİkro Denetleyİcİ Nedİr? 2. Bölüm - MİkroDenetleyİcİlerİ Anlamak

Deney 2: FARK YÜKSELTEÇ

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK SİSTEMLER LABORATUVARI 1 OPAMP DEVRELERİ-2

Deneyle İlgili Ön Bilgi:

BÖLÜM 2 İKİNCİ DERECEDEN FİLTRELER

DENEY: 1.1 EVİREN YÜKSELTECİN DC DA ÇALIŞMASININ İNCELENMESİ

ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İLETİŞİM LABORATUARI SAYISAL FİLTRELER

ĐŞLEMSEL YÜKSELTEÇLER

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LAB 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ - 2 DENEYİ

PIC KULLANARAK GÜÇ KARSAYISI ÖLÇÜM DEVRESİ TASARIMI VE SİMÜLASYON

Çukurova Üniversitesi Biyomedikal Mühendisliği

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

MİKROİŞLEMCİ İLE A/D DÖNÜŞÜMÜ

Bölüm 10 İşlemsel Yükselteç Karakteristikleri

SONUÇ RAPORU EK: Ürüne CLEVER adı verilmiştir. Geliştirilen model C15 olarak tanımlanmıştır.

ANOLOG-DİJİTAL DÖNÜŞTÜRÜCÜLER

Bölüm 13 FSK Modülatörleri.

YENİLENEBİLİR ENERJİ EĞİTİM SETİ

1. YARIYIL / SEMESTER 1 2. YARIYIL / SEMESTER 2

MUSTAFA KEMAL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

EET349 Analog Haberleşme Güz Dönemi. Yrd. Doç. Dr. Furkan Akar

2017 MÜFREDATI MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ / ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ EĞİTİM PLANI

TRANSİSTÖRLÜ YÜKSELTEÇLERDE GERİBESLEME

Güç elektroniği elektrik mühendisliğinde enerji ve elektronik bilim dalları arasında bir bilim dalıdır.

TIQ TABANLI 8 BİT FOLDING A/D DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI

DENEY NO : 1 DENEY ADI : RF Osilatörler ve İkinci Dereceden Filtreler

BÖLÜM 1 RF OSİLATÖRLER

Sayılar, cebir, denklemler ve eşitsizlikler, fonksiyonlar, trigonometri, komplerks sayılar, logaritma

Deney 3: Opamp. Opamp ın (işlemsel yükselteç) çalışma mantığının ve kullanım alanlarının öğrenilmesi, uygulamalarla pratik bilginin pekiştirilmesi.

1. LİNEER PCM KODLAMA

SAYISAL TASARIM. Ege Üniversitesi Ege MYO Mekatronik Programı

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ÖĞRETİM YILI EĞİTİM PLANI

Op-Amp Uygulama Devreleri

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ELEKTRONİK LAB 1 DERSİ İŞLEMSEL KUVVETLENDİRİCİ - 2 DENEYİ

LabVIEW ile Mikrodenetleyicili Bir Endüstriyel Otomatik Sıcaklık Kontrol Sistemi

Mobil ve Kablosuz Ağlar (Mobile and Wireless Networks)

Kocaeli Üniversitesi {kudret.sahin1, oktay, Şekil 1: Paralel A / S dönüştürücünün genel gösterimi

Fatih Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü EEM 316 Haberleşme I LAB SINAVI DARBE GENLİK MODÜLASYONU (PWM)

Paralel ve Seri İletişim. Asenkron/Senkron İletişim. Şekil 2: İletişim Modları

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL HABERLEŞME SİSTEMLERİ TEORİK VE UYGULAMA LABORATUVARI 3.

