Biyomedikal sinyaller için akım taşıyıcı tabanlı filtre tasarımı
Current conveyor based filter design for biomedical signals
Yazar: KÜBRA TEKİN
Danışman: DOÇ. DR. HASAN GÜLER
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Aktif filtreler = Active filters ; Akım kuvvetlendiriciler = Current amplifier ; Akım taşıyıcı devreler = Current conveyor circuits ; Elektroensefalografi = Electroencephalography

Özet:
Biyomedikal sinyaller küçük genlikli ve spekturumu alçak frekanslar bölgesinde olan gürültülü işaretlerdir. Biyomedikal sinyallerin analizinde genellikle işlemsel kuvvetlendiriciler (Op-amp) ile tasarlanan filtreler kullanılmaktadır. Op-amp'ların alternatifi olarak akım taşıyıcılar sunulmuş ve Op-amp'lara göre birçok avantajı olduğu saptanmıştır. Bu çalışmada ise bir EEG sinyali için şebeke gürültüsünü bastırmak için notch filtre ve hem akım taşıyıcı hem de Op-amp kullanılarak yüksek geçiren, alçak geçiren ve bant geçiren filtre tasarlanmıştır. Akım taşıyıcı olarak ikinci nesil akım taşıyıcı (CCII) ve ikinci nesil akım kontrollü akım taşıyıcı (CCCII) devreleri kullanılmıştır. Yüksek geçiren filtre devreleri için kesim frekansı 0,5 Hz, alçak geçiren filtre devreleri için kesim frekansı 100 Hz ve bant geçiren filtre devreleri için kesim frekansı aralığı 0,5-30 Hz seçilmiştir. Bu filtre devrelerinin tasarımı için ORCAD Pspice programı kullanılmış ve benzetim sonuçları elde edilmiştir. Tasarlanan filtrelerin girişine Bonn Üniversitesinden alınan epilepsi ve sağlıklı kişilere ait ham EEG verileri uygulanmıştır. EEG sinyalinin tasarlanan bu filtrelere uygulanması sonucunda sinyallere Pspice ortamında Fourier Analizi uygulanmış olup sinyallerdeki değişimler ve EEG dalgaları (δ, θ, α, β, γ) incelenmiştir. Ayrıca bu filtre devrelerinin uygulama devresi yapılmış ve bazı frekans değerlerinde osiloskop görüntüleri alınmıştır. Uygulamada işlemsel yükselteç devresinde LM741, akım taşıyıcı devresinde AD844 entegre kullanılmıştır. Hem Pspice ortamındaki sinyaller hemde osiloskop görüntüleri için Op-amp devresine göre akım taşıyıcı ile tasarlanan filtre devrelerinde sönümlemenin daha iyi olduğu saptanmıştır. Bu tasarlanan filtre devreleri EEG ölçümlerinde kullanılacak olup akım taşıyıcı (CCII, CCCII+) filtre devresinin Epilepsi gibi hastalıkların tanısında daha iyi sonuçlar vereceği öngörülmüştür.

Abstract:
Biomedical signals are noisy signals with a small amplitude and specturum in the region of low frequencies. In the analysis of biomedical signals, filters designed with operational amplifiers (Op-amps) are usually used. As an alternative to Op-amps, current conveyors have been presented and it has been determined that they have many advantages over Op-amps. In this study, a notch filter and a high-pass, low-pass and band-pass filter were designed to suppress network noise for an EEG signal using both a current conveyor and an Op-amp. Second generation current conveyor (CCII) and second generation current controlled current conveyor (CCCII) circuits were used as current conveyors. The cut-off frequency is 0.5 Hz for high-pass filter circuits, 100 Hz for low-pass filter circuits, and 0.5-30 Hz for band-pass filter circuits. ORCAD Pspice program was used for the design of these filter circuits and simulation results were obtained. Raw EEG data of epilepsy and healthy people taken from Bonn University were applied to the input of the designed filters. As a result of applying the EEG signal to these designed filters, Fourier Analysis was applied to the signals in the Pspice environment, and changes in the signals and EEG waves (δ, θ, α, β, γ) were examined. In addition, the application circuit of these filter circuits was made and oscilloscope images were taken at some frequency values. In practice, LM741 was used in the operational amplifier circuit and AD844 was used in the current conveyor circuit. It has been found that damping is better in filter circuits designed with a current conveyor than in the Op-amp circuit for both signals in the Pspice environment and oscilloscope images. The filter circuits designed for this purpose will be used in EEG measurements and it has been predicted that the current conveyor (CCII, CCCII+) filter circuit will provide better results in the diagnosis of diseases such as Epilepsy.