عنوان پایان‌نامه
طراحی واسط ورودی آنالوگ برای حسگر دستگاه الکتروشوک خودکار (AED)
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک-مدار وسیستم
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2628;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67364
- تاریخ دفاع
- ۲۹ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- محمدرضا پژوهنده
- استاد راهنما
- امید شعاعی
- چکیده
- دستگاه الکتروشوک خودکار یا AED، دستگاهی قابل حمل جهت رساندن شوک کنترلشده برای احیای ضربان قلب در لحظات اولیه ایست قلبی توسط افراد غیرمتخصص است که شانس زنده ماندن مصدوم را به شدت افزایش می‌دهد. اولین و مهم‌ترین سیگنال مورد نیاز برای تشخیص وضعیت مصدوم در این شرایط، سیگنال ضربان قلب است که دارای اطلاعات ارزشمندی می‌باشد. دریافت این سیگنال ضعیف در هر شرایطی می‌تواند بسیار چالش‌برانگیز باشد. درنتیجه حسگر‌های آنالوگ پیچیده‌ای برای دریافت سریع و دقیق این سیگنال نیاز خواهد بود. همچنین بدست آوردن این سیگنال با حداقل الکترودهای متصل و محدود به الکترودهای الکتروشوک موجب کاهش زمان آماده‌سازی و اتصال الکترودها می‌شود که در بعضی شرایط نظیر شرایط ایست قلبی بسیار حیاتی خواهد بود که باعث پیچیده شدن طراحی و ساخت این نوع از حسگرها در حوزه مهندسی الکترونیک می‌شود. در این پژوهش واسط ورودی آنالوگ دو الکترودی طراحی و ساخته‌شده برای دستگاه AED، علاوه بر استخراج بی‌نقص سیگنال ضربان قلب ، قابلیت اندازه‌گیری امپدانس بدن را تنها با دو الکترود فراهم می‌کند. این قابلیت موجب می‌شود تا با متناسب کردن زمان شوک با امپدانس هر شخص، جریان گذرنده از بدن هر فرد تنظیم و بهینه شود. به‌کارگیری این روش علاوه بر کاهش انرژی دریافت شده از باتری و افزایش مدت زمان کارکرد دستگاه، شانس مؤثر بودن اولین شوک نیز افزایش می‌دهد و مانع آسیب رسیدن به عضلات قلب در اثر عبور جریان بیش از اندازه می‌شود که در بسیاری از دستگاه‌ها مورد توجه قرار نمی‌گیرد و یا با سری کردن مقاومت موجب کاهش جریان دفیبریلاسیون و اتلاف انرژی می‌شود. کلمات کلیدی: امپدانس، سیگنال ضربان قلب، سیگنال مد مشترک ، حسگر‌های غیرتماسی ، واسط ورودی آنالوگ، ولتاژ آفست، تقویت‌کننده ابزاردقیق ، تقویت‌کننده چاپر .
- Abstract
- Portable biomedical instrumentation has become an important part of diagnostic and treatment instrumentation. Automated External Defibrillator (AED) is a basic battery operated and portable defibrillator that is designed for minimally trained or untrained non-medical personnel. Modern medical battery operated applications require appropriate circuit solutions for sensing biopotential. In this thesis a two-electrode Electrocardiogram (ECG) sensor Analog Front-End (AFE) is designed and implemented, with a high common-mode rejection, high input impedance, high voltage tolerance, and real time body/electrodes impedance measurement as well as leadoff detection feature. However, the conventional ECG amplifiers utilize more than three electrodes; the proposed design employs only two electrodes and maintains the high common-mode rejection during body impedance measurement. Also, the circuit makes use of passive components of popular values and tolerances. Besides AED, this amplifier is usable in various applications, such as Holter-type monitors, ECG monitors, biotelemetry devices and etc. Moreover, typical Electroencephalogram (EEG) and ECG sensors require conductive gel to ensure low-impedance electrical contact between the sensor and skin. This makes the measurement set-up time-consuming, the long-term recording problematic, and its usage in mobile cases cumbersome. In order to address the former issue, this thesis also addresses the challenges existing in the conventional EEG/ECG sensors and proposes a gel-free, dry/non-contact EEG/ECG sensor for mobile usage or wearable AEDs with on-board electrode that capacitively couples to the skin. Ultra high input impedance accompanied by active shielding significantly reduces noise pickup, stray input capacitances, and variations in gain as a function of input capacitance. Finally, a continuous time ECG monitoring in parallel with electrode/skin and body impedance monitoring system is simulated in a 0.18?m CMOS process. To ensure the highest fidelity of signal measurement for diagnostic analysis, the amplifier is chopper-stabilized to eliminate flicker noise and input offset. The measured impedance signal is used as a reference for delivering adaptive and optimized shock in AEDs, lead off detection, and/or post processing adaptive filter for removing motion artifacts in the ECG signal. Keywords: Automated External Defibrillator, Biopotential, Body Impedance Measurement, Chopper Stabilized Amplifier, Common-Mode Rejection, Electrocardiograph, Non-Contact Sensor, Offset Voltage.