MikroiĢlemci ile Analog-Sayısal DönüĢtürücü (ADC)

DB MARS Bilişim Teknolojileri ve Savunma Sanayi Ticaret Limited Şirketi

Kataloğ Ses ve Görüntü Cihazları. 1. HDMI Splitter (Çoklayıcı) 2. HDMI Switch HDMI 5 In 1 Switch HDMI SWITCH UZAKTAN KUMANDALI 3 IN 1 OUT

SERVOMOTOR HIZ VE POZİSYON KONTROLÜ

ANALOG SAYISAL DÖNÜŞTÜRÜCÜ DENEYİ TÜMLEŞİK (ENTEGRE) ADC DEVRESİ İLE

DENEY 5: FREKANS CEVABI VE BODE GRAFİĞİ

SAYISAL ANALOG DÖNÜŞTÜRÜCÜ DENEYİ

6. Osiloskop. Periyodik ve periyodik olmayan elektriksel işaretlerin gözlenmesi ve ölçülmesini sağlayan elektronik bir cihazdır.

T.C. DÜZCE ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ BİLGİSAYAR MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BMT103 ELEKTRİK DEVRE TEMELLERİ DERSİ LABORATUVARI DENEY NO: 7

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ÖĞRETİM YILI EĞİTİM PLANI 1. YARIYIL

İşlemsel Kuvvetlendiriciler (Operational Amplifiers: OPAMPs)

DC motorların sürülmesi ve sürücü devreleri

Deri Yüzeyinden semg Sinyalinin Elde Edilmesi ve Kablosuz İletimi İçin Bir Alan Araştırması

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI-II DENEY RAPORU AKTİF FİLTRELER

ES05GK19 BİYOMEDİKAL DENEY SETİ

DENEY FÖYÜ 7: İşlemsel Yükselteçlerin Doğrusal Uygulamaları

DENEY 3 HAVALI KONUM KONTROL SİSTEMİ DENEY FÖYÜ

Sayısal Filtre Tasarımı

V-LAB BİLGİSAYAR ARAYÜZLÜ EĞİTİM SETİ

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ÖĞRETİM YILI EĞİTİM PLANI 1. YARIYIL

İşlemsel Yükselteçler

Elektrik Devre Temelleri 3

ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ DEVRE ANALĠZĠ LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

DENEY 7 DALGALI GERİLİM ÖLÇÜMLERİ - OSİLOSKOP

Şekil 3-1 Ses ve PWM işaretleri arasındaki ilişki

Transkript:

