Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG · elektrokardiograma (EKG) lahko izkušen kardiolog postavi diagnozo ter predpiše ustrezno terapijo. V splošnem je merjenje EKG-signala

I

Saša Kos

Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG

Diplomsko delo

Maribor, september 2011

II

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

Študent: Saša Kos

Študijski program: VS Računalništvo in informatika

Smer: Logika in sistemi

Mentor: prof. dr. Damjan Zazula, izvolitveno področje: računalništvo

Somentor: doc. dr. Boris Cigale, izvolitveno področje: računalništvo

Maribor, september 2011

III

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju prof. dr. Damjanu

Zazuli za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem

somentorju doc. dr. Borisu Cigaletu. Posebna

zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.

V

Merjenje nestandardnih odvodov signalov EKG

Ključne besede: elektrokardiograf, elektrokardiogram (EKG), standardni odvodi

EKG, mikrokrmilnik ADS1298, nestandardne meritve signalov EKG

UDK: 004.3/.4:[621.39.08:616.12-073.7](043.2)

Povzetek

V diplomski nalogi predstavljamo programsko in strojno rešitev za nestandardno

merjenje elektrokardiografskih (EKG) signalov. Z opisano rešitvijo želimo preveriti, ali

je možno hitrejše, preprostejše in nemoteče merjenje EKG-signalov z manjšim številom

elektrod, ki so v smislu klinične prakse postavljene na nestandardnih mestih (npr.

prstih).

Zasnova strojne opreme temelji na treh delih. Prvi predstavlja vezje ADS1298

proizvajalca Texas Instruments, ki opravlja funkcijo zajemanja in ojačenja analognega

EKG-signala ter analogno-digitalno (AD) pretvorbo. Drugi je mikrokrmilnik PIC32MX

proizvajalca Microchip, ki skrbi za krmiljenje vezja ADS1298 in prenos podatkov preko

vmesnika USB na osebni računalnik. Tretji del je osebni računalnik, kjer se podatki

obdelajo in shranijo. Programska rešitev je sestavljena iz dveh delov, in sicer kode za

mikrokrmilnik PIC32MX, ki skrbi za komunikacijo z ADS1298 in osebnim

računalnikom, ter programske opreme na osebnem računalniku, ki skrbi za izris EKG-

signala ter obdelavo in shranjevanje podatkov.

Z opisano rešitvijo smo uspeli zanesljivo izmeriti EKG-signal z dvema elektrodama, ki

sta nameščeni na nestandardnih odjemnih mestih, npr. na prstih rok. Cilj nemotečega

in hitrega merjenja je dosežen delno, saj pri krajših razdaljah med elektrodama in

kratkotrajnih stikih meritve niso bile zelo zanesljive.

VI

Opisano rešitev bi bilo možno izboljšati z izdelavo analognega nizkošumnega

predojačevalnika, boljšega algoritma za filtriranje signala ter uporabo kakovostnejših

elektrod.

VII

Non-standard measurment of ECG signals

Key words: electrocardiograph, electrocardiogram (ECG), standard ECG leads,

microcontroller ADS1298, non-standard measurements of ECG signals

UDC: 004.3/.4:[621.39.08:616.12-073.7](043.2)

Abstract

This diploma thesis presents a hardware and software solution for non-standard

measurements of electrocardiographic (ECG) signals. The purpose of proposed design

is to assess the feasibility of measuring the ECG signals faster, easier, unobtrusive and

with less electrodes that are placed at non-standard locations compared to established

clinical practice.

Hardware consists of three parts: semiconductor circuit ADS1298, made by Texas

Instruments, is responsible for acquisition, amplification, and digitalization of analog

ECG-signals. Second part is microcontroller PIC32MX, made by Microchip. It is

responsible for management of ADS1298 and data transfer through USB interface to a

personal computer. Third part is personal computer where acquired data is processed

and stored. Software solution consists of two parts: a code that is responsible for

communication with ADS1298 and is executed inside microcontroller PIC32MX, and

software at the personal computer level to visualize ECG signals, and process and store

the acquired data.

Presented solution enabled reliable measurement of ECG-signals, when two electrodes

were placed at non-standard locations, such as fingers of both arms. The goal of less

obtrusive and faster measurments was partially achieved, because measurements were

VIII

not very reliable when distances between electrodes were short or contacts with

electrodes were of short duration.

The solution could be enhanced by constructing a low-noise preamplifier, by designing

better algorithms for signal filtering and by use of higher quality electrodes.

IX

VSEBINA

1 UVOD ...................................................................................................................... 1

2 SNEMANJE SIGNALOV EKG IN ZASNOVA KARDIOGRAFOV ............... 3

3 ZASNOVA STROJNE OPREME ......................................................................... 7

3.1 ZAHTEVE IN SPECIFIKACIJE ................................................................................ 7

3.2 MIKROELEKTRONSKO VEZJE ZA MERJENJE EKG-SIGNALA ................................ 8

3.3 MIKROKRMILNIŠKO VEZJE ............................................................................... 23

4 ZASNOVA PROGRAMSKE OPREME ............................................................ 27

4.1 ZAHTEVE IN SPECIFIKACIJE .............................................................................. 27

4.2 PROGRAMSKE REŠITVE .................................................................................... 27

4.3 POSEBNE RUTINE ZA OBDELAVO PODATKOV .................................................... 33

5 PREVERJANJE STROJNIH IN PROGRAMSKIH REŠITEV ...................... 35

5.1 FUNKCIONALNI PREIZKUS ................................................................................ 35

5.2 PRIKAZI MERITEV SIGNALOV EKG V NESTANDARDNIH ODVODIH .................... 39

6 SKLEP ................................................................................................................... 43

7 VIRI, LITERATURA ........................................................................................... 44

8 PRILOGE .............................................................................................................. 45

8.1 SEZNAM SLIK ................................................................................................... 45

8.2 SEZNAM PREGLEDNIC ...................................................................................... 45

8.3 NASLOV ŠTUDENTA ......................................................................................... 46

8.4 KRATEK ŽIVLJENJEPIS...................................................................................... 46

X

UPORABLJENE KRATICE

EKG – elektrokardiogram

AD pretvornik – analogno-digitalni pretvornik

DA pretvornik – digitalno-analogni pretvornik

PGA – programirani ojačevalnik (ang. Programmable Gain Amplifier)

RLD – povratni signal na desni nogi (ang. Right Leg Drive)

WCT – osrednja priključna točka po Wilsonu (ang. Wilson Central Terminal)

SPI – serijsko vodilo (ang. Serial Peripherial Interface Bus)

SCLK – ura, ki jo generira gospodar (ang. Serial Clock)

CS – izbirna linija (ang. Chip Select)

SS – izbirna linija sužnja (ang. Slave Select)

MUX – multiplekser (ang. Multiplexer)

AVDD – pozitivna analogna napajalna napetost

AVSS – negativna analogna napajalna napetost

DVDD – pozitivna digitalna napajalna napetost

DGND – negativna digitalna napajalna napetost oz. ozemljitev (ang. Digital Ground)

RMS – koren povprečja kvadratov (ang. Root Mean Square)

IN1P – pozitivna elektroda prvega analognega vhodnega kanala

IN1N – negativna elektroda prvega analognega vhodnega kanala

MISO – vhod gospodarja, izhod sužnja (ang. Master Input Slave Output)

XI

MOSI – izhod gospodarja, vhod sužnja (ang. Master Output Slave Input)

CPOL – polariteta urinega signala pri protokolu (ang. Clock Polarity)

CPHA – faza urinega signala (ang. Clock Phase)

BGA – polje okroglih priključkov, vrsta ohišja za elektronska vezja (ang. Ball Grid

Array)

TQFP – tanko štiristransko plosko ohišje (ang. Thin Quad Flat Pack)

0x – označuje šestnajstiški zapis števila

0b – označuje dvojiški zapis števila

fSPS – število zajetih vzorcev na sekundo (ang. Samples Per Second)

fCLK – frekvenca delovanja vezja ADS1298 (ang. Frequency of Clock), ki znaša

2,048MHz

VREFP – pozitivna referenčna napetost, ki jo uporablja analogni del vezja

VREFN – negativna referenčna napetost, ki jo uporablja analogni del vezja

USB – univerzalno serijsko vodilo (ang. Universal Serial Bus)

CAN – omrežje krmilnikov (ang. Controler-Area Network)

PC – osebni računalnik (ang. Personal Computer)

Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG Stran 1

1 UVOD

Kardiovaskularne bolezni so med najpogostejšimi vzroki smrti in v svetovnem merilu

vsako leto terjajo 17,1 miljonov življenj [1]. Vzrok so predvsem pomanjkanje fizične

aktivnosti, nekakovostna prehrana, alkohol, tobak ter okoljski in dedni vzroki. Kronične

oblike kardiovaskularnih bolezni lahko vodijo v zmanjšanje kakovosti življenja, nižjo

delovno storilnost ter negativno vplivajo na zdravje celotnega telesa.

Elektrokardiografija je eno izmed osnovnih diagnostični orodij v zdravstvu, saj omogoča

hiter in relativno natančen vpogled v električno aktivnost srca ter zaznavanje morebitnih

predpatoloških ali patoloških sprememb na srčni mišici. Na osnovi izmerjenega

elektrokardiograma (EKG) lahko izkušen kardiolog postavi diagnozo ter predpiše ustrezno

terapijo. V splošnem je merjenje EKG-signala za pacienta relativno preprosto, vendar je

treba na telo namestiti vsaj štiri, pri kliničnih preiskavah pa deset elektrod, s pomočjo

katerih se zaznava električna aktivnost srca [2]. Včasih se pod elektrode nanese še poseben

gel, ki izboljša stik med kožo in elektrodami, med meritvijo pa mora pacient nepremično

ležati, saj vsako krčenje mišic in posledično generirana elektromiografska napetost, moti

meritve EKG-signala.[3].

