(Microsoft PowerPoint - 4. hafta notlar\3752003 [Uyumluluk Modu])

Biyomedikal enstrümantasyonun görevi
canlı sistemlerle ilgili çeşitli parametrelerin
algılanması
değerlendirilmesi ve
anlamlı veri haline dönüştürülebilmesi
İnsan - Enstrumantasyon Sistemi
• Yaşayan organizmalarla ilgili büyüklüklerin ölçülmesinde, ölçüm sistemiyle obje
arasındaki etkileşim nedeniyle, üzerinde ölçüm yapılan insanın da ölçüm
sisteminin bir parçası olarak dikkate alınması gerekir. Bunun anlamı, ölçülen
büyüklüklerin gerçek büyüklükleri gösterebilmesi için yaşayan organizmanın iç
yapısı ve özellikleri, ölçüm sisteminin tasarımı ve uygulanması sırasında dikkate
alınmalıdır.
• Üzerinde ölçüm yapılan insan organizması ve ölçümü yapan ölçü sistemi ile
birlikte oluşan tüm sisteme İnsanİnsan- Enstrumantasyon Sistemi adı verilir.
Uyarıcı
Kontrol ve Geri Besleme
Dönüştürücü
İşaret
İşleme
Görüntüleme
Kaydetme, veri işleme ve
gönderme
Üzerinde ölçüm yapılan insan organizması ve ölçümü yapan ölçü sistemi ile birlikte oluşan tüm
sisteme,İnsan
İnsanİnsan-Enstrumantasyon Sistemi denir.
Bir insan-enstrumantasyon sistemdeki temel bloklar herhangi bir enstrumantasyon
sistemindeki temel blokların aynıdır. Aradaki tek fark üzerinde ölçüm yapılan
objenin insan olmasıdır. Sistem aşağıdaki bloklardan oluşur:
a. Obje: Özerinde ölçüm yapılan canlı organizma.
b. Uyarıcı : Bazı ölçümlerde bir dış uyarıcıya karşı gösterilen tepkinin ölçülmesi
istenir. Uyarıyı üreten ve objeye uygulanmasını sağlayan ünite bu sistemin temel
parçalarından biridir.
c. Dönüştürücü : Dönüştürücüler, ölçülen büyüklüğü elektriksel işarete çevirmek
amacıyla kullanılır. Dönüştürülen büyüklük, sıcaklık, basınç, akış, veya herhangi bir
fizyolojik büyüklük olabilir. Dönüştürücü çıkışı daima elektriksel bir işarettir.
d. İşaret işleme : Bu ünite, dönüştürücü çıkışındaki işaretin,, görüntüleme ve kaydetme
ünitelerine uygulanabilmesini sağlamak amacıyla işaret üzerinde yapılması gerekli
işlemleri gerçekleştirir.
e. Görüntüleme ünitesi : Bu ünitenin çıkışı genellikle görüntü veya ses şeklindedir.
Görüntüleme ünitesinde ölçülerin sürekli saklanmasını sağlamak amacıyla bir
kaydedici de bulunabilir.
f. Kaydetme, veri işleme ve gönderme ünitesi: Bu ünite verilerin daha sonra
kullanılması veya başka bir yere gönderilmesi amacını sağlar. Bilgilerin otomatik
depolanması ve işlenmesinin istenmiş olduğu durumlarda veya ölçüm sisteminde
bilgisayar kullanılmış olması durumunda gerçek zamanda çalışan bir bilgisayar bu
sistemin bir parçası olabilir.
Ölçüm için yapılan örnekleme iki şekildedir:
a) Dinamik Örnekleme : Dinamik örneklemede fizyolojik parametreler vücuttan
bir dönüştürücü yardımıyla algılanır. Dinamik örneklemede daima bir
dönüştürücü kullanılır. Ag-AgCl yüzey elektrodu, LVDT.
Dinamik örneklemede ölçü sistemi, ölçülecek parametrelerdeki ani
değişmelere cevap verebilecek özelliklere sahip olmalıdır.Kardiyak Monitörü
gibi
Dinamik örneklemede "invasive" (direkt) veya "noninvasive" (direkt olmayan,
dolaylı) örnekleme teknikleri kullanılır.
