Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации

АО «Медицинский Университет  Астана»

Кафедра: _____________________________________

 

 

 

 

Реферат

На тему: Структурная схема  съема, передачи и регистрации медико-биологической  информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовил(а):______________

Проверил(а):________________

 

 

 

Астана, 2012

План:

Введение…………………………………………………………………………..3

1. Общая схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации……………………………………………………………...…5
2. Электроды для съема биологической информации………………..….....6
3. Датчики медико-биологической информации. Название и классификация датчиков, характеристики датчиков. Погрешности датчиков…………………………………………………………………….8
4. Аналоговые регистрирующие устройства. Различные виды регистрации непрерывной информации и их эксплуатационные характеристики…14

Литература…………………………………………………………………...…..19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Электроника. Медицинская  электроника

Электроника - область  науки и техники, в которой  рассматривается работа и применение электровакуумных, ионных и полупроводниковых устройств.

Выделяют следующие  виды электроники:

1. Вакуумная электроника, основана на применении электровакуумных приборов (рентгеновские трубки, электронные лампы, газоразрядные приборы и т. д.).

Исторически, внимание исследователей на начальном этапе развития электроники  было обращено на процессы переноса электронов в вакууме и в газах. На основе этих исследований были созданы электровакуумные приборы - электронные лампы, которые  могли решать задачи усиления и генерирования  электрических сигналов. Простейшая электронная лампа состоит из стеклянного корпуса (баллона), в  котором в вакууме расположены  катод, сетка и анод. Электроны  эмитируются катодом и под  действием электрического поля, приложенного между анодом и катодом (+ к аноду), движутся через сетку к аноду. Величина тока, образуемого потоком  электронов зависит не только от разности потенциалов между анодом и катодом, но и от величины потенциала сетки. Таким образом, величиной тока анода  можно управлять, изменяя потенциал  сетки. На этом эффекте и строятся различные электронные устройства. На основе электронных ламп создавались  практически все электронные  устройства до 50-х годов прошлого века: приемники и передатчики  радиосигналов, усилители, магнитофоны, локационные станции и другие устройства. Первые телевизоры и вычислительные машины также создавались на основе электронных ламп.

2. Твердотельная электроника, изучающая полупроводниковые приборы, интегральные схемы.

Этот этап развития электроника  получила с изобретением транзистора  в 50-е годы прошлого века. Транзистор - электронный прибор, в котором  используются полупроводниковые материалы  как с электронной проводимостью (движение электронов), так и с "дырочной" (перемещение места в кристаллической  решетке, где отсутствует электрон). Транзистор имеет соединенные между  собой три области, к которым  подключаются электроды: эмиттер, база и коллектор. Между эмиттером  и базой, а также между базой и коллектором имеются р- n переходы, т.е., если область эмиттера имеет электронную проводимость (n- тип), то область базы имеет дырочную проводимость (р-тип) и область коллектора имеет опять электронную проводимость (n-тип) - это транзистор типа n-р- n. Также используются транзисторы с обратным чередованием областей: р-n-р тип. Напряжение питания подводится к электродам: эмиттер-коллектор. Ток в цепи эмиттер-коллектор определяется разностью потенциалов между эмиттером и коллектором и током базы. Таким образом, транзистор усиливает ток (базы) в отличие от электронной лампы, которая усиливает напряжение (на управляющей сетке). На основе транзистора были созданы интегральные схемы, включающие по мере их совершенствования все большее количество элементов: транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов и других элементов. Применение интегральных микросхем позволило резко сократить размеры, вес, энергопотребление и стоимость электронной аппаратуры, позволило создать мощные вычислительные машины малых размеров с малым потреблением электроэнергии, в том числе широко используемый в настоящее время класс персональных компьютеров.

3. Квантовая электроника, связана прежде всего с лазерами.

Медицинская электроника - это разделы электроники, в которых рассматриваются устройство и работа соответствующей медицинской аппаратуры

В медицинских  электронных приборах неэлектрические  характеристики типа температуры, давления, перемещения органов и т. д. преобразуют в электрический сигнал. Это связано с тем, что информацию, представленную электрическим сигналом, удобно регистрировать и передавать на расстояние.

Медицинскую электронику  классифицируют по областям применения. Обычно выделяют четыре области применения, которые подразделяются на многочисленные подобласти. Далеко не полная схема классификации медицинской электроники представлена на рис. 1.1.а.

МЕДИЦИНСКАЯ                  ЭЛЕКТРОНИКА

Устройства для оказания воздействия  на организм с целью лечения

Устройства для получения  медико-биологичесокой информации

 

 

           

Терапевтические

В КДЛ

Хирургические

Непосредственно у пациента (функциональная диагностика)

При сан.-бак. исследованиях

              

                                                   

              

                                                                                                 Рис.1.1.а

 

 

рис.1

 Важной и  сложной частью медицинской электроники  являются приборы функциональной  диагностики (рис.1). Современные  диагностические приборы, например, магнито-резонансные томографы, позитронно-эмиссионные томографы и т.д. - это очень сложные и дорогие устройства. Для их выпуска нужна научно-техническая база, которой обладают очень небольшое число самых развитых стран мира. Можно сказать, что возможность производства современной диагностической аппаратуры является индикатором развития страны.