Zaradi navedenih razlogov je merjenje EKG-signala v nekontroliranih razmerah relativno

težavno, saj je natančna namestitev elektrod praktično nemogoča, uporaba gela nepraktična

in le redko je oseba popolnoma mirna. Namen diplomske naloge je raziskati možnost

merjenja signala EKG na čimbolj nemoteč način in z minimalnim številom elektrod, ki bi

bile postavljene na nestandardnih merilnih točkah (delih telesa) in po možnosti na čim

krajših medsebojnih razdaljah. Zato bomo načrtovali in izdelali elektronsko vezje, ki bo

omogočalo zajemanje EKG-signala z ustrezno vzorčevalno frekvenco ter vizualno analizo

elektrokardiograma. Nato bomo izvedli vrsto poskusov, na osnovi katerih se bomo lahko

odločili ali hipoteza, da je mogoče EKG-signal izmeriti zadovoljivo tudi na nestandarden

način, drži ali ne.


Diplomsko delo je sestavljeno iz osmih poglavij. Za uvodnim sledi opis razvoja

kardiografov skozi zgodovino ter njihova zasnova. Prav tako je opisana problematika

merjenja EKG-signalov ter osnovni principi. V tretjem poglavju je opisana zasnova strojne

opreme, podrobna razlaga funkcionalnosti, ki jih opravljata mikrokrmilnik in analogno-

digitalni (AD) pretvornik ter utemeljitev, kaj nas je vodilo k izdelavi tovrstne zasnove.

Prav tako so opisane splošne lastnosti ter notranja arhitektura mikrokrmilnika in AD

pretvornika. V četrtem poglavju so razložene programske rešitve, ki skrbijo tako za

krmiljenje AD pretvorbe kot za prenos in obdelavo signalov. Ker je rešitev sestavljena iz

strojnih in programskih komponent, smo se v petem poglavju podrobno posvetili testiranju

in preverjanju pravilnosti delovanja vseh elementov rešitve, saj bi morebitno napačno ali

pomanjkljivo delovanje imelo bistven vpliv na kakovost zajetih signalov ali njihovo

napačno interpretacijo. Sledi prikaz meritev EKG-signala v nestandardnih odvodih. Na

koncu ovrednotimo meritve nestandardnih odvodov EKG-signala, kakor smo jih izmerili v

poskusih z izdelanim elektronskim vezjem.


2 SNEMANJE SIGNALOV EKG IN ZASNOVA KARDIOGRAFOV

Elektrokardiografija se ukvarja z merjenjem in s spremljanjem električne aktivnosti srca

skozi čas, in to s pomočjo elektrod, ki so nameščene na površini telesa, običajno na prsnem

košu [2]. Rezultati meritev se izrišejo v grafični obliki na papir ali računalniški zaslon, kar

imenujemo elektrokardiogram. Velikost EKG-signala je reda velikosti nekaj milivoltov,

zato so začetki elektrokardiografije tesno povezani z razvojem elektrotehnike, ki je

omogočila ojačanje in merjenje šibkih napetosti.

Nizozemski zdravnik in elektrofiziolog William Einthoven je na začetku dvajsetega

stoletja skonstruiral strunski galvanometer [5], kot je prikazan na sliki 1, in z njegovo

pomočjo zaznal električno aktivnost srca v dovolj visoki ločljivosti, da so bili rezultati

klinično uporabni. Galvanometer je bil sestavljen iz nekaj metrov dolge, s srebrom

prevlečene steklene strune ter močnih elektromagnetov. Ko je šibek tok stekel skozi struno,

je zaradi elektromagnetnega polja struna pričela nihati. Nihanje se je projiciralo na

premikajočo se fotografsko ploščo, ki je zabeležila elektrokardiogram. Z uravnavanjem

napetosti strune je bilo možno nastaviti občutljivost. Na paciente, ki so jim merili EKG-

signal, niso namestili elektrod, kot jih poznamo danes, ampak so sedeli in imeli levo nogo

ter obe roki v vedrih z osoljeno vodo, ki je izboljšala prevodnost. Vedra so služila kot

elektrode, ki prevajajo tok iz kože do strune.

Slika 1: Strunski galvanometer in William Einthoven


Tako so dobili tri točke meritev (obe roki in leva noga), ki se uporabljajo še danes in so

znane pod imenom Einthovenov trikotnik. Prvi galvanometer je zahteval vodno hlajenje,

pet operaterjev za upravljanje, tehtal pa je blizu 300 kilogramov. Za odkritje je Einthoven

leta 1924 prejel Nobelovo nagrado za medicino [7]. Einthoven je tudi prvi opisal odklone,

ki jih je opazil na kardiogramu, in jih poimenoval valovi P, Q, R, S in T (slika 2).

Slika 2: Električna aktivnost ob posameznem srčnem utripu s poimenovanimi EKG-valovi

Pocenitev mikroprocesorjev ter razvoj algoritmov za avtomatično prepoznavanje vzorcev

in analizo signalov je omogočil, da sodobni kardiograf ne le beleži in izpisuje signal EKG,

ampak ga je sposoben tudi delno interpretirati [6], izpisati diagnozo ter opozoriti na

morebitne patološke spremembe na srčni mišici. Nakaže tudi, kje se spremembe nahajajo,

kar olajša delo kardiologa. Primer sodobnega šestnajstkanalnega kardiografa PageWriter

TC70 podjetja Philips je na sliki 3.


Slika 3: Sodoben 16-kanalni kardiograf Philips PageWriter TC-70

Kardiografi so zasnovani iz naslednjih blokov (slika 4):

- vhodne analogne stopnje, kjer se signal ojača, praviloma s pomočjo

instrumentacijskega ojačevalnika. Pomembno je, da je ojačevalnik nizkošumni in

da ima visokoimpedančni vhod (vsaj 10 MΩ), saj imamo opravka s šibkimi signali;

- izolacijskega dela: morebitno nepravilno delovanje vezja bi lahko ustvarilo visoke

napetosti ali tokove, ki bi bili nevarni za pacienta, zato so vhodne stopnje od

človeka galvansko ločene in zaščitene pred medicinsko nevarnimi napetostmi;

- AD pretvorbe: poskrbi za pretvorbo analognega signala v digitalnega;

- filtriranja: odstrani neželene komponente in šum iz EKG-signala. Ločimo dve vrsti

neželenih signalov: zunanje elektromagnetne motnje, ki jih povzroča električno

omrežje in različne električne naprave, kar pogosto zaznamo kot močan šum s

frekvenco 50 Hz, ter notranje, ki izvirajo iz samega pacienta in motijo EKG-signal.

To so predvsem elektromiografske napetosti, ki so posledica krčenja mišic in

dihanja. S pomočjo ozkega zapornega filtra se dajo odstraniti motnje 50 Hz, s

kombinacijo nizkega in visokega sita pa elektromiografski šum ter druge

elektromagnetne motnje iz okolice. Filtriramo tako analogne kot digitalne signale,

torej po AD pretvorbi, vendar zaradi večje prilagodljivosti vse več dela prepuščamo

digitalnim filtrom;


- digitalnega dela, ki je sestavljen iz mikroprocesorja in mikrokrmilnika ter skrbi za

celo množico funkcij, kot so: digitalno filtriranje signala, shranjevanje zajetih

podatkov v pomnilnik ali zbirke, izvajanje algoritmov za analizo rezultatov in

avtomatično diagnostiko ter za prikaz zajetih podatkov na zaslonu.

Slika 4: Zasnova kardiografa in povezava z opazovano osebo

Vhodna stopnja kardiografa je povezana z elektrodami, ki skrbijo za prenos šibkega

signala s površine kože do vezja. Obstaja več vrst elektrod, pogosto uporabljene so

samolepilne za enkratno uporabo ter vakumske za večkratno uporabo, ki so vidne na

sliki 5.

Slika 5: Primera EKG-elektrod


3 ZASNOVA STROJNE OPREME

3.1 Zahteve in specifikacije

Ker želimo meriti signal EKG v nenadzorovanih razmerah, mora potekati meritev čim bolj

preprosto, hitro ter z minimalnim številom elektrod. Uporbiti želimo le dve elektrodi, ki bi

bili na telesu postavljeni na čim krajši razdalji. Elektrodi morati biti suhi, brez uporabe gela

ali sredstev za zniževanje upornosti kože. Omogočati morata zaznavanje signala EKG, tudi

ko pride le do krajšega stika opazovane osebe z njima in ko razmere niso nadzorovane

(recimo v domačem bivalnem okolju).

Zaradi izpolnitve zgoraj opisanih zahtev smo se odločili za zasnovo in izdelavo lastnega

razvojnega okolja, ki ga je možno preprosto razširiti, ima dovolj kapacitete za shranjevanje

in obdelavo meritev, omogoča grafičen prikaz zajetih podatkov in ni preveč zahtevno za

izvedbo. V ta namen smo pripravili arhitekturo, kot je prikazana na sliki 4.

Slika 6: Prikaz arhitekture našega razvojnega okolja


Strojna oprema je sestavljena iz 24-bitnega AD pretvornika ADS1298 proizvajalca Texas

Instruments, ki skrbi za pretvorbo zajetega signala, mikrokrmilnika PIC32MX, ki

nadzoruje zajem podatkov, ter osebnega računalnika, kjer se podatki grafično prikazujejo

in obdelajo. Prednost ADS1298 sta predvsem visoka 24-bitna ločljivost AD pretvorbe in

vgrajeni programirni ojačevalnik, kar zmanjša število elektronskih komponent in

poenostavi delo.

Programska oprema je sestavljena iz razvojnega okolja MPLAB IDE proizvajalca

Microchip, s katerim smo programirali mikrokrmilnik, in različnih orodij, kot sta matlab in

realterm.

