TR2023008297A2 - EOG-EMG-EEG-EKG Sinyallerinin ve Biyoelektrik Empedans Analizinin Entegre Bir Sistemle Alınması - Google Patents

Abstract

EOG (Elektrookülografi), gözün çevresine yerleştirilen elektrotlar yardımıyla retina içinde yer alan pigment epiteli katmanındaki elektriksel potansiyelin ölçülmesidir. EMG (Elektromiyografi) çeşitli kas aktiviteleri sırasındaki elektriksel potansiyel değişimlerinin ölçülmesidir. EKG (Elektrokardiyografi), kalbin kasılması sırasında oluşan elektriksel aktivitelerin göğüs bölgesine yerleştirilen elekrotlar yardımıyla ölçülmesidir. Elektroensefalografi (EEG), beyindeki sinir hücreleri tarafından üretilen elektriksel işlemlerin uyanıklık ve uyku halindeyken kağıt üzerine beyin dalgaları şeklinde aktarılması işlemidir. Biyoelektrik Empedans Analizi vücudun bazı noktalarına zayıf elektrik akımı uygulanarak çalışır ve dokuların elektriksel direncini ölçme işlemidir, vücut bileşimini ve fizyolojik parametrelerin değerlendirilmesidir. Bu biyoelektrik sinyaller farklı genlik ve frekans değerlerine sahip olmasına rağmen benzer tip sinyallerdir ve kendilerine özgü bölgelere yerleştirilen elektrotlarla elde edilebilmektedir. Bu buluş, elektrotların gerekli bölgelere takılmasıyla, (2) anahtar kontrolünde EOG, EMG, EKG, EEG sinyallerinin ve Biyoelektrik Empedans Analizinin tek bir entegre devre üzerinden alınabilmesine olanak sağlamaktadır. Geliştirilen bu entegre sistem, EOG, EKG, EMG, EEG sinyallerinin ve Biyoelektrik Empedans Analizinin elde edilebilmesine olanak sağlayan, her bir sinyal tipi için karakteristik olarak belirlenen yükseltme ve filtreleme aşamalarından geçirilmektedir. Buluş sayesinde giriş sinyallerinin elektronik ve mekanik anahtarlamalar yardımı ile bahsedilen yükseltme, filtreleme ve ofset ayarlama işlemlerinden geçtikten sonra istenilen çıkış sinyallerinin elde edilebilmesine olanak sağlanmaktadır.

Description

TARIFNAME EOG-EMG-EEG-EKG Sinyallerinin ve Biyoelektrik Empedans Analizinin Entegre Bir Sistemle Alinmasi Biyoelektrik sinyalleri, elektrik akiminin doku, organ ya da hücre üzerinde üretilen toplam elektrik akimidir. Biyopotansiyeller kaynaklandiklari doku ve organlara göre farkliliklar gösterseler de genellikle düsük genlikli (10 uV- 10 mV) ve düsük frekansli (0-200 Hz) olmalari gibi ortak sinyal özellikleri vardir. Bu sinyalleri klinik amaçlar dogrultusunda elde etmek için özeIIesmis eIektrotIar ve elektronik sistemler kullanilmaktadir. Bu alanda kullanilan sistem genellikle hedef organin ismi ile adIandiriIirIar (EIektrokardiyografi, Elektroensefalografi gibi). Çok küçük genlikte olan bu potansiyellerin ölçülmesinde sirayla, eIektrotIar, amplifikatörler, sinyal uygunlastiricilar ve sinyal görüntüleme araçlari kullanilir. Biyoelektrik Empedans Analizi (BIA) insan vücuduna zayif elektrik akimi verilerek vücut dokularinin empedansini ölçme isIemidir. Bu analizi klinik amaçlar dogrultusunda elde etmek için özeIIesmis eIektrotIar ve elektronik sistemler kullanilmaktadir. Deriye yapisan eIektrotIar yardimi ile elektrik akimi verilir ve yine bu eIektrotIar ile insan vücudundan sinyaller alinir.

EIektrot olarak genellikle dokulara zarar vermedigi için deriye yapistirilan yüzey eIektrotIari yaygin olarak kullanilir (EEG, EKG, EMG, EOG, BIA). Bazen daha yerel ölçümler yapmak için igne elektrot kullanmak gerekmektedir. Ölçülen sinyallerin çok küçük olmasi nedeniyle her asamada kayit sorunlari ile karsilasilir. Deri iIetkenIigi, vücudun hareketi, elektrot gürültüsü, sehir sebekesinden kaynaklanan girisimler, elektromanyetik dalga etkilesmeleri gibi sorunlar zaten küçük olan sinyalin kalitesini daha da bozar.

Prensip olarak her dokudaki biyopotansiyelleri ölçmek mümkün olsa da günümüzde en sik olarak tani amaciyla en çok EKG, EEG, EMG ve EOG kayitlari yapilmaktadir.

EIektrooküIografi (EOG), göz çevresine yerlestirilen eIektrotIar yardimiyla kornea iIe retina arasindaki elektriksel potansiyeli kaydetme yöntemidir. EOG sinyal genIigi 0.05-3.5mV ve frekansi , sinir ve çizgili kaslarin elektrik potansiyelinin incelenmesine dayanan bir nörolojik tetkik yöntemidir. EMG sinyal genIigi 1-10 mV ve frekansi 20-500 Hz araligindadir.