Noninvasive Örnekleme : Bu yöntemde dönüştürücünün objeyle teması yoktur,
ölçümler daha güvenilirlidir. Tasarım ve kullanım açısından karmaşık.
İnvasive örnekleme : Bu yöntemde elektrotlar veya dönüştürücüler, deri yüzeyine veya
vücut içerisine yerleştirilir. Hasta açısından tehlikelidir. Tasarım ve kullanım açısından
kolay
b) Statik Örnekleme : Statik örneklemede, üzerinde ölçüm yapılacak parça canlı
sistemden alınmıştır. Parmaktan kan alınması, bu örnekleme şekline bir örnektir.
ELEKTRODLAR, SENSÖRLER VE
TRANSDÜSERLER
Elektrik kökenli biyolojik işaretlerin algılanmasında
kullanılan elektrokimyasal dönüştürücülere, biyopotansiyel
elektrot veya sadece elektrot adı verilir.
Vücudumuzdaki
biyopotansiyeller,
iyon
hareketleri
sonucunda oluşurlar.
Elektrotlar da iyon akımlarını elektron akımlarına
dönüştürerek, kimyasal-elektriksel enerji dönüşümünü
yaparlar.
Bu bölümde, bu dönüşüm mekanizması, elektrot devre
modelleri ve elektrot çeşitleri gözden geçirilecektir.
İki nokta arasında iyon konsantrasyonları bakımından bir
farklılık varsa potansiyel bir fark meydana gelir.
C
Elektrot
eeI
C+
_
A
Elektrolit
Şekil Elektrot-elektrolit arayüzü
ELEKTROT ÇEŞİTLERİ
Değişik amaçlar için kullanılan elektrot çeşitleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir:
Elektrotlar
Yüzey elektrotları
a) Metal plaka elektrotları
b) Emici düzenli elektrotlar
c) Gezici tipten elektrotlar
d) Tümüyle atılır elektrotlar
e) Bükülebilir elektrotlar
f) Kuru elektrotlar
Dahili elektrotlar
a) İğne elektrotlar
Mikroelektrotlar
a) Destekli metal mikroelektrotlar
b) Tel elektrotlar
- Cam muhafazalı olanlar
c) Tel halka elektrot
- Cam göbekli olanlar
b) Mikropipetler
10
YÜZEY ELEKTROTLARı
Yüzey elektrotları, biyolojik işarretlerin deri üzerinden algılanmasında kullanılırlar.
d) Emici düzenli elektrot
a) Metal plaka elektrot
Disk veya dikdörtgen biçimindedir.
Ni-Ag (Ag-AgCl) alaşımı kullanılır.
Deri ile arasına pasta (jel) sürülür.
Özel lastik veya kayışla tutturulur.
EKG, EMG ve EEG için kullanılır.
Yüzeyi büyük, empedansı küçüktür.
b) Gezici tipten elektrot
Elektrot şapka muhafazanıniçinde.
Şapkanın içinde elektrolit jel var.
Şapka, yapışkan bantla tutturulur.
Şapka hareket etse de elektrot
elektrolite göre hareket etmez.
Gürültü az olur. Ag-AgCl kullanılır.
c) Bükülebilir elektrot
Bir
yüzü
yapışkan
bant
şeklindedir.
Bant, plaster şeklinde bükülebilir.
Küçük çocuklarda EKG için kull.
AG-AgCl filmleri 2µ kalınlığında.
X ışının geçirgendir.
a)
Bağlantı teli
d)
Bağlantı
ucu
b)
c)
Şapka
İki yüzü
yapışkan bant
Yapışkan
bant
Gümüş
tel örgü
Lastik
hazne
Temas
yüzeyi
e)
Yalıtkan
Elektrot bant
Yapışkan
bant
f)
Jelli
sünger
Kuvvetlendirici
Çelik disk Bağlantı
teli
Şekil Yüzey elektrotları
Temas silindirik boruyla olur.
Diğer uçta vakum pompası var.
EKG için göğüs elektrodudur.
Yüzey küçük, empedans büyük.
e) Tümüyle atılır elektrot
EKG için göğüs elektrodudur.
Ag-AgCl elektrot.
Elektrot tabanına yapışık jel
emdirilmiş süngeri vardır.
Bir kere kullanılır ve atılır.
f) Kuru elektrot
Pasta gerektirmez. Statik elktr.
