Elektrokardiyografi (EKG), kalbin elektriksel aktivitesini kaydederek ritim ve fonksiyon hakkında önemli bilgiler sunan temel bir tıbbi cihazdır. Kalp atışları, kardiyak kas hücrelerinde meydana gelen elektriksel olaylar sonucu oluşur. Bu elektriksel olaylar, kalbin kasılma ve gevşeme süreçlerini yönetir. EKG cihazı, bu elektriksel aktiviteleri vücut yüzeyinden algılayarak grafiğe dönüştürür ve hekimlere kalp sağlığı hakkında önemli veriler sağlar. EKG cihazının çalışma mekanizmasını anlamak, biyoelektrik sinyal toplama, işleme ve analiz süreçlerine dair derin bilgi gerektirir. Bu makale, EKG cihazının detaylı çalışma mekanizmasını ele alarak biyomedikal mühendislik perspektifinden açıklamayı amaçliyor.

Kalbin Elektriksel Aktivitesi ve İletim Sistemi

Kalbin elektriksel aktivitesi, kasılma hareketlerinin temelinde yatan biyofiziksel bir süreçtir. Kalp, kasılmak ve gevşemek için kendi elektriksel uyarılarını üretir. Bu uyarılar kalp kasının ritmik kasılmalarını sağlayan özelleşmiş hücreler tarafından üretilir ve iletilir.

Kalpteki elektriksel aktivite, sinoatriyal düğüm (SA node) olarak bilinen doğal bir pacemaker’dan başlar. SA düğümü, sağ atriumda yer alır ve düzenli aralıklarla elektriksel sinyaller gönderir. Bu sinyaller atriyumların kasılmasını tetikleyerek kanı ventriküllere iter. Sonrasında sinyaller, atriyoventriküler düğüme (AV node) ulaşır. Burada sinyal biraz yavaşlar ve ventriküllerin dolmasına fırsat verir. Daha sonra sinyal His demeti aracılığıyla ventriküllerin tabanına ulaşır ve Purkinje lifleri aracılığıyla ventriküllerin kasılmasını sağlar. Bu sinyal iletim süreci, ventriküllerin kanı vücuda pompalamasını sağlar.

ECG’nin Temel Çalışma Mekanizması

Elektrotlar 

EKG cihazının çalışma prensibi, vücudun çeşitli bölgelerine yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla elektrik sinyallerinin toplanmasına dayanak çalişir. Elektrotlar, kalbin ürettiği elektriksel sinyalleri algılar ve bu sinyaller EKG cihazında analiz edilir.

Elektrotlar ve Elektrot Yerleşimi

Bir EKG cihazında genellikle gümüş klorür kaplı elektrotlar kullanılır. Elektrotlar, deri ile cihaz arasında elektriksel bağlantıyı sağlar. 12 derivasyonlu bir EKG kaydında, toplam 10 elektrot kullanılır: dört tanesi ekstremitelerde (iki kolda ve iki bacakta), altı tanesi ise göğüs bölgesine yerleştirilir. Bu yerleşim, kalbin elektriksel aktivitesinin farklı bölgelerden algılanmasına ve tüm kalbin üç boyutlu bir görüntüsünün elde edilmesini saglar.

Biyoelektrik İletim

Kalbin ürettiği elektriksel sinyaller, cilt yüzeyinden elektrotlar aracılığıyla algılanır. Bu süreç, biyoelektrik iletim olarak adlandırılır. Vücut, elektrik sinyallerini iletme yeteneğine sahip bir biyolojik iletkendir ve bu sinyaller EKG elektrotlarıyla toplandığında elektriksel potansiyel farkları kaydedilir.

Amplifikatörler

Kalp tarafından üretilen elektriksel sinyaller oldukça zayıftır, genellikle milivolt düzeyindedir. Bu yüzden EKG cihazı, sinyalleri algılayabilmek için bir amplifikasyon sürecine ihtiyaç duyar. Amplifikatörler, bu sinyalleri güçlendirir ve daha büyük, daha kolay analiz edilebilir bir forma dönüştürür. Ancak bu işlem sırasında gürültünün (noise) sinyale karışması riski vardır, bu nedenle amplifikatörler dikkatle tasarlanmalı ve çevresel gürültüyü en aza indirecek filtreleme teknikleriyle birlikte çalışmalıdır.

