Tıbbi Enstrumantasyon

Soru 1 -) İnsan enstrumantasyon sistemini çizip basitçe açıklayınız:?

Cevap1: Üzerinde ölçüm yapılan insan organizmasıyla (obje) ölçümü yapan ölçme sistemi, birlikte, İnsan-Enstrumantasyon Sistemini oluştururlar.

Sorun 2 -) Biyolojik işaret nedir ? Elektrik kökenli olan ve olmayan işaretleri sınıflandırıp, elektrik kökenli biyolojik işaretlerin özelliklerini sayıp algılanmasını sekil ile acıklayınız?

Cevap 2 : Biyolojik İşaret : Canlı vücudundan elektrotlar veya dönüştürücüler aracılığıyla algılanan, elektrik kökenli olan veya elektrik kökenli olmayan işaretlerdir. Elektrik kökenli olanlar ; EKG, EMG,EEG , Elektrik kökenli olmayanlar; kan basıncı, kalp sesleri, vücut sıcaklığı.

Elektrik Kökenli Biyolojik İşaretlerin 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.

Dönüştürücü

Dönüştürücü

Kaydetme, veri işleme,veri gönderme

Görüntülemeİşaretişleme

Kontrol (geribesleme)

Dönüştürücü

Uyarıcı

İnsan

Şekil (1.3) İnsan-enstrumantasyon sistemi

Soru 3 -)Aksiyon potansiyeli nedir ve oluşumunda etkili olan etmenleri sayınız?

• Cevap 3: Elektrik kökenli biyolojik işaretlerin temelini hücrelerde ortaya çıkan aksiyon potansiyeli oluşur. Aksiyon potansiyelinin oluşumunda etkili olan etmenler:

• a) Hücre zarının iyonlara olan seçici geçirgenliği,

• b) Hücre zarının hücre içindeki negatif yüklü ağır molekülleri geçirmeyişi,

• c) Hücrenin, elektriksel, kimyasal, ısıl, magnetik vs. etkilerel uyarılabilir olması.

• d) Uyarılan hücrenin zarının iyonlara olan geçirgenliğinin değişik olması,

• e) Hücre zarında pasif transporta ek olarak aktif transportun da bulunuyor olması.

• Soru 4 -) Aksiyon potansiyelinin değişimini gösteren şekli çizip, büyüklüklerini açıklayınız?

• Cevap 4:

Biyopotansiyelkuvvetlendirici

İ zo lasy on

B iy o lo j i ki şaret k ay nağı

Elektrotlar

Biyolojik işaret

Şekil (2.2) Biyolojik işaretlerin algılanması

• Hücre uyarılmadığında sukunette olup sukunet potansiyeli - 90mV kadardır.

• Hücrenin elektrik aktivitesinde Na+, K+, Cl- iyonları etkilidir.

• İyonların hücre zarını pasif olarak geçişinde ortamlar arası iyon konsantrasyon farkları önemli olur. Bu şekildeki iyon geçişi, pasif transport olarak ifade edilir.

• Hücre içi, negatif yüklü ağır moleküller nedeniyle negatif (-90mV) olup bu potansiyeli dengelemek üzere, hücre zarının da kendilerini kolay geçirir olması nedeniyle, K+ iyonları hücre içini doldurmuştur; oysa, hücre zarının Na+ iyonlarına olan geçirgenliği yüksek olmadığından Na+ iyonları hücre içine girememektedir.

Uyarı

3

Aşma

mut

20 1

t (ms)0

btmt

atrtdt

0 21

Dinlenme pot.

Eşik seviyesi

- 60

+20

- 90

t (ms)

(mV

mV

0

: Repolarizasyon süresi

rt: Minimum uyarı süresi

mut

: Mutlak bekleme süresi

mt: Depolarizasyon süresi

dt: Bağıl bekleme süresi

bt: Toplam aktivasyon süresi

at

Şekil (3.4) Aksiyon potansiyeli

• Sukunette, hücre dışında, içine göre, Na+ ve Cl- iyon konsatrasyonu daha fazladır; K+ iyonu ise hücre içinde daha konsantredir.

Soru 5 -) Elektrik kökenli biyolojik işaretlerin algılanmasını maddeler halinde açıklayıp;Bifazik işaret’i açıklayınız ?

