14.Биомедицинские сигналы и их основные особенности.
Биосигналы могут быть периодическими или быстропеременными. По виду генерирующего поля могут быть биомагнитные сигналы или биоэлектрические сигналы. Чтобы оценить интенсивность биосигналов, а следовательно, иметь возможность выбрать тип соответствующего датчика, рассмотрим биомагнитные сигналы организма человека и сопоставим их по величине и частоте с другими известными источниками сигналов.
На рис. 1.1 показано место биомагнитных сигналов человека в шкале величин магнитного поля (поле измеряется в теслах: 1Тл= 104Гс, принятых в системе СИ), а на рис 1.2 – шкала биоэлектрических сигналов человека.
Рис.1.1. Место биомагнитных сигналов организма человека в шкале магнитных полей
Рис.1.2. Место биоэлектрических сигналов организма человека в шкале электрических полей: КСП – квазистатические потенциалы; КГР – кожно-гальваническая реакция; ЭЭГ – электроэнцефалограмма; ЭКС – электро-кардио сигнал; ПДЕ – потенциал двигательной единицы.
Биомагнитные сигналы могут быть как квазипостоянными, они порождаются ферромагнитными примесями, токами в коже, мышцах и внутренних органах, постоянными токами глаза, так и быстро меняющимися. Периодические или быстропеременные сигналы генерируются сердцем, мышцами, глазом, мозгом. На рис.1.1 показаны характерные частотные диапазоны для магнитных сигналов от разных источников в организме. Здесь же показаны уровни магнитных шумов в окружающем пространстве, которые обычно затрудняют проведение измерений, а также порог чувствительности к магнитному полю существующих сквид – магнитометров - самых чувствительных на настоящий момент датчиков магнитного поля. Обычно присутствующие внешние возмущения на несколько порядков сильнее магнитных полей человека.
Деятельность органов и тканей сопровождается изменениями их объема и внутренней среды, поэтому с возникающими при этом изменениями магнитных и электрических полей изменяется величина электрического сопротивления различных частей тела и органов. Эти изменения связаны с колебаниями кровенаполнения. Определенное количество крови (ударный обмен) при каждой систоле выталкивается из сердца в артериальную систему, причём во время систолы увеличивается не только количество, но и скорость течения крови в артериях. При этом колебание переменной составляющей полного электрического сопротивления, например, головного мозга, не превышает 0,5% общего полного сопротивления. Столь малое изменение сопротивления обуславливает возникновение весьма незначительных переменных напряжений на выходе измерительной системы.
Биосигналы могут быть вызваны жизнедеятельностью самого организма, а могут быть связаны с воздействием на организм внешних физических полей (ультразвук, рентгеновское излучение и т.д.).
В настоящее время исследование биосигналов сопровождается непрерывным усовершенствованием методики измерений и биоизмерительной аппаратуры. Особенностью биоисследований является их существенный междисциплинарный характер. В этой области работают физики и математики, инженеры и биологи, психологи и врачи. Следует подчеркнуть, что для биоисследований характерно не только исследование достижений физики и техники в медикобиологических целях, но и то, что биоизмерения дают существенный толчок к развитию соответствующей аппаратуры и методик.
Измерение параметров электродов: схема измерения импеданса.
Измерение параметров электродов: схема измерения напряжения поляризации.
Измерение параметров электродов: схема измерения шумов.
Зависимость проводимости электролитов от концентрации и температуры. Проводимость электролитов для переменного тока.
Помехи в электродах и их классификация.
Водородный электрод.
Электрические характеристики биотканей. Методы измерения электрического сопротивления биообъектов.
Виды электродов и особенности их применения. Микроэлектроды.
Эквивалентные схемы электрод-биообъект, импеданс Варбурга.
Методика определения параметров эквивалентных схем биообъектов (см 1 2 3 7)
Электрические параметры электродов и их расчет.
Типовые конструкции и материалы, применяемые при изготовлении электродов.
Физические представления о шумах и их влияние на объективность измерений.
Биомедицинские сигналы и их основные особенности.
Усилители ЭКС, основные особенности и технические характеристики.
БАТ и измерение их параметров ()
Классификация датчиков и их основные характеристики.
Понятие датчик и погрешности преобразования.
Биосенсоры.
Измерительные цепи параметрических преобразователей.
Измерительные цепи в виде равновесных мостов.
Измерительные цепи в виде неравновесных мостов.
Неравновесные мосты переменного тока. Понятие синхронного детектора.
Измерительные цепи генераторных преобразователей.
Физические основы тензометрии. Конструкция, технические характеристики и области применения тензодатчиков
Измерительные цепи тензодатчиков.
Тензорезисторы и их применение в датчиках биомедицинских сигналов.
Емкостные преобразователи.
Измерительные цепи емкостных преобразователей с выходом на постоянном токе.
Измерительные цепи емкостных преобразователей с выходом на переменном токе. (см. 29)
Резонансные измерительные цепи емкостных преобразователей.
Пьезоэлектрические преобразователи: устройство и конструкция
Измерительные цепи пьезоэлектрических преобразователей.
Эквивалентные схемы пьезоэлектрических преобразователей.
Усилитель заряда и схема преобразования импеданса.
Измерительные усилители.
Основы расчета тепловых преобразователей.
Терморезисторы: основы расчета и применяемые материалы.
Полупроводниковые датчики температуры (датчики на рn – переходах).
Измерительные цепи терморегуляторов.
Принципиальная схема и принцип работы термореле на ртутном термометре. (СНЯТ!)
Температурные чувствительные элементы из монокристалла германия.
Термопары, принцип действия, схемы включения.
Датчики для измерения температуры. Сравнительная характеристика. (38+39)
Принципиальная схема и принцип работы термореле на терморезисторе. (СНЯТ!)
Проволочные чувствительные элементы (термометры сопротивления).
Источники оптического излучения фотоэлектрических ячеек
Фотоприемники фотоэлектрических ячеек на фотодиодах и фототранзисторах
Измерительные цепи для приемников оптических излучений на фотодиодах и фототранзисторах
Фоторезисторы и их измерительные цепи
Волоконно-оптические чувствительные элементы. (СНЯТ!)
Фотоплетизмографические датчики
Принцип работы и структура пульсоксиметра(СНЯТ!)
Классификация и источники помех при пульсовой оксиметрии
Методы градуировки пульсоксиметра(СНЯТ!)
Электрокинетические явления и электрокинетические преобразователи.
Полярографические преобразователи.
Гальванические преобразователи.
Газовые датчики.
Датчики пульса: сравнительная характеристика. (52+50)