3.2 Mikroelektronsko vezje za merjenje EKG-signala

Kot smo razložili v prejšnjem podpoglavju, smo se odločili, da bomo izdelali lastno vezje

za merjenje EKG-signalov. Zasnovali smo ga z namenskim mikrokrmilnikom ADS1298,

ki ga proizvaja firma Texas Instruments. Gre za 24-bitni, 8-kanalni analogno-digitalni

pretvornik (AD) tipa delta-sigma, ki je sposoben sočasnega zajemanja podatkov iz vseh

osmih kanalov. Vgrajen ima programirani ojačevalnik (ang. Programmable Gain Amplifier

– PGA), interni oscilator, ki zagotavlja uro za delovanje digitalnega dela vezja, ter interni

vir referenčne napetosti za AD pretvornik. ADS1298 se od običajnih AD pretvornikov

razlikuje po tem, da ima vgrajena vezja, ki so specifična za zajemanje EKG-signalov. Te

so: zaznavanje prisotnosti srčnega spodbujevalnika, zaznavanje nepriključenih elektrod,

vgrajen ojačevalnik za povratni signal na desni nogi (ang. Right Leg Drive – RLD) in vezje

za osrednjo priključno točko po Wilsonu (ang. Wilson Central Terminal – WCT).

Namenjen je predvsem prenosnim elektrokardiografom, ki se napajajo iz baterij, zato ima

nizko porabo. Shema ADS1298 je prikazana na sliki 5.

Pomembnejše lastnosti vezja Texas Instruments ADS1298:

- vrsta vezja: AD pretvornik vrste sigma-delta z nastavljivim ojačanjem in filtri za

zajemanje signalov EKG;

- ločljivost: 24 bitov;

- število kanalov: 8 paralelnih s sposobnostjo sočasnega zajemanja vzorcev;

- hitrost zajemanja podatkov: od 250 vzorcev do 32 tisoč vzorcev na sekundo;


- dušenje motenj (ang. Common Mode Rejection Ratio – CMRR): -115 dB;

- šum: 4 Vpp pri frekvenci 150 Hz in ojačanju 6;

- digitalni vmesnik: SPI-kompatibilen;

- vgrajen programirani ojačevalnik (PGA) z nastavljivim ojačanjem: 1, 2, 3, 4, 6, 8 in

12;

- vgrajen vhodni multiplekser za analogne signale: 8 kanalov;

- vgrajen oscilator s frekvenco 2,048 MHz in vir referenčne napetost 2,4 V ali 4 V;

- vgrajen testni signali, ki omogočajo preverjanje pravilnosti delovanja vezja;

- število registrov: 26;

- nizka poraba: 0,75 mW/kanal;

- ohišje: BGA-64 ali TQFP-64.

Slika 7: Shema ADS1298


Pred snemanjem analognih signalov moramo izvesti točno določeno proceduro oz.

zaporedje ukazov ob vklopu, nato moramo sprogramirati registre, s katerimi opredelimo

način delovanja vezja, tj. parametre za AD pretvorbo, vhodni multiplekser in obnašanje

vezja, šele nato lahko sprožimo pretvorbo analognih signalov v digitalni zapis.

Zunanji nadzor nad vezjem za snemanje EKG bomo vzpostavili z mikrokrmilnikom

PIC32MX, ki je povezan z ADS1298 po vodilu SPI.

Mikroelektronsko vezje ADS1298 za snemanje EKG-signalov sestoji iz več podsklopov, ki

jih podrobneje opisujemo v nadaljevanju. To so:

- vhodni multiplekser,

- AD pretvornik vrste sigma-delta,

- nizkofrekvenčni filter,

- vhodna stopnja z elektrodami,

- vodilo SPI in

- pomembnejši nadzorni registri.

Vhodni multiplekser

Na sliki [8] je prikazan vhodni multiplekser (ang. Input Multiplexer – IM) za en kanal.

ADS1298 ima osem tovrstnih blokov, enega za vsak kanal.

Konfiguriranje vhodnega multiplekserja se opravi s pisanjem ustreznih vrednosti treh

najpomembnejših bitov (ang. Most Significant Bit – MSB) v register CHn, pri čemer n

pomeni številko izbranega vhodnega kanala. Dodatno se uporablja še registrer CONFIG3,

ki omogoča krmiljenja signala desne noge (RLD). Ta funkcionalnost v diplomski nalogi ni

bila uporabljena, saj za nemoteče merjenje EKG v nenadzorovanih razmerah ni smiselna.


Slika 8: Vhodni multiplekser

Analogni vhodi na ADS1298 lahko opravljajo različne funkcije, npr. na vhod lahko

priključimo običajne elektrode, ga uporabimo kot referenco za RLD, ali morda nanj

pripeljemo zunanje ali notranje generiran testni signal. Zaradi večnamenskosti vsakega

posameznega vhoda je potreben relativno kompleksen vhodni multiplekser. Z omenjenimi

tremi biti lahko izbiramo povezave, ki so opisane v preglednici 1.

Preglednica 1: Možnosti vhodnih povezav multiplekserja

Biti 2, 1, in 0 v registrih

CHn

Opis

000 normalen vhod

001 vhod je kratko sklenjen

010 uporabljen za meritve RLD

011 meritve analognih in digitalnih napajalnih napetosti vezja

100 temperaturni seznor

101 testni signal

110 RLD_DRP uporabljen za meritve RLD, nastavi pozitivno

elektrodo za povratno zanko

111 RLD_DRN – uporabljen za meritve RLD, nastavi negativno

elektrodo za povratno zanko


Možnosti vhodnega multiplekserja, ki smo jih uporabili pri programiranju vezja za

nestandardno snemanje EKG, so (povzeto po preglednici 1):

- 000 – vhod deluje kot običajen analogni vhod, na katerega smo priključili

elektrode, funkcijski generator ipd.;

- 001 – vhodni multiplekser znotraj samega vezja sklene pozitiven in negativen

priključek izbranega kanala. Uporabili smo ga predvsem za meritve osnovnega

šuma vezja ter prisotnosti enosmerne napetostne komponente (ang. Offset). Vhodne

priključke bi lahko v kratek stik sklenili tudi sami s pomočjo elektrod, vendar bi s

tovrstnim pristopom povečali možnost vpliva zunanjega elektromagnetnega šuma,

saj bi povezovalni kabli do elektrod lahko delovali kot antene;

- 011 – preusmeri referenčne napetosti na vhodne kanale. Pri nastavitvi ojačanja 1 je

na kanalih 1, 2, 5, 6, 7 in 8 srednja napetost med pozitivno analogno (AVDD) in

negativno analogno napajalno napetostjo (AVSS), kar da vrednost (AVDD-

AVSS)/2, na kanalih 3 in 4 pa je pozitivna digitalna napajalna napetost DVDD/4. V

našem primeru so bile izmerjene vrednosti 1,6204 V ter 0,80249 V. Ta funkcija je

uporabna predvsem za preverjanje delovanja vezja, saj vsako odstopanje

referenčnih napetosti pomembno vpliva na meritve in lahko nakaže na napako v

vezju;

- 100 – preusmeri na izbrani kanal senzor temperature, ki je vgrajen v samem vezju.

S pomočjo formule smo napetost iz senzorja spremenili v stopinje Celzija in tudi na

ta način preverjali pravilno delovanje;

- 101 – na vhod se pripelje pravokotni testni signal, ki je interno generiran.

Nastavimo lahko njegovi amplitudo in frekvenco. To nastavitev smo precej

uporabljali, saj je olajšala preverjanje pravilnega delovanja vezja.Več o tem v

poglavju XXX, kjer je opisano preizkušanje strojne in programske opreme.

- 110 in 111 – v povezavi s krmiljenjem signala desne noge omogoča, da nastavimo

pozitivno ali negativno elektrodo za povratno zanko. Te možnosti v diplomski

nalogi nismo uporabili.


AD pretvornik vrste sigma-delta in nizkofrekvenčni filter

AD pretvornik vrste sigma-delta je sestavljen iz dveh delov: sigma-delta modulatorja in

nizkopasovnega sita [8]. Modulator sigma-delta prevzorči analogni signal z mnogo višjo

frekvenco (64-krat in več), kot je pasovna širina signala, in na izhodu generira zaporedje

digitalnih pulzov, ki so pulzno-frekvenčno modulirani (ang. Pulse Frequency Modulation –

PFM). Frekvenca pulzov je sorazmerna napetosti, ki jo merimo. Čim višja je napetost, z

višjo frekvenco se pojavljajo pulzi. Dobljeni signal ima bistveno večjo pasovno širino od

osnovnega signala, ki jo z nizkofrekvenčim decimacijskim filtrom zmanjšamo na

dvakratno pasovno širino. Osnovni namen nadvzorčenja je zmanjšanje kvantizacijskega

šuma in posledično izboljšanje ločljivosti AD pretvorbe [9].

Sigma-delta modulator v ADS1298 je dvostopenjski [4], hitrost modulacije je lahko fCLK/4,

torej 512 kHz ali fCLK/8 = 256 kHz, odvisno od nastavitve registra CONFIG1, ki je

podrobno opisan v poglavju 3.2. Sledi nizkofrekvenčni filter, izpeljan iz galvničnega filtra,

ki zaduši visoke frekvence in pretvori niz bitov v vzporedni tok bitov. Lomna frekvenca je

odvisna od hitrosti vzorčenja. Čim višja kot je vzorčevalna frekvenca, tem višja je lomna

frekvenca.

Vgrajeni sigma-delta AD pretvornik omogoča hitrosti vzorčenja do 32 k vzorcev/s in

ločljivost največ 24 bitov, vendar ne pri najvišjih hitrostih. Odvisnost vzorčevalne

frekvence in ločljivosti prikazuje preglednica 2.

