Genel Tanımlar

Genel Tanımlar

• Genel Tanımlar

• Biyolojik İşaretler

• Biyolojik İşaretlerin Oluşumu

• Biyolojik İşaretlerin Algılanması

• Biyolojik İşaretlerin İşlenmesi

Giriş

• Giriş

• Biyomedikal Mühendislik

• Tıbbi Cihazların Gelişimi

• Fizyoloji

• İnsan Enstrumantasyon Sistemi

Tıp Elektroniği, canlı sistemlerle ilgili çeşitli parametrelerin algılanması ve değerlendirilmesi amacıyla kullanılan tüm elektronik teknoloji ve yöntemleri kapsayan bilim dalıdır.

• Tıp Elektroniği, canlı sistemlerle ilgili çeşitli parametrelerin algılanması ve değerlendirilmesi amacıyla kullanılan tüm elektronik teknoloji ve yöntemleri kapsayan bilim dalıdır.

• Böyle bir amaçla kullanılan bir ölçme düzeni, ölçme cihazı ve üzerinde ölçüm yapılan obje olarak iki kısımdan oluşur, Şekil (1.1).

• Enstrumantasyon açısından bakıldığında obje, tümüyle insan veya insandan alınan bir doku örneği olabilir.

Biyomedikal Mühendisliği, mühendislik teknik ve bilgisini kullanarak teşhis ve tedavi için yeni teknik ve yöntemlerin geliştirilmesi, arızalı vücut kısımlarının desteklenmesi ve gerektiğinde değiştirilmesi şeklinde tanımlanabilir.

• Biyomedikal Mühendisliği, mühendislik teknik ve bilgisini kullanarak teşhis ve tedavi için yeni teknik ve yöntemlerin geliştirilmesi, arızalı vücut kısımlarının desteklenmesi ve gerektiğinde değiştirilmesi şeklinde tanımlanabilir.

• Biyomedikal Mühendisliği, 1950'li yılların başlarında yeşermeye başlayan ve 1970'den sonra çok hızlı bir gelişim gösteren disiplinlerarası bir konudur.

• Üç ana dala ayrılabilir:

Biyomühendislik alanındaki çalışmalar vücut fonksiyonlarının daha iyi anlaşılmasını amaçlamaktadır ve araştırmaya dönüktür. Bu çalışmalar genellikle çeşitli ölçümlerin yapılması ve elde edilen verilerin ileri matematik yöntemleriyle değerlendirilmesi şeklindedir. Canlıları oluşturan organlar çeşitli fonksiyonlarını gerçekleştirirken bazı işaretler üretirler. Vücut içindeki çeşitli olayların anlaşılabilmesi için bu işaretlerin kaynağı olan fizyolojik yapının çok iyi bilinmesi gereklidir.

• Biyomühendislik alanındaki çalışmalar vücut fonksiyonlarının daha iyi anlaşılmasını amaçlamaktadır ve araştırmaya dönüktür. Bu çalışmalar genellikle çeşitli ölçümlerin yapılması ve elde edilen verilerin ileri matematik yöntemleriyle değerlendirilmesi şeklindedir. Canlıları oluşturan organlar çeşitli fonksiyonlarını gerçekleştirirken bazı işaretler üretirler. Vücut içindeki çeşitli olayların anlaşılabilmesi için bu işaretlerin kaynağı olan fizyolojik yapının çok iyi bilinmesi gereklidir.

• Ayrıca, işaretlerin değişimlerinin ve birbirleriyle olan ilişkilerin de incelenmesi gerekmektedir.  

• Bu  alandaki   çalışmalara  şu   örnekler  verilebilir:

• Biyolojik organların fiziksel yapıları ve onların canlı organizmalarla ilişkileri  üzerinde  temel  araştırmalar;
• Kalp, kaslar ve beyin tarafından üretilen elektriksel işaretler için şekil tanıma;
• Organ ve hücre düzeyinde insana ait regülasyon ve kontrol sistemlerinin incelenmesi;
• Radyasyon tedavisinin planlanması;
• Kardiovasküler (kalp ve dolaşım sistemi), solunum, sindirim ve endokrin sistemlerinin modellenmesi  ve  simülasyonu;
• Beyin  fonksiyonlarının  anlaşılması konusunda  temel  araştırmalar.