Filtreler

Filtreleme, EKG cihazlarının sinyal kalitesini artırmak için kullandığı kritik bir aşamadır. Kalbin ürettiği elektriksel sinyaller dışında kas hareketleri, dış ortamdaki elektromanyetik parazitler ve solunum gibi faktörler de sinyalde bozulmalara neden olabilir. EKG cihazları bu istenmeyen sinyalleri ortadan kaldırmak için düşük geçiş (low-pass), yüksek geçiş (high-pass) ve bant geçiş (band-pass) filtreleri kullanır. Bu filtreler, sadece belirli bir frekans aralığındaki sinyallerin geçişine izin vererek gürültüden arındırılmış bir EKG sinyali elde edilmesini sağlar.

Analog-Dijital Dönüştürücü ve Dijital İşleme

EKG cihazları, topladığı analog sinyalleri dijital formata dönüştürerek analiz eder. Bu süreç, analog-dijital dönüştürücü (ADC) adı verilen bir bileşen tarafından gerçekleştirilir. Kalpten alınan sinyaller analog yani sürekli bir formdadır. Bu sinyaller dijital işleme aşamasına geçmeden önce sayısal verilere dönüştürülmelidir.

Dijital işleme aşamasında, sinyaller analiz edilir, filtrelenir ve gerektiğinde otomatik yorumlamalar yapılır. Örneğin, kalbin ritmik paternleri, dalgaların büyüklükleri ve süreleri otomatik olarak hesaplanır. Bu işlemler, klinisyenlerin hızlı ve doğru kararlar verebilmesi için önemli veriler sunar.

Yazılım

EKG cihazlarındaki yazılım, cihazın genel performansını yönlendiren bir diğer önemli bileşendir. Yazılım, toplanan verilerin analiz edilmesini, grafiksel olarak görüntülenmesini ve klinik anlamda yorumlanmasını sağlar. Günümüzde çoğu modern EKG cihazları, sinyal işleme algoritmalar ve gelişmiş analiz yöntemlere sahiptir.  Ayrıca, yazılım, hastaların verilerini kaydetme, geri çağırma ve raporlama fonksiyonlarını da içerir.

Görselleştirme

EKG cihazları, topladığı sinyalleri görselleştirmek için genellikle ekran kullanır. Bu ekranlar, dalga formlarını (P dalgası, QRS kompleksi, T dalgası) gösterir. Ayrıca, bazı cihazlar sonuçları kağıda dökebilen yazıcılara sahiptir. Ekrandaki dalga formları, kalbin farklı fazlardaki elektriksel aktivitesini temsil eder ve klinisyenler tarafından analiz edilir.

P Dalgası: Atrial depolarizasyonu (atriyumların kasılması) gösterir.

QRS Kompleksi: Ventriküler depolarizasyonu (ventriküllerin kasılması) temsil eder.

T Dalgası: Ventriküllerin repolarizasyonunu (ventriküllerin gevşemesi) gösterir.

Elektriksel Potansiyel Farkları ve Derivasyonlar

EKG cihazları, elektriksel potansiyel farklarını ölçmek için çeşitli derivasyonlar kullanır. 12 derivasyonlu standart bir EKG, farklı derivasyonlar aracılığıyla kalbin farklı yönlerden izlenmesini saglar. Her derivasyon, iki elektrot arasındaki elektriksel potansiyel farkını ölçer ve kalbin elektriksel aktivitesinin farklı yönlerden izlenmesini sağlar.

Standart Ekstremite Derivasyonları (Lead I, II, III): Bu derivasyonlar ekstremitelerdeki elektrotlar arasında ölçülen potansiyel farklarını gösterir.

Augmented Derivasyonlar (aVR, aVL, aVF): Vücut eksenine göre (according to body axis) artırılmış derivasyonlardır.

Prekordial Derivasyonlar (V1-V6): Göğüs üzerine yerleştirilen elektrotlar yardımıyla kalbin anterior ve lateral yüzeyleri hakkında bilgi verir.