Чувствительность. Калибровка

В формуле (7) величина

,

(10)

равная отношению напряжения на выходе реографа к вызывающему его изменению сопротивления исследуемого объекта , называется чувствительностью реографа. Чувствительность реографа 4ЗГ-1М имеет порядок k ~ 10 мВ/Ом (точное значение чувствительности определяется студентами в лабораторной работе).

Учитывая, что чувствительность регистратора

(11)

( - изменение напряжения на входе регистратора) обычно составляет величину порядка q ~ 5 мм/мВ и более, получаем, что полная чувствительность комплекса "реограф- регистратор"

(12)

(см. формулы (8), (9) - величины порядка р ~ 50 мм/Ом, то есть такой измерительный комплекс легко регистрирует изменения сопротивления до ~ 0,02 Ом (при этом 1 мм).

Для определения чувствительности реографа k в конструкции прибора 4РГ,1М предусмотрен калибратор Кал (рис. 5). При включении калибратора на выходе реографа появляются калибровочные импульсы напряжения длительностью 0,05 с. Их амплитуда такая же, как у напряжения сигнала, появляющегося на выходе реографа при изменении сопротивления исследуемого объекта на = 0,1 Ом (или = 0,05 Ом - в другом положении калибратора). Измеряя это напряжение (например, с помощью осциллографа), можно по формуле (10) определить чувствительность реографа k. Измеряя соответствующее отклонение шкалы регистратора , по формуле (12) можно определить полную чувствительность комплекса р.

Дифференциальная реограмма. Дифференциатор

При проведении реографических исследований в клинике весьма полезным для целей диагностики оказывается знание не только самого изменения сопротивления какого-либо участка тела во времени (реограмма), но и быстроты этих изменений, соответствующей производной от величины сопротивления во времени

,

(13)

где .

Зависимость у (t) производной по времени от сопротивления R исследуемого биообъекта (или его изменений D R) называется дифференциальной реограммой.

Дифференциальная реограмма может быть получена из обычной автоматически с помощью самого реографа. Для этого выходное напряжение с выхода усилителя может быть подано на вход дифференциатора Диф (рис. 5). Внутри дифференциатора с помощью RC- цепочек (рис. 8) с постоянной времени 0,06 с напряжение преобразуется в напряжение , которое со специального выхода реографа подается на регистратор Рег (II) (рис. 5), где и наблюдается дифференциальная реограмма объекта.

Многоканальные реографы

Реограф 4РГ-1М относится к числу так называемых многоканальных реографов и имеет 4 независимых измерительных канала. Ко входам этих каналов может быть одновременно подключено 4 пациента или 4 разных участка тела одного пациента. Все 4 канала питаются одним генератором переменного напряжения и "настраиваются" по очереди с помощью одного индикатора тока. При этом каждый канал имеет два отдельных выхода (с усилителя и с дифференциатора). Внешний вид реографа 4РГ-1М представлен на рис. 9, где 1 - разъемы для подключения входных кабелей (к объекту); 2 - разъем для подключения шланга выходных кабелей (к регистратору); 3 - тумблер включения прибора; 4 - кнопка включения калибратора; 5 - кнопка включения индикатора; 6 - тумблер переключателя на эквивалентное сопротивление); 7 - тумблер переключения амплитуды калибровки; 8 - ручка потенциометра ; 9 - ручка потенциометра ; 10 - клеммы корпуса и заземления прибора.

Если напряжение с выходов канала подать на многоканальный регистратор (например, на кардиополиграф), то на нем можно одновременно наблюдать 4 обычных + 4 дифференциальных реограммы (например, по две реограммы от 4-х участков тела одного пациента), что часто имеет большое значение в комплексной диагностике. С другой стороны, при отсутствии многоканального регистратора напряжение с разных выходов реографа может быть подано на разные (одноканальные) регистраторы, где, например, могут сразу записываться реограммы нескольких пациентов. Такая методика полезна, например, при массовом кардиологическом обследовании населения.

 

Защита от посторонних помех

Поскольку изменения сопротивления участка тела во время сердечных пульсаций и соответствующие им напряжения на выходе измерителя и демодулятора весьма малы, то работу реографа могут существенно нарушить посторонние электрические воздействия (помехи), для защиты от которых необходимо предусмотреть специальные меры.

В реографии основную роль играют следующие виды помех:

1) медленные колебания сопротивления, связанные с дыхательными или вазотоническими реакциями пациента. Для защиты от них на выходе демодулятора реографа используются электрические фильтры с соответственно подобранными значениями сопротивления, емкости и индуктивности. Такие фильтры пропускают лишь ту составляющую напряжения, которая изменяется с периодом Т = 0,5 - 1,5 с (соответствующим периоду сердечных сокращений, и не пропускают более медленные колебания напряжения (Т ³3 с);

2) помехи, связанные с колебаниями переменного тока в электрической сети, имеют частоту n = 50 Гц. Для защиты от них необходимо заземлять корпусы реографа, регистратора, а также тело пациента (обычно через правую ногу). При этом корпус приборов вместе с пациентом и соединяющим им входным кабелем, покрытым защитной металлической оболочкой, как бы представляют собой металлический экран, внутрь которого электрическое поле сети переменного тока практически не проникает.

Кроме того, усилители реографа и регистратора обычно выполняются по схеме дифференциального усилителя, который усиливает полезный сигнал и ослабляет внешние помехи.

Органы управления реографом

Реограф 4РГ-1М (рис. 9) имеет 4 измерительных канала, 4 входа и 8 выходов. При выполнении данной лабораторной работы реограф работает в комплексе с портативным электрокардиографом ЭК1Т-04 или осциллографом (регистраторы).