Medikal Mühendislik alanındaki çalışmalar daha ziyade endüstriye dönük olup teşhis, tedavi ve prostetik düzenlerin tasarım ve gerçeklenmesi ile ilgilidir.

• Medikal Mühendislik alanındaki çalışmalar daha ziyade endüstriye dönük olup teşhis, tedavi ve prostetik düzenlerin tasarım ve gerçeklenmesi ile ilgilidir.

• Bu alandaki çalışmalara şu örnekler verilebilir:

• Kimya laboratuvarlarında kullanılan kan ve idrar analizörleri gibi teşhis cihazlarının günün en ileri elektronik teknoloji ve tasarım yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmesi;
• Biyolojik işaretlerin hastalardan alınması ve izlenmesi ile ilgili mikroelektronik yaşam  ve   monitör  sistemlerinin   gerçekleştirilmesi;
• İç organların  X ışınlarıyla  gözlenmesi;
• Radyoaktif  ve ultrasonik  gözlem  cihazlarının  gerçekleştirilmesi;
• Kalp-akciğer  makinası gibi tedavi  cihazlarının  gerçekleştirilmesi;
• Respiratörler (solunum cihazları), uyarıcılar, defibrilatörler, radyasyon tedavi  cihazları;
• Takma organlar, "pacemaker"lar (kalp ritmini düzenleme cihazları), yapay kalp kapakçıkları, yapay kalça ve eklemler, yapay böbrek ve benzerinin gerçekleştirilmesi;
• Kör ve  sağırlar için algılama düzenlerinin  gerçekleştirilmesi.

Klinik Mühendisliği alanındaki çalışmalar çok hızlı bir gelişim göstermektedir. Klinik Mühendisi, klinik ekibin bir parçasını oluşturmaktadır.

• Klinik Mühendisliği alanındaki çalışmalar çok hızlı bir gelişim göstermektedir. Klinik Mühendisi, klinik ekibin bir parçasını oluşturmaktadır.

• Klinik Mühendislerinin görevleri şöyle özetlenebilir:

• Problemlerin tanımında, cihazların seçiminde ve kontrolünde hastahane personeline  yardımcı  olmak;
• Ticari olarak bulunmayan özel amaçlı elektronik cihazları gerçeklemek;
• Cihazların performans kontrolü ve kalibrasyonu için yöntemler geliştirmek;
• Emniyet standartlarını belirlemek ve  bu konuda danışmanlık yapmak;
• Hayat destekleme sistemlerini  idare  etmek;
• Hastahanelerde kullanılmaya başlayan bilgisayar ve otomasyon merkezlerinin sorumluluğunu almak.

Medikal cihazlar alanındaki çalışmalar 19. yüzyıla kadar uzanmaktadır. Örneğin elektrokardiografi, Einthoven tarafından 19. asrın sonlarına doğru geliştirilmiştir. Bu alandaki çalışmaların II. Dünya savaşının sonuna kadar oldukça yavaş bir tempoda geliştiği görülmektedir. Savaşın bitiminde kuvvetlendirici, kaydedici gibi çeşitli elektronik cihazların çok sayıda elde kalmış olması, mühendis ve teknisyenleri bu cihazları medikal amaçlarla kullanılması alanına yöneltmiştir. 1950'li yıllarda bu alandaki çalışmalar, genellikle başka amaçlar için gerçekleştirilmiş bu cihazlar üzerinde bazı değişiklikler yaparak medikal alanda kullanılabilir bir hale getirmek üzerinde yoğunlaşmıştır. Fakat bu cihazlar yardımıyla elde edilen ölçümlerin tatminkâr olmadığı anlaşılmış ve böylece fizyolojik parametrelerin, fiziksel parametreler gibi ölçülemeyeceği gerçeği açık bir  şekilde  öğrenilmiştir.

