Danas je nabavljen elektrokardiograf ECG-100T proizvođača EI (Elektronska Industrija – Niš) koji datira vjerojatno iz 1970-tih godina. EI Niš vuče korjene iz 1948. godine (RR zavodi Niš), a u doba najvećeg rasta zapošljavala je 28 000 radnika u pedesetak tvornica gdje se proizvodila najrazličitija elektronička roba široke potrošnje za domaće potrebe, vojsku i izvoz. U posljednjih petnaestak godina gotovo sve tvornice vezane uz EI su zatvorene ili u stečaju, a samo tri su uspješno privatizirane.
Elektrokardiograf (EKG ili engl. ECF) je uređaj koji mjeri i bilježi električnu aktivnost (napone) srca te u vremenskoj domeni iscrtava elektrokardiogram koji onda liječnicima služi za utvrđivanje dijagnoza. Nastanak napona u srcu te njihovo prostiranje na površinu kože, metode i načini mjerenja te bilježenja tih napona, kao i sama interpretacija nastalih elektrokardiograma, složena su poglavlja medicine i bio-elektronike i nemoguće ih je opisati na jednoj stranici teksta niti shvatiti za kratko vrijeme. No, kako smo to i do sada činili u našim objavama, na najjednostavniji mogući način ipak ćemo se upoznati s osnovnim pojmovima vezanim uz EKG kako bi sa električkog gledišta imali predodžbu što to i kako mjeri ovaj uređaj.
Valni oblik napona srca nastaje u procesu depolarizacije i repolarizacije napona tijekom rada (kontrakcija) klijetki i pretklijetki srca. Srce u tom procesu predstavlja električni dipol koji se može predočiti vektorski. Elektrode kojima mjerimo napone srca, odnosno naponi koji se mjere na pojedinim elektrodama projekcije su vektora srčanog dipola na stranice trokuta. Na slici je prikazan srčani vektor te njegove projekcije na stranice trokuta. Ovdje je riječ o tzv. Einthovenovom trokutu čiji vrhovi se nalaze oko srca i predstavljaju odvode elektroda EKG-a. Budući da je unutrašnjost tijela (ruke i noge) dobar vodič ove tri elektrode se ne moraju postaviti u blizinu srca, nego što je puno jednostavnije, na zapešće lijeve i desne ruke, te gležanj lijeve noge. Pri tome gležanj desne noge može služiti kao uzemljenje (na taj odvod je obično spojeno pojačalo u povratnoj vezi za potiskivanje smetnji od mreže na osnovnim odvodima). Vidimo dakle da se ulazni naponi sa srca na EKG vode preko tri osnovne elektrode (odvoda) koji se još nazivaju i Einthovenovi odvodi, te se označavaju rimskim brojevima I, II i III. Odvodi su bipolarni (+ i -) te se na vektorskom prikazu lijepo može uočiti kako kod I. i III. odvoda vrh vektora odgovara pozitivnoj priključnici, a kod II. odvoda odgovara negativnoj. To znači da bi pisač II. odvod prikazivao u inverznom odnosu naspram I. i III. odvoda, pa da bi se to izbjeglo, i da svi odvodi prikazuju napon u istom smjeru, priključci elektroda za II. odvod su kod spajanja na EKG zamijenjeni.
Osim Einthovenovih odvoda sa vrhova trokuta, na EKG se dovodi još jedan mjerni napon srca koji se uzima na šest mjesta sa površine kože u području srca i na zajedničkoj elektrodi na nultom potencijalu. Nulti potencijal se dobiva tako da se sve tri Einthovenove elektrode spoje preko otpornika u jedno čvorište (CT). Ta točka nultog potencijala se zove Wilsonova elektroda pa se negdje označava i slovom W, dok se spomenutih šest odvoda zovu prekordijalni odvodi i označavaju se slovom V.
Einthovenovi odvodi (RA, LA, LL) u zajedničko čvorište spajaju se na ulaznoj mreži naponskih djelitelja EKG-a. Cijela ta mreža zove se Wilsonova mreža, a pored zajedničke točke nultog potencijala u istoj se kreiraju dodatne tri mjerne točke koje se zovu pojačani ili Goldbergerovi odvodi i označavaju se sa aVF, aVL i aVR. Kao što se vidi na slici, na ovim odvodima se potencijal jednog vrha trokuta uspoređuje sa srednjom vrijednosti potencijala drugih dvaju vrhova.
Čitava ova priča sa vektorima (koliko god bili jednostavni) te sa formulama (koliko god bile jednostavne) obično odbija prosječnog amaterskog elektroničara od napora da se upušta u detaljno izučavanje i razumijevanje cijele problematike. Kao zadovoljavajuću aproksimaciju možemo si srce predočiti kao neku kemijsku bateriju koja nema stalne napone i fiksne polove na svojojpovršiniveć se oni dinamički mijenjanju ovisno o tome kako mijenja sam vanjski oblik, dakle u ritmu kontrakcija srca. Da bismo mogli pratiti te naponske promjene na površini srca koristimo metodu sličnu trigonometriji. Dakle potrebne su nam barem tri mjerne točke oko srca na koje se preslikavaju ti naponi i gdje se onda međusobnim usporedbama izmjerenih napona na njima može pratiti dinamika naponskih promjena na samom srcu.
