BMM 311: BİYOMEDİKAL ENSTRÜMANTASYON I Öğr Gör.: Ali Işın

... konulu sunumlar: "BMM 311: BİYOMEDİKAL ENSTRÜMANTASYON I Öğr Gör.: Ali Işın"— Sunum transkripti:

1 BMM 311: BİYOMEDİKAL ENSTRÜMANTASYON I Öğr Gör.: Ali Işın
FACULTY OF ENGINEERING DEPARTMENT OF BIOMEDICAL ENGINEERING BMM 311: BİYOMEDİKAL ENSTRÜMANTASYON I Öğr Gör.: Ali Işın DERS NOTU 2: EKG Sistemleri BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014 Copyright 2014 A. IŞIN. All rights reserved.

2 Gerilim Kaynağı Olarak Kalp
Kalp, bir kan pompası şeklinde çalışmak üzere tasarlanmış bir kastır. Kalp duvarını oluşturan kas hücreleri kasılıp bir aksiyon potansiyeli ürettiklerinde kalp kanı pompalar. Bu potansiyel kalpten tüm vücuda doğru yayılan elektriksel akımlar oluşturur. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

3 Yayılan bu elektrik akımları vücudun çeşitli bölgelerinde değişen elektriksel potansiyel farklılıkları oluştururlar ve bu potansiyeller cilde yerleştirilmiş olan yüzey elektrodları aracılığıyla tespit ve kayıt edilebilirler. Bu biyopotansiyeller tarafından meydana getirilen dalgaşekillerine elektrokardiyogram (ECG veya Almanca telaffuzu ile EKG) denir. Elektrokardiyogram, kardiyak elektriksel potansiyel dalgaşeklinin bir kaydıdır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

4 EKG Dalgaşekli Tipik bir EKG dalgaşekli Şekil 2.1’de görülmektedir. Bu özel dalgaşekli sağ koldan sol kola doğru yapılan tipik bir ölçüme aittir. Şekil 2.1a’da dalgaşeklini inceleyen doktorlar tarafından sıklıkla ölçülen çeşitli zaman aralıkları görülürken, Şekil 2.1b’de gerilim genlik ilişkileri görülmektedir. Ayrıca Şekil 2.1b’de 1 mV’luk kalibrasyon darbesi de görülmektedir. EKG kaydı sırasında normalde görülen düşük düzeyli genlikler ileriki slaytlarda tartışılan bazı problemlere neden olurlar. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

5 Şekil 2.1 EKG zaman ve genlik ölçümleri a) Zaman ölçümleri b) Genlik ölçümleri
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

6 Standard Bağlantı (Derivasyon) Sistemi
Standard EKG kaydında hastaya bağlanan 5 elektrod bulunur: sağ kol (RA), sol kol (LA), sol bacak (LL), sağ bacak (RL) ve göğüs (C) elektrodları. Bu elektrodlar bir bağlantı seçme düğmesi üzerinden bir fark girişli tampon yükseltecine uygulanır. Farklı elektrod çiftlerinden elde edilen farklı dalgaşekilleri ve genliklere bağlantı (lead) adı verilir. Her bir bağlantı bir diğerinde bulunmayan kendine özgü bir miktar bilgi içerir. Şekil 2.2’de 6 standard bağlantı (I, II, III, AVR, AVF ve AVL) tarafından denetlenen kalbin elektriksel bağlantı sistemi görülmektedir. Geçmişte kalp hastalıkları ile dalga şekillerinde görülen anormallikler birbirleriyle ilişkilendirilmiş olduklarından, doktorlar, bu farklı görünümlere bakarak genellikle kalp hastalığının yerini ve tipini belirleyebilirler. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

7 Şekil 2.2 Farklı bağlantılardan izlenen kardiyak ekseni.
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

8 12 standard bağlantı ile ilgili elektriksel devreler Şekil 2
12 standard bağlantı ile ilgili elektriksel devreler Şekil 2.3a’da gösterilmiştir. EKG cihazı, hastanın sağ bacağını ortak elektrod olarak alır ve bağlantı seçme düğmesi (şeklin anlaşılır olması için burada gösterilmemiştir) uygun çevre (kol-bacak) veya göğüs elektrodlarını fark yükselteci girişine aktarır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

9 Çift kutuplu çevre bağlantıları Bağlantı I, Bağlantı II ve Bağlantı III şeklinde adlandırılmışlardır ve Einthoven üçgeni adı verilen şekli oluştururlar (Şekil 2.3b). Bağlantı 1: LA, yükseltecin evirmeyen girişine bağlanırken, RA eviren girişine bağlanmaktadır. Bağlantı II: LL elektrodu yükseltecin evirmeyen girişine bağlanırken, RA eviren girişine bağlanmaktadır (LA, RL’ye bağlanmaktadır). Bağlantı III: LL evirmeyen girişe bağlanırken, LA eviren girişe bağlanmaktadır (RA, RL’ye bağlanmaktadır). BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