• Medikal cihazlar alanındaki çalışmalar 19. yüzyıla kadar uzanmaktadır. Örneğin elektrokardiografi, Einthoven tarafından 19. asrın sonlarına doğru geliştirilmiştir. Bu alandaki çalışmaların II. Dünya savaşının sonuna kadar oldukça yavaş bir tempoda geliştiği görülmektedir. Savaşın bitiminde kuvvetlendirici, kaydedici gibi çeşitli elektronik cihazların çok sayıda elde kalmış olması, mühendis ve teknisyenleri bu cihazları medikal amaçlarla kullanılması alanına yöneltmiştir. 1950'li yıllarda bu alandaki çalışmalar, genellikle başka amaçlar için gerçekleştirilmiş bu cihazlar üzerinde bazı değişiklikler yaparak medikal alanda kullanılabilir bir hale getirmek üzerinde yoğunlaşmıştır. Fakat bu cihazlar yardımıyla elde edilen ölçümlerin tatminkâr olmadığı anlaşılmış ve böylece fizyolojik parametrelerin, fiziksel parametreler gibi ölçülemeyeceği gerçeği açık bir  şekilde  öğrenilmiştir.

• Bu alandaki çalışmalara özellikle NASA (National Aeronatics and Space Administration)'daki çalışmaların önemli katkıları oldu. Mercury, Gemini ve Apolla programları astronotların uzay uçuşları esnasında fizyolojik parametrelerinin sağlıklı bir şekilde izlenmesini gerektiriyordu. Bu nedenle, bu alandaki cihaz ve sistemler üzerindeki çalışmalar yoğunlaştırıldı. Önemli ölçüde mali olanaklar bu alandaki çalışmalara aktarıldı; üniversite ve hastane araştırma ünitelerine bu alandaki çalışmalar için büyük mali destekler sağlandı.

Canlılarda vücut fonksiyonlarını inceleyen bilim dalına Fizyoloji denir.

• Canlılarda vücut fonksiyonlarını inceleyen bilim dalına Fizyoloji denir.

• Fizyoloji, bu incelemeleri yaparken Fizik ve Kimya bilimlerinden yararlanır.

• Fiziksel metotların canlı organizmaya uygulanması Biyofizik, Kimyasal metotların uygulanması ise Biyokimya Bilim dallarını meydana getirir.

• Günümüzde Fizyoloji bilimi, Fizik ve Matematik bilimlerinin geniş ölçüdeki katkılarıyla biyolojik olayların moleküler seviyedeki temel prensiplerini de incelemektedir.

Canlı bir insandan alınan ölçümlerle, incelenen olay arasındaki ilişkiyi kurabilmek için olaya ait Fizyolojik sistem üzerinde bilgi sahibi olmak ve üzerinde ölçme yapmak gerekir.

• Canlı bir insandan alınan ölçümlerle, incelenen olay arasındaki ilişkiyi kurabilmek için olaya ait Fizyolojik sistem üzerinde bilgi sahibi olmak ve üzerinde ölçme yapmak gerekir.

• İnsan organizasyonu hiyararjisinin çeşitli seviyelerinde ölçümler yapılabilir. Örneğin insanı bir bütün olarak alırsak, bu sistemin giriş ve çıkış büyüklüklerinden bazılarını Şekil (l.2)'de olduğu gibi gösterebiliriz. Bu giriş ve çıkış büyüklüklerinin bir kısmına ölçüm amacıyla kolayca ulaşılabilmesine karşın, bazılarının (davranış vs) nicel olarak ölçülmesi çok zordur.

• Organizasyon hiyerarşisinde bir sonraki sırayı vücudun temel Fizyolojik sistemleri oluşturur (sinir, solunum, kalp ve dolaşım sistemleri gibi).

• İnsanın bir bütün olarak kendi çevresi ile haberleşmesine benzer olarak bu temel sistemler, hem kendi aralarında ve hemde dış çevreyle haberleşerek yaşamlarını sürdürürler.

• Bu çoklu seviyeli kontrol ve haberleşme, sistemlerin özgün olarak incelenmesini engeller.

Mühendislikte karakteristikleri bilinmeyen bir sistem genellikle bir dört uçlu (siyah kutu) olarak gösterilir. Böyle bir sistemin analizinde amaçlanan, bu kutunun iç fonksiyonlarını belirleyecek şekilde giriş çıkış bağıntılar dizisi elde etmektir. Bu amaçla sistemin girişine belli işaretler uygulanır. Yaşayan organizma, özellikle insan, düşünülebilecek en karmaşık sistemlerden biridir. Bu sistemde elektrik, mekanik, akustik, termal, kimyasal, optik, hidrolik, pnömatik ve diğer bir çok alt sistemlerin birbirleriyle etkileşim halinde fonksiyonlarını sürdürdüğünü biliyoruz. Bu sistemde aynı zamanda güçlü bir bilgi değerlendirme, çeşitli tipte haberleşme ve çok çeşitli kontrol alt sistemleri de bulunmaktadır. Bu sistemin giriş-çıkış bağıntıları, sistemin deterministik olmadığını gösterir. Bu sonuç böyle bir sistemin incelenmesini daha da zor bir duruma sokar.