Elektrode na površini kože preko kojih se naponi srca prenose na EKG također su priča za sebe i ne treba ih olako shvatiti samo kao podesno oblikovane obične vodiče. Elektrode EKG-a moraju biti na neki način zaštićene od prenapona te mrežnih i visokofrekvencijskih smetnji. Također se ne mogu izravno spajati na otporničku mrežu već je potreban neki sklop za transformaciju velikog ulaznog otpora elektrode na mali otpor otporničke mreže. Sklopovi za tu namjenu obično se ugrađuju u samu elektrodu, no mi sa našim EKG-om nismo nabavili pripadajuće elektrode pa se ovdje nećemo dalje baviti tom temom.
Ovime ćemo se napokon odmaknuti od problematike uzimanja naponskih uzoraka sa srca i prelazimo na sklopovlje za obradu istih. Pomoću selektorske sklopke za svako mjerenje se odabire jedan od navedenih odvoda i sa svakog tog odvoda ćemo dobiti drugačiji elektrokardiogram koji onda dalje služe za pojedine dijagnoze. Svaki EKG ima mogućnost baždarenja pojačala uz pomoć preciznog naponskog izvora od 1 mV koji na traci na izlazu iz pisača treba dati otklon od 10 mm (normalna osjetljivost EKG-a je 10 mm / mV). Na našem EKG-u ECG-100T za tu namjenu služi tipkalo 1 mV sa potenciometrom za baždarenje kazaljke pisača EKG-a. Također jasno uočavamo glavnu sklopku za izbor jednog od odvoda za mjerenja (I, II, III, aVR, aVL, aVF, V, V/2). Položaj CF vjerojatno služi za zaštitno isključivanje pojačala EKG-a u slučaju da se na pacijentu primjenjuje defibrilator. Za zaštitu pojačala od visokog napona defibrilatora dobro rješenje je i upotreba tzv. plivajućih pojačala, dakle pojačala koja su potpuno galvanski odvojena od vanjskog uzemljenja ali i međusobno, što se postiže odvojnim transformatorima ili opto-sprežnicima. Na primjeru našeg EKG-a nalazimo opto-sprežnike na pločicama pojačala, a također se pored mrežne priključnice nalazi mrežna sklopka kojom se uređaj na mrežu može se spojiti sa uzemljenjem ili bez njega.
Iza preklopnika za odabir vrste mjerenja dolazi niskošumno pretpojačalo i glavno pojačalo između kojih se stavlja visokopropusni RC filtar. Uloga ovog filtra je blokiranje istosmjernih napona polarizacije elektroda koji su veći od napona srca i koji bi kao takvi mogli pojačalo dovesti u zasićenje. Filtar se izračunava prema naponu za umjeravanju (baždarenje) pojačala EKG-a od 1 mV. Prilikom umjeravanja na ulaz pojačala dovodi se skok istosmjernog napona koji traje onoliko dugo koliko je pritisnuta tipka za baždarenje 1 mV. Nakon toga će napon na kondenzatoru filtra početi eksponencijalno padati nekom vremenskom konstantom (obično u trajanju od 1,5 do 3,2 sekunde) što će biti i registrirano na pisaču. Ako pak na ulaz pojačala dođe neka vanjska smetnja većeg napona od 1 mV, pojačalo može biti dovedeno u zasićenje, pri čemu će kazaljka pisača biti na maksimalnom otklonu i to stanje će potrajati tako dugo dok se kondenzator ne izbije na približno 1 mV. Ako je napon smetnje visok ovo blokirano stanje može potrajati relativno dugo pa se pored tipke 1 mV nalazi još jedna tipka DE-BLOC kojom se kondenzator filtra kratko spaja, čime se isti trenutno isprazni, kazaljka se deblokira, te se snimanje može nastaviti.
Nakon glavnog pojačala obično dolazi jednostavni RC filtar sa niskom propustom koji služi za uklanjanje smetnji nastale naponima mišića ili frekvencijom mreže 50 Hz pa stoga gornja granična frekvencija ovakvog filtra nije viša od 35-45 Hz. Također, za uklanjanje smetnji frekvencije mreže može biti ugrađen i zaporni filtar za 50 Hz koji će tu frekvenciju isključiti iz mjerenja i registriranja. Ovaj filtar moguće je uključiti sklopkom FILTER.