Preglednica 2: Odvisnost vzorčevalne frekvence in ločljivosti

vzorčevalna frekvenca [k

vzorcev/s]

ločljivost

do 8 24 bitov

16 19 bitov

32 17 bitov


Vhodna stopnja z elektrodami

Analogni vhod v AD1298 je polno diferencialen, zato lahko pri stopnji ojačanja 1 vhod

niha med VREFP in VREFN, v našem okolju med -2,4 V do 2,4 V.

Za elektrode smo uporabili kakovostne samolepilne srebro-kloridne elektrode znamke

RedDot proizvajalca Philips, ki so namenjene za enkratno uporabo. Na vezje smo jih

priključili z namenskimi EKG-kabli, ki so oklopljeni. Oklop smo priključili na ozemljitev

in s tem zmanjšali šum, ki se inducira iz okolice.

Vodilo SPI

Serijsko vodilo (ang. Serial Peripherial Interface Bus – SPI) uporablja sinhroni serijski

protokol, namenjen povezavi perifernih naprav z računalnikom. Deluje v načinu polnega

dipleksa (ang. full duplex), torej lahko naprave hkrati pošiljajo in sprejemajo podatke.

Princip komunikacije je gospodar-suženj, torej gospodar prvi pošlje podatkovni paket. Na

vodilu je lahko priključenih več naprav oz. sužnjev, zato se mora gospodar odločiti, s

katero napravo bo komuniciral. Izbira je izvedena s pomočjo izbirne linije (ang. Chip

Select) CS , ki je pogosto poimenovana tudi SS (ang. Slave Select).

Shemo povezave gospodarja in sužnja prikazuje slika 9.

Slika 9: Shema povezave gospodar-suženj


Na sliki 9 pomenijo oznake linij naslednje:

SCLK – ura, ki jo generira gospodar (ang. Serial Clock),

MOSI – izhod iz gospodarja na vhod sužnja (ang. Master Output Slave Input),

MISO – vhod gospodarja iz sužnjevega izhoda (ang. Master Input Slave Output),

SS – izbira sužnja.

V splošnem komunikacija prek SPI poteka na naslednji način: gospodar izbere napravo s

pomočjo linije SS , ki jo postavi na logično 0. Nato začne oddajati urin signal SCLK, ki

narekuje hitrost izmenjave podatkov. Pri vsaki periodi SCLK se zgodi naslednje:

- gospodar pošlje sužnju en bit preko MOSI in suženj ga prebere,

- suženj pošlje gospodarju en bit preko svoje linije MISO in gospodar ga prebere.

Čeprav morda suženj nima za gospodarja nobenih podatkov, ampak le čaka na njegove

ukaze, ali morda gospodar čaka na podatke od sužnja, je nujno, da se oba koraka branja in

pisanja zgodita v vsakem ciklu ure SCLK, saj protokol SPI ne pozna koncepta »samo

branje« oz. »samo pisanje«. V tem primeru lahko gospodar oz. suženj pošlje po vodilu

poljubne bite, saj se ignorirajo. V vsakem ciklu se zgodita tako branje kot pisanje.

Gospodar vedno pošilja urin signal, katerega frekvenca mora biti enaka ali manjša od

maksimalne frekvence, ki jo podpira suženj.

Pri protokolu SPI sta zelo pomembni polariteta in faza ure SLCK. Polariteta ure nam

pove, ali je bazna vrednost signala ure 0 ali 1, kot opisuje slika 10. Če je polariteta 0,

potem bo signal ure v stanju mirovanja, torej ko ni oddaje urnih pulzov, enak 0. Če je

polariteta enaka 1, bo v stanju mirovanja signal SCLK enak 1.


Slika 10: Prikaz faze pri protokolu SPI v odvisnosti od CPHA

Faza oz. CPHA nam pove, v katerem trenutku se podatki zajemajo in pošijajo. Če je

CPHA=0, potem se podatki zajemajo ob prehodu ure iz nizkega v visok nivo ter pošiljajo

ob prehodu iz visokega v nizki nivo, pri CPHA=1 obratno.

Pri ADS1298 znaša maksimalna frekvenca SCLK 20 MHz, najnižja načeloma ni

predpisana, vendar je omejena s številom kanalov, ki jih zajemamo, ter hitrostjo vzorčenja.

Če nastavimo frekvenco SCLK prenizko, se lahko zgodi, da bo naslednji vzorec

pripravljen za branje, preden bomo do konca prebrali trenutnega, kar privede do izgube

vzorcev. Pri diplomskem projektu smo uporabili kar maksimalno frekvenco 20 MHz in

tovrstnih težav ni bilo. ADS1298 uporablja nastavitve CPOL=0 in CPHA=1, kar je znano

tudi pod imenom SPI-način 1. V našem primeru mora gospodar, torej mikrokrmilnik

PIC32MX, inicializirati vodilo SPI na ustrezne vrednosti, sicer komunikacija z ADS1298

ni možna, saj suženj ne more sam nastaviti parametrov za komunikacijo. Pri tem smo

imeli kar nekaj težav, saj protokol SPI ni zelo natančno definiran, in potrebovali smo več

poskusov, da smo uspeli najti pravilne nastavitve. Pri tem smo si pomagali z osciloskopom,

s pomočjo katerega smo opazovali predvsem liniji SCLK ter MSIO. Pri protokolu SPI smo

opazili še občutljivost na »odvečne« urine cikle na vodilu, če je npr. ob prenosu osmih

bitov bilo poslano šestnajst SCLK ciklov namesto osem, kar je povzročilo, da je ADS1298

zašel v neznano stanje in komunikacija se je ustavila.


To težavo smo odpravili s ponovno izbiro čipa, oz. preklopom linije CS , kar je

povzročilo resinhronizacijo vodila SPI. Več o težavah pri izdelavi vezja je opisano v

poglavju 5.1.

Če bi vezje v celoti napajali iz baterij in bi bil cilj kar najmanjša poraba toka ter

maksimalna avtonomija, bi bilo zniževanje frekvence ure za komunikacijo smiselno,

vendar to presega zahteve te diplomske naloge.

Pomembnejši registri

Kot je razvidno iz preglednice 3, ima ADS1298 32 registrov. Vseh pri izdelavi diplomske

naloge nismo potrebovali, saj smo uporabljali le manjši del funkcionalnosti vezja.

Možnosti, kot so krmiljenje signala desne noge, zaznavanje slabega stika elektrod in

uporaba osrednje priključne točke po Wilsonu, nismo uporabili, zato so spodaj opisani le

najpomembnejši registri. Natančnejši opis najdete v tehnični dokumentaciji vezja [4].


Preglednica 3: Preglednica registrov ADS1298


Naziv registra: ID

Naslov: 00h

biti[7 .. 5] – vrnejo družino, kateri pripada vezje:

000 – rezervirano,


100 – vezje pripada družini ADS129x,


110 – vezje pripada družini ADS129xR,

111 – rezervirano;

bit 4 – vedno vrne 1;

bit 3 – vedno vrne 0;

biti [2..0] – vrnejo število kanalov naprave:

000 – 4 kanalni ADS1294 ali ADS1294R,




111 – rezervirano.

V našem primeru smo morali iz registra ID prebrati vrednost 0x92, kar pravilno identificira

vezje ADS1298. Branje identifikacijskega registra je bil prvi preprost test, ali vezje deluje

pravilno. Več o testiranju vezja je zapisano v poglavju 5.

Naziv registra: CONFIG1

Naslov: 01h

bit 7 – nastavitev visoke ločljivosti zajemanja ali varčnega načina. Če izberemo visoko

ločljivost, znaša modulacijska frekvenca sigma-delta modulatorja fCLK/4, pri

varčnem načinu pa fCLK/8:


0 – varčni način, nižja ločljivost zajemanja,

1 – visoka ločljivost zajemanja.

Uporabljali smo visoko ločljivost;

bit 6 – kadar imamo več vezij ADS1298, omogoča marjetično povezovanje in usklajeno

delovanje:

0 – marjetično povezovanje omogočeno,

1 – marjetično povezovanje onemogočeno.

Te možnosti nismo uporabili;

bit 5 – omogoča preusmeritev internega oscilatorja na nožico CLK (torej izhod), pod

pogojem, da je nožica CLKSEL povezana na logično enico. Ta možnost je

uporabna za uskladitev ur med različnimi elektronskimi komponentami:

0 – izhod oscilatorja na nožico CLK je onemogočen,

1 – izhod oscilatorja na nožico CLK je omogočen;

biti 4..3 – morajo biti nastavljeni na 0;

biti 2..0 – nastavitev hitrosti vzorčenja analognih signalov v številu vzorcev na sekundo

(ang. Samples per Second) SPS. Hitrost je odvisna tudi od bita 7, ki določa, ali

vzorčimo v visoki ločljivosti ali varčnem načinu. Za naše potrebe je zadoščala

hitrost 500 Hz in 1000 Hz v visoki ločljivosti.

Opis bitov:

BITI 2..0 vzorčevalna frekvenca pri visoki

ločljivosti [k vzorcev/s]

vzorčevalna frekvenca v

varčnem načinu [k

vzrocev/s]

000 32 16

001 16 8

010 8 4

011 4 2

100 2 1

101 1 0,5

110 0,5 0,25

111 se ne uporablja se ne uporablja



Naslov: 02h

biti 7..6 – morajo biti nastavljeni na 0;

bit 5 – shema rezanja WCT. Te možnosti nismo uporabili:

0 – frekvenca rezanja je spremenljiva,

1 – frekvenca rezanja je konstantna;

bit 4 – določi vir testnega signala:

0 - testni signal je zunanji oz. pripeljan na nožici TESTP_PACE_OUT1 ter

TESTP_PACE_OUT2,

1 – testni signal je interno generiran znotraj vezja;

bit 3 – mora biti nastavljen na 0;

bit 2 – določi amplitudo testnega/kalibracijskega signala:

0 – amplituda znaša 1 mV,

1 – amplituda znaša 2 mV;

biti 1..0 – določijo frekvenco testnega/kalibraciskega signala:

00 – puls pri fCLK/221

, kjer je fCLK frekvenca delovanja vezja in znaša 2,048 MHz,

01 – puls pri fCLK/221

,

10 – ni uporabljeno,

11 – enosmerna napetost.