10 Şekil 2.3 Standard bağlantılar ve Einthoven üçgeni
a) Çevre ve göğüs bağlantıları BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

11 Şekil 2.3 b)Einthoven üçgeni
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

12 Kuvvetlendirilmiş çevre bağlantıları diye de bilinen tek kutuplu çevre bağlantıları, her üç çevre bağlantısından aynı anda gelen birleşik potansiyelleri değerlendirir. Kuvvetlendirilmiş her üç bağlantı da iki çevreden gelen sinyal bir direnç devresiyle toplanmakta ve sonra yükseltecin eviren girişine verilmekte, kalan diğer çevre elektrodundan gelen sinyal ise evirmeyen girişe bağlanmaktadır. AVR Bağlantısı: RA evirmeyen girişe bağlanırken, LA ve LL eviren girişte toplanmaktadır. AVL Bağlantısı : LA evirmeyen girişe bağlanırken, RA ve LL eviren girişte toplanmaktadır. AVF Bağlantısı : LL evirmeyen girişe bağlanırken, RA ve LA eviren girişte toplanmaktadır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

13 Tek kutuplu göğüs bağlantılarında (V1’den V6’ya kadar olan gerilimler) göğüsün çeşitli noktalarından alınan gerilimler yükseltecin evirmeyen girişine verilirken, RA, LA ve LL sinyallerinin bir Wilson devresi ile toplanıp yükseltecin eviren girişlerine verilmesiyle ölçülürler. Şekil 2.3a V1’den V6’ya kadar olan gerilimlerin alındığı ve sıkça kullanılan bazı noktaların yerini göstermektedir. Şekil 2.4’te 12 farklı bağlantı konumunda bir hastadan alınan dalgaşekilleri görülmektedir. Dalgaşekillerinin bazılarında görülen kare şeklindeki darbe sinyali EKG cihazı tarafından üretilen 1mV’luk kalibrasyon gerilimine aittir. EKG sinyalleri arasındaki şekil ve genlik farklılıklarına dikkat edin. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

14 Şekil 2.4 Farklı EKG bağlantılarına ait tipik grafikler.
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

15 EKG Ön Yükselteci EKG ön yükselteci bir biyoelektrik fark yükseltecidir. Giriş devresi biyoelektrik yükseltecin yüksek empedanslı girişi, bir bağlantı seçme düğmesi, bir 1mV’luk kalibrasyon darbesi üreteci ve yükselteci defibrilasyon cihazının yüksek gerilimli deşarjlarından koruyacak önlemleri içerir. Yükselteç, hernekadar biyoelektrik yükselteç olsa da, bütün modern cihazlarda hastanın güvenliği açısından yalıtım yükselteci kullanılır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

16 En basit sınırlı tip EKG yükselteci Şekil 2. 5’te görülmektedir
En basit sınırlı tip EKG yükselteci Şekil 2.5’te görülmektedir. Burada tek tümleşik devreli olarak bir sağ bacak sürücüsüne sahip EKG yükseltecinin doğrudan elektrodlar üzerinden vücuda bağlanabileceğini göstermektedir. Bu özel ticari 3 işl-yük.’li IA’da dahili giriş yükselteçlerinin çıkışı VG şeklinde görülmektedir. İki 2.8 KΩ’luk direncin tek bir noktaya bağlanmasıyla ortak mod gerilimi (CMV) elde edilebilir. EKG sinyalleri söz konusu olduğunda CMV iki bileşenden oluşmaktadır: (1) dc elektrod ofset potansiyeli (2) 50 veya 60 Hz’lik ac indüklemeli gürültü. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

17 Şekil 2.5 Sağ bacak ve ekranlama sürücüsüne sahip bir tek tümleşik devreli EKG yükselteci.
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

18 Girişim gürültüsü EKG elektrodlarını ve hastaları kesen güç hatlarından yayılan elektrik ve magnetik alanların etkisiyle meydana gelmektedir. Girişim gürültü sinyali, ortak ve toprak telleri üzerinde sistem ve alan arasındaki kapasitif etkileşim sayesinde dolaşır. Modern gürültü zayıflatma yöntemleri EKG kayıtlarındaki gürültüyü azaltmakta başarılıdır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