Labview Tabanlı, Bilgisayar Destekli Gerçek Zamanlı EKG Cihazının Tasarımı Yrd. Doç. Dr. M. Rahmi Canal 1, Arş. Gör. Osman Özkaraca 2 Çağdaş Hisar 3 1 Gazi Üniversitesi Teknik eğitim Fakültesi Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Bölümü, Ankara 2 Gazi Üniversitesi Bilişim Enstitüsü Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi AD, Ankara 3 Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektronik ve Bilgisayar Eğitimi Bölümü, Ankara mrcanal@gazi.edu.tr, ozkaraca@gazi.edu.tr, cagdas_hisar@hotmail.com Özet: Bilgisayar ve bilişim teknolojisinin yaşamımıza girmesi ile tıp dünyasında da pek çok kolaylığa erişilmiştir. Bu çalışmada hastanın kendi elektrokardiyografisini (EKG) bilgisayar üzerinden izleyebileceği bir EKG cihazı tasarlanmıştır. Bu noktada öncelikle bir EKG cihazının tasarımı yapılmıştır. Donanımın içerisinde bir enstrümantasyon yükseltecine, analog süzgeçlere, seviye kaydırıcıya, analog-sayısal dönüştürücüye yer verilmiştir. Süzgeç tasarımında özellikle kararlı yapıya sahip UAF42 aktif süzgeci kullanılmıştır. Süzgeç tasarımları öncelikle Proteus Professional v7.7 programında denenmiş ve hesaplamaların doğru olduğu görüldükten sonra uygulamaya geçilmiştir. Analog sinyalimizin, sayısal hale dönüştürülmesi için PIC16F877A mikrodenetleyicisi kullanılmıştır. Böylece EKG sinyali 10 bit sayısal sinyale dönüştürülüp RS232 iletişim protokolü kullanılarak bilgisayarın seri portuna gönderilmiştir. Bilgisayar üzerinde çalışan ve içinde port dinleme yazılımı ile kullanıcı ara yüzü olan bir program Labview 7.1 yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Böylece EKG sinyali gerçek zamanlı gösterilmiştir. Anahtar Sözcükler: EKG, Labview, Analog sinyal işleme, UAF42 Labview Based, Computer Aided Design of Real-Time ECG Device Abstract: Many facilities reached in the medical world with computer and information technology into our lives. In this study, the patient's own electrocardiography (ECG), an ECG device designed to watch over the computer. At this point, firstly an ECG device is designed. The hardware consists of an instrumentation amplifier, analog filters, level shifter and analog-digital converter. UAF42 active filter used for filter design which is especially stable structure. First of all, filter designs was tested in Proteus Professional v7.7 program. Circuits realized after seeing the calculations are correct. PIC16F877A microcontroller is used for converting the signals from analog to digital. Thus, ECG signal is converted to 10-bit digital signal and sent to the serial port of the computer using the RS232 communication protocol. The program was performed which has user interface and working on the computer with listening to the port software via Labview 7.1 program. Thus, the ECG signal is displayed in real time. Keywords: ECG, Labview, Analog signal processing, UAF42 1. Giriş Dünyada her yıl binlerce insan geç kalınmış müdahalelerden, kronik rahatsızlıklardan ve diğer bir etken olarak sağlık hizmetlerindeki yetersizlikten dolayı hayatını kaybetmektedir. Günümüzde insanların sağlık hizmetine yönelik artan bir beklentisi vardır. Yapılan araştırmalar neticesinde 2050 yılında Avrupa nüfusunun %40 ının 65 yaş üzerinde olması beklenmektedir [1]. İnsan nüfusunun yaş ortalamasının yükselmesi ve koroner kalp rahatsızlıklarının, dünya genelindeki ölümlerin sebepleri arasında ilk sırada gelmesi düşünüldüğünde, her yıl yaklaşık 7.2 milyon insan yaşamını çeşitli kalp rahatsızlıklarından dolayı kaybetmesinden dolayı ilk olarak kalp hareketlerinin izlenmesi önem kazanmıştır [2, 3]. Artan nüfus karşısında sağlık hizmetlerindeki yaşanmaya başlayan sıkıntılar tüm ülkelerin büyük sorunu haline gelmeye başlamıştır. Hastanelerde oluşan yatak sıkıntısı, insanların yoğun iş temposundan kaynaklı sağlık problemlerini önemsememesi yâda kontrole gitmemeleri çok fazla yaşanır olmuştur. Bu nedenle artık insanlar geliştirilen daha portatif ve kullanımı kolay cihazlarla kendi sağlıklarını izlemeye başlamışlardır [4, 5]. Özellikle medikal firmaları tarafından geliştirilen tansiyon, şeker ölçme aletleri gibi cihazlar tüm insanların kullanabileceği şekilde üretilmeye başlanmıştır. Böylece ufak bir tansiyon ölçme işlemi için dahi sağlık birimlerine gitme problemi çözülmüş olmaktadır. Bu çalışmada ise özellikle EKG cihazını tercih etmemizin sebebi, birçok rahatsızlıkla karşılaşılmasına karşın koroner kalp rahatsızlıklarının önemi çok daha fazladır. Bu nedenle EKG sinyallerinin izlenmesi büyük önem kazanmıştır. Koroner kalp rahatsızlıkları dünya genelindeki ölüm sebepleri arasında ilk sırada geldiği için biyomedikal uzmanlar bu konu üzerinde yoğunlaşmıştır. Şekil 1. Uygulamanın Blok Diyagramı Yapılan uygulama ile hastaların günlük yaşam içinde iken bilgisayar başından EKG lerini izleme ve kaydetme imkanı sağlayan bir prototip geliştirilmeye çalışılmıştır. Bu tür cihazlar piyasada hali hazırda satılmaktadırlar. Fakat genellikle yurt dışı imalatı olup pahalıdırlar. Geliştirmiş olduğumuz prototip genel olarak bilinen bilgi ve beceriler yolu ile kendi tasarımımız olup çok az bir maliyete gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen sistem ile hastanın bilgisayarına kurulacak olan bir program yardımıyla tek derivasyona sahip EKG 1