Naslov: 03h

bit 7 – določi, ali je interni izravnalnik referenčne napetosti vključen ali izključen. Ker smo

uporabili interni generator referenčne napetosti, smo izravnalnik vključili:

0 – izravnalnik je izključen,

1 – izravnalnik je vključen;

bit 6 – mora biti nastavljen na 1;


bit 5 – določi referenčno napetost VREFP, ki jo ustvari interni generator. Ker smo imeli

napajalno napetost 3 V, smo za referenčno napetost lahko uporabili 2,4 V:

0 – VREFP je nastavljen na 2,4 V,

1 – VREFP je nastavljen na 5 V. Zahteva napajalno napetost vsaj 5 V;

bit 4 – omogoči merjenje RLD. Te možnosti nismo uporabili;

bit 3 – določi vir referenčnega signala RLD. Te možnosti nismo uporabili:

0 – vir je zunanji,

1 – vir je notranji;

bit 2 – določi stanje RLD izravnalnika. Te možnosti nismo uporabili:

0 – RLD izravnalnik je izključen,

1 – RLD izravnalnik je vključen;

bit 1 – določi zaznavanje slabega stika elektrod za RLD. Te možnosti nismo uporabili:

0 – zaznavanje je izključeno,

1 – zaznavanje je vključeno;

bit 0 – določi status RLD elektrod. Te možnosti nismo uporabili:

0 – RLD je povezan,

1 – RLD ni povezan.

Naziv registra: CHnSET, kjer n označuje številko analognega vhodnega kanala od 1 do 8

Naslov: od 05h do 0Ch

bit 7 – določi, ali je kanal vključen ali izključen:

0 – normalno delovanje, kanal je vključen,

1 – kanal je izključen;.

biti 6..4 – določajo ojačanje programirnega ojačevalnika PGA:

000 – ojačanje je 6,







110 – ojačanje je 12;

bit 3 – vedno mora biti 0;

biti 2..0 – določi konfiguracijo vhodnega multiplekserja in posledično kateri signal bo

pripeljan na vhod kanala. Vhodni multiplekser je podrobneje opisan v

poglavju X:

000 – normalen vhod elektrod,

001 – vhod je kratko sklenjen. Uporabno za merjenje šuma ali enosmerne

komponente napetosti,

010 – uporabljeno za meritve RLD v povezavi z bitom RLD_MEAS. Te možnosti

nismo uporabili,

011 – na vhod se usmerijo napajalne in referenčne napetosti. Uporabno za

preverjanje pravilnosti delovanja napajalnega dela vezja. Na kanalih 1, 2 in od 5

do 8 je napetost enaka (AVDD-AVSS)/2, na kanalih 3 in 4 pa DVDD/4,

100 – temperatura internega senzorja,

101 – testni signal pravokotne oblike,

110 – nastavi pozitivno elektrodo kot krmilnik RLD. Te možnosti nismo uporabili,

111 – nastavi negativno elektrodo kot krmilnik RLD. Te možnosti nismo uporabili.

3.3 Mikrokrmilniško vezje

Za mikrokrmilniško vezje smo izbrali razvojno ploščico PIC32MX Ehtehernet Starter Kit

podjetja Microchip. Omogoča hiter razvoj aplikacij, saj so na ploščici vgrajene vse

elektronske komponente, ki jih mikrokrmilnik potrebuje za delovanje. Ker smo ADS1298

želeli povezati z razvojno ploščico po vodilu SPI, smo potrebovali dostop do posameznih

nožic, zato smo uporabili še razširitveno ploščico Starter Kit I/O Expansion Board.


Ta se poveže z razvojno ploščico s posebnim konektorjem proizvajalca Hirose Electric in

omogoči dostop do skoraj vseh nožic. Razširitvena ploščica ima še dodatne stabilizirane

vire napajanja 3,3 V, 5 V in 9 V, kar je bilo koristno pri testiranju vezja.

Osnovne lastnosti razvojne ploščice PIC32MX Ehtehernet Starter Kit [10]:

- zmogljiv mikrokrmilnik PIC32MX795F512L,

- USB-mikrokrmilnik PIC32MX440F512H, ki omogoča razhroščevanje ter

povezljivost z osebnim računalnikom,

- vgrajeni kristalni oscilator s frekvenco 8 MHz,

- vgrajena tri stikala in tri svetleče diode (ang. Light Emmiting Diode − LED), ki jih

lahko poljubno programiramo,

- vtičnica RJ-45 ethernet, ki omogoča povezljivost po protokolu ethernet,

- regulator napetosti 3,3 V,

- priloženo razvojno okolje MPLAB IDE.

Več o tem sledi v poglavju 5.1.

Nekatere pomembnejše lastnosti mikrokrmilnika PIC32MX795F512L:

- frekvenca ure: 80 MHz,

- 512 kB pomnilnika za programe in 12 kB za zagonsko rutino,

- 128 kB pomnilnika za podatke,

- po 1 priključek USB, ethernet in CAN,

- podpora za štiri SPI-module,

- pet nožic za zunanje prekinitve,

- šestnajst AD pretvornikov s hitrostjo vzorčenja 10 MHz,

- interna oscilatorja za 8 MHz in 32 kHz.

Povezava ADS1298 in mikrokrmilnika PIC32MX

Najprej smo z vodilom SPI povezali mikrokrmilnik PIC32MX in ADS1298. To smo

opravili tako, da smo nožice SDI1, SDO1 in SCK1 iz mikrokrmilnika PIC32MX povezali

z nožicami DIN, DOUT in SCLK pri ADS1298, kar je prikazano na sliki 11.


Slika 11: Povezava elektronskih vezij ADS1298 in PIC32MX


Nožico RB14, ki je na na razširitveni ploščici označena kot PMA1, smo uporabili kot

izbirno linijo, s pomočjo katere izbiramo ADS1298, RB15 (PMA0) pa smo uporabili kot

prekinitveno linijo, s pomočjo katere ADS1298 sporoča mikrokrmilniku, da ima

pripravljene podatke. Več o programskih rešitvah je opisano v poglavju 4.


4 ZASNOVA PROGRAMSKE OPREME

4.1 Zahteve in specifikacije

Programsko opremo lahko razdelimo na dva dela: pogramsko kodo znotraj mikrokrmilnika

PIC32MX in programsko opremo na osebnem računalniku. Programska koda znotraj

mikrokrmilnika mora skrbeti za konfiguriranje ADS1298, nadzor AD pretvorbe in

prenašanje podatkov na osebni računalnik preko vmesnika USB. Programska oprema na

osebnem računalniku mora zajete podatke prikazovati v realnem času, jih shraniti in po

potrebi obdelati. Iz navedenih razlogov smo se odločili, da bomo uporabili tako lastne

rešitve kot komercialne in odprtokodne programe, kot so matlab, realterm ter livegraph.

4.2 Programske rešitve

Preden lahko ADS1298 začnemo uporabljati za vzorčenje signalov EKG, moramo opraviti

inicializacijo ter s pomočjo pisanja v registre nastaviti konfiguracijo in zagnati pretvorbo,

kakor je prikazano na sliki 12.


Slika 12: Inicializacija in konfiguracija ADS1298

Za inicializacijo in konfiguriranje poskrbi mikrokrmilnik PIC32MX, ki po vodilu SPI

pošlje ustrezne operacijske kode. Te ADS1298 razume in jih izvede. Opisane so v

preglednici 4. Zaradi večje preglednosti in lažjega razumevanja bomo v nadaljevanju

sledili diagramu in opisovali programske rešitve.

Spodaj opisane operacijske kode smo v okolje MPLAB IDE vključili v obliki procedur.

Uporabili smo programski jezik C++. V nadaljevanju so procedure zapisane v obliki

psevdokoda.


Preglednica 4: Operacijske kode ADS1298

ukaz opis prvi zlog drugi zlog

WAKEUP prebudi vezje iz stanja

pripravljenosti

0x02

STANDBY preide v stanje pripravljenosti 0x04

RESET ponovno zažene vezje 0x06

START zažene/sinhronizira AD

pretvorbo

0x08

STOP ustavi AD pretvorbo 0x10

RDATAC začne neprekinjeno vzorčenje

podatkov

0x0A

SDATAC ustavi neprekinjeno vzorčenje

podatkov

0x11

RDATA vzorčenje podatkov na

zahtevo

0x12

RREG prebere n registrov začenši z

registrom na naslovu r

0b001r rrrr 000n nnnn

WREG piše v n registrov začenši z

registrom na naslovu r

0b010r rrrr 000n nnnn


Osnovni psevdokodi za delo z vezjem ADS1298

Inicializacija ob vklopu

1. Počakamo 1 sekundo, da se napetost stabilizira.

2. Postavimo CLKSEL=1 ter počakamo, da se oscilator prebudi.

3. Postavimo priključka PWDN =1 ter RESET =1.

4. Počakamo 1 sekundo na reset ob vklopu.

5. Pošljemo ukaz RESET (0x06) ter počakamo vsaj 18 urnih period.

Vezje se prebudi v načinu neprekinjene pretvorbe podatkov in s privzetimi vrednostmi

registrov. Potrebna je konfiguracija registrov, ki je opisana v nadaljevanju.

Pisanje registrov za konfiguracijo vezja

Pogoj: vezje mora že imeti opravljeno začetno inicializacijo ob vklopu. Seznam registrov

in njihove funkcije so natančneje opisani v poglavju 3.2.

1. Pošljemo ukaz SDATAC (0x11) za prenehanje neprekinjene AD pretvorbe.

2. Pošljemo dva 8-bitna zloga za ukaz WREG (Write REGister):

(0b010r rrrr ter 0b000n nnnn), kjer r predstavlja začetni register, n pa za 1 manj,

kot je število registrov, v katere bomo pisali. Primer:

0b01000001 0b00000000 zahteva pisanje v register št. 1 (CONFIG1).