19 Şekil 2. 5’teki yöntem şöyle işlemektedir
Şekil 2.5’teki yöntem şöyle işlemektedir. Öncelikle ticari IA’nın CMRR oldukça yüksektir ve gürültünün bir kısmını böylece bastırır. IA’nın çıkışı 50 Hz gürültünün oldukça bastırıldığı bir EKG sinyalidir. IA’nın doğasındaki farksal yükseltme özelliği bunu sağlar, çünkü IA’nın her iki girişinde de eşit miktarda ortak mod gürültüsü bulunmaktadır. IA birbirine eşit olan ortak mod gerilimlerini birbirinden çıkartarak sıfır çıkış elde ederken, girişlerindeki eşit olmayan EKG sinyallerini yükseltir. Sol kolda ve sağ kolda bulunan EKG sinyallerinin seviyesi farklıdır, çünkü her biri vücudun farklı noktalarından gelmektedir. Çıkıştaki gürültünün ne kadar zayıf olacağı, IA’nın CMRR’nun ne kadar büyük olduğuna bağlıdır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

20 Diğer bir gürültü zayıflatma tekniği de sağ bacak sürücüsü tekniğidir.
Ortak mod gerilimi Şekil 2.5’te görülen sağ bacak yükselteci tarafından yükseltilerek ters çevrilmekte ve bu gerilim hastanın sağ bacağına uygulanmaktadır. Bu şekilde sadece birkaç mikroamperlik veya daha az bir akım hastaya verilmektedir. Bu devre bir geribesleme çevrimi içinde çalışarak (hasta ve elektronik sistem) hasta üzerindeki gürültüyü düşük bir düzeyde tutan bir servo sistem görevi görür. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

21 Sağ bacak sürücü gerilim ortak mod geriliminin tersi (zıt fazda) olduğundan hasta bağlantılarındaki ortak mod gerilimine göre sağ bacak ters yönde değişir. Sol veya sağ koldaki 50Hz’lik gürültü sağ bacağa göre daha büyük olsa da enstrümantasyon yükseltecinin ortak veya referans girişlerine göre daha küçük hale gelir. Böylece enstrümantasyon yükselteci daha az 50 Hz’lik gürültüyle uğraşmak durumunda kalır. Ayrıca enstrümantasyon yükseltecinin ortak mod zayıflatması gürültünün daha da zayıflamasına neden olur. Sağ bacak sürücü devreleri, hastaya verilen sinyal hastadan fazı kaymış olarak elektronik devreye tekrar dönerse osilasyon yapabilirler. Eğer EKG sinyali üzerinde yüksek frekanslı osilasyon sinyalleri mevcutsa pozitif geribesleme problemin kaynağı olabilir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

22 Şekil 2.5’teki enstrümantasyon yükseltecini genellikle bir yalıtım yükselteci izler. Yalıtım yükseltecinin yalıtım modu bastırma oran (IMR) değeri, hastayla toprak arasına 1012 Ω ve 9 pF’lık bir yalıtım empedansı sokarak gürültüyü daha da azaltır. Yalıtım, düşük seviyeli EKG sinyaliyle (mesela 1 mVpp) karışmak isteyen gürültüyü (mesela 50 Hz’de 1Vpp) zayıflatma gibi bir özellik gösterir. Aslında girişimi 4 özellik önemli ölçüde azaltır; sağ bacak sürücüsü, enstrümantasyon yükselteci CMR oranı, ekran sürücüsü ve yalıtım yükselteci IMR’si. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

23 Yalıtım yükseltecini takiben konulacak bir alçak geçiren, bir yüksek geçiren filtre ve bir 50Hz’lik çentik filtre sinyalde olabilecek gürültüleri daha da bastırır.(şekil 2.6) Teşhis kalitesinde kayıt yapabilen EKG yükselteçlerinin standart –3dB frekans cevapları 0.05Hz ile 100Hz arasında değişirken, izleme cihazlarının frekans cevabı 0.05 den 45 Hz’e kadar (üreticiden üreticiye değişmektedir) olmaktadır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

24 - + Yüksek Geçiren Filtre
Kesme frekansından alçak frekansları bastırır. Kesme frekansı: 1/(2) =1/ 2RiCi Rf Ci Ri - A Vinput + Voutput Ci Ri Rf Voutput Vinput Ii IRf (şekil 2.6.a) BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

25 Alçak Geçiren Filtre = İntegratör
Cf Rf Ri - A (şekil 2.6.b) Vinput + Voutput Cf ICf Ri Rf Vinput Voutput Ii IRf Kesme frekansından yüksek frekansları bastırır BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

