Skip to main content
SUPERVISOR
Seyedmasoud Sayedi,Rasoul AmirFattahi
سید مسعود سیدی (استاد راهنما) رسول امیر فتاحی ورنوسفادرانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Sanaz Joulazadeh
ساناز جولازاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Design of the sensing unit of implantable cardiac pacemaker in the human body
Heart diseases are one of the major reasons of death all around the world. One of the most epidemic heart diseases is bradycardia in which patient’s heart pumps abnormally slow. Bradycardia can be healed with an implantable device in human body which is named artificial pacemaker. Due to the importance of health issues, designing an accurate, lightly weighted and low-power pacemaker is still a challenge. The main aim of this project is to study, design and implement the main parts of an artificial pacemaker in VVI mode. Three major parts of an artificial pacemaker including analog, analog-to-digital converter (ADC) and digital parts were implemented. The heart signal was amplified and filtered through a low-noise amplifier, chopper amplifier, low-pass filter and programmable amplifier in the analog part. The analog circuits designed with emphasis on working in sub-threshold region. Output signal of analog part was given to an analog to digital converter which is a SAR ADC with a reasnoble resolution and speed. Various parts of this ADC including binary search algorithm, SAR logic and comparator were implemented in Xilinx ISE software. Output signal of ADC was converted to digital signal for further proccessing. By processing digital signal and detecting heart signal peaks in digital part, the signs of bradycardia can be recognized. One practical peak detection algorithm was chosen and some changes were made on it to enhance capability of the algorithm and decrease the calculations and power consumption. By detection of the slow heart beat, the pacemaker can send out a pulse with a predetermined amplitude and pulse width to the heart, forcing it to pump in a normal manner. Key Words : Bradycardia, Artificial Pacemaker, VVI Mode, Sub-Threshold Region, Chopper Amplifier, Programmable Amplifier, Analog-To-Digital Converter (ADC), Peak Detection Algorithm.
بیماری های قلبی به عنوان یکی از عوامل اصلی مرگ و میر در تمامی کشورهای جهان شناخته شده است. یکی از شایع ترین آن ها بیماری به نام کندکاری قلب است که در آن نرخ ضربان قلب در دقیقه بسیار پایین بوده و عملکرد صحیح قلب فرد را مختل می کند. این بیماری به کمک تحریک خارجی دستگاه کاشت شده در بدن به نام ضربان ساز قلب قابل درمان است. با توجه به آمار مرگ و میر و اهمیت درمان بیماری های قلبی، ضربان ساز قلب یکی از دستگاه های مهم در صنعت پزشکی محسوب می شود. از این رو طراحی مدارها و ارائه الگوریتم های ساده و در عین حال دقیق که باعث تشخیص دقیق بیماری و مصرف کمتر توان شوند، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. هدف از انجام کار حاضر مطالعه، بررسی و پیاده سازی بخش های اصلی یک سیستم ضربان ساز قلب نوع VVI است. در این پژوهش ضمن مطالعه عملکرد بخش های اصلی یک ضربان ساز قلب، سه بخش آنالوگ، مبدل آنالوگ به دیجیتال، بخش دیجیتال و نحوه پالس دهی ضربان ساز پیاده سازی شده است. در بخش آنالوگ با بررسی مدارهای تقویت کننده کم نویز در زمینه دریافت سیگنال قلب، یک مدار تقویت کننده مدوله شده با ساختار چاپر به همراه یک فیلتر پایین گذر و تقویت کننده قابل برنامه ریزی با تاکید بر عملکرد ترانزیستورها در ناحیه زیرآستانه، در سطح شماتیک و لی اوت پیاده سازی شده است. سیگنال خروجی بخش آنالوگ به منظور تبدیل آن به سیگنال دیجیتال به مبدل آنالوگ به دیجیتال داده می شود. با توجه به پایین بودن فرکانس ضربان قلب، مبدل SAR با داشتن دقت و سرعت مناسب برای کاربرد ضربان ساز قلب جهت پیاده سازی به عنوان مبدل آنالوگ به دیجیتال انتخاب شده است. بخش های مختلف این مبدل متشکل از قسمت های الگوریتم جستجوی دودویی، منطق SAR و مقایسه کننده در نرم افزار Xilinx ISE با زبان VHDL پیاده سازی شده است. سیگنال خروجی مبدل آنالوگ به دیجیتال به منظور پردازش به بخش دیجیتال وارد می شود. در این بخش با پردازش و تشخیص قله های سیگنال قلب، سالم بودن یا بیماری قلب بیمار تشخیص داده می شود. با انتخاب یکی از الگوریتم های معروف تشخیص قله و اعمال تغییرات بر روی آن در نرم افزار MATLAB، الگوریتمی مناسب جهت کاربردهای توان پایین انتخاب شد. از آن جایی که ضربان ساز قلب به منظور درمان بیماری کندکاری قلب مورد استفاده قرار می گیرد، پس از تشخیص بیماری از روی سیگنال قلب در بخش پردازشگر دیجیتال، یک پالس با دامنه و پهنای پالس مشخص از ضربان ساز به سمت قلب بیمار فرستاده می شود. کلمات کلیدی: کندکاری قلب، دستگاه ضربان ساز قلب، ناحیه زیرآستانه، تقویت کننده چاپر، تقویت کننده قابل برنامه ریزی، مبدل آنالوگ به دیجیتال، الگوریتم تشخیص قله سیگنال قلب.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی