Усилитель

Визуализация биопотенциалов мышц и нервов возможна на экране катодно-лучевой трубки. Однако для осциллоскопа необходим сигнал с величиной, измеряемой в вольтах, а амплитуда ЭНМГ сигналов в тысячи и миллион раз меньше. Усилитель электромиографа позволяет низкоамплитудные регистрируемые сигналы, измеряемые в микровольтах, усилить в 1000-1000000 раз. Этот процесс осуществляется в несколько этапов. Первый этап - это предусиление, которое позволяет усилить сигнал в 500 раз. На последующих этапах сигнал усиливается в 2-2000 раз. Имеется возможность регулировать коэффициент усиления с лицевой панели ЭНМГ или с клавиатуры компьютера путем изменения так называемого уровня чувствительности с 0.5 мкВ/деление (мкВ/дел) до 20 мВ/дел. Канал усилителя может находиться в 3 состояниях: включенном (режим измерения – «measure»); выключенном (режим – «Gnd»), когда в схеме усилителя входные контакты закорачиваются (соединяются между собой и заземляющим электродом); тестирующем (режим – «Cal»), когда в схеме усилителя на входы подается тестовый калибровочный сигнал прямоугольной формы величиной 10 или 100 мкВ. Величина калибровочного сигнала проверяется на дисплее по соответствию с выставленной чувствительностью усилителей, например, при чувствительности 5 мкВ/дел калибровочный сигнал в 10 мкВ будет занимать высоту, равную 2 делениям. В режиме «Gnd», когда входы усилителя закорочены и внешние сигналы на них не поступают, при выставленной на усилителях максимальной чувствительности (0,5 мкВ/дел или 1 мкВ/дел.) на экране можно увидеть низкоамплитудный высокочастотный сигнал - шум усилителя, который в качественных усилителях не должен превышать 0,6-1,0 мкВ. Высокий коэффициент усиления современных усилителей (1:1000000) приводит не только к усилению необходимого регистрируемого сигнала, но и к значительному усилению наводящих токов. Источником таких наводок наиболее часто являются переменные потенциалы сети 50 Гц, которые значительно превышают уровень биопотенциалов. Подавлять такие сигналы позволяют дифференциальные усилители, т.е. усилители с симметричным входом. Использование дифференциальных усилителей позволяет проводить регистрацию ЭНМГ вне экранированной камеры у постели больного. По сравнению с усилителями с несимметричным входом, где измерялось колебание между исследуемым потенциалом и нулевым потенциалом земли, дифференциальный усилитель измеряет разность потенциалов между двумя электродами (активным и референтным), которые соединены с первым и вторым входом усилителя. В этом случае наводящие потенциалы симметрично будут поступать на оба входа усилителя и нейтрализовываться в схеме усилителя за счет инвертирования сигнала в противофазу с одного из входов усилителя. Такая способность усилителя подавлять симметричный сигнал получила название режекции и измеряется она коэффициентом режекции. Коэффициент режекции должен превышать 100000. Это значит, что усилитель в сто тысяч раз больше усиливает полезный сигнал, чем сигнал помехи. Чтобы регистрировать биопотенциалы без искажения и частичной потери сигнала, усилители имеют большое входное сопротивление предусилителя (100-200 Мом), которое должно значительно превышать межэлектродное сопротивление, составляющее около 50 КОм. Проверку межэлектродного сопротивления в электромиографах позволяет осуществить специальное тестирующее устройство. Показатели межэлектродного сопротивления 1, 2, 5, 10, 20 и 50 КОм допустимы для проведения исследования. При межэлектродном сопротивлении выше 50 КОм амплитуда зарегистрированного потенциала будет меньше реального значения, кроме того, появятся или значительно возрастут помехи (наводка 50 Гц). Усилитель электромиографа является широкополосным усилителем, т.е. способен усиливать потенциалы в диапазоне от 0,5 Гц до 20000 Гц (20 КГц). Регулируют полосу пропускания частот усилителя фильтры высоких и низких частот. Сужение полосы пропускания частот усилителя за счет ограничения высоких частот (до 5, 2, 1 КГц) приводит к снижению амплитуды высокочастотных сигналов или их исчезновению (рис. 41).

Рис. 41. Эффект влияния различного частотного диапазона фильтров усилителя на амплитуду, длительность и форму ПДЕ (По C.Bischoff et al., 1999. Адаптировано).a – стандартный частотный диапазон усилителя не искажает сигнал,b – урезание низкочастотной части диапазона усилителя сглаживает медленносоставляющие компоненты сигнала,c – урезание высокочастотной части диапазона усилителя снижает амплитуду сигнала.

Расширение частотного диапазона за счет высоких частот (до 20 КГц) приводит к увеличению высокочастотных помех (шума). Ограничение низких частот усилителя до 20, 50,100 Гц, деформирует форму сигнала (рис. 41b), а чрезмерное расширение до 1,0; 0,5 Гц приводит к неустойчивости изолинии, что искажает потенциалы. Для каждой методики используется свой диапазон частот, который в компьютерном электромиографе выставляется автоматически (в режиме по умолчанию – default) в зависимости от выбранного протокола исследования. Так, при регистрации глобальной ЭМГ граничную нижнюю частоту выставляются на значении 5 Гц, а верхнюю – на 2 КГц. Рекомендуемые Международной федерацией клинической нейрофизиологии параметры фильтров приведены в таблице 10. Кроме ограничения полосы пропускания частот с верхней и нижней стороны, в усилителях имеется возможность ограничивать прохождение частоты 50 Гц – частоты бытовой и промышленной электросети (60 Гц на территории США). При значительной наводке 50 Гц необходимо включить режекторный фильтр. Это уменьшает помеху, однако может искажать потенциалы и составляющие сигналы с длиной волны 20 мс, поэтому в ряде методик (например, игольчатой ЭМГ) включение режекторного фильтра запрещается (отключается в режиме по умолчанию). В усилительном блоке могут располагаться несколько каналов усиления в точном соответствии с числом каналов электромиографа. Количество каналов в современных электромиографах может быть от 1 до 8. Характеристики чувствительности усилителя, полосы пропускания частот можно устанавливать на разных каналах разные или одинаковые – в зависимости от методики исследования. Во входном гнезде каждого канала усилителя имеются 2 входных контакта (первый и второй). Их нумерация жестко закреплена: активный электрод должен подсоединяться к первому контакту, а референтный - ко второму. Это позволяет получать на экране негативную фазу потенциалов всегда с отклонением вверх от изолинии, а позитивную вниз от изолинии.