Ф КГМУ 4/3-06/02

Ип №6 умс при КазГма

от 14 июня 2007 г.

Карагандинский государственный медицинский университет Кафедра медицинской биофизики и информатики

Методические рекомендации для практических занятий

Тема: Конструкции датчиков и электродов, их основные характеристики.

Специальность: 5D130100 «Общая медицина»

Дисциплина: OODO12 МВ 1112 медицинская биофизика

Курс: I

Составитель: преподаватель Коршуков И.В.

Караганда 2011

Обсуждены и утверждены на заседании кафедры

Протокол № __ от «__» ______20_

зав. кафедрой _______________ Койчубеков Б.К.

Тема: «Конструкции датчиков и электродов, их основные характеристики».

Цель занятия: Изучить первичные звенья получения медико-биологической информации такие как датчики и электроды. Получить представление о принципах их работы, возможных конструкциях, области применения и ограничениях, проблемах возникающих в ходе регистрации как электрических так и неэлектрических величин

Задачи обучения:

В результате изучения темы студент будет способен:

• Дать определения основным терминам и понятиям темы: прямое измерение/опосредованное измерение, электрод/датчик и т.д.

• Классифицировать электроды и датчики

В результате изучения темы студент должен знать:

• Общую структуру системы съема, обработки и регистрации биосигналов.

• Конструктивные решения лежащие в основе устройства электродов и датчиков.

• Основные схемы наложения электродов используемые в электрокардиографии, электроэнцефалографии, электромиографии.

Основные вопросы темы:

• Общая схема съема, обработки и регистрации биосигналов.

• Прямое измерение физиологических параметров (электрических величин). Определение термина «электрод». Классификация электродов.

• Использование электродов в методах электрографии и электротерапии. Электрод заземления. Рабочий электрод. Электрод сравнения (референтный). Активный электрод. Индифферентный электрод.

• Основные методы электрографии. Прямая и обратная задачи электрографии.

• Разность потенциалов между точками тела. Определение термина «отведение». Системы отведений используемые в электрографических методах.

• Погрешности при регистрации электрических величин. Импеданс. Артефакты.

• Опосредованное измерение неэлектрических физиологических параметров. Примеры. Определение термина «датчик». Классификация датчиков.

• Причины возникновения погрешностей при регистрации биосигналов.

Методы обучения и преподавания:

Опрос по основным вопросам темы. Работа в малых группах.

Литература

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика., Высшая школа, 2004. с. 307 – 319.

2. Н.М. Ливенцев «Курс физики» М. Высшая школа 1978. с.140-146.

3. Л.Кромвелл и соавт., перевод М.К.Размахнина «Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения» М. Радио и связь 1981, стр. 15-24, 76-115.

4. В.Д. Жуковский «Медицинские электронные системы», М. Медицина 1976 стр. 29-65.

5. Лекция №17 «Принципы работы приборов, регистрирующих биопотенциалы»

Дополнительная

1. Теория и проектирование диагностической электронно-медицинской аппаратуры. Учебное пособие. Под общей редакцией проф. В. М. Ахутина Ленинград 1980 с.4-31.

2. Статья «Электрогастроэнтерография» из Википедии .

3. Статья «Электромиография» из Википедии.

Контроль: контрольные вопросы по теме занятия

1. Общая схема получения биомедицинского информации.

2. Электроды. Определение, классификация.

3. Погрешности при регистрации биосигнала.

4. Основные методы регистрации биопотенциалов

5. Схемы наложения электродов применяемые в ЭКГ.

6. Схемы наложения электродов применяемые в ЭЭГ.

7. Электрическая регистрация неэлектрических величин.

8. Датчики. Определение, классификация.