Приборы функциональной диагностики часто используются для съёма биопотенциалов.

 

1.  Общая 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, —

Выходной измерительный

(регистрирующий прибор)

передатчик

усилитель

Устройство съёма (электрод или датчик)

приёмник

 

 

Рис.2

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.2. 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).

 

2. Электроды для съема биологической информации.

Электроды - это  проводники специальной формы, соединяющие  измерительную цепь с биологической системой.

В зависимости от назначения, электроды изготавливают из нержавеющей стали, свинца, золота, платины, серебра, палладия и т.д.

Электроды используются для съёма  электрической информации и для  подведения внешнего электромагнитного  воздействия на организм при диагностике, терапии или хирургии (реография, хирургическая диатермия,  электростимуляция  и т.д.)

 

Рассмотрим следующие  виды электродов.

1. Электроды для многократного  кратковременного использования,  например, в виде металлической пластинки, рис.3.

Рис. 3

 Эти электроды используются  в кабинетах функциональной диагностики  для съема ЭКГ. После процедур  они должны обезжириваться и  использоваться снова. В электрокардиографии применяются также электроды- присоски, снабженные резиновым баллончиком для создания небольшого разрежения между телом и электродом. Они позволяют быстро установить электрод в нужной точке тела человека.                                  

Электроды многократного использования  могут накладываться на тело как  непосредственно, так и через  марлевые прокладки, смоченные физраствором. Используются также различные проводящие пасты для снижения сопротивления  электрод-кожа. Высокое сопротивление  электрод - кожа приводит к тому, что  большая часть исследуемого потенциала падает на этом сопротивлении, а не подается на устройство регистрации  или отображения информации. Это  уменьшает регистрируемую величину биопотенциалов.

Для быстрой установки  на пациента применяются так же электроды  – зажимы.

2. Электроды для длительного  непрерывного наблюдения или  регистрации биопотенциалов. Иногда  их называют монитродами. Используются  в палатах реанимации. Мониторингом  или мониторированием называется  длительное непрерывное или периодическое  наблюдение какого-либо параметра  (электрокардиограммы, мониторирование  артериального давления, температуры  и т.д.).

  Рис..4

На рис. 4 показана схема монитрода. Сетка 1 из хлористого серебра находится в проводящей пасте 4, контактирующей с телом человека. Паста заключена в тарелкообразный пластмассовый корпус 5, прикрепляемый к телу например, круговым лейкопластырем 6. С сеткой 1 соединена кнопка 2, на которую надевается клипса 3 с отводящим потенциал проводником. 

       3. Электроды для динамического наблюдения в условиях физических нагрузок (например, в спортивной медицине). Применяются игольчатые инъецируемые электроды(см. рис.5)

 

 

Рис.5          Электрод состоит из инъекционной иглы 1, внутри которой находится контактирующая часть электрода 2 изготовленная из проволоки, платиновой или нержавеющей стали. После введения иглы в тело она вынимается, а проволока остается в теле. Для прочности удерживания и неподвижности при съеме биопотенциалов проволока часто делается спиральной. Для регистрации ЭКГ, с целью исключения биопотенциалов, генерируемых работающими мышцами, электрод устанавливается в том месте, где отсутствуют работающие мышцы, а под кожей находится кость, например, над грудиной.

Рис.6 

 

 

 

4.   Электроды  для экстренного применения, рис.6, например, в условиях скорой помощи. Это могут быть плоские или овальные электроды, снабженные короткими иглами, высота которых равна высоте эпителия кожи (7-2 мм). Используются одно- и многоточечные электроды. При прижатии такого электрода к телу происходит прокалывание эпителия, что

снижает сопротивление  электрод - кожа и   повышает качество регистрации сигнала. Немалое значение имеет и быстрота наложения электрода.

     Существуют и другие виды электродов, например, электроды дефибрилляторов, реографов, электроретинографов и т.д.

При пользовании  электродами возможны поляризационные эффекты: возникновение ЭДС поляризации, выделение под электродами газообразных продуктов реакций, накопление под электродами прижигающих кожу веществ - кислот, щелочей. Но существуют и специальные неполяризующиеся электроды.

3.Датчики медико-биологической информации

Датчик-это устройство, преобразующее измеряемую величину в электрический сигнал, удобный  для передачи, преобразования и регистрации. Рассмотрим классификацию датчиков, представленную на рис.7.

Генераторными называются датчики, в которых энергия сигнала, несущего информацию (входная величина), преобразуется в ЭДС соответствующего значения (выходная величина). Параметрическими называются датчики, в которых под воздействием энергии измеряемого сигнала изменяются их электрические параметры: сопротивление, емкость, индуктивность, коэффициент взаимоиндукции и т.д.