cihazından gelen kalp sinyallerinin takip edilebilmesi sağlanmıştır. Çalışma da öncelikle kalp tarafından üretilen ve cilt yüzeyinden ölçülebilen çok düşük gerilim değerindeki EKG (elektrokardiyogram) işaretlerinin yükseltilip işlenmesi için tasarlanan yükselteçlerin ve süzgeç devrelerinin uygulanması açıklanmıştır. Daha sonra sistemin alıcı ve izlenmesi bölümünde kullanılan devre yapısı ve Labview programı açıklanmıştır. 2. Elektrokardiyografi(EKG) Cihazının Tasarımı EKG ölçüm düzenlerinde EKG işaretleri, ön yükselteç de kuvvetlendirilirler. Bu katın giriş empedansı çok yüksek ve ortak moddaki işareti reddetme oranı (CMMR) çok büyük olmalıdır. Pratikte bu amaçla genellikle üç işlemsel yükselteç den oluşan ve enstrümantasyon yükselteci(ey) olarak adlandırılan bir diferansiyel (farksal) yükselteç kullanılır. Tasarımda EKG yükselteci olarak piyasada rahatlıkla temin edilebilen ve üç işlemsel yükselteç ile dirençlerin tek bir silikon tabana yerleştirildiği tek yonga INA128P işlemsel yükselteci kullanılmıştır (Şekil 2). Sinyalin cilt yüzeyinden algılanması için tek kullanımlık Ag/AgCl elektrot kullanılmıştır. yükselteç adı verilen aktif elemanlı bir devrenin çıkış ucuna bağlanmıştır. Sağ bacak sürücüsü vücuttan algılanan ortak modda ki işaretleri ters faz olarak R11 direnci üzerinden vücuda uygulanmaktadır. Böylece vücutta oluşan ortak modda ki işaretler azaltılabilmekte, farksal modda ki işaretler üzerinde ise çevrimin bir etkisi olmamaktadır [7,8]. Ayrıca hasta üzerinde hayati tehlike oluşturabilecek büyük değerde akımların akmasına neden olabilecek bir durumda ise yardıma işlemsel yükseltecin doymaya girmesi nedeniyle hasta değeri büyük olan R 11 direnci üzerinden topraklandığından, hasta üzerinden geçen akım küçük değerde tutulabilmektedir. Şekil 3 de tasarlanan EKG devresinde kullanılan sağ bacak sürücüsü görülmektedir. Burada R 1 ile R 2 nin toplamı INA128P nin R G direncini verir. Sağ bacak sürücüsü için sinyal R 1 ve R 2 dirençlerinin ortasından alınmakta ve sırasıyla tampon ve eviren yükseltece uygulanmaktadır. Daha az gürültüye maruz kalması için sağ bacak sürücü kısmında OPA2251PA çift işlemsel yükselteçli entegre kullanılmıştır. Şekil 2. Tasarlanan EKG devresinde kullanılan yükselteç devresi [6] Biyolojik işaretlerden, EKG sinyali 0.5Hz ile 100Hz arası frekans bandına ve 0mV ile 5mV arası genlik değerindedir. Cilt yüzeyinden elde edilen kalp sinyalleri çok düşük bir genliğe sahip oldukları için bu sinyallerin yükseltilmesi gerekmektedir. Bu sebeple sistemimizin kazancı oldukça fazla olmalıdır. Bu kazancı ayarlamak için harici bir dirençten faydalanılır. Bu direnç INA128 entegresi için 1 ve 8 no lu bacakları arasına bağlanır. Devremizdeki kazanç değeri denklem 1 de olduğu gibi 100 Ω luk dirençler ile 251 olarak ayarlanmıştır. 1 KΩ 1 KΩ 251 [1] R G Ω Ω Günümüzde kullanılan EKG ölçüm düzenlerinin çoğunda hastanın sağ bacak elektrotu topraklanmayıp yardımcı işlemsel Şekil 3. Tasarlanan EKG devresinde kullanılan sağ bacak sürücü devresi[6] Şekil 4 de tasarımı yapılan EKG devresinin sayısal osilaskop ile test edilmesi gözükmektedir. Devre iki adet 9 V luk alkalin pil yardımı ile çalışmaktadır. Osilaskop ekranından görüldüğü üzere QRS segmenti oldukça net ve atımlar bellidir. Bilindiği gibi EKG sinyali iki farklı amaç için kullanılabilmektedir. Bunlardan birincisi izleme diğeri teşhis ve tedavi içindir. Şekil 3 de elde edilen sinyalin izleme için oldukça temiz ve net olduğu görülebilir. 2