Üst deri, elektrot ile dermis
arasında yalıtkan durumunda.
Cd kapasitesi küçük; Rd büyük.
Kapasitif kuplaj olur, YGF gibi.
Kuvvetiend. giriş emp büyük.
Kuvv. elektrot yakınına kurulur
(izleyici) ve gürültü azaltılır.
Si teknolojisi kullanılır.
Tabanda SiO2 yalıtkanı kullan.
11
DAHILI ELEKTRODLAR
Dahili elektrodlar vücut içerisine
yerleştirilmek üzere tasarlanmış
elektrodlardır.
Dahili elektrod yalıtılmış bir
kateterin ucunda yer alan küçük bir
metalik elektroddan meydana gelir
(Şekil)
Bir uygulamada, elektrod hastanın
damarları içerisinden geçirilerek
(genellikle sağ koldan girilir) kalbin
sağ bölümüne sokulur ve buradaki
intrakardiyak ECG dalga şeklini
ölçmekte kullanılır. Belli bazı çok
düşük seviyeli yüksek frekanslı
sinyaller (HİS demetindeki gibi)
ancak bir dahili elektrod
kullanılarak izlenebilirler.
NEEDLE ELECTRODES USED FOR EMG
MIKROELEKTRODLAR
Cam-metal mikroelektrod.
MIKROELEKTROTLAR
Flexible Electrode
Arrays
Electrodes and
interconnects
integrated
into a flexible (silicone
or polyimide)
substrate
– conform to tissue
surface
• retina
• peripheral nerve
(cuff)
TRANSDÜSERLER VE SENSÖRLER
Transdüserler sensör adı verilen ve biyofiziksel elektrodları da
içeren elemanların bir ayrı bir sınıfını oluştururlar. Bu farkı daha
iyi anlayabilmek için önce verilen tanımları tekrar gözden
geçirelim: Transdüser, ölçüm veya kontrol yapmak maksadıyla
sinyali herhangi bir formdan elektriksel forma dönüştüren bir
aygıttır.
Transdüserler elektrodlardan ayrılırlar. Transdüserler dönüştürme
için bir ara eleman kullanırken elektrodlar bu işlemi doğrudan
gerçekleştirmektedirler. Örneğin, bir basınç transdüseri, basıncı
algılamak için basıncın etkisiyle esnediğinde direncini değiştiren
bir gerilme ölçer teli kullanır. Benzer şekilde, bir termistör sıcaklık
değişimiyle direnci değişen bir materyalden yapılır. Çoğu
transdüser bir Weston köprüsüne bağlanmış bir piezorezistif
eleman kullandığından, tartışmamıza öncelikle bu elemanlardan
başlayacağız.
Dönüştürücüler, dönüştürme işlemlerini gerçekleştirirken
alternatif gerilim (AC) veya doğru gerilim (DC) güç kaynağı
ile beslenmek durumunda olabilirler ki, bu dönüştürücülere
pasif dönüştürücüler adı verilir. Değişken direnç ve
değişken indüktans dönüştürücüleri, besleme kaynağı
gerektirdiklerinden birer pasif dönüştürücüdürler.
Güç kaynağı kullanmayı gerektirmeyen dönüştürücüler ise
aktif dönüştürücü sınıfına sokulur. Fotodiyot ve termokupl,
birer aktif dönüştürücüdür,
DÖNÜŞTÜRÜCÜLER
Pasif dönüştürücüler
Değişken dirençli
Değişken indüktanslı
Aktif dönüştürücüler
Piezoelektrik
Termoelektrik
Değişken kapasiteli
Mekanorezistif
Magnetorezistif
Piezorezistif
Termorezistif
Fotoiletken
Hall olay
Piroelektrik
Magnetostriktif
Fotodiyot
Elektrokinetik
Tıpta, dönüştürücüler, aşağıdaki fizyolojik
büyüklükler ve amaçlar için
kullanılmaktadır:
i) Sıcaklık,
ii) Yerdeğiştirme,
iii) Kuvvet (basınç),
iv) Hız,
v) İvme (titreme)
vi) Hacim ölçümlerinde,
vii) Ses analizinde,
viii) Doku ve organların görüntülenmesinde
ix) Yapay organlarda.
.
.
.
