VHDL ile NIBP, SpO2 ve ETCO2 Yaşamsal Sinyallerin FPGA Tabanlı Tasarımı ve Gerçek Zamanlı Uygulaması

Abstract

Son yıllarda, FPGA-tabanlı yaklaşımlar, biyomedikal mühendislik uygulamalarında yoğun bir şekilde kullanılmaktadır. Sunulan bu çalışmada, NIBP, ETCO2 ve SpO2 yaşamsal belirti sinyalleri Zynq-7000 serisi XC7Z020 FPGA çipi üzerinde, gerçek zamanlı biyomedikal uygulamalarında kullanılmak amacı ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmada öncelikle, NIBP, ETCO2 ve SpO2 sinyalleri MATLAB ortamında nümerik olarak modellenmiştir. Sinyallerin sayısal modelleri, MIT-BIH aritmi veri bankası Physiobank ATM kısmında bulunan yaşamsal belirti sinyallerinin zaman ve genlik değerleri için uyumlu ve özgün olarak çıkartılmıştır. Ardından, bu sinyallerin bulunduğu FPGA-tabanlı sistem, VHDL ile Xilinx Vivado yazılımında tasarlanmıştır. Tasarımın matematiksel modelleri baz alınarak, FPGA-tabanlı sistemin ürettiği sonuçlar ve hata analizleri verilmiştir. Sonrasında, NIBP, ETCO2 ve SpO2 sinyallerini içeren tasarım Xilinx-Vivado ile Zynq-7000 XC7Z020 FPGA çipi için sentezlenmiş ve Place&Route işleminin sonucunda kaynak tüketim istatistikleri sunulmuştur. FPGA-tabanlı tasarımların maksimum çalışma frekansı 651.827 olarak elde edilmiştir. FPGA-tabanlı tasarımlanan NIBP, ETCO2 ve SpO2 yaşamsal belirti sinyalleri, geliştirme kitiyle çalışan 2 adet 14-bit AN9767 DA kartıyla 4 kanala sahip bir osiloskop üzerinden gerçek zamanlı gözlemlenmiştir. Çalışma ile FPGA-tabanlı tasarımı yapılarak doğrulanan NIBP, SpO2 ve ETCO2 yaşamsal belirti sinyallerinin biyomedikal uygulamalarda ve tıbbi cihazların kalibrasyon testleri için kullanılabileceği gösterilmiştir.