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 İnsan- 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,insan İnsan-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 e - e - I C + A _ Elektrolit Şekil Elektrot-elektrolit arayüzü
ELEKTROT ÇEŞİTLERİ Değişik amaçlar için kullanılan elektrot çeşitleri aşağıdaki şekilde gruplandırılabilir: Elektrotlar Yüzey elektrotları Dahili elektrotlar Mikroelektrotlar a) Metal plaka elektrotları b) Emici düzenli elektrotlar c) Gezici tipten elektrotlar d) Tümüyle atılır elektrotlar e) Bükülebilir elektrotlar f) Kuru elektrotlar a)iğne elektrotlar b) Tel elektrotlar c) Tel halka elektrot a) Destekli metal mikroelektrotlar - Cam muhafazalı olanlar - Cam göbekli olanlar b) Mikropipetler 10
YÜZEY ELEKTROTLARı Yüzey elektrotları, biyolojik işarretlerin deri üzerinden algılanmasında kullanılırlar. 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) d) Bağlantı teli Bağlantı ucu b) Şapka e) c) İki yüzü yapışkan bant Yapışkan bant Gümüş tel örgü Elektrot Yapışkan bant f) Şekil Yüzey elektrotları Lastik hazne Temas yüzeyi Yalıtkan bant Jelli sünger Kuvvetlendirici Çelik disk Bağlantı teli d) Emici düzenli elektrot 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. C d kapasitesi küçük; R d büyük. Kapasitif kuplaj olur, YGF gibi. Kuvvetiend. giriş emp büyük. Kuvv. elektrot yakınına kurulur (izleyici) ve gürültü azaltılır. Si teknolojisi kullanılır. Tabanda SiO 2 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 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 Değişken kapasiteli Mekanorezistif Magnetorezistif Piezorezistif Termorezistif Fotoiletken Hall olay Aktif dönüştürücüler Piezoelektrik Termoelektrik 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 EKG : EMG : Elektrik kökenli olmayanlar Kan basıncı : Kalp sesleri : EEG : Vücut sıcaklığı : C Şekil Biyolojik işaretler 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 Biyopotansiyel kuvvetlendirici Biyolojik işaret Elektrotlar İzolasyon Şekil (1.2) Biyolojik işaretlerin algılanması 1 31
t Bazı elektrik kökenli biyolojik işaretler : * EKG : Elektro kardiyo gram : kardiyo kalp * EMG : Elektro miyo gram : miyo kas * EEG : Elektro ensefalo gram : ensefa beyin * ENG : Elektro nöro gram : nöro sinir * EGG : Elektro gastro gram : gaster mide-barsak * ERG : Elektro retino gram : retino retina * UP ( EP ) : Uyarılmış Potansiyeller : beyinden * GP ( LP ) : Geç Potansiyeller : kalpten EKG : 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 : basınç dönüştürücüsü, kalp ve dolaşım sisteminin * Kan akış hızı : elektromagnetik, ultrasonik, dolaşım sisteminin * Solunum hacmi : pletismograf, akciğerlerin * Kalp sesleri : kalp mikrofonu, kalp kapakçığının * Sıcaklık : sıcaklık dönüştürücüsü, vücudun veya organların * Deri direnci : değişken direnç dönüştürücüsü, derinin ( GSR ) * ph : phmetre, kanın * PO 2 kimyasal dönüştürücüler, kanın ve havanın Kan basıncı : Kalp sesleri : 10 mmhg ~ 200 mmhg DC ~ 20 Hz 5 ~ 200 Hz Vücut sıcaklığı : C 0 ~ 80 C Ortalama kan akış hızı : ± 500 ml/s DC ~ 20 Hz Şekil (1.4) Bazı elektrik kökenli olmayan biyolojik işaretler 1 33
Biyoelektrik işaretlerin kuvvetlendirilmesi ENSTRUMANTASYON KUVVETLENDIRICI _ A 1 v 1 + R4 R 2 v R 3 3 _ Kazanç ayarı R 1 v 4 I + A R 3 3 _ R v 2 CMRR ayarı R 2 4 + A 2 Şekil Enstrumantasyon kuvvetlendiricisi v o Girişlerine izleyici konmuş bir fark kuvvetlendiricisidir. Giriş dirençleri (Ri) ve ortak işaret bastırma oranı (CMRR) büyüktür. Tek dirençle (R 1 ) fark kazancı ayarlanabilmektedir. Biyolojik işaretlerin ölçülmesinde yaygın olarak kullanılır. R R R vo = 2 2 + 1 4 ( v2 v1) R R 1 3
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 '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 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 ileşebeke 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.