İnsan-makine arayüz uygulamaları için sentetik biyosinyal üretiminde yeni yaklaşım: FPAA tabanlı emülatör
New approach in synthetic biosignal generation for human-machine interface applications: FPAA based emulator
Yazar: Onursoy, Volkan; Kılıç, Recai
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 39 No. 3, 2022
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Biyosinyal,sentetik ECG,sentetik EEG,sentetik EMG,FPAA ; Biosignal,synthetic ECG,synthetic EEG,synthetic EMG,FPAA

Biyosinyaller insan vücudu tarafından üretilen elektriksel sinyallerdir. Bu sinyallerden ECG sinyali kalp kasları tarafından, EEG sinyali beyin tarafından, EMG sinyali ise vücuttaki çizgili kaslar tarafından üretilmektedir. Bu biyosinyaller ve test sinyalleri tıbbi cihazların kalibrasyon işlemlerinde ve İMA (insan-makine arayüzü) uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu çalışma ile hem tıbbi cihazların kalibrasyon işleminde kullanılan test sinyallerini üreten hem de İMA uygulamalarındaki süreçlerde kullanılmak üzere sentetik ECG, EEG ve EMG sinyallerini üreten çok kanallı biyosinyal emülatörü geliştirilmiştir. Geliştirilen biyosinyal emülatörü ile biyosinyal üretimleri ve test sinyali üretimleri için gerekli olan farklı devre topolojileri anahtarlamalı kapasitör teknolojisine sahip FPAA ile ortadan kaldırılarak yeni bir yaklaşım önerilmiştir. Böylece tek bir hibrid devre topolojosi ve azaltılmış eleman sayısı sağlanarak biyosinyallerinin yanısıra test sinyalleri de fiziksel olarak Volt ve mV mertebesinde üretilmiştir. Bu sinyaller emülatör üzerinde sağlanan toplamda 14 adet çıkış ile gözlemlenmiştir. Ayrıca geliştirilen LabVIEW tabanlı biyosinyal simülatörü ile ayarlanabilir sinyal karakteristikleri sayesinde biyosinyalleri üretme ve kaydetme esnekliği getirilerek veritabanlarının getirdiği sınırlılığın ortadan kaldırılması hedeflenmiştir. Bununla birlikte simülatör, üretilen biyosinyalleri seri haberleşme standartlarına uygun olarak dış dünyaya aktarabilme yeteneğine sahiptir. Simülatörün emülatör ile haberleşmesi sağlanarak simülatörün veri aktarabilme yeteneği doğrulanmıştır.

Biosignals are electrical signals produced by the human body. ECG signal is produced by the heart muscles, the EEG signal is produced by the brain, and the EMG signal is produced by the striated muscles in the body. These biosignals and test signals are used in calibration processes of medical devices and HMI (human-machine interface) applications. With this study, a multi-channel biosignal emulator that produces both test signals that can be used in calibration process of medical devices and synthetic ECG, EEG and EMG signals to be used in the processes of HMI applications has been developed. A new approach is proposed by eliminating the different circuit topologies required for biosignal generation and test signal generation using switched capacitor technology FPAA based emulator. Thus, by providing a single hybrid circuit topology and reduced component count, ECG, EEG and EMG biosignals as well as test signals are physically produced in the level of Volts and mV. These signals were observed with a total of 14 outputs provided on the emulator. In addition, with the LabVIEW-based biosignal simulator developed, it is aimed to eliminate the limitation of databases by bringing flexibility to generate and record biosignals thanks to adjustable signal characteristics. However, the simulator has the ability to transfer the produced biosignals to the outside world in accordance with serial communication standards. Transferring data ability of the simulator has been verified by ensuring that the simulator communicates with the emulator.