Şekil 4. Prototip EKG devresinin test edilmesi 2.1. Süzgeçler Bant geçiren süzgecin proteus programında gerçekleştirilen Hastanın soluk alıp vermesi ve kas hareketlerinin sebep olduğu gürültüler, elektrik şebekesi kaynaklı gürültüler ve diğer benzetimi yapılan hesaplamalara oldukça yakın sonuçlar vermektedir. Bu benzetimin sonucunda elde edilen frekans yüksek frekanslı elektriksel parazitler enstrümantasyon grafiğinde -3dB kazanç durumunda alt kesim frekansı 0,05 Hz yükseltecinin yüksek CMRR değerine rağmen EKG ve üst kesim frekansı 150 Hz olarak şekil 6 de görülmektedir. işaretlerine karışabilmektedir [9]. Yukarıda sözü edilen istenmeyen işaretleri süzmek için süzgeçler kullanılır. Bu tür sistemlerde kararlı direnç ve kapasitelerle tam ve doğru olarak süzgeç karakteristiklerinin gerçekleşmesine imkân tanıdıkları için genellikle opamplı aktif süzgeçler kullanılmaktadır [10]. 2.1.1. Bant Geçiren Süzgeç EKG işaretinde olabilecek gürültü sebeplerinden en önemlisi hastanın bedeninden kaynaklanan biyolojik işaretlerin oluşturdukları gürültülerdir. Genellikle kas hareketleri sonucu ortaya çıkan bu gürültülerin atılması için EKG işaretleri 0.05Hz ile 150Hz kesim frekansına sahip Bant Geçiren bir süzgeçden geçirilmelidir. Şekil 5 de görülen bant geçiren devresinde kullanılan OPA2251PA serisi tek kılıf içinde iki opamp(işlemsel yükselteç) içermektedir. Bu bant geçiren süzgecinin bant genişliği alçak geçiren ve yüksek geçiren süzgeçlerin kesim frekansları arasındaki farkla belirlenir. Şekil 5. Tasarlanan EKG devresinde kullanılan bant geçiren süzgeç Şekil 6 EKG tasarımında kullanılan bant geçiren süzgecin frekans cevabı alt kesim frekans gösterimi 2.1.2. Bant Durduran Süzgeç Elektrik şebekesinin oluşturduğu 50Hz elektromanyetik gürültüden kaynaklanan ve hasta üzerinden geçerek yükselteç devresinde kuvvetlenen bileşenleri bastırmak için 50Hz bant durduran süzgeçler kullanılır. Şebeke frekansını bastıran bu tür bant durduran süzgeçlere literatürde notch yâda çentik süzgeç adı da verilmektedir [8]. EKG devresinin bant durduran süzgeç tasarımında, birinci katında OPA227PA ikinci katında UAF42PA entegreleri kullanılmıştır. İki devre artarda bağlanarak 2. Dereceden Notch Süzgeç elde edilmiştir. Tasarlanan bant durduran süzgecinin Proteus programında gerçekleştirilen benzetimi şekil 7 de ve bu benzetimin sonucunda elde edilen frekans grafiği de şekil 8 de görülmektedir. 3