DÖNÜŞTÜRÜCÜLERIN BIRBIRLERINE OLAN
ÜSTÜNLÜKLERI
a) Frekans cevabı,
b) Giriş empedansı,
c) Lineerliği,
d) Doğruluğu,
e) Duyarlığı,
f) Rezolüsyonu (en küçük değişimi farkedebilme yeteneği),
g) Operasyon (deşme, yarma) gerektirip gerektirmemesi,
h) Değişken ortam şartlarında (sıcaklık, nem, basınç) uzun süre kararlılığını
koruması,
i) Fiyatı,
j) Yapım ve işleme kolaylığı,
k) Gürültüsü,
l) Boyutu,
m) Ağırlığı,
n) Ölçüm düzenine etkisi,
o) Ölçme sınırları ve dinamiği,
p) Ataleti (cevap verme süresi),
r) Güç harcaması (disipasyon sabiti) ve
s) Ömrü.
DÖNÜŞTÜRÜCÜ ÇEŞITLERI
Şekil Weston köprüsü devresi
(R1/R2) = (R3/R4) veya R1xR4=R2xR3
LM35 - Precision Centigrade
Temperature Sensor
Piezoelektrik dönüştürücüler
Kuvarz ya da seramik gibi
kristaller bir kuvvet altında
kaldığında picocoulomb
seviyesinde elektrik yükü
üretirler.
Bu elektrik yükünün kristal
üzerindeki değişimi
uygulanan kuvvet ile doğru
orantılıdır.
Uygulanan voltaj kristalin
2-10 MHz arasında
titreşimine sebep olur.
Piezoelektrik dönüştürücüler:
– Mekanik uyarı karşısında direkt olarak elektrik çıkışı
veren aktif tipten
dönüştürücüdür.
– Kullanılma yerlerine örnek olarak aşağıdakiler verilebilir;
Kalp sesi ölçümleri için mikrofonlar,
Titreşim ölçerler için ivme algılayıcıları,
Kan akış hızı ölçümleri için ultrasonik hız ölçerler,
Ultrasonik (kalp ve iç organlar için) görüntüleme cihazları,
Ultrasonik operatörlük (cerrahi) cihazları,
Ultrasonik diyatermi (doku ısıtıcı) cihazları,
Piezoelektrik kalbe destek cihazlar,
Sterilizatör (temizleyici) cihazları,
Fizik tedavi cihazları,
Deri üzerinden böbrek taşı parçalayıcıları
Piezoelektrik Dönüştürücüler:
Ultrasonik Yöntemle Kan Akış Hızı Ölçülmesi:
Ultrasonik kan akış hızı ölçümleri, daha çok Doppler
yöntemi adı verilen; hareketli ortama gönderilen
piezoelektrik malzeme kaynaklı ultrason dalgalarının
hareketlilik nedeniyle dönüşündeki frekans kayması
temeline dayanır.
Doppler etkisi
Doppler etkisi temelde iki önemli gözleme dayanır. Hareketli bir ses
kaynağından algıladığımız sesin özelliği bize yaklaşırken ve uzaklaşırken
birbirinden farklı olur. Bu fark bir ölçüde sesin frekansının değişmesinden
kaynaklanır.Uzaklaşan bir cismin yaydığı ses dalgalarının frekansı (bir
saniyedeki dalga sayısı) azalırken yaklaşan bir kaynaktan gelen sesin frekansı
giderek yükselir. Yine hreketli bir cisme gönderilen ses dalgaları cisimden
yansırken frekansında değişme ortaya çıkar.
Vücudumuzda sürekli düzgün bir hareketin en belirgin olduğu yer
damarlarımızdır.bu nedenle doppler öncelikle damer incelemsinde kullanılan bir
yöntemdir. Hemen tüm damarlar dopplerle incelenebilir. Doppler ultrasonografide
kan damarına gönderilen ses dalgası ve yansıyarak geri dönen ses dalgasının
frekansı arasındaki fark değerlendirilerek kan akım hızı ve kalp atışlarıyla bu hızda
ortaya çıkan değişiklikler saptanabilir. Gebelik sırasında da gerek uterus(rahim)
damarlarındaki kan akımı gerekse göbek kordonu ve bebeğe ait bazı damarlardaki
kan akımının incelenmesi gebeliğe ait çeşitli sorunların öngörülmesinde ve bebeğin
iyilik halinin değerlendirilmesinde son derece yararlı olur.