Cevap 5 : Sinir liflerinden algılanan ve bir aksiyon potansiyeli değişiminin sonucu olarak ortaya çıkan biyolojik işaret değişimlerine Elektronörogram (ENG) adı verilmektedir. ENG işaretleri sinir lifinden algılama şekline ve elektrotların yerleştiriliş biçimine göre monofazik, bifazik veya trifazik adları verilen farklı değişimler gösterir.

• Şekil (4.4)'de gösterildiği gibi, ölçme elektrotları, sinir lifi üzerinde birbirine yakın iki noktaya yerleştirilecek olursa bu bağlama şekline, bipolar bağlama adı verilmektedir. Bu şekle göre, aksiyon potansiyelinin sola doğru ilerlemesiyle elektrotlardan önce sağdaki (A) soldakine (B) göre daha negatif olur ve bu durumda elektrometrede negatif bir sapma gözlenir. Potansiyel darbesi sola doğru ilerlerken soldaki elektrodu sağdakine göre daha negatif yapar ve bunun sonucunda da elektrometrede pozitif bir sapma meydana gelir. Darbe, sola iyice yaklaştığında elektrometrede tekrar sıfır sapması gözlenir. Elektrometrede, veya bir göstericide, bir negatif ve hemen arkasından bir pozitif değişim şeklinde gözlenen işaret, bifazik veya difazik işaret olarak isimlendirilir.

Soru 6 -)Tıpta, dönüştürücüler hangi fizyolojik büyüklükler ve amaçlar için kullanılır ?

Cevap6 : Sıcaklık,

• Yerdeğiştirme,

• Kuvvet (basınç),

• Hız,

• İvme (titreme) ve

• Hacim ölçümlerinde,

• Ses analizinde,

• Doku ve organların görüntülenmesinde ve

0

d

dB A

B A

B A

aB A

c

b

cbat

v

Şekil (4.4) Bifazik işaret

• Yapay organlarda.

Soru 7 -) Tıpta, bir ölçme düzeni şeması çizip, işaret biçimlendiriciyi açıklayınız?

Cevap 7: İşaret biçimlendirici, örneğin, kuvvetlendirici ve filtre düzenlerini içerir.

Soru 8 -) Termoresiztif dönüştürücülü bir sıcaklık ölçme düzenini çizip; kalibrasyon işlemini gerçekleştiriniz.

Cevap 8:

Çıkışdönüştürücüsü

(Yazıcı, kaydedicigösterici)

Yardımcıgüç kaynağı

İşaretbiçimlendirici

Güçkaynağı

Girişdönüştürücüsü

Geribesleme

Çıkışişareti

Dönüştürülmüşişaret

Girişişareti

Ölçülendüzen

Kalibrasyonişareti

Şekil (4.8) Ölçme düzeni

• Ofset ayarı, veya başka bir deyişle sıfır ayarı, ölçme aralığının başında, örneğin 0 °C'de, ofset ayar potansiyometresi ile çıkış sıfırlanarak veya olması gereken minimum bir değere getirilerek yapılır. Daha sonra, kuvvetlendiricinin kazancıyla oynanarak kuvvetlendirici çıkışının istenen sıcaklıkta istenen değeri alması sağlanır. Bu iki ayar yardımıyla köprü kalibrasyon işlemi gerçekleştirilmiş olur.

Soru 9 -) Ölçmeyi sınıflandırıp; Sıfırlamalı ölçmeyi anlatınız ?

Ölçmenin 3 genel sınıfı vardır; direkt, endirekt ve sıfırlamalı.

• Sıfırlamalı ölçümler bilinmeyen bir ölçüm büyüklüğünü kalibreli bir referans değeri ile karşılaştırarak yapılır. Karşılaştırılan iki değerden biri değiştirilerek aralarındaki fark sıfır yapılmaya çalışılır. Elektriksel potansiyometre böyle bir alettir, ayarlanabilir kalibreli bir gerilim kaynağı ve bir karşılaştırma aleti (ortası sıfır galvanometre)’den oluşur. Potansiyemetredeki referans gerilimi galvanometrenin bir tarafına uygulanır . Bilinmeyen gerilim de öteki tarafına uygulanır. Potansiyometrenin çıkışı galvanometredeki sıfır değerini gösterecek şekilde ayarlanır. Sıfırlanmış ölçü aletinin sıfırı gösterdiği durumda potansiyometrenin kadranından okunan değer bilinmeyen ölçüm büyüklüğü ile aynıdır.

