Electrocardiograph

Membuat alat biomedik itu tidak boleh sembarangan, karena alat biomedik menyangkut nyawa seseorang. Faktor safety menjadi sangat penting untuk diperhatikan. Terutama pada alat yang memiliki elektroda yang tersentuh ke tubuh pasien.
Contohnya adalah electrocardiograph (ECG). Bagian input harus mendapat catu dari baterai dan terpisah dari bagian monitor untuk menghindari kejutan listrik. Karena arus listrik kecil yang mungkin tidak menimbulkan efek pada manusia normal, bisa saja berakibat serius pada pasien.

Aku dulu pernah diberi tugas kuliah membuat filter ECG analog. Aku coba menulis di blog ini agar tidak lupa. Siapa tahu akan bermanfaat di kemudian hari.

Einthoven's Triangle
Setiap organ tubuh manusia menghasilkan denyut-denyut listrik dengan spektrum frekuensi yang berbeda-beda. Salah satu sumber listrik yang terbesar adalah jantung. Beda potensial listrik jantung dapat dapat diukur melalui tiga titik yaitu Left Arm (LA), Right Arm(RA) dan Left Leg(LL) membentuk segitiga yang disebut segitiga Einthoven. ECG akan mengukur tegangan dari salah satu diantara 3 potensial (lead) ini yang kemudian diplot ke monitor atau printer.


ECG Amplifier
Beda potensial lead tadi diperkuat dengan instrumentation amplifier. Elektroda yang ditempelkan ke tubuh manusia dirancang khusus dan diberi gel agar impedansinya sesuai. Setelah dikuatkan, kemudian sinyal masuk ke rangkaian filter. Frekuensi dari filter ini berbeda-beda untuk berbagai macam potensial tubuh. Pada ECG, frekuensi filter terbagi jadi 2 mode, yaitu monitoring dan analysis. Range frekuensi mode analysis lebih luas agar ECG lebih sensitif dalam mendeteksi kelainan jantung yang mungkin terjadi.
Monitoring : 0,1-100Hz
Analysis : 0.001-150Hz
Sedangkan frekuensi fundamentalnya adalah kecepatan denyut jantung (heart beat) itu sendiri.

Setelah memfilter frekuensi yang diperlukan, maka perlu dibuat notch filter untuk menyaring frekuensi dari jala-jala yang menginterfensi tubuh melalui udara. Filter ini harus mempunyai attenuasi yang besar dan bandwidth yang sangat sempit, karena tegangan interfensi ini amplitudonya jauh lebih besar dari sinyal yang dihasilkan jantung sendiri.
Perlu diingat bahwa besarnya noise kadang kala sangat besar, untuk itu perlu digunakan op-amp yang menghasilkan noise sekecil mungkin.

Isolation Amplifier (Coupling)
Setelah difilter, untuk menghubungkan ke stage selanjutnya digunakanlah isolasi. Isolasi dapat berupa magnetik, bisa juga optik. Syaratnya, isolasi yang digunakan haruslah mencakup range frekuensi jantung yang telah ditulis sebelumnya.

Driven Right Leg
Rangkaian driven right leg ditambahkan ke rangkaian amplifier ECG untuk mengurangi interferensi common mode. ECG mengukur sinyal yang sangat kecil dari tubuh sampai beberapa microvolt. Padahal tubuh juga berperan sebagai antena yang menerima interferensi dari mana saja. Interferensi ini membuat sinyal jantung sulit untuk diukur. Driven right leg digunakan untuk mengeliminasi noise interferensi secara aktif (selain dengan notch filter untuk interferensi jala-jala).

Ground Fault Intrupter (GFI)
Sistem pengamanan pada alat biomedik dibuat berlapis. Salah satunya adalah ground fault interupter yang berfungsi untuk memutus arus listrik secara otomatis ketika terjadi kesalahan pada arus (misalnya kejutan listrik).
Kabel listrik itu ada dua, satu hot, satu netral. Jika ada sebuah perangkat terhubung ke listrik, maka arus mengalir dari hot menuju ke perangkat dan balik lagi ke netral. Besarnya arus yang mengalir di kawat netral dan hot seharusnya sama. Jika tidak sama maka ada kebocoran ke ground, misalnya kawat tersentuh tubuh manusia.
Jadi pada prinsipnya, rangkaian adalah komparator arus yang mengalir pada kedua kawat itu. Jika arusnya tidak sama, maka listrik akan diputuskan. Penyambungan kembali dilakukan dengan cara mereset rangkaian GFI. Deteksi arus dapat menggunakan trafo Olson atau dengan metode lain.

Signal Analysis
Setelah sinyal ACG didapatkan, maka sinyal dianalisis dengan menggunakan komputer. Apakah jantung normal atau mengalami kelainan. Agar dapat diproses di komputer, maka sinyal analog ECG dikonversi menjadi digital kemudian dikirim ke komputer. Bisa juga algoritma untuk analisis dikerjakan prosesor embedded yang ditanamkan di ECG itu.

Aku kira cukup sekian uraiannya, mudah-mudahan bermanfaat.
ide:
Kalau ada waktu aku ingin buat lagi ecg portable yang bisa dicolokin ke komputer untuk mainan.

External Link:
ECG Measurement System, ECG op-amp