EIektrokardiyografi (EKG), kaIp kasinin ve sinirsel iletim sisteminin çalismasini incelemek üzere kalpte meydana gelen elektriksel faaliyetin eIektrotIar yardimi ile öIçüImesidir. EKG sinyal genIigi , beyin dalgalari aktivitesinin elektriksel yöntemle izlenmesini ölçen yöntemdir. EEG 1-100 uV ve frekansi 0.5- 60 Hz araligindadir. Biyoelektrik Empedans Analizi, farkIi frekanslardaki elektrik akiminin insan vücuduna uygulanmasi ile hücre içi ve disindaki sivi miktarinin analiz edilmesidir. Vücuttan geri alinan sinyaller dogrultusunda empedans ve faz açisi hesaplanmaktadir.

Bu bilgiler çerçevesinde, bu tip sinyaller, kurulan anahtarli bir donanim iIe alinarak karakteristik özelliklerine uyarIi olan yükseltme ve fiItreIemeIe asamalarindan geçirilerek, tek bir entegre sensör iIe temiz çikis sinyalleri elde edilebilir. Diferansiyel yükseltme iIe vücut sinyallerinin yükseltilmesi asamasinda, herhangi bir filtreleme gerçeklestiriImediginden, devrenin modu ve sinyal tipi fark etmeksizin, sinyal karakteristiklerinde bir bozulma olmadan sinyaller ön yükseltmeye ugrayarak, anahtarlama asamasina gelir. Bu asamada devrenin moduna göre sinyal farkli filtreleme seviyelerinden geçerken, aktif filtre kullanilmasi durumunda isteme bagli olarak yükseltme de yapilabilir. Böylelikle çikisa tüm sinyal tiplerinin ayni genlik seviyelerine ulasmasi saglanir. Bu islemler sonrasi sinyaller tekrar yükseltme asamasindan geçerek istenilen çikis genligine ulasir.

Bulus konusu EOG-EMG-EKG-EEG-BIA tümlesik devresi buradan sonra resimlerle ve örnekleme vasitasiyla anlatilmistir. Resimler temsili olarak kullanilmistir.

Sekil-1 Bulus konusu EOG-EMG-EKG-EEG-BIA tümlesik devresinin pinout diyagrami.

Resimlerde kullanilan referans numaralarinin açiklamasi: 1- Giris Sinyalleri 2- Sinyal Modu 3- Güç Beslemesi 4- Çikis Sinyali Kullanilan metot ile, bahsi geçen biyoelektrik sinyaller öncelikle (1) bifazik olarak 3 kanalli sekilde elektrotlar yardimi ile alindiktan sonra, (3) güç beslemesi yardimi ile diferansiyel yükseltme devresi kullanilarak ön yükseltmeden geçirilir. Ardindan, (2) anahtardan geçen sinyaller devre moduna uygun olarak sinyallerin frekans bandina uygun olarak alçak ve yüksek geçirgen filtre kullanilarak sinyal gürültüsü azaltilir.

Daha sonra alçak geçirgen filtre kullanilarak kesme frekanslari EOG, EMG, EKG, EEG ve BIA için karakteristiklerine uygun frekans bantlarinda filtrelenir. Filtreleme sonrasinda, sinyalin dijital ortama aktarilmasi için sinyal tiplerine uygun olarak DC ofset uygulanir ve sinyal 0 Volt üzerine çikartilir.

Son olarak ise sinyal genligini istenilen seviyeye çikartmak için sinyale tekrardan yükseltme yapilarak çikis sinyali sinyal isleme, analiz ve kayit gibi amaçlar için dijital ortama aktarilmaya hazir hale getirilir (4).

Bahsi geçen filtreleme, yükseltme ve ofset ekleme asamalari, birbirlerinden bagimsiz olup siralari degistirilebilir.

Claims (1)

1. STEMLER Bulus, biyoelektrik sinyallerinden olan EOG, EKG, EMG, EEG sinyallerini ve Biyoelektrik Empedans Analizini(BIA) tek bir entegre devre üzerinden, alinabilecek farkli sinyal kombinasyonlari akabinde dörtlü yada 5'li bir anahtar kontrolünde, sinyal karakteristiklerine göre ofset, yükseltme ve filtreleme degerleri ayarlanabilen entegre bir donanimdan olusmaktadir. Bulus, farkli genlik ve frekans degerlerine sahip biyoelektrik sinyallerin elektronik ve ya mekanik anahtarlar yardimiyla istem 1 de bahsedilen sinyal kombinasyonlari akabinde dörtlü yada 5'lü anahtarin kontrolünde istenilen çikis sinyallerinin elde edilebilmesine olanak saglamaktadir. Bulus, istenilen sinyal tipi için elektrot yerlesim yerlerinin ve frekans degerlerinin degistirilmesi ile çikis sinyallerinin direkt olarak alinabildigi bir sistemdir. Bulusa konu olan entegre sistem elektroensefalografi, elektrookülografi, elektromiyografi , elektrokardiyografi ve vücut elektriksel direnci ölçüm cihazi olarak biyomedikal kullanim amacina sahip bir sistemdir.