• Mühendislikte karakteristikleri bilinmeyen bir sistem genellikle bir dört uçlu (siyah kutu) olarak gösterilir. Böyle bir sistemin analizinde amaçlanan, bu kutunun iç fonksiyonlarını belirleyecek şekilde giriş çıkış bağıntılar dizisi elde etmektir. Bu amaçla sistemin girişine belli işaretler uygulanır. Yaşayan organizma, özellikle insan, düşünülebilecek en karmaşık sistemlerden biridir. Bu sistemde elektrik, mekanik, akustik, termal, kimyasal, optik, hidrolik, pnömatik ve diğer bir çok alt sistemlerin birbirleriyle etkileşim halinde fonksiyonlarını sürdürdüğünü biliyoruz. Bu sistemde aynı zamanda güçlü bir bilgi değerlendirme, çeşitli tipte haberleşme ve çok çeşitli kontrol alt sistemleri de bulunmaktadır. Bu sistemin giriş-çıkış bağıntıları, sistemin deterministik olmadığını gösterir. Bu sonuç böyle bir sistemin incelenmesini daha da zor bir duruma sokar.

• Öte yandan, ölçülecek büyüklüklerin çoğu için ölçme sistemine doğrudan doğruya kolay bir bağlantı yapmak mümkün değildir. Bunun anlamı bazı büyüklüklerin ölçülmesi mümkün değildir. Bu büyüklüklerin belirlenebilmesi ancak daha az doğrulukla sonuç veren ikincil yöntemlerin kullanılmasını gerekli kılar.

• Ölçme düzeninin kendisi durumu daha da karmaşık bir hale getirir. Ölçme sisteminin objeye uygulanması sonucu obje doğal koşullardan ayrılmaktadır. Ölçme işlemi, hastaya hiçbir şekilde yaşam bakımından tehlikeli olmamalıdır. Acı, rahatsızlık ve diğer arzu edilmeyen durumlar oluşturmamalıdır. Bu kısıtlamaların anlamı açıktır. Canlı olmayan objeler üzerinde uygulanan ölçme yöntemleri aynen insanlara uygulanamaz.

• Bu güçlükler nedeniyle ilk bakışta yaşayan organizmaya (canlı siyah kutu) ait büyüklüklerin ölçülmesi ve analiz edilmesi mühendislik açısından imkansız gibi görünebilir. Fakat insan vücuduna ait bağıntıların ölçülmesi ve analiz edilmesi alanında çalışan kimseler bu sorunu çözmek zorundadırlar. Biyomedikal Mühendisliği alanında çalışanların görevi, tıp alanında çalışan personele, canlı insana ait büyüklüklerin anlamlı ve güvenilebilir şekilde elde edilmesini sağlamaktır.

Ölçülen büyüklüklerin gerçek büyüklükleri gösterebilmesi için yaşayan organizmanın iç yapısı ve özellikleri, ölçme sisteminin tasarımı ve uygulanması sırasında nazara alınmalıdır.

• Ölçülen büyüklüklerin gerçek büyüklükleri gösterebilmesi için yaşayan organizmanın iç yapısı ve özellikleri, ölçme sisteminin tasarımı ve uygulanması sırasında nazara alınmalıdır.

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

• Bir insan-enstrumantasyon sisteminin blok diagramı Şekil (1.3)'de gösterilmiştir.

• a) Subje: Üzerinde ölçüm yapılan canlı organizma.

• b) Uyarıcı: Bazen, bir dış uyarıcıya (ışık, ses vs) karşı gösterilen tepkinin ölçülmesi gerekir.

• c) Dönüştürücü: Ölçülecek büyüklüğü (sıcaklık, biyolojik işaret vs) elektriksel büyüklüğe çevirirler.