BİYOLOJİK İŞARETLER
¥
¥
İşaret : Bilgi taşıyan, zamana göre değişen veya değişmeyen
büyüklüklerdir.
Biyolojik İşaret : Canlı vücudundan elektrotlar veya
dönüştürücüler aracılığıyla algılanan, elektrik kökenli olan veya
olmayan işarelerdir.
Biyolojik İşaretler
Elektrik kökenli olanlar
Elektrik kökenli olmayanlar
EKG :
Kan basıncı :
EMG :
Kalp sesleri :
EEG :
Vücut sıcaklığı :
Şekil Biyolojik işaretler
°C
1
30
Elektrik kökenli biyolojik işaretlerin özellikleri :
*
*
*
*
*
Elektrotlar aracılığıyla canlı vücudundan algılanırlar, yalıtım
önemlidir,
Genlikleri küçüktür; *100 µV ~ *1 mV,
Spektrumu alçak frekanslar bölgesindedir; *0,1 Hz ~ 2000 Hz,
Fark işareti şeklinde bulunurlar,
Gürültülü işaretlerdir; temel gürültü kaynakları: ortak mod
şeklindeki 50 Hz’lik şebeke gürültüleri, fark işaret şeklinde
bulunan diğer biyolojik işaret kaynakları ve elektronik eleman
gürültüleri.
Biyolojik
işaret kaynağı
Elektrotlar
Biyopotansiyel Biyolojik işaret
kuvvetlendirici
İzolasyon
Şekil (1.2) Biyolojik işaretlerin algılanması
1
31
t
Bazı elektrik kökenli biyolojik işaretler :
*
*
*
*
*
*
*
*
EKG : Elektro kardiyo gram :
kardiyo
EMG : Elektro miyo gram :
EEG : Elektro ensefalo gram :
ensefa
ENG : Elektro nöro gram :
EGG : Elektro gastro gram :
gaster
ERG : Elektro retino gram :
UP (“EP”) : Uyarılmış Potansiyeller :
GP (“LP”) : Geç Potansiyeller :
EKG :
kalp
miyo kas
beyin
nöro
sinir
mide-barsak
retino retina
beyinden
kalpten
100 ~ 500 µV genlik, 0,1 ~ 150 Hz bant
EMG :
100 µV ~ 1 mV genlik, 10 ~ 500 Hz bant
EEG :
2 ~ 100 µV genlik, 0,5 ~ 50 Hz bant
Şekil (1.3) Bazı elektrik kökenli biyolojik işaretler
1
32
Bazı elektrik kökenli olmayan biyolojik işaretler :
*
*
*
*
*
*
*
*
Kan basıncı :
Kan akış hızı :
Solunum hacmi :
Kalp sesleri :
Sıcaklık :
Deri direnci :
pH :
PO2
Kan basıncı :
basınç dönüştürücüsü, kalp ve dolaşım sisteminin
elektromagnetik, ultrasonik, dolaşım sisteminin
pletismograf, akciğerlerin
kalp mikrofonu, kalp kapakçığının
sıcaklık dönüştürücüsü, vücudun veya organların
değişken direnç dönüştürücüsü, derinin (“GSR”)
pHmetre, kanın
kimyasal dönüştürücüler, kanın ve havanın
10 mmHg ~ 200 mmHg
Kalp sesleri :
Vücut sıcaklığı :
DC ~ 20 Hz
5 ~ 200 Hz
°C
Ortalama kan akış hızı :
0 ~ 80 °C
± 500 ml/s
DC ~ 20 Hz
Şekil (1.4) Bazı elektrik kökenli olmayan biyolojik işaretler
1
33
Biyoelektrik işaretlerin kuvvetlendirilmesi
ENSTRUMANTASYON KUVVETLENDIRICI
_
v1
A1
+
Kazanç ayarı
v2
vo =
_
R4
R2
R1
I
R2
v3
R3
_
v4
R3
CMRR ayarı
+ A
3
vo
R4
+ A
2
Şekil Enstrumantasyon kuvvetlendiricisi
2 ⋅ R2 + R1 R4
⋅
⋅ (v 2 − v1 )
R1
R3
Girişlerine
izleyici
konmuş bir fark
kuvvetlendiricisidir.