Şekil 7. EKG tasarımında kullanılan bant durduran süzgeç devresinin birinci katı ve frekans cevabı Şekil 10. EKG tasarımında kullanılan UAF42PA entegresi ile tasarlanmış notch süzgecinin frekans cevabı 2.2. Toplayıcı EKG sinyalinin bilgisayar ortamına gönderilirken sıfırın altındaki sinyallerin okunabilmesi için toplayıcı devre, EKG devresinin çıkışına eklenmiştir. Toplayıcı devre ile sinyale bir DC ofset kazandırılarak sinyalimizin sıfırın altında kalan kısımlarının da okunabilmesi sağlanmıştır (Şekil 11). Şekil 8. EKG tasarımında kullanılan bant durduran süzgeç devresinin frekans cevabı Şekil 8 dende görüldüğü üzere yapılan süzgeç hesaplamalarına göre devrenin frekans cevabı oldukça yakın sonuçlar vermiştir. Şekil 9 da bu süzgeç ile birlikte UAF42PA ile tasarlanmış bant durduran süzgecin proteus programında gerçekleştirilen benzetimi yapılan hesaplamalara oldukça yakın sonuçlar vermektedir. Bu benzetim sonucunda elde edilen frekans grafiği şekil 9 da görülmektedir Şekil 9. EKG tasarımında kullanılan UAF42PA entegresi ile tasarlanmış notch süzgeç[10] Şekil 11. EKG sinyalinin kaydırılmasını sağlayan toplayıcı devre 3. EKG sinyalinin analog-sayısal dönüşümü EKG yükselteci çıkışında yükseltilmiş ve süzgeçlenmiş olarak elde edilen EKG sinyallerinin iletime uygun hale getirilmesi, ADC (Analog Dijital Dönüştürücü) ve verici devrelerden oluşan iletim katında gerçekleştirilecek olan dönüştürme işlemlerine bağlıdır. Bu katlarda gerçekleştirilecek işlemler elde edilmiş olan EKG sinyallerinin iletim ortamına seri olarak aktarılmasını sağlayacaktır. Buna göre Şekil 12 de görülen devre ile analog EKG sinyalleri PIC16F877A entegresi aracılığıyla 10 bit sayısal verilere dönüştürülecektir. Burada PIC16F877A kullanılmasının sebebi yüksek hızlı, CMOS, fullstatik, 8 bit mikrodenetleyici olmasıdır. PIC16F87X ailesi, sahip olduğu analog-sayısal dönüştürücü gibi özellikleri ile dış elemanları azaltacak bir mikrodenetleyicidir. Böylece maliyet en aza inmekte, sistemin güvenirliği artmakta, enerji sarfiyatı azalmaktadır. Devremizde bir adet analog giriş seçilmiştir. Mikrodenetleyicinin A 0 analog girişine harici olarak herhangi bir TTL (0-5V) gerilim değerine sahip analog değişken uygulanabilir. Analog değişken olarak EKG sinyali kullanılmıştır. 4

