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.

 

 

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.

Kayıt Cihazları ve Monitörler

Bu bileşenler, EKG sinyallerinin izlenmesi, kaydedilmesi ve gerektiğinde çıktı olarak alınması açısından oldukça kritik işlevler sunar.

 

1. Kayıt Cihazları (Yazıcılar)

Kayıt cihazları, EKG cihazında alınan elektriksel sinyallerin grafiksel bir forma dönüştürülmesini sağlar. Bu grafiksel çıktı, kalbin elektriksel aktivitesinin zamana karşı değişimini gösteren dalga biçimleri (P, QRS, T dalgaları) şeklindedir. Özellikle doktorlar ve hemşireler için bu grafikler kalp sağlığı hakkında anında bilgi sunar.

Çalışma Mekanizması

Elektrokardiyografik sinyallerin kaydedilmesi için cihazda analog-dijital dönüştürücüler (ADC) tarafından dijital hale getirilen sinyaller kullanılır. Kayıt cihazları, bu sinyalleri yazdırmak için çeşitli teknolojiler kullanır, bunlardan en yaygın olanları:

• Termal Yazıcılar:

EKG cihazlarında yaygın olarak kullanılır. Kağıt üzerine ısı yardımıyla iz bırakır. Termal kağıt özel bir kaplamaya sahiptir ve bu kaplama ısıya duyarlıdır. Avantajları arasında hızlı ve sessiz çalışma ile düşük bakım gereksinimi bulunur.

 

• Mürekkep veya Lazer Yazıcılar:

Bu tür yazıcılar ise dijital EKG cihazlarında daha karmaşık ve yüksek çözünürlüklü çıktı almak için tercih edilebilir. Ancak termal yazıcıya göre daha fazla bakım gerektirir.

 

2. Monitörler

Monitörler, EKG sinyallerini anlık olarak izleyebilmemizi sağlar. Özellikle yoğun bakım ünitelerinde, acil servislerde veya ameliyathanelerde kullanılan monitörler, kalbin elektriksel aktivitesini sürekli gözlemlemeye olanak tanır. Bu, doktorların ve hemşirelerin hasta durumunu anında görmesine ve olası bir kalp problemini hızlı bir şekilde teşhis etmesine yardımcı olur.

Çalışma Mekanizması:

EKG monitörleri, elektrotlar aracılığıyla elde edilen sinyalleri elektriksel gürültü ve parazitten arındırır, ardından ekran üzerinde grafiksel dalgalar olarak gösterir. Cihaz, verileri ekranın çözünürlüğüne göre filtreler ve anlamlı bir dalga formu olarak sunar.

• LCD ve LED Ekranlar:

Modern EKG cihazlarında LCD veya LED ekranlar kullanılır. Bu ekranlar, sinyallerin hem daha net hem de yüksek çözünürlükte görünmesini sağlar.

• Alarm Sistemleri

Monitörlerde sıklıkla bulunan alarm sistemleri, belirlenen sınır değerler aşıldığında (örneğin, kalp hızı çok düşük veya çok yüksek olduğunda) uyarı verir. Bu özellik, özellikle kritik hasta bakımında büyük bir avantaj sunar.

Fonksiyonları

• Gerçek Zamanlı İzleme:

Monitörler, hasta verilerini sürekli olarak güncelleyerek sağlık personeline gerçek zamanlı bilgiler sunar. Her bir dalga formu ve sinyal, monitör aracılığıyla sürekli olarak takip edilir.

• Veri Depolama:

Bazı monitörlerde geçmiş verilerin kaydedilmesi de mümkündür. Bu, hastanın önceki EKG kayıtlarıyla anlık verilerinin karşılaştırılmasını kolaylaştırır.

• Trend Analizi:

Gelişmiş monitörler, hastanın EKG verilerinden trend analizi yapabilir ve zaman içindeki değişimleri grafiksel olarak gösterebilir. Bu özellik, özellikle biyomedikal mühendisler için faydalı olup hastanın sağlık durumunu analiz etmeye olanak tanır.

Özetle, EKG cihazlarındaki Kayıt Cihazları ve Monitörler, kalbin elektriksel aktivitesini izlemek ve kayıt altına almak için kritik öneme sahiptir. Bu bileşenlerin doğru çalışması, sağlık personelinin anında bilgiye ulaşması ve doğru teşhis koyması için temel oluşturur.