Canlı sistemlerle ilgili çeşitli fizyolojik parametrelerin algılanması ve değerlendirilmesi amacıyla kullanılan tüm elektronik teknoloji ve yöntemleri kapsayan tıp elektroniği ülkemiz için çok yeni bir konudur. Bu kitap İ.T.Ü. Elektrik Elektronik Fakültesi, Elektronik ve Haberleşme Bölümü, Elektronik 2 (tıp elektroninigi) paketinde okutulmakta olan “Tıp Elektroniğine Giriş” ders notlan ile “Biyolojik İşaretlerin Oluşumu ve Algılama Yöntemleri” ders notlarının bir kısmından oluşmuştur.İlk 10 bölümde temel kavramlar elektriksel ve elektriksel kökenli olmayan biyolojik işaretlerin oluşumu, bunları algılamak ve değerlendirmek amacıyla kullanılan temel sistemler; 11. bölümde ise biyoloik işaretleri işleme yöntemleri üzerinde durulmuştur. Bu eserin Tıp elektroniği konusunda, Türkçe olarak yazılmış bir kaynak eser olarak, gerek üniversitemizde Tıp Elektroniği alanında eğitim gören öğrenciler ve gerekse bu alanda çalışan teknik elemanlara yararlı olacağı inancındayız. Bu eserin oluşmasında emeği geçen çok sayıda öğrenci, Araştırma Görevlisi ve Fakülte personeli bulunmaktadır. Hepsine ve özellikle Doç. Dr. Bahattin KARAGÖZOĞLUna, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi elemanlarından Müh. Hayati EŞME’ye, Fakültemiz Teknik Ressamlarından Ayla ZORLU’ya ve Elif AVa, Ofset Atölyesi çalışanlarına, Yard. Doç. Dr. Tamer ÖLMEZ’e, Araştırma Görevlisi Yük. Müh. Zümray DOKUR’a ve Araştırma Görevlisi Satı EROGLUER’e teşekkür ederiz. İstanbul, Ekim 1995 Ertuğrul YAZGAN Mehmet KORÜREK

Gönderen Çağan

Tıbbi Elektroniğe Giriş Ders Notları 2



GENEL TANIMLAR TIP ELEKTRONİĞİ TEP ELEKTRONİĞİNİN DÎĞER BİLİM DALLARI ARASINDAKİ YERİ TIBBİ CİHAZLARIN GELİŞİMİ FİZYOLOJİ İNSAN – ENSTRUMANTASYON SİSTEMİ DÖNÜŞTÜRÜCÜ ÖZELLİKLERİNİN ÖLÇÜM ÜZERİNE ETKİLERİ MEDİKAL ÖLÇÜM SİSTEMLERİNİN DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİ BİYOELEKTRİK İŞARETLERİN OLUŞUMU 21 HÜCRELERDE ELEKTRİKSEL AKTÎVASYON MEMBRAN POTANSİYELİ OLUŞUMUNUN BASİT AÇIKLANMASI A) Aksiyon Potansiyelinin Yayılanı B) Biyoelektrik Potansiyellerin ölçülmesi MEMBRAN POTANSİYELİNİN AYRINTILI AÇIKLANMASI A) Tek İyonlu Sistemde Denge B) Donnan Dengesi C) Uzay Yükü Nötrlüğü D) Bütün İyonlar İçin Geçirgenliği Sıfır Olmayan Bir Membranın Uçlarındaki Gerilimin Hesaplanması E) Goldman Bağıntısı F) İyon Pompalan G) Biyolojik Membranlann Uçlarında Oluşan Gerilim H) Hodgkin-Huxley Modeli ELEKTRONÖROGRAM İŞARETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ SİNİR SİSTEMİ SİNİRLERDE AKSİYON POTANSİYELİNİN İLETİLMESİ SİNİR LİFİNDE AKSİYON POTANSİYELİ KAYDETME YÖNTEMLERİ SİNİRSEL HABERLEŞME DUYU ALICILARI SİNİR SİSTEMİ İLE İLGİLİ ÖLÇÜMLER ELEKTROMİYOGRAM İŞARETLERİN ÖLÇÜLMESİ KASLAR A) Kasların Yapısı B) Kas Kasılması C) Motor Hareketi D) Kaslarda Servo Mekanizma KASIN KASILMASI SIRASINDA OLUŞAN GERİLİM 48 44 EMG İŞARETLERİNİ İNCELEME YÖNTEMLERİA) EMG İşaretlerinin Zaman Domeninde