Gelen analog sinyal A 0 ucundan alınarak mikrodenetleyiciye yazdığımız program ile bir dizi işlemden geçirildikten sonra 10 bit sayısala ve USART (Universal Asenkron Verici/Alıcı) haberleşme yöntemi ile TX çıkış ucundan Max232 entegresinin T1IN girişine gönderilmiştir. Mikrodenetleyici içine yazılan programın akış diyagramı şekil 13 de görülebilir. Şekil 12. ADC Dönüştürme için tasarlanan devre[12] BAŞLA Kaydedicileri Tanımla Beş analog örnek al Örneklerin ortalamasını al Analog Girişi Belirle ve Sıfırla İletim Hızı 9600 Gecikme Veri Gönder Gecikme Şekil 13. Mikrodenetleyici ADC akış diyagramı EKG devresi ile bilgisayar arası veri iletimi seri port iletişim protokolü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. RS232 ise bilgisayarlar için en sık kullanılan seri veri ara yüzüdür. RS232 seviyeleri TTL seviyelerinden farklıdırlar. RS232 sinyali -12 Volt ve +12 Volt arasında çalışırken, sistemimizdeki mikrodenetleyici çıkışı da TTL seviyededir. 0-5 Volt mantıksal ifadelerine göre çalışır. Max232 alıcı verici entegresi bu uyumun sağlanması için kullanılmıştır. Bu entegre TTL ve RS232 arasında bağlantıyı sağlar. Veri sinyali örneği şekil 14 den görülebilir. Şekil 14.(a) Seri port veri haberleşme (b) TTL seviye veri haberleşme 4. Tasarlanan Bilgisayar Yazılımı Bilgisayar yazılımı Labview programı kullanılarak tasarlanmıştır. Ölçme ve enstrümantasyon odaklı olarak geliştirilen Labview (Laboratuary Virtual Instruments For Engineering Workbench) bugün bir yazılım üretme platformu olarak diğer yapısal ve nesne tabanlı programlama dillerinin hemen hemen her yeteneğine sahiptir [13]. Gerçekleştirilen çalışmada iki adet yazılım tasarımı yapılmıştır. Tasarımların giriş fonksiyon paletleri dışında fark yoktur. Şekil 15 de mikrodenetleyici ile bilgisayar arasındaki iletişimi kurmak için gerçekleştirilen seri port ayar programı görülebilir. GPL metin tabanlı kodlama yerine tamamen sembolleştirilmiş komut setine sahiptir. Dolayısı ile komut ezberleme zorluğunu ortadan kaldırmıştır. Programcı, paletlerden ihtiyacı olan fonksiyonları alarak bir akış şeması oluşturur gibi yazılım üretebilmektedir; hatta Express VI lar ile sadece girişleri ve çıkışları bağlamak suretiyle, onlarca programı dakikalar içerisinde üretebilir. Böyle bir işlem, diğer programlama dilleri ile günlerce sürebilir. 5

Şekil 15. Labview seri port ayarı yazılım kısmı ve kullanıcı ara yüzü Burada programın gerçekleştirilmesi sırasında ilk olarak seri port fonksiyon paleti olan VISA Configure Serial Port.VI seçilmiştir. Yazılımın düzgün çalışabilmesi için önemli olan, haberleşecek olan cihazların yapılandırılmasında baud rate ve veri formatlarının aynı olmasıdır. Seri port fonksiyon paletini ekledikten sonra ister yazılım alanından istenilirse ara yüz tarafından seri port iletişimi için gerekli ayarlamalar yapılabilmektedir. Mikrodenetleyiciden gelen dijital verileri anlamlandırmak ve işlemek üzere Şekil 16 daki yazılım tasarlanmıştır. PIC16F877A mikrodenetleyicisindeki program Labview dan BAS karakterlerini bekler, geldiğinde ise Port TX ucundan veri gönderilir. Şekil 16 da portu okumak için VISA Read fonksiyonu kullanılmaktadır. Burada gelen dijital veriler mikrodenetleyici de yazılan kod kapsamında her gelen verinin başındaki Q lar tespit edilerek bundan sonraki kısım 10 bitlik dijital kısım analog değere dönüştürülmektedir. Eğer gelen veride herhangi bir şekilde okuma veya seri port ayarlarında oluşan bir hata varsa kullanıcı ara yüzüne hata mesajı verilmektedir. Gelen veriler analog değer dönüşümü yapıldıktan sonra görüntüleme kısmına gönderilir. Şekil 16. Dijital verileri analog görüntüleme için yazılım Görüntüleme kısmında analog değerlerin görüntülenmesi yapılırken Şekil 17 kullanıcı ara yüzüne konulan R dalgası takipçisine R dalgasının analog ortalama değerine göre bir değer verilir. Bu değer her geldiğinde sayılarak dakikaya bölünür ve dakikadaki kalp atışı hesaplanarak kullanıcı ara yüzüne bilgi verilir. Bu pencere Labview ekranında bulunan blok diyagramı penceresidir. R dalgası takipçisi R noktalarını belirlerken verilen eşik değerine göre hareket eder. Eğer gelen değer eşik değerinden büyük ise R noktası olarak belirlenir. Şekil 18 de ise tasarlanan yazılımla bilgisayar ekranından görüntülenen EKG sinyali yer almaktadır. Bu pencere Labview programının ön paneli olmaktadır. Blok diyagram penceresi görsel programlama dillerinde kod yazma bölümüne ön panel ise kullanıcı ara yüzünün hazırlandığı formlara karşılık gelmektedir [14]. 6