Soru 10 -)Hatayı sınıflandırıp Toprak hattı gerilim düşümü ve toprak hattı gürültüsünü açıklayınız?

Hatanın 4 genel sınıfı mevcuttur; teorik, statik, dinamik ve cihaz etkisi.

Bazı elektronik devrelerdeki önemli hata kaynaklarından birisi, toprak hattındaki gerilim düşümleri ve toprak hattındaki mevcut parazitlerdir. Şekil 1.9’da bu problemin nasıl meydana geldiği görülmektedir. Ölçü aletini kullanan tarafından görülen devre, bir dc kaynak ile onun gerilimini bölen bir gerilim bölücüdür. Farkedilmeyen bir IG toprak akımı, toprak direnci RG içinden geçmekte ve böylece bir IG.RG gerilim düşümüne neden olmaktadır. Bu gerilim faz ve kutbuna bağlı olarak çıkış gerilimine, Vo, eklenebilir veya çıkabilir.

vGöndeKontµ

Bell

Görüntü

KkuvvetleEnstruma

Kazanç Ofset

= 1 ofPT1çıkSayı

yoKont

AG AD

c+ 1 Karalı akım

Şekil (4.9) Termorezistif dönüştürücülü bir sıcaklık

Soru 11 -) Aktif ve pasif biyomedikal sensöerler hakkında bilgi verip farkını açıklayınız?

Aktif bir sensör çalışmak için harici bir ac veya dc güç kaynağına ihtiyaç duyar. Buna bir örnek; +7,5 V’luk bir besleme gerilimine ihtiyaç duyan rezistif gerilme ölçerli kan basınç ölçer sensörü verilebilir. Harici besleme olmadan bu sensörden herhangi bir çıkış almak mümkün değildir.

Öte yandan, pasif sensör, enerjisini ya kendi kendisi temin eder ya da ölçtüğü büyüklükten karşılar. Buna bir örnek ise araştırmalarda sıkça kullanılan termokupllu sıcaklık ölçerdir.Soru 12 -) Biyoelektrik algılamada elektrod tasarımını, açıklayınız ve bir biyomedikal elektrodun devre modelini çizip açıklayınız?

Cevap12: Biyoelektriksel algılama için elektrod tasarlarken materyallerin seçiminde özel bir özen göstermek gerekir. Daha önceden belirtildiği üzere, materyallerin seçimi yarı-hücre ve ofset potansiyellerine etki edecektir. Başlangıçta materyale olan bağlılığın yanısıra, gerçekte görülen yarı-hücre potansiyeli zamanla değişme göstermektedir. Bazı materyaller başlangıçta iyi bir elektrod adayı olarak gözükebilir, fakat zamanla ve kimyasal ortamın etkisiyle büyük bir değişim geçirebilir, bu da onu pratik uygulamalarda neredeyse kullanışsız kılabilir.

Materyal kombinasyonlarının iki genel kategorisi vardır.

Tam polarizeli veya tamamiyle geri dönüşümsüz elektrod, metal/elektrolit etkileşimi üzerinden net yük transferinin sıfır olduğu bir elektroddur. Bu tip elektrodda iki tür kimyasal reaksiyondan sadece biri gerçekleşebilir.

Tam polarizesiz veya tam geri dönüşümlü elektrod ise metal elektrod ile elektrolit arasında sınırlama olmaksızın yüklerin serbestçe dolaştığı bir elektrod türüdür. Bu ideal şartlar gerçekte elde edilebilmesine rağmen, doğru elektrodu seçme konusunda dikkat gösterilmelidir.

Vücut sıvıları metaller için oldukça korozif (aşındırıcı) maddelerdir ve dolayısıyla bütün materyaller biyoelektrik algılama için uygun değildir. Buna ek olarak, geri dönüşümlü elektrod olarak kullanılabilen bazı materyaller (çinko-çinko sülfat) canlı dokular için oldukça zehirlidir ve doğal olarak kullanılamazlar. Bu nedenlerle, soy metaller (altın ve platin), bazı tungsten alaşımları, Ag-AgCl ve platin-platin karası denilen bir madde pratik biopotansiyel elektrodları olarak kullanılmaya uygundur. Genel tıbbi uygulamalarda, biyopotansiyellerin yüzeyden basitçe ölçümü için Ag-AgCl elektrod sıkça kullanılmaktadır. Aksi belirtilmedikçe, klinik elektrodlarda bu maddenin kullanıldığını düşünebilirsiniz.