İncelenmesi B) EMG İşaretlerinin Frekans Domeninde İncelenmesi ELEKTROMİYOGRAM ÖLÇME DÜZENİ ELEKTROKARDİYOGRAM İŞARETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ KALP A) Kalp ve Dolaşım Sistemi B) Kalbin Anatomik Yapısı C) Kalbin Elektriksel İletim Sistemi D) Kalp Kasları E) Kalp Kaslarının Kasılması: DERİVASYONLAR A) Elektrokardiyogram Düzlemleri B) Einthoven Üçgeni C) Standard Bipolar Derivasyon D) Unipolar Derivasyon E) Kuvvetlendirilmiş Derivasyon (Augmented Lead) F) Kuvvetlendirilmiş Modda Elde Edilen EKG İşaretlerinin Ünipolar Moddakine Göre % 50 Fazla Olduğunun Gösterilişi G) Transvers Düzlemde Yapılan EKG Ölçümleri H) Sagittal Düzlem EKG Ölçümleri ELEKTROKARDİYOGRAM (EKG) ÖLÇÜM DÜZENİ SAĞ BACAK SÜRÜCÜSÜ MÎKROİŞLEMCÎLİ ELEKTROKARDİYOGRAF DÜZENİ ELEKTRİKSEL EMNİYET BAKIMINDAN ELEKTROKARDİYOGRAFİ DÜZENLERİNİN GELİŞİMİ ELEKTROKARDİYOGRAFİ CİHAZLARINDA KULLANILAN DİĞER DEVRELER A) Elektrod-Arıza (Lead-Fail) Detektörü B) EKG Elektrod Durum Detektörü C) Taban Hattı (Baseline) Düzeltme Devresi D) Pacemaker İşaretini Yok Eden Devre 58 ELEKTROKARDİYOGRAM İŞARETLERİNİ DEĞERLENDİREN DİĞER DÜZENLER A) Kardiyotakometre C) Kardiyak Monitörleri D) Fetal Elektrokardiyografi Düzeni 59 MEDİKAL CİHAZLARIN KULLANIMINDA KARŞILAŞILAN BAZI SORUNLAR A) Frekans Distorsiyonu B) Doyma veya Kesim Distorsiyonu C) Geçici Elektriksel Gerilimler Nedeniyle Oluşan Bozulma D) Çevrede Çalışan Diğer Elektriksel Düzenler Nedeniyle Oluşan Bozucu Etkiler E) Elektriksel Alanın Etkisi F) Toprak Çevrimleri G) Magnetik Alanın Etkisi H) Elektriksel Kökenli Diğer Bozucu Etkenler VEKTÖRKARDİYOGRAFİ ELEKTROENSEFALOGRAM VE UYARILMIŞ POTANSİYEL İŞARETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ A) EEG’nin Kullanım Alanı: B) Beyin Aktivitesi ile EEG Arasındaki İlişki: 62 ELEKTROENSEFALOGRAM İŞARETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ 63 ELEKTROENSEFALOGRAM İŞARETLERİNİN BİLGİSAYAR YARDIMIYLA ANALİZİ A) EEG Spektral Yoğunluğunun Fourier Analizi Yardımıyla B) Band Geçiren Filtreler Yardımıyla Sürekli Frekans Analizi C) Transient Analizi D) Bilgisayar Destekli Beyin Elektriksel Aktivitesinin Haritalanması UYARILMIŞ POTANSİYELLER A) Uyarılmış Potansiyel Ölçüm Sistemi B) Somatik Duysal Uyarılmış Potansiyeller (SUP, SEP) C) Duysal (Akustik) Uyarılmış Potansiyeller (AEP) D) Görsel (Visual) Uyarılmış Potansiyeller (VEP) ELEKTRORETİNOGRAM VE ELEKTROOKULOGRAM İŞARETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ ELEKTRORETİNOGRAM İŞARETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ ELEKTROOKULOGRAM İŞARETLERİNİN ÖLÇÜLMESİ KAN BASINCININ ÖLÇÜLMESİ DİREKT YÖNTEMLER İNDİREKT YÖNTEMLER A) Dokunma (Palpatory) Yöntemi 83 B) Osilometrik Yöntem C) Dinleme (Oskültasyon – Auscultatory) Yöntemi D) Flush Yöntemi E) Ultrasonik Yöntem : F) Otomatik Ölçüm Yöntemi 84 BASINÇ KUVVETLENDİRİCİLERİ A) DC Basınç Kuvvetlendiricisi B) AC Basınç