Giriş dirençleri (Ri) ve
ortak işaret bastırma
oranı
(CMRR)
büyüktür.
Tek dirençle (R1) fark
kazancı
ayarlanabilmektedir.
Biyolojik işaretlerin
ölçülmesinde yaygın
olarak kullanılır.
ELEKTROKARDİYOGRAM
Kalbin elektriksel aktivitesine EKG denir.
EKG BIZE NE GÖSTERIR?
• Kalp hızı
• Kalbin elektriksel ekseni
• Kalpte sinyal iletimi
• Ritmik aktivitenin durumu
• Kalp dokusunun sağlığı
• Özel durumla
ELEKTROKARDİYOGRAM
Şekilde kalp ve kan dolaşım sisteminin blok diyagramı gösterilmiştir. Kanın
dolaşımı, bir pompa görevi gören kalbin sıkışması sonucu oluşan basınç
yardımıyla sağlanır.
Temiz kan kalbin sol karıncığı yardımıyla tüm vücuda, çeşitli organ ve dokularda
gerek duyulan oksijeni sağlamak üzere verilir.
Vücuttaki kan dolaşım sistemi, hücrelere hücre çapından daha uzakta kalmayacak
şekilde, kılcal damarlar yardımıyla vücudu örmüştür.
Sindirim sistemine uğrayan kan, buradaki besin maddelerini ve suyu bünyesine
alır.
Böbrek, bir filtre görevi yaparak kanı kirli ve artık maddelerden temizler.
Oksijenini organlardaki doku ve hücrelere veren kan, oksijensiz kirli kan olarak
sağ kulakçığa (sağ atriyuma) döner.
Sistemik dolaşımda, arterlerle venler arasında büyük bir basınç gradyanı vardır.
Dolayısıyla, sol kalp bir basınç pompası gibi düşünülebilir.
Pulmonerdolaşımdaise arterlerle venlerarasındaki basınç farkı az olup, sağ kalp,
bir hacim pompası olarak düşünülebilir.
Sistemikdolaşım yüksek basınca ihtiyaç gösterdiğinden, sol kalpte daha geniş ve
kuvvetli bir kas kütlesi vardır.
Uzun bir zaman aralığında her iki tarafın da pompaladıkları ortalama kan hacmi
birbirine eşittir.
Sol ventriküldevücudun en uç noktalarına kadar kanın ulaşmasını sağlayacak bir
basınç oluşur.
Kalbin Elektriksel İletim Sistemi:
kalbin elektriksel iletim sistemi, sinoatriald
üğüm (sinüs düğümü, sinoatrialnode-SA),
his demeti (bundleof his), atrioventriküler
düğüm (atrioventricularnode-AV), demet
kolları (bundlebranches) ve purkinje
fiberlerinden oluşur.
��SA düğümü, kalbin pacemakeri(vuru
düzenleyicisi) olarak çalışır. Pacemaker,
hareketi başlatan, hareketin hızını belirleyen
anlamına gelmektedir.
Ventrikullerin kasılması ile R dalgasının
yukarı çıkışı aynı anda olur. ST aralığında,
ventrikül kas hücreleri yavaş, T sürecinde
ise hızlı repolarizeolur. Dakikada kalp
vurum hızı 75 olan sağlıklı bir kimsede P,
PR, ve QRS süreleri sırasıyla 0.1, 0.13, ve
0.08 mskadardır.
EKG eğrisi üzerinde değişik
özellikler gösteren kısımlar,
harflerle karakterize edilir. P
dalgası olarak isimlendirilen
kısım, atriumların kasılması
sonucu
oluşur.
Genliği,
atriyum
kaslarının
fonksiyonel
aktivitesini
belirtir. PQ aralığı, his demeti
iletim zamanını gösterir.
QRST dalgası, ventriküler
kompleks
olarak
isimlendirilir. QRS (QRS
kompleksi),
ventriküllerin
depolarize
olmasına
karşılıktır. His demeti ve
kollarındaki
iletim
bozuklukları
da
QRS'de
değişikliklere neden olur.