Giriş

• Giriş

• Elektrik Kökenli Biyolojik İşaretler

• Elektrik Kökenli Olmayan Biyolojik İşaretler

İşaret : Bilgi taşıyan, zamana göre değişen veya değişmeyen büyüklüklerdir.

• İşaret : Bilgi taşıyan, zamana göre değişen veya değişmeyen büyüklüklerdir.

• Biyolojik İşaret : Canlı vücudundan elektrotlar veya dönüştürücüler aracılığıyla algılanan, elektrik kökenli olan veya elektrik kökenli olmayan işaretlerdir.

Elektrik Kökenli Biyolojik İşaretlerin Özellikleri :

• 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.

Bazı Elektrik Kökenli Biyolojik İşaretler :

• Bazı Elektrik Kökenli Biyolojik İşaretler :

• EKG : Elektro kardiyo gram : kardiyo  kalp
• EMG : Elektro miyo gram : miyo  kas
• EEG : Elektro ensefalo gram : ensefa  beyin
• ENG : Elektro nöro gram : nöro  sinir
• EGG : Elektro gastro gram : gaster  mide-barsak
• ERG : Elektro retino gram : retino  retina
• UP (“EP”) : Uyarılmış Potansiyeller :  beyinden
• GP (“LP”) : Geç Potansiyeller :  kalpten

Bazı Elektrik Kökenli Olmayan Biyolojik İşaretler :

• Bazı Elektrik Kökenli Olmayan Biyolojik İşaretler :

• Kan basıncı : basınç dönüştürücüsü, kalp ve dolaşım sisteminin
• Kan akış hızı : elektromagnetik, ultrasonik, dolaşım sisteminin
• Solunum hacmi : pletismograf, akciğerlerin
• Kalp sesleri : kalp mikrofonu, kalp kapakçığının
• Sıcaklık : sıcaklık dönüştürücüsü, vücudun veya organların
• Deri direnci : değişken direnç dönüştürücüsü, derinin (“GSR”)
• pH : pHmetre, kanın
• PO2 kimyasal dönüştürücüler, kanın ve havanın

Giriş

• Giriş

• Hücre Fizyolojisi

• Aksiyon Potansiyelinin Oluşum Mekanizması

• Aksiyon Potansiyelinin Yayılması

Biyolojik işaretler, insan vücudundaki, sinir sistemi, beyin, kalp ve kas gibi çeşitli organların faaliyetleri sırasında oluşurlar.

• Biyolojik işaretler, insan vücudundaki, sinir sistemi, beyin, kalp ve kas gibi çeşitli organların faaliyetleri sırasında oluşurlar.

• Biyolojik işaretlerin temelini, hücrelerdeki elektrokimyasal olayların sonucunda oluşan aksiyon potansiyeli oluşturur.

• Bu akımlardan, elektrotlar yardımıyla algılanıp işaret işleme işlemlerinden geçirildikten sonra çeşitli hastalıklara tanı konmasında (teşhisinde) yararlanılmaktadır.

• Biyolojik işaretler, vücut içindeki karmaşık biyolojik yapıdan dışarıya kolay anlaşılabilir bilgi taşımazlar. Bunun için, elektrotlar yardımıyla algılanan bu işaretlerin işlenip yorumlanmaları gerekir.

Hücre, canlıların bağımsız olarak yaşamını sürdürebilen en küçük parçasıdır.

• Hücre, canlıların bağımsız olarak yaşamını sürdürebilen en küçük parçasıdır.

• Hücre, çekirdek, sitoplazma denilen hücre gövdesi ve sitoplazmayı çevreleyen bir hücre membranından (zarından) oluşur, Şekil (3.1).

• Hücrelerde elektriksel işaretler, hücrenin uyarılabilme özelliği nedeniyle oluşur.

• Hücre membranları, eşik seviyesi olarak isimlendirilen bir değerin üzerindeki bir işaret ile uyarılacak olurlarsa bu uyarma bütün hücreye yayılır.

• Uyarma şekli elektriksel, kimyasal, optik, termal veya mekanik olabilir.

Şekil (3.2)’de, genel olarak bir hücrenin yapısı görülmektedir.

• Şekil (3.2)’de, genel olarak bir hücrenin yapısı görülmektedir.

• Hücre, organizmanın metabolizma, büyüme, çoğalma, kalıtım ve bilgi taşıma gibi işlevlerinin yapıldığı en küçük birimdir.

