Практическое занятие Ср3 (для студента)

Тема занятия

Системы обработки медико-биологической информации

Цели и задачи

Теоретически изучить системы обработки МБИ, их назначение и классификацию, устройство и принцип действия, основные метрологические характеристики.

Основные понятия

1. Современные требования к системам обработки.

2. Подходы к обработке МБИ.

3. Схему аналогового интегратора для оценки суммарной электрической актив­ности нейтрона.

4. Устройство и принцип работы частотных анализаторов.

Вопросы к занятию

1. Приведите классификацию специальных методов анализа. В чем заключается метод суперпозиции?

2. Какие преимущества прибора, работающего в масштабе реального времени?

3. Что такое интеграторы? На чем основана их работа?

4. Что такое амплитудно-частотная характеристика фильтра? Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику полосового фильтра. Укажите границы частоты на уровне ослабления 3 дб, 6 дб, 30 дб.

5. Нарисуйте схему аналогового интегратора и поясните его работу. Что такое период интегрирования?

6. Что такое амплитудно-частотная характеристика фильтра? Нарисуйте амплитудно-частотную характеристику полосового фильтра. Укажите границы частоты на уровне ослабления 3 дб, 6 дб, 30 дб.

7. Что понимают под обработкой медицинской информации?

8. Что такое режекторный фильтр? Нарисуйте частотную характеристику режекторного фильтра.

9. Какие преимущества прибора, работающего в масштабе реального времени?

10. Что такое полосовой фильтр? Какова его конструкция? Нарисуйте частотную характеристику затухания полосового фильтра.

11. Какие существуют подходы к обработке медицинской информации? Их преимущества и недостатки.

12. Что такое фильтр нижних частот? Нарисуйте частотную характеристику затухания фильтра нижних частот.

Методические указания (рекомендации)

Обработка медицинской информации - выделение некоторых важных инте­ресующих исследователя или потребителя параметров (элементов), в результате чего информация предстаёт в концентрированном и наглядном виде.

Современные требования к системам обработки:

1. Наглядность обработанной информации.

2. Оперативность обработки медицинской информации.

3. Необходимо, чтобы информация была представлена в концентриро­ванном виде.

4. Выбирать ведущие параметры.

5. Для прогнозирования состояния больного нужна функция, а не просто набор параметров.

Подходы к обработке мби:

При обработке медицинской информации возможно три подхода:

1. Одновременно записывать и обрабатывать.

2. Вначале записать информацию, потом обработать.

3. Прибор должен давать информацию в уже обработанном виде.

В связи с этими подходами, различают три способа обработки информации:

1. Визуальный способ обработки, когда информацию рассматривают на экране дисплея (осциллографа). Недостатком такого способа является то, что при этом можно увидеть только грубую патологию, т.е. при этом достигается только качественная обработка информации.

2. Ручной (безмашинный) способ обработки. Диагностический прибор при этом не работает в масштабе ре­ального времени, так как информация сначала записывается, а потом вручную обрабатывается, но врач при этом может выбрать любой интересующий его параметр. Параметр, причём с любой точностью. Эта ра­бота трудоемка и продолжительна, индивидуальна и субъективна.

3. Автоматический метод обработки. В этом случае прибор работает в масш­табе реального времени, так как врач получает сразу же обработанную информацию.

Различают три вида методов автоматической обработки:

1. Амплитудные;

2. Частотные;

3. Специальные.

Амплитудным способом обрабатывают информацию интеграторы. Данный способ применяется в тех случаях, когда необходимо составить общее впечатление об исследуемом процессе по его част­ным признакам.

Органы и ткани создают биопотенциалы. Суммарная электрическая активность органа или ткани - это количество электри­чества (Q), проходящее через отводящие электроды при регистрации данного вида биоэлектрического сигнала. Пусть Z - импеданс ткани (полное сопротивление ткани по переменному току). Между электродами, приложенными к исследуемому органу (или к коже в области исследуемого органа), создается напряжение, которое является функцией времени: U=f(t).

В этом случае dQ = I ^. dt; По закону Ома I =U/Z= f(t)/Z.

Тогда dQ = f(t)/Z ^. dt; Q =₀ ^ f(t)/Z ^. dt = 1/Z ₀^ f(t)dt, где - период интегрирования (промежуток времени, в течении которого накапливается информация об электрической активности изучаемого органа).

Схема аналогового интегратора для оценки суммарной электрической актив­ности нейтрона

Основной частью интегратора является накопитель. В электрических схемах в качестве накопителя электрического заряда обычно используется конденсатор (электроёмкость).

Рассмотрим блок схему такого интегратора:

Uвх ----> Детектор ---- Накопитель ----> U вых

Входное напряжение подаётся на детектор, который обладает односторонней проводимостью и поэтому отрезает отрицательные полуволны входного напряжения. Накопитель накапливает электрический заряд и в виде выходного напряжения подаёт информацию о величине заряда на следующий блок диагностического прибора, обычно устройство отображения или регистрации информации.

Ниже приведена принципиальная схема аналогового интегратора.

^{А В Д}

D R

U_вх C R_вх.УОР U_вых

Если применить данный интегратор для обработки электрической активности нейрона, то:

Принцип действия: Конденсатор С постоянно заряжается через резистор R и постоянно разряжается через сопротивление входа регистрирующего прибора (R_вх.УОР). При определенном подборе С и R U_вых оказывается прямо пропор­циональным частоте входного сигнала, поэтому регистрирующий при­бор можно проградуировать в единицах числа импульсов в секунду, то есть в Гц.

Устройство очень простое, однако информация выдается в ана­логовом виде, ее трудно считывать, если частота импульсов не постоянна.

ДИСКРЕТНЫЙ ИНТЕГРАТОР

Рассмотрим блок-схему дискретного интегратора:

Uвх ---> Детектор ---> Накопитель <--- Схема

управления

УОР

Входное напряжение через детектор попадает на накопитель, который накапливает величину электрического заряда за определённый промежуток времени (период интегрирования), который задаётся схемой управления, и далее в виде выходного напряжения подаётся на устройство отображения или регистрации (УОР).

Рассмотрим принципиальную схему дискретного интегратора:

^{А В КР Д}

D R

U_вх C R_вх.УОР U_вых

КР - контакты реле.

Принцип действия такого интегратора заключается в следующем: Входное напряжение от источника биопотенциалов через детектор подаётся на интегрирующую ячейку, состоящую из резистора R и конденсатора С. Но при этом конденсатор заряжается только в течении времени, задаваемого схемой управления, которая и задаёт этот промежуток времени (период интегрирования). Схема управления управляет работой контактов реле (КР), которые обычно находятся в нормально замкнутом состоянии, при котором происходит заряд конденсатора. При срабатывании реле контакты реле отключают конденсатор от входной цепи и подключают его к УОР, в результате чего конденсатор разряжается через R_{вх. УОР}, т.е. происходит считывание информации.

Если применить данный интегратор для обработки электрической активности нейрона, то:

Достоинством такого интегратора является то, что информация считывается за строго определенное время (период интегрирования), задаваемое схемой управления, и выдается дискретно в виде сту­пеньки, амплитуда которой определяет электрическую активность органа за период интегрирования. Обработанная таким образом информация может не­посредственно вводиться в ЭВМ.