Kalbin çeşitli
noktalarındaki
aksiyon
potansiyelleri
DERİVASYONLAR
A) Elektrokardiyogram Düzlemleri:
EKG'de, bir hacimsel iletken olan gövdenin yüzündeki
çeşitli noktalar arasında yapılan potansiyel farkı
ölçümleri yardımıyla, kalbin durumu belirlenebilir.
Böylece kardiyak vektörüi stenilen referans
düzlemlerinin üzerlerindeki eksenler üzerine
izdüşürülebilir. uygulamada referans düzlem olarak
alınan Frontal, Transverseve Sagittaldüzlemler
gösterilmiştir.
Kardiyak vektörünün
izdüşürüldüğü eksenlerin
bulunduğu düzlemler
EINTHOVEN ÜÇGENI
Bir vektörün bulunduğu düzlem içerisindeki iki eksen
üzerinde izdüşümlerinin bilinmesi, o vektörün
belirlenmesi için yeterlidir. EKG ölçüm tekniğinde
frontaldüzlemindeki kardiyak vektörü izdüşümünün
belirlenmesi ise birbirleriyle 60°
60°'likaçılar yapan üç
eksen üzerindeki izdüşümlerinin ölçülmesiyle
yapılmaktadır. Bu eksenlerin belirlediği üçgen
EinthovenÜçgeniadını alır. Şekil de bu üçgen, frontal
düzlemdeki kardiyak vektörü bileşeni ve bunun diğer
eksenler üzerindeki izdüşümleri gösterilmiştir.
Bipolar standart derivasyon ölçümlerinde
elektrotların bağlanış şekli
EINTHOVEN ÜÇGENI
İki kol ve sol bacak kalbi
çevreleyen bir üçgenin
kenarlarını oluşturur
ELEKTROKARDİYOGRAM (EKG) ÖLÇÜM DÜZENİ
EKG ölçüm düzeni, Elektrokardiyograf olarak
isimlendirilir. Elektrokardiyograf yardımıyla
kaydedilen grafiğe Elektrokardiyogram (EKG)
denir.
Elektrokardiyograf cihazının blok diyagramı
gösterilmiştir.
Elektrokardiyograf cihazının blok diagramı
Elektrotlar: Kalbin elektriksel aktivitesi sonucu oluşan iyon akımını
elektrik akımına çeviren dönüştürücülerdir.
Koruma, yalıtım ve arıza sezme ünitesi: Bu üç işlem tek bir ünitede
gerçekleştirilebildiği gibi birden fazla ünitede de gerçekleştirilebilir.
Koruma ve yalıtım devresinin yalıtım kısmı, EKG cihazında
oluşabilecek ve hasta için tehlikeli olabilecek akımlardan hastayı
korur. Kısaca, elektrotlarla cihaz ve enerji kabloları arasında
izolasyon sağlar. Koruma kısmı, hasta üzerinde oluşabilecek yüksek
gerilimin EKG cihazına zarar vermemesini sağlar. Arıza sezme kısmı
ise elektrotların bağlantı kablolarında oluşacak bir kopmayı veya
elektrotların uygulandığı noktalardan kaymalarını sezerek alarm
verir.
Bağlantı secici ünitesi: Hasta üzerine uygulanmış tüm elektrotlar
bu ünitenin girişine uygulanmıştır. Bu ünite yardımıyla, istenilen
elektrotlar EKG cihazına uygulanır. Yani istenilen derivasyonun
seçilmesi sağlanır.
Ayar devresi:1 mVlukdarbe şeklinde bir işaret, bu devre
yardımıyla, gerekli ayarların yapılabilmesini sağlamak amacıyla
cihazın girişine uygulanır.
Ön Yükselteç:Bu ünite, EKG işaretlerini kuvvetlendirir. Giriş
empedansının çok büyük, ortak işaret bastırma oranının (CMMR)
yüksek olması gerekir. Enstrümantasyonkuvvetlendiricisi
tipindeki bir yükselteç bu amaç için kullanılabilir.
Sürücü yükselteç ünitesi:Bu ünite, EKG işaretlerini, gösterge ve
kayıt düzenlerinin bulunduğu üniteyi sürecek seviyeye kadar
kuvvetlendirir. Ön yükseltecin çıkışındaki DC kaymasının etkili
olmaması için giriş, genelde AC kuplajlıolarak gerçekleştirilir. Cihaz
için gerekli frekans bant genişliği, bu kat tarafından belirlenir. Kayıt
düzenindeki kalemin pozisyonunu ayarlamak amacıyla, bir sıfır
kayma (zero-offset) kontrol ayarı vardır. Bu kontrol yardımıyla,
ünitenin çıkışındaki DC seviye ayarlanır.