• Hücreyi dış ortamdan ayıran membran, hücre denetim merkezi olarak çekirdek ve hücre içi sıvıda (stoplazmada) bulunan organeller hücreyi oluşturan temel yapı elemanlarıdır.

Şekil (3.3)’de bir insanda bulunan bazı hücrelerden örnekler görülmektedir.

• Şekil (3.3)’de bir insanda bulunan bazı hücrelerden örnekler görülmektedir.

• Hücre çapı 1-100µ arasında, hücre boyu ise 0,2µ-10 cm arasında değişir.

Elektrik kökenli biyolojik işaretlerin temelini hücrelerde ortaya çıkan aksiyon potansiyeli oluşur.

• Elektrik kökenli biyolojik işaretlerin temelini hücrelerde ortaya çıkan aksiyon potansiyeli oluşur.

• Bu potansiyel, gerçekte, hücre zarının iç ve dış taraflarındaki potansiyel farkıdır.

• 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. etkilerle uyarılabilir olması,

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

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

Şekil (3.4)’de, aksiyon potansiyelinin değişimi gösterilmiştir.

• Şekil (3.4)’de, aksiyon potansiyelinin değişimi gösterilmiştir.

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

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

Enerji harcayarak çalışan Na-K aktif pompaları Na+ iyonlarını hücre dışına (K+ iyonlarını da hücre içine) pompalamak suretiyle sukunetteki konsantrasyon dengelerini kurmaya ve bu dengeleri korumaya çalışır; repolarizasyon.

• Enerji harcayarak çalışan Na-K aktif pompaları Na+ iyonlarını hücre dışına (K+ iyonlarını da hücre içine) pompalamak suretiyle sukunetteki konsantrasyon dengelerini kurmaya ve bu dengeleri korumaya çalışır; repolarizasyon.

• Repolarizasyonda, zar potansiyeli eski seviyesine gelir. Bu değişime, aksiyon potansiyeli adı verilir.

• Hücre uyarıldığında, zar poatansiyeli (hücre dışı referans olmak üzere) pozitife doğru artar.

• Belli bir eşik gerilimini (-60mV) geçer geçmez, uyarı kesilse bile zar potansiyeli +20mV repolarizasyon değerine kadar yükselmeye devam eder. Eşik değerini geçemeyen zar potansiyelleri uyarı kesildiğinde denge değerine dönerler. Demek ki, hücre, zarı potansiyelini eşik değerinin üzerine çıkaran uyaranlar için uyarılmış olmakta; yoksa uyarılmamış kalmaktadır. Buna ‘ya hep ya hiç yasası’ denir.

• Hücre uyarıldıktan sonra, tekrar uyarılabilmesi için bir süre gerekir. Buna, bekleme süresi denir.

Aksiyon potansiyellerinin değişimi çeşitli hücrelerde farklılıklar gösterir.

• Aksiyon potansiyellerinin değişimi çeşitli hücrelerde farklılıklar gösterir.

• Sinir ve çizgili kas hücrelerindeki aksiyon potansiyelleri, süre ve genlik bakımından fazla farklı değildir. Kalp kasında ise şekil biraz değişik olup 0mV’da kaldığı süre 200ms kadardır, Şekil (3.5).

Bir hücre uyarılıp aksiyon potansiyeli ürettiğinde iyon akımı akmaya başlar. Bu olay komşu hücreleri de uyarabilir. Uzun aksonlu sinir hücrelerinde aksiyon potansiyeli aksonun uzunluğuna göre çok kısa bir kısmında meydana gelir ve her iki yöne yayılır. Tabii durumda bir sinir hücresi yanlız giriş ucuna yakın bir yerden uyarılır. Aksiyon potansiyeli hücre boyunca yayılırken bekleme sürelerinden dolayı önce uyarılmış bölge yeniden uyarılmaz. Böylece yayılma tek yönlü olmuş olur, Şekil (3.6).

