Tıbbi Enstrümantasyon I BMET 112 Tıbbi Enstrümantasyon I

Bölüm 1 Genel Tanımlar

1.1 TIP ELEKTRONİĞİ Tanım: Tıp Elektroniği (Medikal Elektronik), canlı sistemlerle ilgili çeşitli parametrelerin algılanması ve değerlendirilmesi amacıyla kullanılan tüm elektronik teknoloji ve yöntemleri kapsayan bilim dalıdır. Tıp Elektroniğinde ölçüm düzeni nasıl olmalıdır? Şekil (1.1) Ölçüm düzeni

Ölçüm için yapılan örnekleme iki şekilde olur Dinamik Örnekleme Statik Örnekleme Dinamik örneklemede daima bir dönüştürücü kullanılır. Dinamik örneklemede ölçü sistemi, ölçülecek parametrelerdeki ani değişmelere cevap verebilecek özelliklere sahip olmalıdır. Örnek EKG sistemi Statik örneklemede, üzerinde ölçüm yapılacak obje, canlı sistemden alınmıştır. Parmaktan kan alınması, bu örnekleme şekline bir örnektir. Noninvasive Örnekleme İnvasive Örnekleme Bu yöntemde dönüştürücünün objeyle teması yoktur, ölçümler daha güvenilirlidir. Fakat bu yöntemi kullanan ölçüm sistemi gerek tasarım ve gerekse kullanım açısından karmaşıktır. Bu yöntemde elektrodlar veya dönüştürücüler, deri yüzeyine veya vücut içerisine yerleştirilir. Bu nedenle, bu yöntem, hasta açısından daha tehlikelidir. Ancak, bu yöntemi kullanan sistemlerin tasarımları ve kullanımları daha kolaydır.

1.2 Biyomedikal mühendisliği 1) Biyomühendislik : Biyolojik sistemlerin tanınmasında ve tıbbi uygu lamaların gelişmesinde mühendislik teknik ve görüşlerinin uygulanması; 2) Medikal Mühendislik : Biyoloji ve tıpta kullanılan cihaz, malzeme, teşhis ve tedavi düzenleri, yapay organlar ve diğer düzenlerin geliştirilmesinde mühendislik teknik ve görüşlerinin kullanımı; 3) Klinik Mühendisliği : Çeşitli kuruluşlar (Üniversiteler, hastahaneler, devlet ve endüstri v.b. kuruluşlar) içindeki sağlık hizmetlerinin geliştirilmesi için mühendislik görüş, yöntem ve tekniklerinin uygulanması

1.3 İNSAN - ENSTRUMANTASYON SİSTEMİ Üzerinde ölçüm yapılan insan organizması ve ölçümü yapan ölçü sistemi ile birlikte oluşan tüm sisteme, İnsan-Enstrumantasyon Sistemi adı verilir. Şekil (1.3) İnsan-Enstrumantasyon sisteminin blok yapısı

Subje: Üzerinde ölçüm yapılan canlı organizma. Bu genellikle insandır. b. Uyarıcı : Bazı ölçümlerde bir dış uyarıcıya karşı gösterilen tepkinin ölçülmesi istenir. Uyarıyı üreten ve subjeye uygulanmasını sağlayan ünite bu sistemin temel parçalarından biridir. Uyarma, görsel (bir ışığın parlaması), ses veya sinir sisteminin bir kısmının elektriksel uyarılması şeklinde olabilir. 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 ünitede, dönüştürücü çıkışındaki işaretin, görüntüleme ve kaydetme ünitelerine uygulanabilmesini sağlamak amacıyla işaret üzerinde yapılması gerekli işlemler gerçekleştirilir. (Örneğin zayıf işaretlerin kuvvetlendirilmesi).

e.Görüntüleme ünitesi: Bir önceki ünitenin çıkışındaki işaretin anlamlı olabilmesi için kolayca algılanabilen bir formda olması gerekmektedir. Bu ünitenin çıkışı genellikle görüntü veya ses şeklindedir. Görüntüleme ünitesinde ölçülerin sürekli saklanmasını sağlamak amacıyla bir grafik kaydedici de bulunabilir. f. Kaydetme, veri işleme ve gönderme ünitesi: Daha sonra kullanmak veya başka bir yere göndermek amacı sağlayan ünite, sistemin en önemli ünitelerinden biridir. Bilgilerin otomatik depolanması ve/veya işlenmesinin istenmiş olduğu durumlarda veya ölçüm sisteminde bilgisayar kullanılmış olması durumunda gerçek zamanda ("on-line") çalışan bir bilgisayar bu sistemin bir parçası olabilir.

1.4 DÖNÜŞTÜRÜCÜ ÖZELLİKLERİNİN ÖLÇÜM ÜZERİNE ETKİLERİ Bir dönüştürücünün çalışmasını belirleyen tasarım parametreleri nelerdir? a) Örnek Yüklenmesi ("sample loading"), b) Çıkış Empedansı, c) Sönüm ("damping"), d) Frekans Cevabı, e) Doğrusallık, f) Gürültü.