Şekil 17. Analog değer görüntüleme yazılımı Şekil 18. Labview kullanıcı ara yüzü ve alınan analog sinyal Şekil 19 da gerçekleştirilen uygulama için elde edilen EKG sinyali gözükmektedir. Böylece bilgisayar ekranındaki işaret ile dijital osilaskopta görülen analog sinyal karşılaştırılmıştır. 5. Sonuç ve Öneriler Gerçekleştirilen uygulama ile kalpteki ritim bozukluklarının tanısında en önemli yöntemlerden biri olan kalp sinyallerinin bilgisayar üzerinden izlenmesi sağlanmıştır. Yapılan sistemin içerisinde farklı bir ADC veya daha yüksek dereceli filtreler kullanılmayarak fazla güç sarfiyatının oluşmasının önüne geçilmeye çalışılmıştır. Gerçekleştirilen yazılımın kullanımı da oldukça basittir. Bu sistem ile piyasada çok pahalı olan yurtdışı kökenli medikal teknolojilerin ülkemiz içinde gelişmesine yardımcı olabileceği düşünülmektedir. Yapılan tasarım ev ve iş yerinde sağlık takibinde kullanılan portatif medikal cihazlar için prototip olma özelliği taşımaktadır. Gerçekleştirilen çalışmanın donanımı SMD malzemeler kullanılarak yapılabilir böylece hem güç tüketimi azaltılır hemde fiziksel hacmi düşürülebilir. Analog süzgeçler yerine sayısal süzgeçler kullanılarak da donanım içindeki malzeme en aza indirilebilir. Şekil 18. Osilaskop çıkışı 7

Kaynakça [1] Aköz E. B., Tübitak SINCERE Projesi E-Saglık Çalıstayı http://www.metutech.metu.edu.tr/download/fil e/tr/5-e-health_at_ict-ebru_basak.pdf, [2] World Health Organisation (WHO), The Atlas of Heart Disease and Stroke, 2002, http://www.who.int/cardiovascular_diseases/resources/atl as/en/index.html [3] Aslantaş, V., R. Kurban, Cep Bilgisayarı (PDA) Tabanlı Taşınabilir Kablosuz Elektrokardiyogram İzleme Ve Alarm Sistemi, Elektrik, Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, Bursa, 288-292, 2006. [4] Winston H. Wu, Alex A.T. Bui, Maxim A. Batalin, Lawrence K. Au, Jonathan D. Binney, William J. Kaiser, MEDIC: Medical embedded device for individualized care, Artificial Intelligence in Medicine (2008), 137 152 [5] Kişisel Sağlık ve Taşınabilir EKG: http://heartratemonitornews.com/2010/04/portableecgekg-monitors-and-your-personal-health/ [6] INA128 Datasheet: http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ina128.pdf, 26.12.2010 [7] Kaya M., Elektrokardiyogram İşaretlerinin Sıkıştırılması Yüksek Lisans Tezi İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2006 [8] Webster, J.G., Medical Instrumantation: Applications and Design, 3rd Ed., Houghton-Mifflin,1997 [9] Baykal C., Kardiyak sinyallerinin görüntülenmesi ve geç potansiyellerin algılanması, Y.Lisans Tezi, Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 2000 [10] Oktay O., Biyolojik işaretlerin elde edilip islenmesi, Y.Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 1991 [11] UAF42 Datasheet: http://www.seas.upenn.edu/~ese206/labs/labbutterworth /UAF42.pdf [12] PIC16F877A Datasheet: http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/3958 2b.pdf [13] Labview Datasheet: http://www.ni.com/labview/whatis/ [14] Ünsaçar F., Eşme E., Grafik Programlama Dili Labview, Seçkin Yayıncılık, 2007 8