26 EKG sinyalindeki önemli sinyallerin üst frekans sınırı 100 Hz’e kadar uzanır, fakat sinyale karışan iskelet kas sinyalleri de bu alanda önemli bileşenler bulundurur ve EKG grafiklerinde somatik bozukluklara neden olur. Tanı amacıyla yapılan bir EKG kaydı esnasında hastanın birkaç dakika hareketsiz kalmasını sağlamak oldukça kolaydır. Fakat uzun vadeli izleme amaçlı EKG kaydı esnasında hastanın hareketsiz kalmasını sağlamak oldukça zordur ve kayıt esnasında pek çok somatik bozukluk meydana gelir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

27 Bu durumda kullanılan cihazların çoğu sadece 30 Hz’den 50 Hz’e kadar uzanan bir frekans cevabına sahiptir. Düşük frekans sınırı dalgaşeklinin, tanı yapmaya imkan vermeyecek kadar çok bozulmasına neden olur fakat hayati tehlike içeren aritmi durumlarını tespit etmek mümkündür. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

28 DEFİBRİLATÖR KORUMASI
Defibrilatör, kalp krizi geçiren hastaların kalplerini uyararak tekrar çalışmasını sağlayan yüksek gerilimli elektrik darbesi üreten bir cihazdır. Defibrilatörü hasta üzerinde kullanırken bir yandan da hastanın durumunun EKG monitöründen izlenmesi gerekmektedir. Bu nedenle EKG önyükselteç girişinin çok yüksek gerilimlere ve yüksek tepe akımlarına dayanabilecek şekilde tasarlanması gerekmektedir. Defibrilatörden çıkan yüksek gerilim (1 KV’un üstünde) darbesi 5 ila 20 ms kadar sürer. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

29 Bazı EKG önyükselteçlerinde koruma devreleri oldukça karmaşık bir yapı arz ederken diğerleri -eski makineler- oldukça basit korumaya sahiptirler. Çeşitli koruma sistemlerine örnekler Şekil 2.7’de görülmektedir. Bu şekilde pek çok koruma yöntemi birarada gösterilmiş olmasına rağmen çoğu cihaz bunlardan sadece bir kaçını kullanır. Çoğu önyükselteç 2 ila 9 adet arasında değişen sayıda neon ampül (NE-2 tipinde) girişine paralel bağlanmış olarak koruma sağlar. Çoğu ön yükselteç R1’den R6’ya kadar olan seri dirençlerden kullanır. Bazı modellerde bu seri dirençler hasta bağlantı kablosu üzerinde bulunur. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

30 Şekil 2.7 Defibrilatör koruma devresi
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

31 Dirençler akımı sınırlandırırken, neon lambalar gerilim şöntlemesi olarak çalışırlar. Bu lambalar düşük basınçlı neon veya başka soy gazların karışımından oluşan bir ortama yerleştirilmiş bir çift elektroddan oluşur. Normalde elektrodlar arasındaki empedans oldukça yüksektir. Fakat elektrodlar arasındaki potansiyel gazın iyonizasyon noktasına yaklaştığında empedans aniden oldukça düşük bir değere inmektedir. Medikal izleme cihazlarının çoğunda kullanlan NE-2 tipindeki lambalar 45 ila 70V arasında değişen bir ateşleme gerilimine sahiptir. EKG kaydı esnasında görülen sinyallerin çoğu lambaların ateşlemesini sağlayamayacak kadar küçüktür. Fakat defibrilatörden gelen yüksek gerilimli bir darbe sözkonusu olduğunda lambalar iletken hale geçerek fazla enerjiyi toprağa zarar vermeyecek şekilde aktarırlar. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

32 Bazı yükselteçler girişi şöntleyen zener diyotlar (D1’den D3’e) da kullanmaktadır. Bu diyotlar neon lambaların yaptığına benzer bir şekilde çalışmaktadır. D4’den D6’ya kadar olan diyotlar akım sınırlayıcı diyotlar olarak bilinir ve aslında kaynak ve kapı uçları birleştirilmiş JFET’lerdir (Şekil 2.7’deki küçük şekil). BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

33 Akım sınırlayıcı diyot, akım düzeyi sınırlama değerinin altında olduğu müddetçe bir direnç (JFET kanal direnci) gibi davranır. Akım sınır değerinin üstüne çıkma eğilimi gösterdiği anda kenetlenmekte ve sınırlanmaktadır. Bazı makinelerde, zener yerine metal oksit değişen dirençler (varistör) kullanılmaktadır. Bu elemanlar bilgisayarlarda kullanılan yüksek gerilim koruyucularına benzer şekilde çalışmaktadır. Bu elemanlar uçlarındaki gerilim belli bir sınır değerinin üstüne çıkıncaya kadar yüksek bir direnç gösterir. Fakat sınır aşıldığı anda direnç ani bir düşüş gösterir. Böylece bu elemanlar yüksek gerilim tepelerini kırpar. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