Örnek Yüklenmesi Dönüştürücünün obje(insan ve\veya doku) üzerine yaptığı etki olarak tanımlanır. İdeal olarak bir dönüştürücü, dönüştürmeye çalıştığı büyüklüğü hiç bir şekilde değiştirmemelidir. Fakat pratikte bu böyle değildir. Bedenimizdeki fizyolojik değişkenlerin kaynağı mekanik ya da kimyasal olduğundan dönüştürücü, obje üzerinde en az mekanik ve kimyasal etkiyi göstermeli. Her tip dönüştürücü için bu gibi yanıltıcı sonuçlar doğurmayacak uygun bir örnek yükleme direnci aralıkları vardır. Bu değerler kullanıldığında ne fizyolojik parametre bozulmaya uğrar ne de çevreden anlamsız gürültüler algılanır. Eğer vücudun kimyasal özellikleri ile elektrodun kimyasal özellikleriyle olumsuz yönde etkilenirse o zaman her bakımdan sorunlu durumlar ortaya çıkabilir .

b) Çıkış Empedansı Dönüştürücünün çıkış empedansı, işaret işleme biriminin giriş empedansıyla uyumlu olmalıdır. İşaret işleme birimi çoğu sistemlerde bir kuvvetlendiricidir. Uyumlu olmadığı durumlarda sorunlar baş göstermektedir. Dolayısıyla dönüştürücünün çıkış empedansı ve kuvvetlendiricinin giriş empedansı arasındaki ilişki önemlidir. Elektronik devrelerde en büyük güç aktarım için, süren cihazın çıkış empedansı ile sürülen cihazın giriş empedansı eşit olmalıdır !!!!!! Ancak dönüştürücü olarak bir elektrod kullanılması durumunda elektrodun çıkış empedansı(Zel), kuvvetlendiricinin giriş empedansına (Zin) eşit olması istenmemektedir. Eğer empedanslar eşitse elektrodun içinden ve cihaz üzerinden hasta yönünde veya ters yönde bir akım akabilir. Bu istenmeyen elektrod akımı kimyasal reaksiyonları hızlandırabilir ve ek gürültü işaretleri üretebilir. Bundan dolayı dönüştürücünün çıkış empedansının kuvvetlendiricinin giriş empedansına göre düşük değerde olması istenir. En az kaç olmalımı? Zin > 10 x Zel

c) Sönüm Dönüştürücünün, fizyolojik olayı aslına sadık kalarak izleyemediği durumlarda çeşitli sönüm durumları söz konusudur. Değerine göre ζ üç farklı sönüm durumu vardır. a. ζ<1 (kritik altı sönüm), b. ζ=1 (kritik sönüm) c. ζ>1 (kritik üstü sönüm ) Kritikaltı sönüm: ζ<1 Kritikaltı sönümlü bir dönüştürücü darbe ya da basamak biçiminde bir giriş işaretine hızlı bir şekilde cevap verebilir, ancak bir tepe değerinden sonra sönümlü salınımlar göstererek çıkış işaretini oluşturur. Bu durumda dönüştürücünün frekans cevabı sistemin frekans cevabından daha büyüktür.

Kritiküstü sönüm: ζ>1 Kritiküstü sönümlü bir dönüştürücü, darbe ya da basamak biçiminde bir giriş işaretine çok yavaş cevap verir. Hiç bir şekilde aşma ve salınım oluşmaz. Çıkış işareti ancak uzun bir gecikmeden sonra kararlı durumuna gelir. Dönüştürücü kritikaltı sönümlü ise frekans cevabı düşük olur ve böylece bütün enstrümantasyon sisteminin frekans cevabının azalmasına neden olur. Kritik sönüm: ζ=1 Kritik sönümlü bir dönüştürücü arzulanan bir dönüştürücüdür. Ne hızlı ne de aşırı yavaş cevap verir. Salınım ya da aşma olmadığı gibi çıkış işareti giriş işaretini en yakın biçimde izler.

d) Frekans Cevabı: Dönüştürücünün frekans cevabı, sönüm miktarına doğrudan bağlıdır. Eğer dönüştürücünün frekans cevabı fizyolojik olayın band genişliğinden (BW) düşük ise bu olay hakkında bilgi önemli derecede kaybolur. Eğer frekans cevabı olayın band genişliğinden(BW) büyük ise o zaman da fizyolojik olayla ilgisi olmayan bir takım ilgisiz işaretler (gürültüler) de sezilerek anlamsız sonuçlar ortaya çıkabilir. Dönüştürücünün frekans cevabı, sezebildiği ve cevap verebildiği frekans bandı ile tanımlanır. Dolayısı ile incelenecek fizyolojik olayın frekansı, dönüştürücü tasarımında göz önünde bulundurulur. Eğer fizyolojik olay yavaş ve sinüzoidal bir dalga biçiminde ise, örneğin elektroensefalografıde (EEG) olduğu gibi, işaretin kapsadığı frekans bandı dar olur. Buna göre dönüştürücünün band genişliği de dar olmalıdır. Diğer yandan kan basıncını izlemede olduğu gibi daha geniş bir frekans aralığı söz konusu ise dönüştürücünün band genişliği daha büyük olmalıdır.

e) Doğrusallık: Doğrusallık, dönüştürücü çıkış işaretinin dönüştürücü girişindeki fizyolojik işareti izleme yeteneğini etkileyen bir özelliktir. Dönüştürücünün geçiş karakteristiği doğrusal ise dönüştürücü çıkışındaki elektriksel işaret, fizyolojik işaretin benzeri olacaktır. Dolayısı ile doğrusallık, diğer bir deyişle lineerlik, dönüştürücülerde aranan önemli bir özelliktir. f) Dönüştürücü Gürültüsü: Dönüştürücü gürültüsü çok önemli bir sorundur. Üç ayrı gürültü kaynağı vardır. Fizyolojik gürültü, termal gürültü ve çevre gürültüsü. Bu gürültü işaretlerinin ortak yanı, bunların, istenmeyen ve ölçme düzeninin kalitesini olumsuz yönde etkileyen işaretler olmasıdır.

Bölüm Soruları ÖDEV 1 olarak verilmiştir.