3. Na vodilo SPI pošljemo n-1 zlogov, ki predstavljajo konfiguracijo registrov.

Primer:

0b10000110 konfigurira register CONFIG1 oz. nastavi hitrost vzorčenja 500

vzorcev na sekundo.

4. Pošljemo ukaz RDATAC (0x12), ki ponovno zažene neprekinjeno AD pretvorbo.


Branje zajetih podatkov

Ko je ADS1298 v načinu neprekinjene konverzije, na vodilo SPI nepretrgoma pošilja

podatke v naslednjem zaporedju: statusni register ter digitalne vrednosti vzrocev z vsakega

posameznega analognega kanala od 1 do 8. Vzorci so dolgi 24 bitov, zato so prebrani

podatki z vseh osmih kanalov dolgi 24 + 824 = 216 bitov. Stanje digitalnih linijah SPI-

vodila oz. soodvisnost signalov ob branju enega zajetega vzorca je prikazano na sliki 13.

Slika 13: Branje enega vzorca preko vodila SPI

Posamezni analogni kanal lahko s pisanjem v ustrezni register izključimo, vendar ostane

izhodni format podatkov enak, prav tako dolžina, le da je vrnjena vrednost za izključeni

kanal vedno 0. Četudi je kakšen kanal izključen, moramo vedno prebrati podatke v dolžini

216 bitov.

1. Pošljemo ukaz RDATAC (0x10), ki začne neprekinjeno branje vzorcev

2. for (i=0; i<9;i++) // statusni register+8 kanalov=9

for (j=0;j<3;j++) // vsak kanal ima tri zloge=24 bitov

beremo z vodila SPI en zlog

ADS1298 sporoči, da so podatki pripravljeni za branje, tako da postavi digitalni izhod

DRDY na vrednost 0. Ta izhod smo uporabili kot prekinitveno linijo do mikrokrmilnika

PIC32MX. Prekinitvena rutina (v nadaljevanju podrobeje opisana) prebere podatke iz

ADS1298 preko vodila SPI.


Branje registrov

Pogoj: vezje mora že imeti opravljeno začetno inicializacijo ob vklopu.

1. Pošljemo ukaz SDATAC (0x11) za prenehanje neprekinjene AD pretvorbe.

2. Pošljemo dva 8-bitna zloga za ukaz RREG

(0b001r rrrr ter 0b000n nnnn), kjer r predstavlja začetni naslov registra in n za 1

manj, kot je število registrov, ki jih bomo prebrali. Primer:

0b00100000 0b00000000 zahteva branje prvega registera ID (št. 0, ki vsebuje

identifikacijsko številko za družino in vrsto vezja. Podrobnejši opis najdete v

poglavju 3.3),

3. Preberemo n-1 zlogov z vodila SPI, ki predstavljajo vsebino registrov. Za zgornji

primer bi bil vrnjen zlog 0x92, kar identificira čip ADS1298.

Prekinitvena rutina za zajemanje podatkov

Kot je že bilo opisano, ADS1298 preko nožice DRDY sporoči, da so vzorčeni podatki

pripravljeni za branje. Nožico DRDY smo povezali z nožico RB15 na PIC32MX, ki je

splošnonamenski vhod oz. izhod, katerega je možno programirati kot prekinitveno linijo,

kar smo tudi naredili.

Psevdokod za prekinitveno rutino:

1. počisti prekinitveno zastavico;

2. postavi nožico RB14, ki je povezana s CS na ADS1298, na 0;

3. prebere 216 bitov z vodila SPI;

4. pretvori surove podatke v napetost (podrobneje opisano v nadaljevanju);

5. pošlje prebrane podatke na vodilo USB (podrobneje opisano kasneje);

6. postavi nožico RB14 na 1;

7. izhod iz prekinitvene rutine.


Rutina za prenos podatkov preko vodila USB na PC

PIC32MX se z osebnim računalnikom povezuje preko vodila USB, vendar se računalniku

predstavi kot navidezni komunikacijski kanal, ki posnema serijski priključek, t. i. virtualna

serijska vrata (ang. virtual COM port). Na ta način je prenos poenostavljen, saj smo na

osebnem računalniku za prebiranje in shranjevanje zajetih podatkov lahko uporabili

odprtokodni program realterm [12].

Po priključitvi PIC32MX na vodilo USB je treba izvesti inicializacijo, prenesti opisnike za

USB, ki PIC32MX predstavijo kot vitrualna serijska vrata, in nastaviti prekinitvene rutine

za prenos podatkov. Po inicializiaciji se ob sproženi prekinitvi prične prenos zajetih

podatkov.

4.3 Posebne rutine za obdelavo podatkov

Pred prenosom podatkov iz PIC32MX na osebni računalnik smo podatke spremenilitako,

da so njihove vrednosti ustrezale napetosti. Ker so podatki shranjeni v dvojiškem

komplementu, smo jih najprej spremenili v desetiško obliko, nato pa izačunali napetost po

naslednji formuli:

kjer je U napetost v voltih, d pa podatek, ki lahko zavzame vrednosti od -223

do 223

-1.

Program za ogled podatkov na osebnem računalniku

Program livegraph [12] je napisan v programskem jeziku java in omoča branje in

izrisovanje podatkov iz tekstovnih datotek v realnem času. Program smo uporabili v

kombinaciji s programom realterm, ki je opravljal vlogo shranjevanja podatkov, medtem

ko je livegraph podatke izrisoval. Rešitev se je izkazala kot zelo uporabna.


Primer izrisa je prikazan na sliki 14, na kateri so vidni utrip srca (z večjo amplitudo na

sredini) ter izrazite motnje s frekvenco 50 Hz.

Slika 14: Primer izrisa EKG-signala s pomočjo programa livegraph


5 PREVERJANJE STROJNIH IN PROGRAMSKIH REŠITEV

5.1 Funkcionalni preizkus

Testiranje vezja je potekalo v več fazah. Najprej je bilo treba izdelati prototipno vezje, da

smo lahko preizkusili osnovno delovanje, in nato vezje postopno izboljševati. Nekaj težav

je predstavljalo dejstvo, da je čip ADS1298 pakiran v ohišje tipa TQFP (ang. Thin Quad

Flat Pack) in ima 64 nožic, med katerimi je 0,5 mm razdalje. Ta vrsta ohišja omogoča

večjo stopnjo integracije in posledično manjše vezje kot npr. ohišja tipa DIL (ohišje z

dvovrstnimi kontakti, ang. dual in-line package). Ker je v takšnem vezju neposreden

dostop do nožic nepraktičen, tudi neposredno spajkanje ni možno. Zato smo ga namestili

na t. i. razširitveno ploščico (ang. breakout board), ki omogoča dostop do nožic preko

standardnih priključkov z rastrom 2,54 mm (slika 15). Te smo nato preko ploščatih kablov

povezali z običajno razvojno ploščico, na katero smo namestili vse potrebne pasivne

komponente.

Slika 15: ADS1298 je prispajkan na razširitveno ploščico


Preverjanje napajanja

Najprej je bilo treba vezju zagotoviti napajalno napetost. ADS1298 ima ločena vira

napajanja za digitalni in analogni del vezja. Digitalni del vezja deluje pri napetostih od

1,65 V do 3,5 V, analogni od 2,7 V do 5,25 V. Za začetek smo napajali tako analogni kot

digitalni del vezja napajali z z dvema baterijama z napetostjo 1,5 V. Nato smo na

prototipno ploščico povezali vse pasivne komponente, kot je prikazano na sliki X; to so

predvsem ločilni kondenzatorji in kondenzatorji za tokovno črpalko v ADS1298.

Sprva smo vezje priključili na baterijsko napajanje, ki je zagotavljalo 3 V za digitalni del

ter +3 V in -3 V za analogni del vezja. Žal vezje ni delovalo, zato je sledilo iskanje vira

napake. Preverili smo, ali je prišlo do kratekega stika med napajalnimi linijami, nato

napajalne napetosti, vendar so vse meritve bile znotraj pričakovanih. Sledilo je merjenje

izhodnih nožic z osciloskopom Textronix TDS1002. Ugotovili smo, da je linija DRDY

konstantno na logičnem nivoju 1, torej ADS1298 ni oprvljal AD pretvorbe, kot bi moral.

Na drugih izhodih nismo zaznali česarkoli nenavadnega, nobena digitalna linija ni pošiljala

na izhod podatkov. Obstajala je še možnost, da ADS1298 ne pošilja podatkov na izhod, ker

na vodilu SPI ni urinih impulzov SCLK, ki skrbijo za sinhronizacijo, ali da vezje pričakuje

zunanji oscilator, ki bo zagotavljal urine pulze za vezje na nožici CLK. A tudi ko smo na

vodilo pripeljali urine impulze, ni prišlo do izboljšave.

Prišli smo do sklepa, da je mikroelektronsko vezje pokvarjeno, zato smo nov čip ADS1298

naspajkali na novo razširitveno ploščico. Napajanje ADS1298 smo priključili kar na

napajalno linijo 3,3V z razvojnega modula PIC32MX, tako za analogni kot digitalni del. V

tej konfiguraciji je vezje delovalo brez težav. To smo najprej opazili z osciloskopom na

izhodu DRDY , kjer je bil prisoten pulz s frekvenco 250 Hz, s čimer je ADS1298

sporočal, da ima pripravljene podatke iz AD pretvorbe. Ponovno smo izmerili vse

napajalne napetosti in na ta način potrdili, da je napajanje ADS1298 izvedeno pravilno.


Preizkušanje komunikacije SPI

Sledilo je povezovanje ADS1298 in PIC32MX preko vodila SPI. ADS1298 ima linije SPI

poimenovane nekoliko nestandardno, zato smo povezave prikazali v preglednici 5.