34 Elektrocerrahi Ünitesi Filtresi
Defibrilatör korumasına benzer şekilde ön yükselteçler elektrocerrahi (ESU) cihazından kaynaklanan yüksek gerilimlerin etkisinden korunabilir. ESU gişimi birkaç yüz kilohertzden başlayıp 100 MHz’e kadar çıkabilir ve genlikleri birkaç kilovolta ulaşabilir. Bu gürültü EKG sinyallerini kolayca bozabilir. EKG bandgenişliği sadece 100 Hz olmasına rağmen neden bu durum meydana gelmektedir? BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

35 Sinyalin perdelenmesidir.
Bu sorunun cevabı dc ofset oluşması Sinyalin perdelenmesidir. EKG tipi enstrümantasyon yükselteçleri çok dar bandgenişliğine sahip olabilir fakat dahili birleşim noktaları ESU gürültüsü gibi yüksek frekanslı sinyalleri doğrultabilir ve bacak bağlantıları arasındaki parazitik kapasite bu sinyali filtre ederek dc bir ofset potansiyeli meydana getirir. ESU cihazı tetiklendikçe EKG taban seviyesi aşağı yukarı hareket eder. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

36 Ayrıca yüksek frekanslı gürültü sinyalleri yükselteç ve alçak geçiren filtre katlarından sızarak EKG dalga şeklinin perdelenmesine neden olabilir. Şekil 2.8’de bir EKG yükseltecinin ön katındaki ESU gürültüsünün zayıflatılması için bir teknik gösterilmektedir. Bu sistem pi tipinde tasarlanmış 3 katlı bir RC filtresinden oluşmaktadır. Bir LC filtre de kullanılabilirdi fakat bir eksendeki filtrenin ötekine uyuşturulması RC filtrelerde LC filtrelere göre daha kolaydır. Seri R veya L elemanı ve hastanın ortak ucuna doğru olan bir parazitik kapasite nedeniyle bir ortak mod etkisi meydana gelir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

37 Şekil 2.8 Elektrocerrahi ünitesi girişim filtresi.
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

38 Neden ortak mod zaman sabitesinin bir birine uyuşturulması gerekmektedir? Çünkü ortak mod sinyallerindeki bir zaman gecikmesi 50 Hz’lik bir farksal gürültü ortaya çıkmasına neden olur. Yüzlerce kilohertzlik ESU girişiminin bastırılması çabası ne yazık ki 50 Hz’deki toplam CMRR kötüleşmesine neden olur. Yine de bir miktar 50 Hz gürültüsü tolere edilebilir çünkü sağ bacak sürücü sistemi hala bastırma görevini yerine getirmektedir ve yalıtım yükseltecinin yüksek IMR faktörü buna katkı sağlamaktadır. Aynı zamanda bazı üreticiler yalıtım bariyerini ESU frekansı etrafında ayarlanmış bir band geçirmeyen filtre şeklinde tasarlamaktadır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

39 Sıradaki diğer şekiller EKG ön kat sisteminin günümüzde nasıl oluşturulduğunu göstermektedir. Komple EKG sistemleri 10 ya da 14 hasta elektrodu kullanmasına rağmen bazı daha temel EKG sistemlerinde 3 hasta elektrodu kullanılır. Bunlar sağ kol, sol kol ve sağ bacak elektrodlarıdır. Böyle basit bir EKG düzeninde bir IA, sağ bacak sürücüsü ve bir dc düzelticisi kullanmak yeterlidir. Diğer EKG cihazlarında Şekil 2.9’da görüldüğü gibi beş hasta elektrodu bağlanır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

40 Şekil 2.9 5 hasta elektrodlu (7 bağlantı) EKG ön kat sistemi.
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014 Şekil hasta elektrodlu (7 bağlantı) EKG ön kat sistemi.

