2.3. Исследование неэлектрических характеристик организма
Как и в аппаратуре для электрофизиологических исследований, основным источником информации в приборах, аппаратах и системах, исследующих неэлектрические характеристики организма, являются датчики, преобразующие сигналы, отражающие биомедицинскую величину в электрический сигнал, являясь своеобразным интерфейсом между биообъектом и измерительной системой. В зависимости от типа измеряемой величины применяются физические и химические датчики. Физические датчики измеряют геометрические, механические, оптические, термические, гидродинамические и т.д. величины. Химические датчики измеряют состав и концентрацию различных веществ. Технология изготовления биомедицинских датчиков в значительной мере базируется на технологиях микроэлектроники, причем наблюдаются тенденции размещения в одной микросистеме датчиков с элементами предварительной обработки информации, включая контроль работоспособности, калибровку, различные типы компенсаций, микроконтроллеры, каналы коммуникаций и т.д. Примерами промышленных микросистем являются механоэлектрические микросистемы, электрохимические микросистемы, миниатюрные системы комплексного анализа, которые могут оперировать с микропотоками жидкостей и газов, и др.
Подробно техническая реализация датчиков различных типов и назначений рассматривается в курсе «Измерительные преобразователи и электроды». Так же, как и в электрофизиологической аппаратуре, часто сигналы с датчиков не могут непосредственно управлять регистрирующей аппаратурой или передаваться на цифровую обработку. В этом случае к ним подключаются усилители, фильтры, аналого-цифровые преобразователи и т.д. Причем этот набор естественно зависит от регистрируемых параметров и методов исследований. Часть методов исследований предполагает наличие воздействий на биообъект и (или) обязательного управления элементами измерительной аппаратуры, что требует введения в состав проектируемой аппаратуры дополнительных узлов и блоков.
Для удобства дальнейшего рассмотрения вопросов построения этого класса медицинской техники введём понятие измерительного функционального блока (ИФБ), объединяющего в своем составе элементы и узлы, решающие задачи съема и подготовки информации для отображения, регистрации или передачи на дальнейшую цифровую обработку. Для элементов и узлов, формирующих управляющие команды для ИФБ, введем понятие управляющего функционального блока (УФБ), а для элементов и узлов, формирующих сигналы воздействия на биообъект, - понятие функционального блока воздействия (ФБВ).
Тогда обобщенна структурная схема одноканального измерительного медицинского прибора с регистратором, без ФБВ и без применения средств вычислительной техники будет иметь вид, приведенный на рисунке 3.5, а.
На рисунке 3.5 б приведен вариант медицинского прибора с ФБВ. В этих схемах информация с биообъекта (БО), проходя через ИФБ, регистрируется блоком отображения информации (БОИ), в качестве которого может выступать графический регистратор, матричный или графический жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) и т.д. В варианте использования ЖКИ ИБФ должен содержать элементы управления выбранным типом индикатора.
Рис. 3.5 Варианты обобщенных структурных схем автономных медицинских измерительных приборов
В простейших случаях УФБ реализует функции включения прибора, выбора коэффициента усиления, выбора масштаба и скорости отображения данных и т.д. В более сложных системах УФБ может управлять работой компрессора измерителя давления, задавать режимы работы и т.д. УФБ дополнительно управляет работой ФБВ и при необходимости обеспечивает согласованную работу ИФБ и УФБ. При необходимости подключения вычислительных ресурсов для управления, обработки и отображения медицинской информации решается вопрос о необходимых мощностях привлекаемых средств с учетом ограничений на быстродействие, массогабаритные характеристики, стоимость, количество регистрируемых параметров, предпочтительные варианты отображения информации и т.д.