- •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.
Общие требования к схемному и конструктивному выполнению ма.
Основным нормативным документом, в соответствии с которым осуществляется разработка новой (или модернизация) медицинской аппаратуры является медико-техническое задание (МТЗ).
Оно разрабатывается организацией-разработчиком (исполнителем) на основе согласованных с заказанным техническим требований. МТЗ затем согласовывается с заинтересованными ведомствами и утверждается организацией-заказчиком.
В МТЗ, как правило входят следующие разделы:
1. медико-физиологическое обоснование физического метода, положен в основу;
2. технические характеристики;
3. основные требования, предъявл. к приборам;
4. вопросы безопасности эксплуатации прибора.
Важнейшими медико-техническим требованиям, предъявленными к медицинским измерительным приборам являются:
соответствие технических характеристик и назначение МБА, указываемой и реализуемой в методике диагностики или лечения;
2. метрологические характеристики МБА должны соответствовать предъявляемым требованиям;
3. условия обеспечения безопасности пациента должны обеспечиваться схемным и конструктивным выполнением электромедицинского прибора в соответствии с требованием по электробезопасности, предъявляемым к изделиям медицинской техники и методом их использования (ГОСТ 12.2.025-76);
4. показатели качества и надежности;
5. показатели внешних свойств прибора и его комплектность, источник энергии;
6. время непрерывной работы и время на подготовку прибора к работе;
7. условия эксплуатации, внешние влияющие факторы (устойчивость к воздействию внешних факторов);
8. защита от воздействия электромагнитных, радиационных, тепловых и др. полей, уровни радиопомех, создаваемых ЭМА;
9. методы контроля и испытаний ЭМА и защитные устройства.
Один из важнейших показателей является электробезопасность пациента и обслуживающего персонала от поражения электрическим током.
ГОСТ 12.2.025-76 в зависимости от способа защиты от поражения электрическим током подразделяет изделия медицинской техники на 4 класса:.
В зависимости от степени защиты от поражения электрическим током МТ подразделяют на 4 типа:
H – нормальная степень защиты;
В – повышена -//-//-//-;
BF –имеют повышенную степень защиты и изолированную рабочую часть;
CF – имеют наивысшую степень защиты и изолирующую рабочую часть.
Изделия в зависимости от характера связи с пациентом подразделяются на:
изделия без рабочей части;
изделия с рабочей частью, не имеющие эл. контакта с сердцем;
изделия с рабочей частью, имеющей эл. контакт с сердцем;
изделия без рабочей части, предназначенные для подключения к изделиям с рабочей частью.
ТЕМА №2 ЭЛЕКТРОННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АППАРАТУРА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ.
Электроэнцефаллографы.
Действия мозга сопровождаются электрическими явлениями, в частности позволение на каждой поверхности головы электрических потенциалов (Кэтон,1875).
Бергер в 20 е года, изучая биопотенциал мозга открыл взаимосвязь явлений, нашел зависимости между деятельностью мозга и электрическими эффектами, разработал методы применения этих эффектов в диагностики заболеваний ЦНС.
Кривая изменения биопотенциалов, полученная и записанная от неповрежденного головного мозга названа Бергеро электро-энцефаллограммой (ЭЭГ). Область, занимающаяся вопросами о получении и обработки и регистрации ЭЭГ называется электроэнцефалографией.
ЭЭГ представляет собой результат (равнодействующую) электрической активности (т.е. биопотенциалов) многих миллиардов нервных клеток (их нейронов). Поэтому расшифровка ЭЭГ для диагностики патологических изменений в мозге (кровоизлияний, опухолей, эпилепсии, нарушений функции мозга) представляет собой сложную задачу.
ЭЭГ получают с помощью ЭЭГ- электродов накладываемых на определенную часть головы.
Виды ЭЭГ
В зависимости от уровня активного внимания и умственной активности изменяется амплитудно-частотная характеристика ЭЭГ (рис.3).
Для удобства анализа весь частотный диапазон ЭЭГ от 0 до 30 Гц разбивают на 5 основных ритмов.
При этом, как показали исследования, каждый ритм соответствует определенному уровню активности
Р ис.3 Амплитудно-частотная характеристика ЭЭГ.
.
Амплитудные значения ЭЭГ составляют 5÷50 мкВ.
Кроме этих основных 5и ритмов возникают некоторые специфические формы колебаний ЭЭГ.
δ –ритм – 0,5÷4 Гц
Q –ритм – 4÷8 Гц
α –ритм – 8÷13 Гц
β –ритм – 13÷22 Гц
ɣ –ритм – 22÷30 Гц
1). α –ритм.
Если пациент спокойно лежит с расслабленными мышцами в среде без раздражения, с закрытыми глазами, но не спит то в ЭЭГ доминирует α–ритм (8÷13Гц) (синусоида) с амплитудой типа ~
50 мкВ.
Как только пациент открывает глаза, α –ритм исчезает и появляется колебание в более широком диапазоне.
2). β –ритм.
Отводится от лобовой части черепа имеет меньшую амплитуду, но большую частоту. Он не постоянен и возникает ~ через секундные отрезки времени. Каждый такой период называется β- веретеном.
3). Q –ритм.
Снимают с виска пациента. Сигнал, как правило смешан с α –ритм и β –ритм, по полосе частот ниже чем у α –ритм.
4). ɣ и δ –ритмы.
Появляются в патологических случаях. ЭЭГ можно использовать для контроля пилотов или космонавтов на внимательность.
