Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации. Источники погрешностей при регистрации медицинских пок

КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра медицинской биофизики  и информатики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СРС

На тему: Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации. Источники погрешностей при регистрации медицинских показателей.

 

 

 

 

Выполнила:

Проверил:

 

 

 

 

 

 

 

 

Караганда 2012

Содержание:

Введение  ……………………………………………………………………………………. 2

Глава I. Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации…………………………………………………………………………………..3

1.1. Система получения медико-биологической информации…………………………….4

1.2. Электроды для съема биоэлектрического сигнала…………………………………....5

1.3. Датчики медико-биологической информации………………………………………….8

1.4. Передача сигнала. Радиотелеметрия……………………………………………..…….11

1.5 Аналоговые регистрирующие устройства…………………………………………...…12

Глава II.

Заключение 

Список  используемой литературы  

Введение

 

Биофи́зика (от др.-греч. βίος — жизнь, др.-греч. φύσις — природа)

• раздел биологии, изучающий физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой в целом;
• это наука о физических процессах, протекающих в биологических системах разного уровня организации и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов. Биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов и биологическими особенностями их жизнедеятельности.

Обобщённо можно сказать, что биофизика  изучает особенности функционирования физических законов на биологическом уровне организации вещества.

«Важнейшее содержание биофизики  составляют: нахождение общих принципов  биологически значимых взаимодействий на молекулярном уровне, раскрытие  их природы в соответствии с законами современной физики, химии с использованием новейших достижений математики и разработка на основе этого исходных обобщённых понятий, адекватных описываемым биологическим  явлениям»

Медицинская биофизика ориентирована на использовании в медицине результатов фундаментальных исследований в области мембранных процессов, фотобиологии, биофизики клетки.

 

Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической  информации

 

Для того чтобы получить и зафиксировать  информацию о состоянии и параметрах медико-биологической системы, необходимо иметь целую совокупность устройств.

Первичный элемент этой совокупности — чувствительный элемент средства измерений, называемый устройством съема, —

передатчик

усилитель

Устройство съёма (электрод или датчик)

приёмник

Выходной измерительный

(регистрирующий прибор)

 

 

 

непременно контактирует или взаимодействует  с самой системой, остальные элементы находятся обычно обособленно от медико-биологической системы, в некоторых случаях части измерительной системы могут быть даже отнесены на значительные расстояния от объекта измерений.

Структурная схема измерительной  цепи изображена на рис.. Эта схема является общей и отражает всевозможные реальные системы, применяемые в медицине для диагностики и исследования. В устройствах медицинской электроники чувствительный элемент либо прямо выдает электрический сигнал, либо изменяет таковой сигнал под воздействием биологической системы. Таким образом, устройство съема преобразует информацию медико-биологического и физиологического содержания в сигнал электронного устройства. В медицинской электронике используются два вида устройств съема: электроды и датчики.

Завершающим элементом измерительной  цепи в медицинской электронике  является средство измерений, которое отображает или регистрирует информацию о биологической системе в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Во многих случаях между устройством  съема и средством измерений имеются элементы, усиливающие начальный сигнал  и передающие его на расстояние.

В структурной схеме X означает некоторый измеряемый параметр биологической системы, например давление крови. Буквой Y обозначена выходная величина, например сила тока (мА) на измерительном приборе или смещение писчика (мм) на бумаге регистрирующего прибора. Для получения количественной информации о биологической системе должна быть известна зависимость Y = f(X).

 

1.1. Система получения  медико-биологической информации

Любое медико-биологическое исследование связано с получением и регистрацией отсутствующей информации. Для того чтобы получить и зафиксировать  информацию о состоянии и параметрах медико-биологической системы, необходимо иметь целую совокупность устройств. Первичный элемент этой совокупности – чувствительный элемент средства измерений, называемый устройством  съема, – непременно контактирует или взаимодействует с самой системой.

В устройствах медицинской электроники  чувствительный элемент либо прямо  выдает электрический сигнал, либо изменяет таковой сигнал под воздействием биологической системы. Устройство съема преобразует информацию медико-биологического и физиологического содержания в  сигнал электронного устройства. В  медицинской электронике используются два вида устройств съема: электроды  и датчики.

Электроды – это проводники специальной  формы, соединяющие измерительную  цепь с биологической системой. При  диагностике электроды используются не только для съема электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия (например, в реографии). В медицине электроды  используются также для оказания электромагнитного воздействия  с целью лечения и при электростимуляции.

Многие медико-биологические характеристики нельзя «снять» электродами, так  как они не отражаются биоэлектрическим сигналом: давление крови, температура, звуки сердца и многие другие. В  некоторых случаях медико-биологическая  информация связана с электрическим  сигналом, в этих случаях используют датчики (измерительные преобразователи). Датчиком называют устройство, преобразующее  измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или  регистрации. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.

Генераторные – это датчики, которые под воздействием измеряемого  сигнала непосредственно генерируют напряжение или ток. К таким типам  датчиков относятся:

1) пьезоэлектрические;

2) термоэлектрические;

3) индукционные;

4) фотоэлектрические.

Параметрические – это датчики, в которых под воздействием измеряемого  сигнала изменяется какой-либо параметр.

К таким датчикам относятся:

1) емкостные;

2) реостатные;

3) индуктивные.

В зависимости от энергии, являющейся носителем информации, различают  механические, акустические (звуковые), температурные, электрические, оптические и другие датчики.

