2.2. Аппараты для электрофизиологических исследований.

Характерной особенностью аппаратуры для электрофизиологических исследований является то, что она ориентирована на исследование электрических явлений, порождаемых организмом в процессе его жизнедеятельности. Электрические процессы, протекающие в биообъектах, проявляются в изменении как пассивных электрических свойств биологических тканей, органов и систем — импеданса, проводимости, емкости, диэлектрической проницаемости, так и активных - величин и параметров биоэлектрических потенциалов, связанных с процессами жизнедеятельности.

Существующие медицинские аппараты, приборы, системы и комплексы в зависимости от решаемых ими задач используют в качестве исходной информации все перечисленные электрические характеристики биообъектов с дальнейшей их обработкой, целью которой является такое преобразование информации, чтобы она могла интерпретироваться специалистами предметной области как соответствующая диагностическая информация.

Несмотря на большое разнообразие методов и технических средств, используемых в медицине для проведения электрофизиологических исследований, все они построены в основном по трем типовым структурам, в которых одной из основных частей является система отведений (СО). Она позволяет подключить биологический объект к техническому средству через систему электродов (СЭ), привязанную, как правило, к определенным анатомическим точкам на теле человека. СО используется для получения электрических сигналов несущих информацию об исследуемых про­цессах в биологическом объекте (БО) (рис. 3.4) [7].

При этом способ получения информативного сигнала для разных групп электрофизиологических методов различен. Различна и роль электродов в этом процессе. Так, при регистрации биопотенциалов электроды накладываются на точки тела, где электрическая активность максимальна или имеет особенности, регистрация которых позволяет осуществлять диагностику, поэтому они как бы «снимают» сигнал с биологического объекта, т.е. являются измерительными (некоторые из них могут быть индеферентными) (рис.3.4.а).

Рис. 3.4. Обобщенная схема электрофизиологических исследований

При регистрации биопотенциалов измерительные электроды подключаются к устройствам первичной обработки (УПО), содержащим усилительный канал (УК) электрофизиологического прибора или комплекса, основные проблемы проектирования которого связаны с разработкой, так называемых усилителей биопотенциалов (УБП). Схемотехническое решение этого узла зависит от характеристик регистрируемого сигнала, места нахождения электрода и его взаимодействия с другими электродами «отведения». Именно в обеспечении необходимого контакта биологического объекта с электродом, который является входным элементом усилителя, связаны многие технические проблемы проектирования входных цепей усилительных узлов этого вида медицинской аппаратуры. Например, для регистрации биопотенциалов сердца (электрокардиография) на пары электродов накладываются одинаковые по величине помехи для устранения, которые используют дифференциальные усилители, реализующие операции типа:

, (3.1)

где К_У – коэффициент усиления усилителя, U_вх1 и U_вх2 – показания, снимаемые с первого и второго электродов. Одинаковые входные помехи электродов вычитаются, и их составляющая становится почти равной нулю, в то время как полезный сигнал усиливается. Кроме этого в УПО могут быть реализованы дополнительные функции защиты от перегрузок, ослабления (фильтрации) помех попадающих на электроды тем же путем, что и полезный сигнал, индикацию отрыва электродов от биообъекта, преобразование аналогового сигнала в цифровой код, если дальнейшая обработка сигналов осуществляется цифровым устройством (микропроцессоры, микроконтроллеры, ПЭВМ) и т.д. Для преобразования электрических сигналов в информацию понятную врачам в схему включается вычислительный блок (ВБ), а отражение информации в виде цифр, других символов и графиков осуществляет блок отображения информации. Он может быть электронным или с бумажным носителем. Во многих случаях между электродами и ВБ ставят блоки гальванической развязки, обеспечивающие обеспечивающий электрический разрыв цепи пациент - электрически опасная (в основном при неисправностях) часть медицинского прибора. Это тоже функция УПО. При выполнении импедансных, электроемкостных и некоторых других видах исследований к биообъекту необходимо подводить измерительный ток. Для этого в схему соответствующих приборов включаются токовые электроды (ТЭ) и источники напряжения (ИН) рис. 3.4.б.

В ряде случаев для этой группы технических средств между измерительными электродами (ИЭ) и усилительным узлом дополнительно включаются измерительные преобразователи электрического параметра (ИПЭП), осуществляющие преобразование пассивного электрического параметра (ЭП) объекта исследования (например, активного сопротивления, полного электрического сопротивления, электрического заряда, диэлектрической проницаемости и т.п.) в электрическое напряжение, которое подвергается дальнейшей обработке. Тип преобразователя определяется техническими приемами реализации соответствующего метода.

Для группы методов электроемкостной регистрации электроды сами образуют измерительный преобразователь электрического параметра генераторного типа (ИПЭП-ГТ) (рис. 3.4,в). Измерительные электроды в таком преобразователе используются как обкладки конденсатора С_П, включенного в колебательный контур (КК), который входит в генератор (Г) высокочастотного сигнала. В этом случае сигнал с колебательного контура U_КК должен быть усилен до соответствующего уровня с помощью полосовых усилителей (ПУ). Основная функция этого усилителя пропустить полезный сигнал и подавлять сигнал частоты, на которой работает генератор Г.