Za zapis elektrokardiografa kod ECG-100T koristi se pisaljka sa ugrijanom niti koja na posebnom temperaturno osjetljivom papiru ostavlja crni trag zapisa (termozapis). Pisaljku pokreće zakretni elektromagnetski mehanizam kojim upravlja izlazno pojačalo. Elektromagnetski zakretni mehanizam pisaljke čitav je zaliven u plastični blok te ga nije moguće detaljno proučiti, no osim pogonskog namotaja ovakvi blokovi obično imaju serijski spojen još jedan dodatni namotaj koji služi za osiguranje povratne veze razmjerne brzini otklona kazaljke i čime se onda postiže linearnost pisača. Zadnji stupanj izlaznog pojačala, koliko vidimo iz modula, sastoji se od protutaktnog spoja dva tranzistora 2N3055. S obzirom da su oba tranzistora NPN tipa za jednog je potreban okretač faze (vjerojatno izveden sa PNP tranzistorom), dok su ostali tranzistori na modulu u funkciji pogonskog stupnja (drivera) izlaznog para (vjerojatno u Darlingtonovom spoju).
U naš EKG ugrađena je još jedna termo pisaljka koja je spojena samo na napon grijanja i na mehaniku kojom se ista pomoću tipke može pritisnuti na papir. Kao takva, vjerojatno služi samo za manualno obilježavanje (markiranje) dijela trake sukladno potrebama operatera.
Širina papira je 5 cm (3,5 cm je širina mjernog dijela). Mehanizam za pogon papira osigurava ujednačeno kontinuirano gibanje papira standardnim brzinama od 25 ili 50 mm/s. Željenu brzinu moguće je odabrati tipkom sa pripadajućim oznakama.
Sada možemo pokušati identificirati komponente u unutrašnjosti našeg elektrokardiografa ECG-100T. Sa donje strane, na vrhu ispod limene šasije je ispravljački mrežni dio sa transformatorom, tiskana pločica je modul izlaznog pojačala pisaljku EKG-a, ispod nje vidio dio sklopke za selekciju ulaznog dovoda, do nje je u crvenu smolu zaliven elektromagnetski zakretni blok pisaljke, a desno od toga je kućište za rolu termo papira. Na dnu su sklopke i potenciometri sa elementima filtera (opisane u gornjem tekstu).
Sa gornje strane vidimo modul pločice pretpojačala (pločica pojačala koja dolazi iznad pločice pretpojačala je izvađena i vidljiva na idućim slikama), u sredini se vidi motor sa reduktorom za pokretanje trake, a desno je mrežni transformator sa ispravljačkim i stabilizatorskim dijelom.
Termo traka te moduli glavnog i izlaznog pojačala.
Sve navedeno s drugog kuta…
Ovdje smo iz EKG-a izvukli elektromagnetsku glavu sa termo pisaljkom radi boljeg pregleda…
Na cijelu glavu vode samo dva para žica, jedan za napajanje grijača vrha pisaljke i jedan za zakretanje elektromagnetskog mehanizma.
Na bočnoj strani nalazi se povratna opruga zakretnog mehanizma pisaljke.
Elektromagnet u unutrašnjosti, koliko se može prodrijeti do njega…
Bolji pogled na dovodne vodove za napajanje grijača vrha pisaljke: jedan vod čini sama šasija pisaljke, a drugi je izolirana žica koja je napeta sredinom žlijeba šasije.
Ovdje pak se malo bolje vidi dodatna termo pisaljka u unutrašnjosti mehanizma koja služi za manualno markiranje trake pomoću mehaničke tipke na vrhu.
Testiranje je pokazalo da naš EKG nije u potpunosti u funkciji. Iako je aparat nemoguće u potpunosti ispitati bez elektroda, tijekom testa uspjeli smo pokrenuti elektromagnetsku glavu sa pisaljkom, no ne i mehanizam pokretanja trake. Za ovaj EKG nismo pronašli baš nikakvu literaturu, pa iako većini osnovnih kontrola možemo uspješno identificirati namjenu, najveći problem predstavlja to što su upravo specifične kontrole karakteristične samo za ovaj konkretni uređaj najlošije označene na njemu. Tako nemamo nikakvih oznaka za ulazne konektore na EKG-u (elektrode), kao ni za tri potenciometra koje nalazimo na uređaju (jedan je svakako za baždarenje naponom 1 mV, preostali mogu biti za filtere). Stoga je potrebno potrošiti još puno vremena zabavljajući se ovim vintage EKG-om da bi se iz njega izvukao nekakav elektrokardiograf. No, istini za volju, kada i uspijemo u tome, strogo električki gledano, time smo samo osposobili za rad jedan registracijski (mili)voltmetar, sa pomalo specifičnim mjernim opsegom i u ograničenom frekvencijskom području. Također, ukoliko ne uspijemo nabaviti zalihu odgovarajućih termo traka, onda nam je ovaj voltmetar uz sve ostale probleme prilično ograničen i u vremenskoj domeni upotrebe. No to ne znači da ćemo sada definitivno dići ruke od njega. Iako nam je upotreba ovog EKG-a ograničena dužinom preostale trake, mislim da si možemo priuštiti izvući iz njega još koji centimetar testnog zapisa, prije nego li onda cijeli uređaj jednom trajno zauzme svoje mjesto negdje na nekoj mirnoj izložbeno-muzejskoj polici 🙂