Биоэлектрические потенциалы являются существенным диагностическим показателем  многих заболеваний. Поэтому очень  важно правильно регистрировать эти потенциалы и извлекать необходимую  медицинскую информацию.

 

 

1.2. Электроды для съема биоэлектрического сигнала

 

Электроды для съема  биоэлектрического сигнала — это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой.

При диагностике электроды используются не только для съема электрического сигнала, но и для подведения внешнего электромагнитного воздействия, например в реографии. В медицине электроды используются также для оказания электромагнитного воздействия с целью лечения и при электростимуляции.

К электродам предъявляются определенные требования: они должны быстро фиксироваться  и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть прочными, не

создавать помех, не раздражать биологическую  ткань и т. п. Важная физическая проблема, относящаяся к электродам для  съема биоэлектрического сигнала, заключается в минимизации потерь полезной информации, особенно на переходном сопротивлении электрод — кожа. Эквивалентная электрическая схема контура, включающего в себя биологическую систему и электроды, изображена на рис. 17.2 (£_6п — ЭДС источника биопотенциалов; г — сопротивление внутренних тканей биологической системы; R — сопротивление кожи и электродов, контактирующих с ней; R_Bx — входное сопротивление усилителя биопотенциалов). Из закона Ома, предполагая, что сила тока на всех участках контура одинакова, имеем

Ебп = Ir+IR + IR_SX = IR_t + IR_BX, где Д. = г + R.      (17.1)

Можно условно назвать падение  напряжения на входе усилителя IR_BX «полезным», так как усилитель увеличивает именно эту часть ЭДС источника. Падения напряжения Ir и IR внутри биологической системы и на системе электрод — кожа в этом смысле «бесполезны». Так как величина Е_6п задана, а уменьшить г невозможно, то увеличить IR_BX можно лишь уменьшением R, и прежде всего уменьшением сопротивления контакта электрод — кожа.

Для уменьшения переходного сопротивления  электрод — кожа стараются увеличить  проводимость среды между электродом и кожей, используют марлевые салфетки, смоченные физиологическим раствором, или электропроводящие пасты. Можно уменьшить это сопротивление, увеличив площадь контакта электрод — кожа, т. е. увеличив размер электрода, но при этом электрод будет захватывать несколько эквипотенциальных поверхностей и истинная картина электрического поля будет искажена.

По назначению электроды для  съема биоэлектрического сигнала подразделяют на следующие группы: 1) для кратковременного применения в кабинетах функциональной диагностики, например для разового снятия электрокардиограммы; 2) для длительного использования, например при постоянном наблюдении за тяжелобольными в условиях палат интенсивной терапии; 3) для использования на подвижных обследуемых, например в спортивной или космической медицине; 4) для экстренного применения, например в условиях скорой помощи. Ясно, что во всех случаях проявится своя специфика применения электродов: физиологический раствор может высохнуть и сопротивление изменится, если наблюдение биоэлектрических сигналов длительное, при бессознательном состоянии пациента надежнее использовать игольчатые электроды и т. п.

При пользовании электродами в  электрофизиологических исследованиях возникают две специфические проблемы. Одна из них— возникновение гальванической ЭДС при контакте электродов с биологической тканью. Другая — электролитическая поляризация электродов, что проявляется в выделении на электродах продуктов реакций при прохождении тока. В результате возникает встречная по отношению к основной ЭДС.

В обоих случаях возникающие ЭДС искажают снимаемый электродами полезный биоэлектрический сигнал. Существуют способы, позволяющие снизить или устранить подобные влияния, однако эти приемы относятся к электрохимии и в этом курсе не рассматриваются.

В заключение рассмотрим устройство некоторых электродов. Для снятия электрокардиограмм к конечностям  специальными резиновыми лентами прикрепляют  электроды — металлические пластинки  с клеммами 1 , в которые вставляют и закрепляют штыри кабелей отведений. Кабели соединяют электроды с электрокардиографом. На груди пациента устанавливают грудной электрод 2. Он удерживается резиновой присоской. Этот электрод также имеет клемму для штыря кабеля отведений.

В микроэлектродной практике используют стеклянные микроэлектроды. Профиль такого электрода изображен на рис., кончик его имеет диаметр 0,5 мкм. Корпус электрода является изолятором, внутри находится проводник в виде электролита. Изготовление микроэлектродов и работа с ними представляют определенные трудности, однако такой микроэлектрод позволяет прокалывать мембрану клетки и проводить внутриклеточные исследования.

 

1.3. Датчики медико-биологической информации

 

Многие медико-биологические характеристики нельзя непосредственно «снять» электродами, так как эти характеристики не отражаются биоэлектрическим сигналом: давление крови, температура, звуки сердца и многие другие. В некоторых случаях медико-биологическая информация связана с электрическим сигналом, однако к ней удобнее подойти как к неэлектрической величине (например, пульс). В этих случаях используют датчики (измерительные преобразователи).

Датчиком называют устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации. Датчик, к которому подведена измеряемая величина, т. е. первый в измерительной цепи, называется первичным.

В рамках медицинской электроники  рассматриваются только такие датчики, которые преобразуют измеряемую или контролируемую неэлектрическую величину в электрический сигнал.

Использование электрических сигналов предпочтительнее, чем иных, так  как электронные устройства позволяют  сравнительно несложно усиливать их, передавать на расстояние и регистрировать. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.