Tanı amaçlı altı kanallı yorumlu EKG

Abstract

ÖZET Bu tezin amacı, tanı amaçlı olarak labaratuvar ortamında çalışan ve protatip olarak kullanılabilecek altı kanallı yorumlu bir EKG sistemini tasarlamaktır. Sistemde EKG sinyali hastaya bağlanan yüzey elektrotları ile alınmakta ve kanal seçici anahtar devresi üzerinden seçilerek düşük gürültülü ve yüksek kazançlı ön kuvvetlendiriciye gönderilmektedir. Hastanın kollarına ve bacaklarına bağlanmış olan toplam dört adet Ag-AgC1 yüzey elektrodu mevcuttur. Kanal seçici anahtar, I, II ve III standart kanalları ile aVr, aVl ve aVf ilave kanalları arasından herhangi birini seçmeye imkan tanır. EKG sinyalini ön kuvvetlendiriciye göndermeden önce, ön kuvvetlendiricinin gerekli çalışma şartlarına gelmesi için 1 mV kalibrasyon sinyali bu devreye test amaçlı gönderilmektedir. Bu kısımda koruma devresi de mevcuttur. Koruma devresinin amacı, hastanın üzerinde oluşabilecek olan tehlikeli akımlardan EKG devresini korumaktır. Özellikle yoğun bakımlarda ve ameliyathanelerde, elektrokoter ve defibrilatör gibi yüksek frekanslarda çalışan cihazların kullanılma ihtimali dolayısıyla, hasta vücudu üzerinde EKG cihazı elektronik devrelerini tehdit eden yüksek gerilimler olabilmektedir. Sonuçta da vücut yüzeyinden alınmış olan EKG sinyali, kuvvetlendirme katsayısı ile de ofseti olan ve topraktan izole bir ön kuvvetlendirici ile kuvvetlendirilmektedir. Ön kuvvetlendirici, analog donanımın en önemli bölümüdür. Ön kuvvetlendirici EKG sinyali üzerindeki 50 Hz frekanslı paraziti azaltmakta olup, enstrümantasyon tip kuvvetlendiriciyi ve sağ ayak sürücü devresini içermektedir. Hasta güvenliği için düşünülen sağ bacak sürücü devresinde, ön kuvvetlendiricidevresinin ilk katında yer alan işlemsel kuvvetlendiricilerin çıkışlarındaki averajlama dirençleri üzerinden alman sinyal, yine bir işlemsel kuvvetlendirici üzerinden geri besleme yöntemiyle hastanın sağ bacağına geri gönderilmektedir. Bu geri besleme metodu ile hasta topraklanmamakta ve sinyal üzerindeki gürültüde en aza indirilmektedir. Sağ bacak sürücüsünün de devreye eklenmesiyle 50 dB CMRR (Ortak Mod Bastırma Oranı) değeri elde edilmiştir. Ön kuvvetlendirici katında kuvvetlendirilen sinyal, kaskad bağlı kuvvetlendirici devreleri ile oluşturulmuş ana kuvvetlendirici kısmında -2V ila +2V arasındaki bir seviyede kuvvetlendirilmektedir. Ana kuvvetlendirici kısmının sonunda bir izolasyon bölümü mevcuttur. İzolasyon bölümü hastanın güvenliği için olup ana kuvvetlendirici bölümünü sistemin geri kalan bölümlerinden korumak için bir optokuplör kullanılmıştır. İzolasyon bölümünden alınan sinyal bir band geçiren filtreye uygulanmaktadır. Band geçiren filtrenin band genişliği 0.05 Hz ila 100 Hz arasındadır. Band geçiren filtre bir yüksek geçiren filtreden ve bir alçak geçiren filtreden yapılmıştır. Yüksek geçiren filtre de kademesini bloke eder ve sinyal frekansını 0.05 Hz' e kadar filtre eder. Alçak geçiren filtrenin kesim frekansı 100 Hz' dir ve daha yüksekte olan frekans kademelerini filtre eder. Filtre devresinden alınan sinyal bir osiloskop vasıtasıyla izlenebilmektedir. Sinyalin osiloskop yardımıyla izlenmesiyle dakikadaki kalp hızı hesaplanabilmekte ve değerlendirilebilmekte, kalp ritminin düzenli olup olmadığına bakılarak ritm analizi yapılabilmektedir. Ayrıca, P ve T dalgalarının varlığı XIizlenebilmekte, birbirleriyle ve QRS ile ilişkisi incelenebilmekte ve QRS komplekslerinin genişliği değerlendirilebilmektedir. Bütün bu değerlendirmeler ve analizler, osiloskop ekranındaki kareler ve bu karelerin boyutları ile yapılmaktadır. Fabrikasyon olarak üretilmiş olan EKG sistemlerinden çıktı alındığında görüldüğü üzere, alınan çıktının basıldığı EKG kayıtlama kağıtları üzerinde de, aynı osiloskop ekranının üzerinde yer alan küçük kareler şeklinde boyutlandırmalar mevcuttur. Kardiolog, bu kareler yardımıyla değerlendirmelerini ve analizlerini yapmaktadır. Cihaz bir stimülatöre bağlı olarak da kullanılabilir. Bu kullanımda 30 ila 180 BPM arasında normal sinüs ritmi, sinüs aritması, atrial fibrilasyon, AV-Blok birinci derece, AV-Blok ikinci derece, ventriküler ritim, bigemini, ventriküler taşikardi, ST- segment elevasyonu, ST segment depresyonu, artifaktlı sinüs aritması ve ventriküler fibrilasyon osiloskop üzerinden rahatlıkla takip edilebilmektedir. xii