• Bir hücre uyarılıp aksiyon potansiyeli ürettiğinde iyon akımı akmaya başlar. Bu olay komşu hücreleri de uyarabilir. Uzun aksonlu sinir hücrelerinde aksiyon potansiyeli aksonun uzunluğuna göre çok kısa bir kısmında meydana gelir ve her iki yöne yayılır. Tabii durumda bir sinir hücresi yanlız giriş ucuna yakın bir yerden uyarılır. Aksiyon potansiyeli hücre boyunca yayılırken bekleme sürelerinden dolayı önce uyarılmış bölge yeniden uyarılmaz. Böylece yayılma tek yönlü olmuş olur, Şekil (3.6).

Aksiyon potansiyeli, sinir hücresi boyunca darbe katarı şeklinde yayılır. Ya hep ya hiç prensibi gereği bu katardaki aksiyon potansiyellerinin genlikleri aynı kaldığından bilgi, aksiyon potansiyeli darbelerinin sıklığıyla (frekansıyla) taşınmaktadır, Şekil (3.8).

• Aksiyon potansiyeli, sinir hücresi boyunca darbe katarı şeklinde yayılır. Ya hep ya hiç prensibi gereği bu katardaki aksiyon potansiyellerinin genlikleri aynı kaldığından bilgi, aksiyon potansiyeli darbelerinin sıklığıyla (frekansıyla) taşınmaktadır, Şekil (3.8).

Dönüştürücü, ölçme düzeninde hem hasta hem de ölçme sistemiyle temas halindedir. Bu nedenle dönüştürücünün hem hastayı hem de ölçü aletlerini nasıl etkilediğinin incelenmesi gerekir. Bir dönüştürücünün çalışmasını belirleyen altı tasarım parametresi aşağıda belirtilmiştir;

• Dönüştürücü, ölçme düzeninde hem hasta hem de ölçme sistemiyle temas halindedir. Bu nedenle dönüştürücünün hem hastayı hem de ölçü aletlerini nasıl etkilediğinin incelenmesi gerekir. Bir dönüştürücünün çalışmasını belirleyen altı tasarım parametresi aşağıda belirtilmiştir;

•   Örnek yüklenmesi ("sample loading")

•   Çıkış empedansı

•   Sönüm ("damping")

•   Frekans cevabı

•   Doğrusallık

•   Gürültü

- Örnek yüklenmesi:

• - Örnek yüklenmesi:

• Dönüştürücünün, üzerinde ölçüm yapılan obje üzerine yaptığı etkidir. İdeal olarak bir dönüştürücü, dönüştürmeye çalıştığı büyüklüğü hiçbir şekilde değiştirmemelidir.

• Fizyolojik değişkenlerin kaynağı mekanik ya da kimyasal olduğundan dönüştürücü, obje üzerinde en az mekanik ve kimyasal etkiyi göstermelidir.

• Eğer mekanik direnç yüksek ise, dönüştürücünün duyarlığı azalır ve elde edilen ölçümler, ölçülen parametrenin değişmelerini sağlıklı olarak belirtmez. Doğal olarak bir dönüştürücünün mekanik direncinin düşürülebileceği bir alt limit te bulunmaktadır. Eğer bu sınırın altına inilirse o zaman dönüştürücü aşırı duyarlılığı dolayısıyla hastanın en ufak kas hareketleriyle yanıltıcı çıkış işaretleri verebilir. 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.

• Objeden algılanan işaretin elektriksel kökenli olması durumunda dönüştürücü olarak elektrot kullanılır. Elektrodun deri ile temasta olması nedeniyle bazı önlemlerin alınması gerekir. İnsan vücudu büyük bir kimyasal işlemler düzeneği olarak düşünülebilir. Eğer vücudun kimyasal özellikleri elektrodun kimyasal özellikleriyle olumsuz yönde etkilenirse o zaman her bakımdan sorunlu durumlar ortaya çıkabilir. Bu sorunlar, elektrot direncinin artmasıyla örnek yüklemesinde olumsuz bir değişiklikten, elektroliz yoluyla insan vücudunun içine zararlı maddelerin salıverilmesine kadar tehlikeli durumlar olabilir. Bu elektroliz sonucu, hastahane çevrelerinde, metal zehirlenmesi ya da organik toksisite adı ile tanınır. Vü­cutla temas eden ya da vücudun içine yerleştirilen elektrotlar ne çok aktif olan ve gevşek kimyasal bağları

- Örnek yüklenmesi (devam)

• - Örnek yüklenmesi (devam)

• Bu sorunlar, elektrot direncinin artmasıyla örnek yüklemesinde olumsuz bir değişiklikten, elektroliz yoluyla insan vücudunun içine zararlı maddelerin salıverilmesine kadar tehlikeli durumlar olabilir. Bu elektroliz sonucu, hastahane çevrelerinde, metal zehirlenmesi ya da organik toksisite adı ile tanınır.