Прибор питается от сети переменного тока ~ 220 В через блок питания. Генератор переменного напряжения - один для всех каналов и работает на частоте n» 100 кГц. При любых условиях максимальный ток в цепи пациента не превышает 5 мА (эффективное значение).

Реограф приспособлен к выполнение следующих задач:

1) измерение общего сопротивления (импеданс) исследуемого объекта;

2) получение реограммы объекта (в комплексе с регистратором);

3) получение дифференциальной реограммы объекта (в комплексе с регистратором);

4) калибровка реограммы (в комплексе с регистратором).

Порядок выполнения работы

ВНИМАНИЕ! Перед началом работы студент с помощью преподавателя или лаборанта знакомится с регулировками и ручками управления реографом и готовит его к работе. Необходимо проверить наличие хорошего заземления прибора. Включение прибора производится только преподавателем!

Упражнение 1. Исследование работы генератора реографа и определение силы тока в цепи объекта.

1. С помощью входного кабеля подключают сопротивление = 100 Ом ко входу 1-ого измерительного канала реографа (рис. 10).

Напряжение с сопротивлением подают на выход осциллографа.

2. Включают реограф и с помощью регулировок "контр.-раб." и "W" добиваются баланса измерительного моста (переключатель "ЭКВ-ПАЦ" должен находиться в положении "ПАЦ". По шкале "W" определяют значение сопротивления и сравнивают его с номинальным.

3. С помощью калибратора осциллографа определяют амплитуду напряжения на сопротивлении (между точками А и В).

4. По формуле

(13)

определяют эффективное значение силы тока в цепи объекта ( - амплитудное значение силы тока).

5. Определяют с помощью меток времени осциллографа точное значение частоты напряжения генератора реографа n.

Отчет:

1) Измеренное и номинальное значения сопротивления в цепи объекта.

2) Эффективное значение силы тока в цепи объекта.

3) Значение частоты напряжения генератора n.

Упражнение 2. Определение импеданса электрических схем с помощью реографа.

1. Аналогично рис. 10 включают между точками А и Бпредложенную для изучения эквивалентную схему из сопротивлений и конденсаторов, например (рис. 11, а, б, в):

2. Добиваются баланса измерительного моста (см. упражнение 1) и по шкале " " определяют значение импеданса схемы Z.

Пользуясь известными значениями величин R и C, а также измеренным значением частоты реографа n (см. упражнение 1), рассчитывают теоретически значение импеданса Z по формулам:

а) параллельное соединение , (рис. 11, а)

;

(14)

б) последовательное соединение , (рис. 11, б)

;

(15)

в) в цепи только емкость (рис. 11, в)

,

(16)

где .

Сравните вычисленное значение величины Z с измеренным.

Отчет: Измеренное и вычисленное значение импеданса электрической схемы Z. Рисунок схемы и формула для вычисления импеданса.

Упражнение 3. Изучение работы калибратора и определение чувствительности прибора.

1. В схеме рис. 12 (R = 100 Ом) выход 1-ого измерительного канала реографа (маркировка кабелей - красная точка) соединяют со входами 1-ого отведения электрокардиографа ЭК1Т-04 (красный и желтый кабели), а на выходы 1-ого дифференциального канала (маркировка кабелей - белая точка) - со входами отведения СР (зеленый и белый кабели). Черный кабель кардиографа, а также его клемму заземления соединяют с клеммой заземления реографа, а короткий выходной кабель реографа - с клеммой корпуса реографа.
2. В положении переключателя отведений "К" проверяют калибратор кардиографа q = 5 мм/мВ. После этого переключатель отведений устанавливают в положение "I".
3. Добиваются баланса измерительного моста реографа как в положении переключателя "ПАЦ" (см. упражнение 1), так и в положении "ЭКВ" (с помощью ручки потенциометра " "). Переключатель калибровки первого измерительного канала устанавливают в положении "0,1".

4. Включают движение ленты кардиографа и многократным нажатием кнопки калибратора реографа получают запись калибровочных импульсов реографа, соответствующую по амплитуде измерительного импеданса Z объекта на D R = 0,1 Ом. По миллиметровой шкале ленты измеряют соответствующее смещение пера кардиографа D х.

5. По формуле (12) определяют полную чувствительность комплекса "реограф - регистратор" р. Используя значение q = 5 мм/мВ, по формуле (9) вычисляют чувствительность реографа k.

6. Повторяют измерения при значении амплитуды калибратора D R = 0,05 Ом. Находят среднее значение величин р и k.

7. Меняют местами кабели реографа с красной и белой маркировкой. При этом на вход 1-го отведения кардиографа поступает напряжение с выхода 1-го дифференциального канала реографа. Повторяют все измерения и находят значение чувствительностей р' и k' по дифференциальному каналу.

Отчет: Значение чувствительностей реографа k, k' и комплекса "реограф- регистратор" р, p' по основному и дифференциальному каналам.

Вопросы для самоконтроля

1. Каким методом, пассивным или активным, является реография?
2. Опасен ли метод реографии для здоровья пациентов?
3. Какую физическую величину измеряют в реографии?
4. Каково электрическое сопротивление организма человека для постоянного тока? Назовите хотя бы его порядок.
5. Какой ток, постоянный или переменный, используют в реографии? Ответ обоснуйте.
6. Какое устройство используют для точного измерения электрического сопротивления?
7. Объясните принцип работы моста Уитстона.
8. Что называют дифференциальной реограммой? Поясните полезность её анализа.
9. По данной преподавателем реограмме постройте дифференциальную реограмму.