Kuvvetlendiricisi C) Darbe Uyanmlı (Pulsed Excitation) Kuvvetlendirici KAN BASINCI ÖLÇEN DÜZENLERDE KULLANILAN DİĞER DEVRELER A) Sistolik – Diyastolik ve Ortalama Basınç Ölçeri B) Ortalama Arter Basıncının Ölçülmesi C) Basıncın Türevini Alan Devre D) Otomatik Sıfırlama Devresi E) Kalp (Kardiyak) Katerizasyonu FONOKARDİYOGRAFİ VE OSKÜLTASYON (PHONOKARDIOGRAFY – PKG -, OSCULTATION) A) Fonokardiyograf B) Karotid Basıncının Kaydı KAN AKIŞ VE HACMİNİN ÖLÇÜLMESİ KAN AKIŞ DİNAMİĞİ (HEMODİNAMİK) SÜREKLİ ENJEKSİYON İNDÎKATÖR SEYRELTME YÖNTEMİ A) Fick Yöntemi 95 B) Isıl Seyreltme DARBELİ ENJEKSİYON İNDİKATÖR SEYRELTME YÖNTEMİ C) Isıl seyreltme ELEKTROMAGNETİK YÖNTEM ULTRASONİK YÖNTEM LASER DOPPLER KAN AKIŞ ÖLÇERİ EMPEDANS PLETİSMOGRAFÎSİ AORT BASENÇ EĞRİSİ YARDIMIYLA KALP ÇIKIŞININ HESAPLANMASI ELEKTRODLAR VE DÖNÜŞTÜRÜCÜLER ELEKTRODLAR Elektrodun Devre Modeli 1022 Elektrod Çeşitleri A) Yüzey Elektrod B) Dahili Elektrodlar C) Mikroelektrodlar Hücre Uyarmada Kullanılan Elektrodlar DÖNÜŞTÜRÜCÜLER A) Potansiyotnetreler B) Gerinim Ölçerler (Strain-Gage) C) Piezorezistif Dönüştürücüler Sıcaklık Dönüştürücüleri A) Termorezistif Dönüştürücüler B) Termoelektrik Dönüştürücüler Değişken îndüktanslı (İndüktif) Dönüştürücüler A) Tek Bobinli İndüktif Dönüştürücüler B) Çok Bobinli İndüktif Dönüştürücüler Kapasitif Dönüştürücüler Piezoelektrik Dönüştürücüler A) Piezoelektrik Malzemeyle Kuvvet Ölçülmesi B) Ultrasonik Yöntemle Kan Akış Hm Ölçülmesi Elektromagnetik (Elektrodinamik) Dönüştürücüler BİYOLOJİK İŞARETLERİN İŞLENMESİ ÖLÇME VE TANILAMA SİSTEMİNDE İŞARET İŞLEMENİN YERİ İŞARETLERİN SINIFLANDIRILMASI BİYOLOJİK İŞARETLERİN ANALOG İŞLENMESİA) Eviren Kuvvetlendirici 1114 B) Evirmeyen Kuvvetlendirici C) İzleyici D) Fark Kuvvetlendiricisi E) Enstrumantasyon Kuvvetlendiricisi F) İzolasyon Kuvvetlendiricisi G) Karşılaştıncı H) Kırpıcı I) Logaritmik Kuvvetlendirici İ) Negatif Giriş Kapasiteli Kuvvetlendirici J) Dogrultucu K) Aktif Tepe Detektörü L) İntegratör (întegral Alıcı) M) Türev Alıcı N) Alçak Geçiren Filtre (AGF) O) Yüksek Geçiren Filtre (YGF) P) Band Geçiren Filtre (BGF) R) Çentik Filtre (Notch Filter) Frekans Kompanzasyon Devresi KUVVETLENDİRİCİLERDE GÜRÜLTÜ AZALTMA YÖNTEMLERİ MİKROİŞLEMCİLER VE MİKRODENETLEYİCİLER A) Z80 Mikroişlemcisi B) 8031 Mikrodenetleyicisi ANALOG SAYISAL ÇEVİRİCİLER (ADC) BİYOLOJİK İŞARETLERİN SAYISAL İŞLENMESİ A) Sayısal Filtreler Adaptif Filtreler MODELLER; ZAMAN VE FREKANS DOMENİ ANALİZLERİ 1185 A) İstatistik Analizi B) Modelleme C) Zaman Domeni Analizi D) Frekans Domeni Analizi ELEKTROKARDÎYOGRAM VERİ SIKIŞTIRMA TEKNİKLERİ A) Değişken Eşikli ADAPTİF Algoritma Tekniği B) AZTEC Tekniği (Amplitude Zone Time Epoch Coding) C) Dönen Nokta (Nokta Değişimi) Tekniği (TP, Turning Point) D) SAPA Teknikleri (Scan Along Polygonal Approximation) İŞARET TANILAMA VE SINIFLAMA WİENER FİLTRESİYLE GÖRSEL UYARILMIŞ POTANSİYEL ANALİZİ