• Vü­cutla temas eden ya da vücudun içine yerleştirilen elektrotlar ne çok aktif olan ve gevşek kimyasal bağları bulunan metal bakırdan, ne de çok sıkı kimyasal bağları bulunan metal platinden yapılmalıd­ır.

• Bakır elektrotlar her ne kadar en az gürültülü olmalarına ve elektriksel özellikler açısından da oldukça kararlı olmalarına karşın kimyasal bakımdan yüksek aktiviteli olmaları nedeniyle seyrek kullanılmaktadır. Diğer yandan platin elektrotlar vücudun kimyasal özelliklerinden etkilenmediği halde, gürültü kapma ve elektrik özelliklerinin tutarsızlığı yüzünden ender kullanılır.

• Ancak, eğer bir elektrot hastanın vücudu içinde uzun bir süre (örneğin bir kaç gün) kalacaksa o zaman platin elektrot kullanılır. Çünkü bu durumlarda kimyasal kararlılık diğer her türlü özellikten daha önemli olmaktadır.

• Genelde, gerek deri yüzeyine gerekse vücut içine yerleştirilecek elektrotlar gümüş gümüşklorür alaşımından yapılır. Bu alaşımın, gürültü kapma, elektriksel ve kimyasal kararlılık açısından en dengeli bir alaşım olduğu saptanmış bulunmaktadır.

- Çıkış empedansı:

• - Çıkış empedansı:

• Dönüştürücünün çıkış empedansı, işaret işleme biriminin giriş empedansıyla uyumlu olmalıdır. İşaret işleme birimi çoğu sistemlerde bir kuvvetlendiricidir. Dolayısıyla dönüştürücünün çıkış empedansı ve kuvvetlendiricinin giriş empedansı arasındaki ilişki önemlidir.

• Elektronik devrelerde en büyük güç aktarımı için, süren cihazın çıkış empedansının sürülen cihazın giriş empedansının eşleniği olmalıdır.

• Ancak dönüştürücü olarak bir elektrot kullanılması durumunda elektrodun çıkış empedansı, kuvvetlendiricinin giriş empedansına eşit olması istenmemektedir. Eğer empedanslar eşitse elektrodun içinden ve cihaz üzerinden hasta yönünde veya ters yönde bir akım akabilir. Bu istenmeyen elektrot akımı kimyasal reaksiyon­ları hızlandırabilir ve ek gürültü işaretleri üretebilir. Bundan dolayı dönüştürücünün çıkış empedansının kuvvetlendiricinin giriş empedansına göre düşük değerde olması istenir. Bu şekilde kuvvetle­ndirici gerilim değişmelerini sezebilir ve akımın akmasını önemli ölçüde önler.

• Bu durumda kabul edilen en küçük empedans oranı 10:1'dir. Yani kuvvetlendiricinin giriş empedansı, elektrodun çıkış empedansının en az 10 katı olmalıdır. Bu değerlerde küçük bir elektrot akımı bulunabilir.

• En büyük oran ise 1.000.000:1 oranıdır. Bu değerlerde gürültü kapma ve çevreden etkilenme olayları baş gösterir ki bunlar da arzulanmayan durumlardır. Elektrotların deri yüzeyine ya da vücut içine yerleştirildikleri birçok uygulamada kuvvetlendiricinin empedansı 20 ile 80 Mohm arasında seçilmektedir.

- Sönüm:

• - Sönüm:

• Dönüştürücünün, fizyolojik olayı aslına sadık kalarak izleyemediği durumlarda çeşitli sönüm durumları sözkonusudur. Üç farklı sönüm durumu vardır.

•   Kritikaltı sönüm: Kritikaltı sönümlü bir dönüştürücü darbe ya da basamak biçiminde bir giriş işaretine hızla 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: 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 kritiküstü sönümlü ise frekans cevabı düşük olur ve böylece bütün enstrümantasyon sisteminin frekans cevabının azalmasına neden olur.

• Kritik sönüm: 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.