Gösterge ve kayıt düzenleri ünitesi:Bu ünitede EKG işaretleri bir kağıt
şeride kayıt edilir ve varsa bir monitör yardımıyla izlenebilir, istenirse
özel düzenler yardımıyla bir manyetik bant üzerine de kayıt yapılabilir.
Koroner yoğun bakım merkezlerinde EKG işaretleri, monitörler yardımıyla
izlenir. Hasta başında bulunan monitöre ilaveten her hastaya ait monitörler,
merkezi hasta izleme konsolunda bulunmaktadır. Bu konsol üzerinde ayrıca
kağıt kayıt düzeni, kaset teyp, video kaset kaydedicisi ve bilgisayarlı kayıt
düzeni bulunmaktadır.
h) Hasta yalıtımı: Modern EKG cihazlarında yalıtma İzolasyon
yükselteçleriyle yapılmaktadır.
i) İzolasyon yükselteçleri: Modern EKG cihazlarında, mikro
şoklarıönlemek için, hasta ile direkt temas halindeki
bölümlerde izolasyon yükselteci kullanılmaktadır. Böylece
hasta ile şebeke arasında 1012ohm’avaran yalıtım sağlanabilir.
j) Koruma ünitesi: Bazı durumlarda hasta üzerinde oluşabilecek
gerilim, EKG cihazı ve/veya hastaya bağlı diğer cihazlar için
tehlikeli olabilir, örneğin ameliyat esnasında elektro cerrahi cihazı
kullanılır. Bu cihazın toprak bağlantısı hatalı ise, hasta üzerinde
transient şeklinde oldukça yüksek değerde gerilimler oluşarak,
hastaya bağlı cihazlar üzerinde hasar oluşabilir.
SAĞ BACAK SÜRÜCÜSÜ
Günümüzde kullanılan EKG ölçüm düzenlerinin çoğunda hastanın sağ bacak
elektrodutopraklanmayıp yardımcı işlemsel yükselteç adı verilen aktif elemanlı
bir devrenin çıkış ucuna bağlanmıştır. Şekilde, Sağ Bacak Sürücüsüolarak
isimlendirilen bu devrenin blok diyagramı gösterilmiştir.
Enstrümantasyon yükseltecinin ön kat çıkışındaki işaretlerin, Ra
dirençleri yardımıyla ortalamaları alınmakta ve yardımcı yükseltecin faz
çeviren girişine uygulanmaktadır. Böylece vücuttan algılanan, sadece
ortak moddaki işaretler ters fazda R0direnci üzerinden vücuda
uygulanmaktadır. Böylece vücutta oluşan ortak moddaki işaretler
azaltılabilmekte, farksal moddaki işaretler üzerinde ise çevrimin bir etkisi
olmamaktadır.
a) Sağbacak
sürücüsü,
b)sağbacak
sürücüsünün
eşdeğer devresi
Ayrıca hasta üzerinde hayati tehlike oluşturabilecek büyük değerde akımların
akmasına neden olabilecek bir durumda ise yardımcı işlemsel yükseltecin
doymaya girmesi nedeniyle hasta büyük değerli Ro direnci üzerinden
topraklandığından, hasta üzerinden geçen akım küçük değerde tutulabilmektedir.
Hasta üzerinde oluşan ortak moddaki işaretin büyük olmayan değerlerinde ise bu
çevrimin ölçüm düzenine ilavesiyle bu işaretin azaltılmasına ilaveten, hastanın
küçük değerde bir direnç üzerinden topraklanması da sağlanmış olmaktadır.
Çevrimin bu işlemleri nasıl gerçekleştirdiğini, Şekil de gösterilen eşdeğer devre
yardımıyla görelim.
Şekilde gösterilen, hastanın üzerinde vc mortak moddaki işareti oluşturacak
şekilde aktığı kabul edilen id akımı, örneğin güç kabloları ile hasta arasındaki
dağılmış kapasite nedeniyle oluşmuş olabilir.