Şekil 1.13’te medikal enstrümantasyon tasarımcıları arasında Ag-AgCl elektrodun niçin popüler olduğu görülmektedir. Bu elektrodlar üstünde çok ince bir gümüş klorid tabakası ile kaplanmış bir gümüş tabandan meydana gelir. AgCl Ag+ ve Cl¯ iyonlarının serbestçe çift yönlü dolaşımına olanak sağlar ve böylece bir çift tabaka oluşmamış olur. Ag-AgCl elektrodlar üretilirken, oldukça saf gümüş kullanılması gerekir. Böyle bir gümüş %99.999 oranında saf olmalıdır. Bu gümüşü kuyumcularda kullanılan gümüşle (%99.9 oranında saf) karşılaştıracak olursak saflık derecesinin ne kadar yüksek olduğunu anlayabiliriz.

Soru 13 -) Bir EEG telemetri sistemi blok diyagramı çizip, genlik ve darbe modulasyonunu acıklayıp nasıl kullanıldığını belirtiniz?

Cevap 13 : EEG telemetri sistemleri EEG’yi hastanın kafatasından uzakta bir yere kablo kullanmadan transfer etmek için kullanılır. Bu teknik çocuklar ve zihinsel rahatsızlığı olan hastalar için çok kullanışlıdır. Bu sayede küçük çocuklar oyun oynarken ve epilepsi hastaları da aktif oldukları anlarda izlenebilmektedir. Şekil 1.11 iki yollu bir telemetri sisteminin blok diyagramını göstermektedir. Bu sistemde özgürce dolaşan hastalarda uyanma tepkileri üzerinde çalışılabilmektedir.

EEG sinyali kuvvetlendirilir ve sonra da bir taşıyıcı üzerine bindirilir. Genlik Modülasyonu ya da Darbe Modülasyonu kullanılır ve uzakta bir yere taşınır/iletilir. O noktada, demodüle edilir ve EEG makinesine ve bilgisayara sunulur. Ton patlamaları ya da tıklamalar da radyo yolu ile iletilebilir. Radyo iletimi, gürültü parazitleri yüzünden sorunlu olabilir. Frekans bandı ve çıkış gücünün kanunlar çerçevesinde belirlenen ölçüler içinde kontrol edilmesi gerekir. Dahası, bant genişliği problemleri önemli olduğu zamanlarda birden fazla kanalı iletmek çok zordur. Radyo dışındaki iletim ortamları EEG telemetri sistemleri için daha uygun olabilir.

Soru 14 -) Apnea’nın belirlenmesi için apnea dedektörü şeması çizip açıklayınız.

Cevap 14 : Apnea, solunumun geçici olarak (en az 10s) kesilmesi demektir. Genellikle prematüre bebeklerde 9-16 haftalar arasında görülür. Fark edilmemesi durumunda çocuk ölebilir. Şekil 4-14 apneanın belirlenmesi için kullanılabilecek bir cihazı göstermektedir. Alçak ve yüksek geçiren filtreler, EKG ve empedans işaretlerinin ayrılmasını sağlamaktadır.

Akım kaynağı100KHz 1mA

EKGKuvvetlendiricisi

Empedans işaretkuvvetlendiricisi

Yüksek geçiren filtre(100KHz)

Alçak geçiren filtre(100Hz)

Soru 15 -) Sayısal Çıkartmalı Anjiyografi ( DSA ) öbek çizimini yazıp açıklayınız.Tıbbi uygulamasını ve avantajları hakkında bilgi veriniz?

Cevap15 :

Tıbbi Uygulamaları ve Avantajları

- Anjiyografi ile damarların görüntülenmesi sağlanmaktadır,

- Pencereleme ve çıkartma ile muayene için kontrast ortam dozajını düşürme daha ince katater kullanabilme damar dışı muayene yapılabilir,

- Yol haritası tekniği sayesinde, katater pozisyonlanması kolaylaşmaktadır,

- Koroner anjiyo için EKG sinyallerine uyumlu tetikleme yapılabilir,

- Film, işleme için beklemeye gerek yoktur,

- İntegrasyon ve toplama yöntemlerinin yardımıyla işaret gürültü oranını geliştirmek mümkündür.