- •Электронные биомедицинские устройства и системы.
- •Введение.
- •Классификация эма для медико-биологических исследований
- •Структурная схема и характеристики эмп для диагностики заболеваний.
- •Биофизические сигналы
- •Современные принципы конструирования аппаратуры для медико-биологических исследований.
- •Общие требования к схемному и конструктивному выполнению ма.
- •Электроэнцефаллографы.
- •Электромиорефлексометры.
- •Приборы и устройства для рефлексометрических исследований.
- •I Реоплетизмограф (рпг).
- •II. Измерители кожно – гальванической реакции (кгр).
- •III. Хронорефлексометры.
- •Электронная медицинская аппаратура для исследования сердечно-сосудистой системы (ссс).
- •Электронные устройства и приборы для измерения физиологических показателей работы сердца.
- •Электронная аппаратура для исследования функций внешнего дыхания.
- •Эндоскопы.
Биофизические сигналы
Исследуемая система и метод исследования |
Диапазон и характеристики первичных сигналов датчиков |
Сердечно - |
сосудистая система |
1. кровяное давление (прямой метод) |
Обычно f до 60 Гц, fмах до 200 Гц Давление: артериальное - 40÷200 мм рт. ст. венозное - 0÷15 мм рт. ст. |
2. кровяное давление (косвенный метод) |
Аускулятивный метод (метод Короткова) f=30÷150 Гц. Давление: 120 мм /80мм Пальпаторные критерии: 0,1÷60Гц |
3. пульсовая волна (косвенный метод) на периферических артериях |
f=0,1÷60 Гц Форма пульсовой волны аналогична форме зависимости давления при прямом методе, но без изолинии |
4. плетизмограмма (объемные измерения) |
f до 30 Гц |
5. частота сердечных сокращений |
f=45÷200 ударов в мин. – у людей f=50÷600 ударов в мин. – у животных |
6. оксиметрия |
fmax=0÷60Гц, обычно 0÷5Гц |
7. сердечный выброс |
fmax=0÷60Гц, обычно 0÷50Гц |
8. электрокардиограмма(ЭКГ) |
F=0,05÷100Гц Уровень сигнала: 10мкВ на ЭКГ плода 5мВ на ЭКГ взрослых |
Система |
органов дыхания |
9. скорость газообмена (пиевмотахограмма) |
Частотные компоненты – f до 40Гц Нормальный воздухообмен – 250÷500мл/с Максимальный воздухообмен – 8л/с |
10. частота дыхания (определяется по записи) |
У человека средняя частота дыхания–12÷40 У животных -//-//-//- – 8÷60дых/мин |
11. дыхательный объем |
У взрослых норма – 600мл, 6÷8 л/мин |
12. концентрация угл. газа, NO2 в выдыхаемом воздухе |
Нормальный уровень углекислого газа – 0÷10% (в конце выдоха 4÷6%, двуокиси азота NO2 – 0÷100%) |
Газовый |
состав крови |
13. парциальное давление кислорода |
f до 1Гц. Нормальный уровень для давления кислорода 0÷800мм рт. ст. гипербарический уровень – 800÷3000мм рт. ст. |
14. pH |
Диапазон сигнала – 0÷700мВ соответствует диапазону уровня pH. |
15. парциальное давление углекислого газа |
Нормальный диапазон сигнала 0÷150мВ соответствует парциальному давлению СО2 от 1 до 100мм рт. ст. |
Био |
электрические потенциалы |
16. электроэнцефаллограмма |
f =0÷100Гц (в основном – 0,5÷60Гц). Нормальный уровень сигнала – 15÷100мкВ |
17. электромиограмма (первичный сигнал) |
f =10÷200Гц. Продолжительность импульса – 0,6÷20мс |
18. электромиограмма (усредненный сигнал) |
Соответствует среднему уровню первичного сигнала после его выпрямления для получения огибающей |
19. электроретинограмма |
Обычно – 0÷20Гц. Амплитуда сигнала – 0,5мкВ÷1мВ |
20. электронистагмограмма |
При прямом методе: 0÷20Гц, амплитуда – 100мкВ на 100 поворота оси глаза. При косвенном методе: 0÷20Гц. Сигнал получают путем дифференцирования непосредственных показаний датчика |
Физические |
Характеристики |
21. температура тела |
20÷450С |
В частности, в кардиографах в качестве датчиков используются ЭКГ- электроды, а в качестве регистрирующего устройства – самописец с блоком калибровки.
Основные характеристики ЭМП.
Вопросами измерения физических величин, (в т. ч. и медицинских физиологических показателей), методами и средствами обеспечения их единства занимается метрология – наука об измерениях.
Характеристики средств измерения (ХСИ) можно разделить на 2 группы: метрологические и неметрологические. Метрологическими ХСИ называются характеристики, влияющие на результат измерений, осуществляемых с помощью данного СИ.
Различают номинальные и действительные ХСИ. Номинальными ХСИ называют характеристики, установленные в нормативно – технической документации. Действительные ХСИ – это характеристики СИ, установленные экспериментально в реальных условиях их использования.
Метрологические характеристики (МХ) нормируются в общем случае следующими комплексами нормируемых МХ, определяющих:
результат измерения,
точность измерения,
влияние внешних условий, при которых эксплуатируется прибор,
д инамические характеристики прибора;
К числу основных МХ 1ой группы относятся:
Диапазон измерений (ДИ) – область значений измеряемой величины, в пределах каждой нормированы погрешности средства измерения СИ.