ADS1298 PIC32MX

DOUT MISO

DIN MOSI

SCLK SCLK

Preglednica 5: Povezava vodila SPI med PIC32MX in ADS1298

Potrebna je bila še povezava linije DRDY pri ADS1298 z večnamensko linijo RB15 pri

PIC32MX in linije CS pri ADS1298 z linijo RB14 pri PIC32MX. Linije SS nismo

uporabili, ampak smo se odločili za ročno oz. programsko krmiljenje CS preko linije

RB15.

Sledilo je programiranje mikrokrmilnika PIC32MX v okolju MPLAB. Najprej smo

opravili inicializacijo vodila, izbrali frekvenco SCLK 20MHz, poslali inicializacijske nize

na ADS1298 ter sproti na osciloskopu preverjali, ali na električnem nivoju vse deluje

pravilno. Žal se ADS1298 ni odzival, saj je bila polarizacija ure napačno nastavljena.

Opazili smo, da je privzeta dolžina besede za protokol SPI nastavljena na 32 bitov,

ADS1298 je zahteval 8-bitno. Treba je bilo upoštevati še zakasnitev, ki mora preteči med

časom, ko mikrokrmilnik izbere ADS1298 s pomočjo linije CS , in trenutkom, ko prične

pošiljati urine impulze SCLK. Zakasnitev mora znašati vsaj 7 ns. K temu je treba dodati še

čas od trenutka, ko mikrokrmilnik izda ukaz, npr. branje registrov, do trenutka, ko prične

brati podatke z vodila. Ta znaša vsaj 4 urine periode. Napisali smo programske zakasnitev

in uspešno smo prebrali register ID, ki je z vsebino 0x92 pravilno identificiral vrsto in

družino čipa ADS1298.


Uspešno branje je bilo šele prvi korak, saj je bilo treba zagotoviti še pravilno pisanje v

ADS1298. Sprogramirali smo rutino, ki je v registre zapisala izbrano vsebino, nato registre

prebrala in vsebini primerjala. Do sprememb ni prišlo, torej je bila zapisana vsebina enaka

prebrani. Hoteli smo še test, ki bi na električnem nivoju potrdil delovanje vezja, zato smo

nastavili peti bit v registru CONFIG1, kar od AD1298 zahtevala, naj vklopi interni

oscilator ter impulze usmeri na izhodni priključek CLK, hkrati pa nastavili priključek

CLKSEL na 1, tako da smo dovoli izhod na CLK. Z osciloskopom smo na izhodu CLK

izmerili pravokotni signal s frekvenco 2 MHz in tako potrdili pravilnost delovanja pri

branju registrov in pisanju v njih po protokolu SPI.

Preverjanje AD pretvorbe

ADS1298 ima vgrajen interni generator testnih signalov, ki ga lahko uporabimo pri

preverjanju delovanja celotnega sistema. Nastaviti je možno amplitudo in frekvenco. S

pomočjo vhodnega multiplekserja lahko testni signal preusmerimo na poljubni analogni

vhodni kanal ali pa ga preusmerimo na zunanja priključka TESTP_PACE_OUT1 in

TESTN_PACE_OUT2. Na ta način lahko ob vklopu naprave preverjamo pravilnost

delovanja tako ADS1298 kot morebitnih zunanjih komponent, kar je dobrodošla možnost.

V diplomskem projektu nismo preverjali zunanjih naprav.

Preizkušali smo tako, da smo register CONFIG2 nastavili na vrednost 0x10, torej vklopili

interno generiranje testnega signala s frekvenco 0,97 Hz ter in z amplitudo 1 mV. Izris

podatkov je pokazal pravilno pravokotno obliko signala, le na nekaterih delih je bilo

opaziti rahel šum, kar smo pripisali motnjam s frekvenco 50 Hz iz električnega omrežja.

Sledilo je preverjanje osnovnega šuma vezja in enosmernega odmika napetosti, ki smo ga

izvedli tako, da smo s pomočjo vhodnega multiplekserja interno kratko sklenili pozitiven

in negativen priključek pri prvem kanalu ter nastavili ojačanje PGA na 1. V register CH1

smo zapisali vrednosti 0x11 in vzočili signal s frekvenco 500 vzorcev/s pet sekund, torej

smo zajeli 2500 vzorcev. Iz podatkov smo izračunali odmik enosmerne komponente

napetosti, ki je znašal 4,05708∙10-4

V, in koren povprečja kvadratov (ang. Root Mean

Square), ki je znašal 2,06∙10-6

V, kar se ujema s specifikacijami proizvajalca [4].


Z opisanimi preizkusi in zračuni smo potrdili, da AD pretvorba deluje pravilno in da je

nivo šuma znotraj specifikacij proizvajalca.

Test z baterijo oz. virom enosmerne napetosti

Na koncu smo izmerili še enosmerni vir napetosti, za kar smo uporabili kar baterijo z

napetostjo 1,5 V. Meritev je pokazala napetost 1,6504 V, kar smo potrdili še z

multimetrom. Nato smo elektrodi na bateriji zamenjali in meritev je pokazala -1,65 V.

5.2 Prikazi meritev signalov EKG v nestandardnih odvodih

Prve meritve so bile precej frustrirajoče, saj je bilo v zajetih podatkih videti le šum. Po

dolgotrajnem iskanju napake smo opazili, da vezje ADS1298 ni bilo pravilno ozemljeno,

saj ni imelo skupne mase z mikrokrmilnikom. Po odpravi napake se je šum nekoliko

zmanjšal, vendar še vedno nismo uspeli posneti signala EKG. Za elektrodi smo uporabili

žice različnih debelin, ki smo jih prijeli med prste, zato smo pomislili, da je morda vzrok

težavam slab stik med kožo in elektrodami. Prste smo nato omočili s fiziološko raztopino,

ki je izboljšala prevodnost, saj vsebuje proste ione, vendar rezultat ni bil bistveno

drugačen. Nato smo se lotili lastne izdelave elektrode, za kar smo uporabili kar bakrene

kovance za 5 centov, na katere smo prispajkali priključke za žice. Elektrode smo dodatno

obdelali v blagi citronski kislini, ki je odstranila vrhnjo plast oksidacije, saj ta poslabša

prevodnost bakra. Ponovno smo uporabili fiziološko raztopino, kazalca leve in desne roke

naslonili na elektrode in se lotili meritev. Meritev tudi tokrat ni bila uspešna. Po ponovnem

premisleku smo sklepali, da je možen vir šuma napajalnik prenosnika, ki je priključen na

omrežno napetost 220 V. Prenosnik smo izključili iz omrežja in ADS1298 napajali iz dveh

baterij z napetostjo 1,5 V. Šum je bil bistveno nižji. Razliko pripisujemo stikalni arhitekturi

napajalnika za prenosnik, ki je neprimerna uporabo v občutljivih analognih vezij.

Po nekajurnem preizkušanju nam je končno prvič uspelo izmeriti signal EKG, ki je

prikazan na sliki 16. Kot smo kasneje ugotovili, je bil predpogoj za merjenje EKG-signala

popolno mirovanje, saj je vsako gibanje generiralo elektromiografsko napetost predvsem

pa šlabše stike med kožo in elektrodami, zato so motnje preglasile signal.


Ker meritve nismo uspeli zanesljivo ponoviti, smo idejo o bakrenih elektrodah opustili in

uporabili elektrodi znamke RedDot proizvajalca 3M, s pomočjo katerih smo brez težav

opravili nadaljnje meritve.

Pri naslednjem poizkusu smo elektrode postavili na levo in desno ramo. Rezultat je bil

podoben kot pri meritvah na prstih in je prikazan na sliki 17.

Slika 16: Meritev signala EKG z bakrenimi elektrodami, na katere so pritisnjeni prsti-

kazalci

Slika 17: Meritve signala pri elektrodah na levi in desni rami


Nato smo elektrodi poskušali nastaviti na komolec in zapestje desne roke ter izvesti

meritev, vendar smo zaznali le prekomerni šum 50 Hz, kot je prikazano na sliki18.

Slika 18: Meritve signala pri elektrodah na komolcu in zapestju desne roke

Meritev smo nato filtrirali v matlabu s pomočjo Butterworthovega filtra sedmega in petega

reda ter lomno frekvenco 5 in 10 Hz, vendar signala EKG nismo zaznali.

Slika 19: Meritev kratkotrajnega stika leve in desne roke z elektrodama


Testirali smo še možnost merjenja signala EKG pri kratkotrajnih stikih z elektrodama, npr.

z eno elektrodo v levi in drugo v desni roki, vendar smo ugotovili, da povzroča drsenje

elektrode po koži prevelike motnje, saj močno spreminja prevodnost in posledično vpliva

na signal. Signal EKG nam je uspelo zajeti po približno petih sekundah po stiku, kot je

prikazano na sliki 19, vendar meritev ni bila zelo zanesljiva.


6 SKLEP

Preizkus je pokazal, da so meritve nestandardnih odvodov signalov EKG možne, vendar

hkrati težavne. Dokler so bile elektrode locirane hkrati na levi in desni polovici telesa, npr.

na levi in desni roki, smo dobili zanesljive meritve in lep signal. Ko smo elektrode

namestili na samo eno roko oz. eno stran telesa, EKG-signala nismo več uspeli zaznati.

Predvidevamo, da je potencialna razlika oz. napetost na tako kratkih razdaljah premajhna,

da bi jo lahko zaznali z razvito opremo in da jo preglasijo motnje električnega omrežja.

Meritve pri nekajsekundnih stikih so se izkazale kot izvedljive, vendar nekoliko

nezanesljive.