41 Bütün elektrodların bir birim kazançlı yükselteçle tamponlandığına dikkat edin. Bu tamponlar giriş devresi ile kenetleme diyotları arasında yer alan ve değerleri 10 ile 100 kΩ arasında değişen seri akım sınırlama dirençlerine sahiptir. Bu, yükselteç girişlerinin yüksek defibrilatör gerilimi dolayısıyla yükselmesini önleyerek gerilimin artı veya eksi kenetleme geriliminin (genellikle artı ve eksi besleme hattı gerilimleri) bir diyot gerilim düşümü üstünde veya altındaki değerden daha fazla olmasını engeller. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

42 Şekil 2.9’deki devrenin diğer bir kısmı ise 6 temel bağlantı (I, II, III, AVR, AVL, ve AVF) elde etmeye yarayan Wilson devresidir. Görülen uç noktaları, her biri 5 veya 10 kazanca sahip 6 fark girişli yükselteci beslemekte kullanılmaktadır. Kazanç, elektrod ofset potansiyellerinin yükselteçleri doyuma götürmesini önlemek için düşük tutulmalıdır. Her bir fark yükselteci bir ara uçtan gelen veya ara uçların kombinasyonunundan meydana gelen bir sinyali yükseltmektedir. Örneğin, en üstteki fark yükseltecinden gelen I bağlantısını elde etmek için + girişe sol kol (LA) ve – girişe sağ kol (RA) sinyali bağlanmıştır. Dolayısıyla I bağlantısı (LA-RA)’dan meydana gelmektedir. Diğer bağlantılar da benzer şekilde elde edilmektedir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

43 Çıkış uçlarında 50 Hz gürültüsü iyice bastırılmış olarak EKG sinyali elde edilir. Devre bunu nasıl başarmaktadır? Fark yükselteçleri gürültüyü ortadan kaldırmaktadır, çünkü fark yükseltecinin her bir girişinde ortak mod gürültüsü bulunmaktadır. Fark yükselteci basitçe girişindeki sinyallerin farkını aldığından her iki girişte de bulunan aynı gürültü sinyali bir birini yok etmekte ve vücudun farklı yerlerinden gelen EKG sinyalleri ise girişleri eşit gelmediğinden yükseltilmektedir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

44 Wilson merkezi, EKG sıfır noktasını ve ortak mod girişimini temsil etmektedir. Bu nokta RA, LA ve LL hasta elektrodlarından elde edilmekte ve gerçekte bu üçünün ortalamasıdır. Bu dc ve 50 Hz gürültüsüne eşdeğer ortak mod gerilimidir. Einthoven üçgeninden gelen EKG sinyalinin toplamı sıfıra ayarlanır. Tabii ki sağ bacak sürücü gerilimi ortak mod girişim geriliminin tersidir. Sağ bacak sürücüsünün kazancı genellikle 30 ile 50 arasında bir değere ayarlıdır fakat daha da yüksek olabilir. Aslında ne kadar yüksek olursa o kadar iyidir fakat sürücünün doyuma gitmemesine dikkat edilmelidir. Geri besleme çevriminde yeralan 47 pF’lık kondansatör yüksek frekanslardaki kazancı düşürür ve osilasyonu önlemeye yardımcı olur. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

45 Osilasyonlar nasıl meydana gelebilir?
Osilasyonlar, hasta kaçak kapasitesi ortak mod sinyalinin fazını 180 derece döndürecek kadar yüksek olduğu takdirde bir zamanlar negatif geri besleme sistemi gibi çalışan RL besleme düzeni birden pozitif geri besleme düzenine dönmesiyle başlar. Bu durumda EKG sinyali üzerinde yüksek frekanslı gürültüler görülür. Şekil 2.9’da Wilson merkezi tamponlanmış bir çıkış olarak görülmektedir çünkü 50 Hz’lik gürültünün ortadan kaldırılması için prekordiyal fark yüselteçlerine bir giriş olarak kullanılmaktadır. Bu tampon üzerindeki faz kaymasının minimum düzeyde tutulması gerekir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

46 Hiçbir EKG ön kat devresi bir 1mV kalibrasyon kaynağı olmadan tamam sayılmaz. Şekil 2.9’da görülen devrede fark yükselteçlerinin girişine 1mV’luk bir referans kaynağı bağlanmış bulunmaktadır. Bir manuel anahtar yardımıyla veya bilgisayardan gelen yazılımsal bir komut emriyle bu kaynak girişlerine uygulanacak ve bütün çıkış bağlantıları üzerinde görülecektir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

47 EKG CİHAZI SİNYAL İŞLEME KATI
EKG sistemleri bazen QRS (sol karıncık kasılması) ve kalp pili darbesi (yapay kalp çalıştırıcısı sinyali) izlemekte kullanılan dedektörlere sahip olabilir. Şekil 2.10 böyle bir devrenin yapısını göstermektedir. Bu işlem için elde edilen 6 EKG bağlantısından herhangi biri veya prekordiyal sinyallerden herhangi birisi kullanılabilir. Bazen bir test yapılarak içlerinden en uygun olanı seçilir ve kullanılır. QRS dedektörü aslında sadece bir türev alıcıdır. Dedektör sürekli EKG sinyalinin ne kadar süratli yükseldiğine bakmaktadır. Eğer sinyal, P dalgasında daha hızlı fakat bir kalp pili darbesinden daha yavaşsa devre bir QRS kompleksinin bulunduğunu bildiren bir çıkış üretir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

