BMM 311: BİYOMEDİKAL ENSTRÜMANTASYON IÖğr Gör.: Ali Işın

(1)

BMM 311: BİYOMEDİKAL ENSTRÜMANTASYON I

Öğr Gör.: Ali Işın

DERS NOTU 2: EKG Sistemleri

FACULTY OF ENGINEERING

DEPARTMENT OF BIOMEDICAL ENGINEERING

(2)

BMM 311 DERS NOTU 2 - ALİ IŞIN, 2014

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.

(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.

(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.

(5)

(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.

(7)

(8)

• 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.

(9)

• Çift kutuplu çevre bağlantıları Bağlantı I, Bağlantı II ve Bağlantı III şeklinde adlandırılmışlardır ve Einthoven üçgeni adı verilen şekli oluştururlar (Şekil 2.3b).

1) Bağlantı 1: LA, yükseltecin evirmeyen girişine bağlanırken, RA eviren girişine bağlanmaktadır.

2) Bağlantı II: LL elektrodu yükseltecin evirmeyen girişine bağlanırken, RA eviren girişine bağlanmaktadır (LA, RL’ye bağlanmaktadır).

3) Bağlantı III: LL evirmeyen girişe bağlanırken, LA eviren girişe bağlanmaktadır

(RA, RL’ye bağlanmaktadır).

(10)

Şekil 2.3 Standard bağlantılar ve

Einthoven üçgeni

a) Çevre ve göğüs

bağlantıları

(11)

Şekil 2.3 b)Einthoven üçgeni

(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.

1. AVR Bağlantısı: RA evirmeyen girişe bağlanırken, LA ve LL eviren girişte toplanmaktadır.

2. AVL Bağlantısı : LA evirmeyen girişe bağlanırken, RA ve LL eviren girişte toplanmaktadır.

3. AVF Bağlantısı : LL evirmeyen girişe bağlanırken, RA ve LA eviren girişte toplanmaktadır.

(13)

• Tek kutuplu göğüs bağlantılarında (V

1

’den V

6

’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 V

1

’den V

6

’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.

(14)

Şekil 2.4 Farklı EKG

bağlantılarına

ait tipik

grafikler.

(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.

(16)

• 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 V

_G

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.

(17)

Şekil 2.5 Sağ bacak ve ekranlama sürücüsüne sahip bir tek tümleşik

devreli EKG yükselteci.

(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.

(19)

• 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.

(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.

(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

(22)

• Şekil 2.5’teki enstrümantasyon yükseltecini genellikle bir yalıtım yükselteci izler.

Yalıtım yükseltecinin yalıtım modu bastırma oran (IMR) değeri, hastayla toprak arasına 10

¹²

Ω ve 9 pF’lık bir yalıtım empedansı sokarak gürültüyü daha da azaltır. Yalıtım, düşük seviyeli EKG sinyaliyle (mesela 1 mV

pp

) karışmak isteyen gürültüyü (mesela 50 Hz’de 1V

pp

) 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.

(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.

(24)

Yüksek Geçiren Filtre

Kesme frekansından alçak frekansları bastırır.

Kesme frekansı: 1/(2) =1/ 2RiCi

-

+

^Voutput

Vinput

Ri A

Rf

Ci

Ri Rf

Voutput

0 I

_Rf

Ii

Vinput Ci

(şekil 2.6.a)

(25)

Alçak Geçiren Filtre = İntegratör

-

+

^Voutput

Vinput

Ri A

Rf Cf

Ri Rf

_Voutput

0 Vinput

Cf

I

_Cf

(şekil 2.6.b)

(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.

(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.

(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.

(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.

(30)

Şekil 2.7 Defibrilatör koruma devresi

(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

(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).

(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.

(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?

(35)

• Bu sorunun cevabı

1. dc ofset oluşması

2. 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.

(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.

(37)

(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.

(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.

(40)

Şekil 2.9 5 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.

(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.

(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.

(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.

(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.

(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.

(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.

(48)

Şekil 2.10 QRS ve kalp pili darbesi dedektörü blok diyagramı.

(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.

(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.

(51)

(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.

(53)

• 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.

(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.

(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.

(56)

Şekil 2.12 EKG hasta kabloları

(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

(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.

(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.

(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.

(61)

Tablo 2.1 Standart kablo renk kodlaması ve fiş bağlantı şeması