Примечание: необходимо отличать ДИ от диапазона показаний, определяется по отсчетному устройству СИ без нормирования погрешности
Пределы измерений (ПИ), ограничивающих диапазон измерений называются нижним ПИ и верхним ПИ.
Функция или характеристика преобразования – зависимость выходной величины от измеряемой входной величины Y= . Для мер номинальное или действительное значение меры.
Чувствительность прибора – это отношение изменений выходной величины ΔΥ к вызвавшему изменение входного сигнала ΔХ
S= .
Относительная чувствительность S= .
Порог чувствительности – наименьшее изменение полученной физической величины, вызывающее такое изменение выходного сигнала, которое можно еще обнаружить с помощью данного СИ при обычных условиях.
Цена деления прибора – это отношение диапазона измерения к числу делений.
Вариация показаний приборов (П) – разность показаний СИ, соответствующих одному и тому же значению входной величины, измеряемой поочередно в сторону ее увеличения и затем уменьшения.
Для цифровых приборов указываются:
1). Выходной код;
2). Число разрядов;
3 ). Номинальная цена единицы младшего разряда.
Погрешности.
1. Абсолютная – разность между измеренным значением (показанием прибора) и его истинным (действительным) значением
н- q.
Относительная – отношение абсолютной погрешности к показанию прибора (его истинному или действительному значению) в процентах.
δ %.
Приведенная – отношение абсолютной погрешности к нормируемому значению.
ɣ %.
Различают также: а) основные и дополнительные погрешности;
б) систематические и случайные погрешности;
в) аддитивные и мультипликативные погрешности.
4. Касс точности (КТ) П – обобщенная характеристика прибора определяющая предел допускаемой основной и дополнительной погрешности. Классы точностей нормируются в зависимости от типа прибора различными видами погрешностей , δ‚ ɣ. КТ стрелочных показывающих приборов нормируется приведенной погрешностью ɣ % и обозначается на шпале П цифрой, выбираемой из ряда ( 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0)*10 n, где n= +1,0,-1,-2.
КТ счетчиков электрической энергии и вообще суммирующих приборов нормируется относительной погрешностью δ% и обозначается на шпале цифрами из того же ряда, обведенными в кружек
.
Нормирование классов точности в этих случаях осуществляется по одночленной формуле
по приведенной погрешности
ɣ%
по относительной погрешности
δ%
При наличии аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности КТ прибора, например цифровая, нормируется в форме относительной погрешности по 2-членной формуле
δ% ,
где – постоянные коэффициенты.
Функции влияния.
Эти показатели устанавливают
1. Зависимость погрешности или другой МХ от значений влияющих величин, например температуры, давления и др.
2. Предел допускаемой дополнительной погрешности, обусловленной изменением влияющих величин в пределах рабочей области.
Динамические характеристики.
Амплитудно-частотная (фаза-частотная) характеристика.
Переходные характеристики.
Для медицинского прибора к числу важнейших основных характеристик относятся:
Диапазон прибора – полный набор значений получаемого физиологического показателя: от min до max.
Пример: измеритель давления от 0 до 200 мм. рт. ст.
Ч увствительность прибора – способность прибора измерять и обнаруживать малые изменения измеряемого показателя. В частности для стрелочных измерительных приборов , где с – цена деления в/дел.
Чувствительность кардиомонитора определяется в см/мВ, где в нем измеряется изображение ЭКГ по оси ординат Y.
Р ис.2 Электрокардиограмма со стандартным калиброванным импульсом.
Точность прибора – определяется погрешностью.
Легкость калибровки – калибровка – процедура, с помощью которой прибор настраивается так, чтобы его показания как можно точнее соответствовали истинным измеряемым значениям. Для калибровки используются: а) образцовые сигналы;
б) образцовые меры, приборы;
в) стандартные образцы веществ.
Стабильность – это способность сохранять точность в течение заданного времени после калибровки. Прибор с плохой стабильностью необходимо калибровать часто.
Частотный диапазон – способность прибора отслеживать медленные и быстрые изменение входного измеряемого физиологического показателя для его адекватного представления.
Отсутствие шумов и нежелательных сигналов (помех, артефактов).
Артефакт – это любое искусственное изменение измеряемого показателя.
Например: изменение среднего уровня ЭКГ, возникающее при движении пациента.
Простота использования – трактуется по разному:
а) простота крепления преобразователя к пациенту;
б) простота управления, легкость и удобство считывания данных;
в) простота ухода за аппаратурой и ее очистка, прочность прибора.
9. Удобство для пациента и его безопасность. Сточки зрения взаимодействие с телом пациента медицинские измерения могут быть: а) невторгающимися,
б) вторгающимися в тело пациента;
Например: при прямых измерениях давления крови необходимо внутрь артерии ввести катетер с преобразователем. А это создает риск для пациента и связан с дискомфортом. Поэтому следует при возможности отдавать предпочтение невторгающим методам и МА.
При вторгающих методах – основные требования:
а) отсутствие травмотичности;
б) стерилизуемость;
в) минимальная дискомфортность (например, провода ЭКГ);
г) отсутствие влияния на физиологическом показатели;
д) электробезопасность пациента.
В частности, если преобразователь вводится в артерию в поток крови, он должен быть нетромбогенным (не способствовать образованию сгустков или тромбов) и непирогенным (не выделять тепло).
10.Классы изделия защиты пациента.
Тип защиты от поражения током}H,B,BF,CF| степени.