48 Şekil 2.10 QRS ve kalp pili darbesi dedektörü blok diyagramı.
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

49 Kalp pili darbeleri de daha hızlı sinyalleri tespit etmeye ayarlanmış bir türev alıcı ile belirlenebilir. Aslında kalp pili darbeleri daha fazla yükseltilmeden evvel sinyalden çıkartılmakta ve daha sonra tekrar eklenerek görüntülenmektedir. Genlik konusunda çok doğru bir sonuca gerek yoktur çünkü bu darbeler QRS kompleksinden çok daha yüksek bir genliğe sahiptir. Yine de oluşma anının çok doğru bir şekilde tespit edilmesi önemlidir. Şekil 2.10’da hem QRS hem de kalp pili darbe dedektörlerinin çıkışı gerçekten bu darbelerin meydana geldiğinden emin olmak için bir karşılaştırıcıya uygulanmaktadır. Daha sonra bir çıkış mantığı üzerinden sayısal düzeyler ilgili sinyalin aralığını belirtir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

50 Bir 10 hasta elektrodu kullanan (12 bağlantılı) bir EKG sisteminde ne kadar elektronik devre bulunmaktadır? Şekil 2.11’de blok şema görülmektedir. Üstten ilk dört hasta elektrodunun daha evvel bahsedilen giriş tamponları, Wilson devresi ve çıkışta kullanılan farksal yükselteçleri içerdiğine dikkat edin. Wilson merkezi RA, LA ve LL sinyallerinin ortalamasından elde edilmekte ve altta kazancı 10’a ayarlanmış 6 farksal yükseltecin negatif girişine bir gerilim sağlamaktadır. Bu, prekordiyal sinyallerdeki 50Hz gürültüsünün yok edilmesini sağlamaktadır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

51 Şekil 2.11 10 hasta elektrodlu (12-bağlantılı) EKG blok diyagramı
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014 Şekil hasta elektrodlu (12-bağlantılı) EKG blok diyagramı

52 Üstteki 6 fark yükselteci 50 Hz gürültüyü yok etmekte 6 standart ekseni I,II, III, AVR, AVL, AVF üretmektedir. Bu bağlantılar bir analog multipleksere uygulanmakta ve QRS ve kalp pili darbesi dedektörlerine bir anda sadece biri verilecek şekilde aktarılmaktadır. Aynı zamanda bir dizi devreye sokulup çıkartılabilen 50 Hz çentik filtrenin normal EKG sinyalini bozacak şekilde faz kaymalarına neden olduğunu hatırlayın. Bu nedenle bu filtreler devreden çıkartılabilir şekilde tasarlanmaktadırlar. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

53 Tamponlanmış prekordiyal sinyalleri de Şekil 2
Tamponlanmış prekordiyal sinyalleri de Şekil 2.11’de görüldüğü gibi çentik filtrelere uygulanmaktadır. Çentik filtreleri takiben 12 adet alçak ve yüksek geçiren filtrelerden oluşmuş band geçiren filtre bulunur. Yüksek geçiren filtreler 0.05 Hz (teşhis kalitesinde EKG), 0.5 Hz (izleme), ve 2 Hz (hızlı dc düzeltme) için seçilebilir şekilde ayarlanmıştır. Sadece tek bir yüksek geçiren filtre kullanılmış olsaydı, yeni seçilmiş bir eksenin görüntülenmesi için çok uzun bir zaman sabiti boyunca beklemek gerekirdi. Yüksek geçiren filtrelerin ardından 10, 20, 50 ve 100 kazançlarına ayarlanabilen programlanabilir kazançlı yükselteç devreleri gelir. Daha sonra da 40, 100, 150 ve 3000 Hz kesim frekanslarına programlanabilen alçak geçiren filtreler gelir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

54 Band geçiren filtrelerle filtrelenmiş yükseltilmiş EKG sinyali daha sonra A/D dönüştürücüde dönüşüm süresi boyunca genliğin sabit kalmasını sağlayan örnek al ve tut (S/H) devresine verilir. A/D dönüştürücüden gelen seri veriler bilgisayardan yalıtımı sağlayan bir optik yalıtıcı üzerinden aktarılır. Analog 12 EKG sinyal çıkışından bir kaçı aynı zamanda vektör EKG elde etmek için kullanılabilir. Bağlantılar arasındaki geçiş esnasında 1 mV’luk referans kalibrasyon amacıyla devreye sokulabilir. Buraya kadar anlatılanlar modern bir EKG sisteminin yapısını ortaya koymaktadır. Endüstride elektronikle ilgili yeni gelişmeler her geçen sene performansı daha da ileriye götürmektedir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

