Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации. Электроды

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

 

Рис. 1.

В структурной схеме (рис. 1) X означает некоторый из­меряемый параметр биологической системы, например давление крови. Буквой Y обозначена выходная величина, например сила тока (мА) на измерительном приборе или смещение самописца (мм) на бумаге регистрирующего прибора. Для получения количест­венной информации о биологической системе должна быть из­вестна зависимость Y=f(X).

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, давать минимальные потери полезной информации, особенно на переходном сопротив­лении электрод — кожа и т. п

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.

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 электрохимии, позволяющие снизить или устранить подобные влияния.

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

В микроэлектродной практике используют стеклянные микро­электроды. 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.

Датчики. Виды датчиков.

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 измерительнойцепи, 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.

Генераторные датчики под воздействием измеряемого сигнала непосредственно генерируют напряжение или ток.

1) пье­зоэлектрические датчикииспользуют пьезоэлектрический эффект;

2) тер­моэлектрические - термоэлектричество — явление возникновения ЭДС в электрической цепи, состоящей из последовательно соединен­ных разнородных проводников, имеющих различную температуру спаев;

3) индукционные - электромагнитную индукцию;

4) фото­электрические -фотоэффект.

Параметрические датчики под воздействием измеряемого сиг­нала изменяют какой-либо свой параметр:

1) емкост­ные, емкость;

2) реостатные, омическое сопротивление;

3) индук­тивные, индуктивность или взаимную индуктивность.

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

При работе с датчиками следует учитывать возможные, специфические для них, погрешности.

Причинами погрешностей могут быть следующие факторы:

1) темпера­турная зависимость функции преобра­зования;

2) непостоянство функции преобразования во времени;

3) обратное воздействие датчика на биоло­гическую систему, приводящее к изменению показаний;

4) инерци­онность датчика (пренебрежение его временными характеристика­ми) и др.

Конструкция датчиков, используемых в медицине, весьма раз­нообразна: от простейших (типа термопары) до сложных доплеровских датчиков. Весьма простой датчик частоты дыхания — реостатный (резистивный)

Применение датчиков.

Медико-биологические применения датчиков.

В некоторых случаях датчики называют по измеряемой величи­не; так, например, датчик давления, тензометрический датчик (тензодатчик) — для измерения перемещения или деформации и т. д.