Možnosti za izboljšavo in nadgradnjo diplomske naloge vidimo v različnih smereh:

- vezje bi lahko namestili v Faradayevo kletko, ki bi zmanjšala vpliv

elektromagnetnih motenj in izboljšala razmerje med signalom in šumom;

- izdelava visokokakovostnega nizkošumnega analognega predojačevalnika, ki bi

šibke signale ojačal, še preden bi jih vzorčili;

- izdelava kakovostne tiskane ploščice za vezje, kjer bi bile povezave in poti med

elektronskimi elementi čim krajše in optimizirane za čim manjši šum in

interferenco;

- iskanje novih vrst materialov za elektrode, ki bi omogočile boljši stik s kožo in

manj šuma;

- preučitev obstoječih in iskanje novih algoritmov za filtriranje, s pomočjo katerih bi

lahko uspešno filtrirali neželene komponente signala.

Na koncu želimo dodati, da je bilo raziskovanje možnosti meritev nestandardnh odvodov

signalov EKG velik izziv, ki nam je omogočil vplogled v bioelektrična dogajanja drugače,

kot je običajno pri uporabi standardnih medicinskih postopkov in naprav.


7 VIRI, LITERATURA

[1] World Healt Organization, Cardiovascular diseases (CVDs), Fact sheet 317, World

Health Organization, Januar 2010. Pridobljeno iz:

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs317/en/index.html, zadnji dostop: 7. 7. 2011

[2] Wikipedia, the free encyclopedia, Electrocardiography. Pridobljeno iz:

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography, zadnji dostop: 14. 9. 2011

[3] Neuman, M. R., Biopotential Amplifiers, University of North Carolina at Chapell Hill,

pridobljeno iz:

http://www.unc.edu/~finley/BME422/Webster/c06.pdf, zadnji dostop: 14. 9. 2011

[4] »Low-Power, 8-Channel, 24-Bit Analog Front-End for Biopotential Measurements«,

verzija SBAS459H, Texas Instruments, Pridobljeno iz:

http://www.ti.com/lit/gpn/ads1298, zadnji dostop: 29. 5. 2011

[5] Wikipedia, the free encyclopedia, String galvanometer. Pridobljeno iz:

http://en.wikipedia.org/wiki/String_galvanometer, zadnji dostop: 8. 8. 2011

[6] Philips Healthcare Limited, PageWriter TC70 cardiograph, pridobljeno iz:

http://www.healthcare.philips.com/in_en/products/cardiography/products/cardiograph/tc70

.wpd, zadnji dostop: 1. 8. 2011

[7] The Official Web Site of the Nobel Prize, The Nobel Prize in Physiology or Medicine

1924 Willem Einthoven, pridobljeno iz:

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1924/einthoven.html, zadnji

dostop: 17. 7. 2011

[8] Beis, U., An Introduction to Delta Sigma Converters, Pridobljeno iz:

http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/DeltaSigma.html, zadnji dostop: 10. 8. 2011

[9] Jarman, D., Intersil Application Notes, A Brief Introduction to Sigma Delta

Conversion, pridobljeno iz:

http://www.intersil.com/data/an/AN9504.pdf, zadnji dostop: 3. 7. 2011

[10] Microchip Inc. PIC32 Ethernet Starter Kit User’s Guide, verzija DS61166A,

pridobljeno iz:

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2615&d

DocName=en545713, zadnji dostop: 28. 6. 2011

[11] Serial Terminal: RealTerm, pridobljeno iz:

http://realterm.sourceforge.net/, zadnji dostop: 5. 8. 2011

[12] LiveGraph, zajeto iz:

http://www.live-graph.org, zadnji dostop: 15. 7. 2011

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs317/en/index.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography

http://www.unc.edu/~finley/BME422/Webster/c06.pdf

http://www.ti.com/lit/gpn/ads1298

http://en.wikipedia.org/wiki/String_galvanometer

http://www.healthcare.philips.com/in_en/products/cardiography/products/cardiograph/tc70.wpd

http://www.healthcare.philips.com/in_en/products/cardiography/products/cardiograph/tc70.wpd

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1924/einthoven.html

http://www.beis.de/Elektronik/DeltaSigma/DeltaSigma.html

http://www.intersil.com/data/an/AN9504.pdf

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2615&dDocName=en545713

http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=2615&dDocName=en545713

http://realterm.sourceforge.net/

http://www.live-graph.org/


8 PRILOGE

8.1 Seznam slik

SLIKA 1: STRUNSKI GALVANOMETER IN WILLIAM EINTHOVEN ..................................................... 3

SLIKA 2 : POIMENOVANI EKG-VALOVI ................................................................................................... 4

SLIKA 3: SODOBEN 16-KANALNI KARDIOGRAF PHILIPS PAGEWRITER TC-70 .............................. 5

SLIKA 4 : ZASNOVA KARDIOGRAFA ........................................................................................................ 6

SLIKA 5: PRIMERA ELEKTROD .................................................................................................................. 6

SLIKA 6: PRIKAZ ARHITEKTURE NAŠEGA RAZVOJNEGA OKOLJA .................................................. 7

SLIKA 7: SHEMA ADS1298 ........................................................................................................................... 9

SLIKA 8 : VHODNI MULTIPLEKSER ......................................................................................................... 11

SLIKA 9: SHEMA POVEZAVE GOSPODAR-SUŽENJ .............................................................................. 14

SLIKA 10: PRIKAZ FAZE PRI PROTOKOLU SPI V ODVISNOSTI OD CPHA ....................................... 16

SLIKA 11: ELEKTRONSKO VEZJE ADS1298 IN PIC32MX ..................................................................... 25

SLIKA 12: INICIALIZACIJA IN KONFIGURACIJA ADS1298 ................................................................. 28

SLIKA 13: BRANJE ENEGA VZORCA PREKO VODILA SPI .................................................................. 31

SLIKA 14: PRIMER IZRISA EKG-SIGNALA S POMOČJO PROGRAMA LIVEGRAPH ........................ 34

SLIKA 15: ADS1298 JE PRISPAJKAN NA RAZŠIRITVENO PLOŠČICO ................................................ 35

SLIKA 16: MERITEV SIGNALA EKG Z BAKRENIMI ELEKTRODAMI, KI SO LOCIRANE NA

PRSTIH-KAZALCIH ............................................................................................................................ 40

SLIKA 17: MERITVE SIGNALA PRI ODVODU LEVEGA IN DESNEGA RAMENA ............................. 40

SLIKA 18: MERITVE SIGNALA PRI ODVODU KOMOLEC IN ZAPESTJE DESNE ROKE .................. 41

SLIKA 19: MERITEV KRATKOTRAJNEGA STIKA Z ELEKTRODAMA ............................................... 41

8.2 Seznam preglednic

PREGLEDNICA 1: MOŽNOSTI VHODNIH POVEZAV MULTIPLEKSERJA ......................................... 11

PREGLEDNICA 2: ODVISNOST HITROSTI VZORČENJA IN LOČLJIVOSTI ....................................... 13

PREGLEDNICA 3: PREGLEDNICA REGISTROV ADS1298 .................................................................... 18

PREGLEDNICA 4 : OPERACIJSKE KODE ADS1298 ................................................................................ 29

PREGLEDNICA 5: POVEZAVA VODILA SPI MED PIC32MX IN ADS1298 .......................................... 37


8.3 Naslov študenta

Ime in priimek: Saša Kos

Naslov: Framska ulica 4

Pošta: 2000 Maribor

Tel.študenta: 041 394 764

e-mail študenta: [email protected]

8.4 Kratek življenjepis

Rojen: 25.11.1978

Šolanje:

Po končani Srednji računalniški šoli v Velenju se je vpisal na FERI v Mariboru. Živi v

Mariboru in je trenutno zaposlen na Medicinski fakulteti, kjer med drugim skrbi za razvoj

informacijskega sistema.


I Z J A V A O A V T O R S T V U

diplomskega dela

Spodaj podpisani __ Saša Kos ___________________________________

z vpisno številko __ 93648177 ___________________________________

sem avtor diplomskega dela z naslovom:

__ Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG _______________________________

S svojim podpisom zagotavljam, da:

sem diplomsko delo izdelal samostojno pod mentorstvom

prof. dr. Damjana Zazule

in somentorstvom

doc. dr. Borisa Cigaleta

so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.)

ter ključne besede (slov., angl.) identični s tiskano obliko diplomskega dela

soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM.

V Mariboru, dne 20. 9. 2011 Podpis avtorja:

__________________________


IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA

Podpisani mentor __ prof. dr. Damjan Zazula ___________________ izjavljam, da je

študent __ Saša Kos ____________________________________ izdelal diplomsko

delo z naslovom: __ Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG ______________

v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili o pripravi diplomskega dela in

mojimi navodili.

Datum in kraj: Podpis mentorja:

Maribor, 20. 9. 2011 _________________________


IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE

DIPLOMSKEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV

Ime in priimek diplomanta: __ Saša Kos ______________________________________

Vpisna številka: __ 93648177 _______________________________________________

Študijski program: __ računalništvo in informatika _______________________________

Naslov diplomskega dela: __ Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG ________

Mentor: __ prof. dr. Damjan Zazula ___________________________________________

Somentor: __ doc. dr. Boris Cigale ___________________________________________

Podpisani __ Saša Kos _____________ izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal

elektronsko verzijo zakljucnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru.

Diplomsko delo sem izdelal sam ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. clena

Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah (Ur. l. RS, št. 16/2007) dovoljujem, da se zgoraj

navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru.

Tiskana verzija diplomskega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo

v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru.

Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov vezanih na zakljucek študija

(ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum diplomiranja, naslov diplomskega dela) na

spletnih straneh in v publikacijah UM.

Datum in kraj: Podpis diplomanta

Maribor, 20. 9. 2011 _____________________

Documents

Meritve nestandardnih odvodov signalov EKG · elektrokardiograma (EKG) lahko izkušen kardiolog postavi diagnozo ter predpiše ustrezno terapijo. V splošnem je merjenje EKG-signala