55 Hasta Kabloları Bir bakıma hasta kabloları (Şekil 2.12) sistemin en önemli parçalarıdır, çünkü cihaz düzgün çalışmadığında arızanın kaynağı çoğunlukla kablolardır. EKG kaydında birkaç farklı hasta kablo şekli kullanılmaktadır. Bazıları bir birine geçen iki parça halinde olurken bazıları tek parça yapıdadır. İki parçadan oluşan tipler genellikle başlangıçta daha pahalı olmasına rağmen uzun vadede daha ucuza gelmektedir çünkü kırılma genellikle kablonun elektrodun bağlandığı uç kısmında meydana gelmektedir. Bu kısım tek parça kablonun komple değişiminden daha ucuza değiştirilebilmektedir. Buna ek olarak iki parçalı kablolar istenildiğinde farklı elektrodların takılıp çıkartılmasına imkan sağlamaktadır. Bir ana kablo gövdesi yanında farklı elektrodlara ait adaptörler buna imkan sağlar. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

56 Şekil 2.12 EKG hasta kabloları
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

57 Hasta tarafında 3 tip elektrod konnektör tipi mevcuttur ve bunlar çeşitli konfigürasyonlarda bulunur. Bazıları sadece tek bir üreticiye ait elektrodlara uygundur. Bir iğne uçlu kablo, geçici veya kısa vadeli elektrodların mesela plaka veya vakumlu tip elektrodların bağlanmasında kullanılır. Bunlar standart banana fişli uca veya büyükçe bir telefon fişine benzer yapıdadır. Bir diğer kablo tipi de bir Ag-AgCl fincan elektrodun hazır olarak bağlandığı bir kablodur. Fincan kullanılacağı zaman elektrod jel ile doldurulmakta ve hasta cildine yapışkan bantlarla veya bu iş için özel olarak üretilmiş yama şeklindeki bantlarla tutturulur. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

58 Son bir kablo tipinde özel bir klips veya çıt çıt şeklinde bir tutturucu kullanılarak standart izleme elektroduna bağlantı sağlanan bir kablo tipidir. Teşhis amaçlı bir makinede bütün 12 eksenin kaydedilebilmesi için 5 elektrodun her birinden gelen sinyallere ihtiyaç vardır. Öte yandan izleme esnasında EKG sinyali ile bazı genel aritmi durumlarının takip edilmesi yeterlidir ve bunun için 3 elektroddan herhangi birisinden gelen sinyal değerlendirilebilir. Hemşire veya doktor uygun elektrod yerleşimi ile herhangi bir bağlantı türünü izleme imkanına sahip olsa da genellikle I bağlantısı izlenecek şekilde elektrodlar ayarlanır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

59 Şekil 2.12’de en üst soldaki kablonun iki yarısı arasında büyükçe bir blok vardır. Bu alet yüksek güçlü radyo vericileri gibi çalışan elektrocerrahi ünitelerinden kaynaklanan girişimin etkisini zayıflatma görevini gören bir filtredir. Filtre isteğe bağlıdır ve gerektiğinde kablo, diğerlerinde olduğu gibi birbirlerine bağlanabilir. Çoğu EKG kablosu ekranlanmış teller kullanılarak imal edilir. Böylece her bir elektrod bağlantısı ile ana fiş üzerindeki uygun bağlantı noktası arasında bağlanacak bir ohmmetre kısadevre gösterecektir. Fakat bazı kablolar defibrilatör koruması sağlayan 1 ile 10 kΩ arasında değeri değişen seri bir dirence sahiptir. Bu dirençler genellikle enjeksiyon plastik konnektör kabini içerisinde yer alır. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

60 Standart EKG cihaz konnektörleri mevcut değildir ve aynı üretici tarafından üretilen farklı modeldeki makineler farklı konnektör tipleri kullanabilir. Yine de Şekil 2.12’de görülen kablolarda kullanılan fiş tipleri en çok kullanılanlardır. Tablo 2.1 ‘de fiş bağlantı şeması verilmekte ve elektrod uçlarını ayırt etmek için kullanılan renk kodlaması görülmektedir. BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

61 Tablo 2.1 Standart kablo renk kodlaması ve fiş bağlantı şeması
BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014