Для регистрации ЭЭГ применяются многоканальные приборы – электроэнцефалографы, получающие биосигналы от ЭЭГ- электродов от большого количества отведений. Общая блок схема ЭЭГ- прибора приведена на рис.2.
Прибор предназначен для работы в качестве самостоятельного измерителя и регистратора биопотенциалов мозга, так и в комплекте с фоностимулятором.
δ –ритм – 0,5÷4 Гц
Q –ритм – 4÷8 Гц
α –ритм – 8÷13 Гц
β –ритм – 13÷22 Гц
ɣ –ритм – 22÷30 Гц
Э ЭГП 4-02
Р ис.4 Структурная схема электроэнцефалографа ЭЭГП 4-02.
В комплект прибора входят, кроме прибора 30 дисковых электрода, 30 электродов-стоек, 24 соединительных кабеля, 2 ушных электрода, специальный шлем, 30 шнуров отведения, 20 рулонов диаграммной ленты, паста, чернила..
Электроды крепятся на голове пациента с помощью специального шлема из резиновых трубок. При соединении электродов с прибором могут быть реализованы 3 метода регистрации ЭЭГ:
униполярный;
усредненный;
биполярный.
О бщий индифферентный электрод (опорный)
Рис.5 ЭЭГ- прибор с униполярной регистрацией ЭЭГ (изображены пять каналов записи).
О бщий индифферентный электрод (опорный)
Рис. 6 ЭЭГ- прибор с усредненной регистрацией ЭЭГ.
Рис.7 ЭЭГ –прибор с биполярной регистрацией ЭЭГ.
При наложении электродов согласно международного стандарта буквами обозначаются следующие области головного мозга:
F – лобная (Fp1, Fp2) область;
С – центральная область;
Р – теменная область;
О – затылочная область;
Т – височная область.
ЭЭГ- сигнал имеет малую амплитуду (в среднем 50 мкВ), ослабленный костью черепа. Поэтому электроды (их форма и материал) подбирается таким образом, чтобы снизить переходное сопротивление до 1..2 кОм. Обычно применяются электроды из серебра или хлористого серебра.
В месте наложения электрода конец обезжиривают ( раздвинув волосы) смесью спирта с эфиром, затем увлажняют кожу насыщенным раствором соды (или покрывают ее специальной электродной пастой). Электроды перед установкой должны находится в физиологическом растворе. Их вынимают из раствора, встряхивают и устанавливаю под резиновые трубки шлема. Затем к электродам подсоединяют провода и подключают к коммутатору прибора. В качестве общего (опорного) электрода используются ушные электроды типа “Крокодил”, которые соединяют также с гнездом “Земля” прибора. Эти электроды:
синфазную помеху;
позволяют проконтролировать качество наложения электродов с помощью встроенного омметра (не более 15 кОм).
В приборе предусмотрены режимы калибровки и измерения. В режиме калибровки с помощью переключателя входы усилителя подключаются к специальному калибратору. Он выдает на выход с помощью резисторного делителя калибр-напряжения 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 мкВ.
Усилитель напряжения (прибора ЭЭГП 4-02) выполнен по схеме с фазовой модуляцией-демодуляцией. Усилитель мощности реализован по бестрансформаторной схеме. Усилители напряжения содержат возможность выбора верхней граничной частоты (80, 30, 10 Гц).
Усилитель мощности (УМ) имеет возможность ступенчатого изменения полосы пропускания в области нижних частот 0,5÷1,6 Гц.
Нагрузка УМ – катушка магнитоэлектрического механизма самописца (галованометра).
Отметчик времени и раздражения обеспечивает подключение к 5му самописцу управляющих сигналов от фонофотостимулятора. Через отметчик на самописец из блока лентопротяжного механизма (от специального разрывного кулачка) поступают с интервалом 1 сек. импульсы отметки времени. Они записываются 5ым самописцем, что позволяет оценивать временные характеристики ЭЭГ при любых скоростях записи.
Площадь ЭЭГ- электродов(площадь контакта с телом) не превышает 1,1÷1,5 см2 для более точной локализации патологического очага источника биосигнала.
Основные технические характеристики прибора ЭЭГП 4-02.
Наибольшая чувствительность – не мене 0,4 мм/мВ, с 5го ступ. и плавностью рег.
Неравномерность а/частотной характеристики в области 0,5÷ 8 Гц – 10%.
Наибольшая величина регистрируемого сигнала – 5 мВ.
Напряжение внутреннего калибратора – 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500 мкВ.
Коэффициент дискриминации синфорной помехи на f=50 Гц – не менее 15000.
Максимальный размах записи – не менее 20 мм.
Скорость движения диаграммной ленты – 3,75; 7,5; 15; 30; 60; 120 мм/с.
Питание – от сети ~ тока частота 50 Гц, напряжение 220В± 10%.
Потребляемая мощность – не долее 120 ВА.
10. Выполнение по классу защиты от поражения электрическим током– класс 01.
Существуют ЭЭГ- приборы с различным количеством каналов: от 6 до 32 каналов.
Приборы позволяют также регистрировать ЭЭГ, снимаемые с корковой части (т.е. внутренней) мозга. Для этого используются специальные игольчатые электроды. ЭЭГ данного вида называется электрокортикограмма ЭЭКГ. ? Выходной потенциал ЭЭКГ составляет 5÷10 мВ, полоса частот 0,1÷100 Гц.
Обработка ЭЭГ (в сочетании с световым и звуковым раздражителем) является сложна, спецификой, и заключается в анализе спектров, различных каналов, интегрировании, дифференцировании, образовании перекрестной и автокорреляции, определении средних значений и др.