SUMMARY The goal of this thesis is to design a six-channel ECG equipment with the interpretation that works in labrotaries and can be used for diagnosis as a prototype. In the system, the ECG signal, obtained from the surface electrodes that are put on the patient, is sent to the pre-amplifier with a high gain and low noise through the channel selector circuitry. There are four Ag-AgCl surface electrodes that are put on the legs and arms of the patient. The channel selector circuitry enables a selection among the standart channels of 1, II and III and the additional channels of aVr, a VI and aVf. Before sending the ECG signal to the pre-amplifier, 1 mV calibration signal is sent to circuit to test and ascertain the necessary working conditions of the pre amplifier. There is also a safety circuitry in this part. The aim of the safety circuitry is to save the ECG circuitry from the dangerous currents that can be emerged on the patient. A high voltage that threats the electronic current of the ECG, may emerge on the patient specially in the intensive care and surgery room due to the probability of the usage of the equipment which works by the high frequencies like electrocoter and defibrilator. At least, the ECG signal, taken from the surface of the body, is amplified by a pre-amplifier which has a amplifier rate and dc offset and isolated from the land. The pre-amplifier is the most important part of this analog hardware. The pre-amplifier decreases 50 Hz interference on the ECG signal and includes the instrumentation type of amplifier and the right leg driven circuitry. In the right leg driven circuitry, the signal taken from the average resistance of the operational amplifiers is found in thefirst stage of the pre-amplifier circuitry and returned to the right leg of the patient by the feedback method over the operational amplifier for the patient security. By the feedback method, the patient is not grounded and the noise on the signal is reduced to minimum. Through the addition of the right leg driven circuitry to the circuitry, the value rate of 50 dB CMRR (Common Mode Rejection Rate) is obtained. The signal amplified in the pre-amplifier, is also amplified at the level between -2V and +2V in the main amplifier formed by the cascad connected amplifier circuitry. There is an isolation section in the main amplifier part. The isolation part is for the safety of the patient and an optpcuplor is used for saving the main amplifier from the other parts. The signal taken from the isolation part is applied to the band pass filter. The band size of the band-pass filter is between 0.05 Hz and 100 Hz. This filter is composed from the high-pass and low-pass filters. The high-pass filter blocks the dc step and filters the signal frequency up to 0.05 Hz. The cut-off frequency of the low-pass filter is 100 Hz or more. The signal taken from the filter is observed by an ossiloscope. By the observation of the signal through the ossiloscope, the hearth rate can be calculated and interpreted, the rithym analysis can be made and it can be searched weather the rithym is regular or not. Moreover, the existence of P and T waves can be observed, the relationship between them and their relationship with QRS can be observed and the extend of QRS complex can be examined. All these inquiries and analyses are made by the squares and dimensions of the squares on the ossiloscopescreen. As it is seen on the printouts of the ECG systems which are produced as a fabrication, there are the similar squares and dimensions that are found on the ossiloscope screen. The cardiolog makes his interpretation and analyses by the help of the squares. The equipment can also be used in the connection with a stimulator. In this usage, a sinus rithym between 30 and 180 BPM, sinus arithym, atrial fibrillation, first degree AV-Block, second degree AV-Block, ventricular rithym, bigemini, ventricular tahsicardia, ST-segment depression, artifacted sinus arithym, ventricular fibrillation can be followed easily by the ossiloscope.