ИП №6 УМС при КазГМА 1

Карагандинский государственный медицинский университет 1

Кафедра медицинской биофизики и информатики 1

КОМПОНЕНТЫ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ 6

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 6

АППАРАТУРА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 6

ДИСПЛЕИ (устройства отображения информации) 7

СТИМУЛЯЦИЯ 7

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА МЕДИЦИНСКОГО ПРИБОРА 7

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕДИЦИНСКОГО ПРИБОРА 7

ДИАПАЗОН 7

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ 8

ТОЧНОСТЬ 8

ЛЕГКОСТЬ КАЛИБРОВКИ 8

СТАБИЛЬНОСТЬ 8

ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН 8

ОТСУТСТВИЕ ШУМОВ И НЕЖЕЛАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ (ПОМЕХ, АРТЕФАКТОВ) 8

УДОБСТВА ДЛЯ ПАЦИЕНТА И ЕГО БЕЗОПАСНОСТЬ 9

МЕДИЦИНСКИЕ ПАРАМЕТРЫ 9

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОДОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ 11

ЭЛЕКТРОДЫ ДЛЯ СНЯТИЯ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОТЕНЦИАЛОВ 13

ЭЛЕКТРОДЫ И СИСТЕМЫ ОТВЕДЕНИЙ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ 16

ОТВЕДЕНИЯ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ 17

ДАТЧИКИ 18

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕЛА 19

ДАТЧИКИ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ДЫХАНИЯ 20

ПОГРЕШНОСТИ УСТРОЙСТВ СЪЕМА ИНФОРМАЦИИ 26

Термин инструмент имеет несколько значений, основное из которых - это орудие, инструмент, прибор. Приборы для измерения длины, массы, давления или какой-либо иной физической величины также являются инструментами

Термин оборудование или аппаратура означает группу приборов или инструментов, применяемых для выполнения специальных действий или функций.

В учреждениях здравоохранения для диагностики и лечения заболеваний пользуются широким набором разнообразных инструментов и приборов. Во многих приборах используются электрические явления. Все вместе они образуют совокупность, получившую название медицинской аппаратуры. В широком смысле медицинская аппаратура включает в себя все типы инструментов и приборов, используемых для различных аспектов клинической медицины и медицинских исследований.

Основной задачей медицинской аппаратуры является измерение физиологических переменных или параметров. Переменная есть некоторая величина, значения которой изменяются в течение времени. Переменная, связанная с физиологическими процессами в организме, называется физиологической. Примерами физиологических показателей является температура тела, электрическая активность сердца, определяемая ЭКГ, артериальное давление, параметры дыхательной активности. Измерение физиологических показателей необходимо и при диагностике заболеваний, и при наблюдении за процессом лечения. В любом случае измеренные значения сравнивают с так называемыми нормальными, полученными при тех же самых измерениях у большого числа здоровых людей.

Чтобы физиологический показатель был полезен при диагностике данного заболевания, его значение должно значительно отличаться от нормального. Важно, чтобы этот показатель можно было легко измерить, метод его измерения должен создавать пациенту минимально возможные неудобства. Одни физиологические показатели, такие как температура тела и пульс, удовлетворяют обоим требованиям и уже давно используются для диагностики, другие, обеспечивающие важную информацию, труднее поддаются измерению и для их изучения необходима сложная электронная аппаратура.

Одни физиологические показатели, такие как масса и температура тела, изменяются относительно медленно, следовательно, их можно измерять не так уж часто. Другие непрерывно и достаточно быстро меняются, и для их измерения и регистрации необходимы приборы, которые достаточно быстро реагируют на эти изменения. Мгновенное значение физиологических показателей, например напряжение электрокардиосигнала, несет мало информации. Чтобы показатель был полезным, его следует регистрировать в течение определенного временного интервала. Запись ЭКГ необходимо производить в течение по крайней мере одного цикла работы сердца. В некоторых случаях клинически важная информация появляется при регистрации весьма редко и физиологический показатель следует регистрировать длительное время, чтобы определить наличие существенных явлений.

Иногда важную для диагностики информацию можно получить только при измерении физиологического показателя с использованием определенной стимуляции. Стимуляция предполагает создание определенных условий или использование специальных средств, таких, например, как глюкоза при проверке восприимчивости пациента к ней, или определенной программы упражнений при записи ЭКГ пациента под нагрузкой. Изменения физиологических показателей при стимуляции пациента являются откликом на стимуляцию.

КОМПОНЕНТЫ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ

Независимо от сложности каждый медицинский прибор для измерения физиологических показателей может быть разделен на три основные части: преобразователь, аппаратура для обработки сигнала и устройство отображения информации или дисплей. Некоторые приборы, кроме того, содержат блоки для формирования и применения стимулирующих воздействий. В некоторых прибоpax эти компоненты выделить легко, в других - функции различных блоков разделить трудно. В последующих разделах мы рассмотрим каждый из этих компонентов и объясним принцип их работы.