Агаханян Електронные устройства в медицинских приборах 2010
.pdfНа последней стадии ПЭТ-система суммирует все линии ответов от пар соответствующих детекторов, зарегистрированные за время записи, и производит реконструкцию изображения, представляющего собой псевдотрехмерное разделенное на параллельные плоскости колец датчиков среза изображение накопления трейсера. Толщина среза, а также минимальная величина элементарной точки изображения определяется геометрическими размерами и плотностью упаковки датчиков ПЭТ-камеры.
Все эти функции по регистрации и реконструированию изображения реализуются специальными блоками томографа.
Блок датчиков для приема гамма-квантов представляет собой ПЭТ-камеру, в которой помещены от 2 до 8 колец с детекторами, общее число детекторов в кольцах колеблется от 500 до нескольких тысяч.
Блок предварительной обработки сигналов считывает сигна-
лы с блока датчиков и делает предварительную обработку поступившей информации. Этот блок включает в себя две группы плат. Одна группа плат осуществляет считывание сигналов с каналов блока датчиков и (при наличии события) выставляет его адрес на соответствующую плату второй группы, которая реализует микропрограммное управление через интерфейс для составления протоколов записи начальных условий, чтения и тестирования всех плат первой группы.
Блок сигнальной обработки осуществляет полную сигнальную обработку поступивших данных и передает результаты на компьютер для коррекции и отображения информации. Этот блок подключается к блоку предварительной обработки через интерфейс.
Блок представления и окончательной обработки представля-
ет собой персональный компьютер с необходимым программным обеспечением для обработки информации, полученной с блока сигнальной обработки. В его функции входят:
представление информации в удобной для анализа форме;
окончательная обработка поступившей информации;
управление процессом считывания информации с блока сигнальной обработки;
471
тестирование всех плат блока сигнальной обработки. Отметим, что при создании банка данных на основании заклю-
чения медицинских экспертов компьютер можно использовать для предварительной диагностики.
ПЭТ успешно применяется для диагностики в различных областях медицины, таких, как онкология, кардиология, неврология, позволяя диагностировать опухоли внутренних органов (легких, молочных желез), рак, эпилепсию. Причем важнейшим преимуществом ПЭТ по сравнению с другими видами радионуклидной диагностики являются более низкая лучевая нагрузка на пациента и, в связи с этим, возможность проведения повторных исследований через короткий промежуток времени для получения абсолютных количественных характеристик поведения меченого соединения в организме. Радиофармпрепараты, используемые в ПЭТ, находят все более широкое применение в клинической практике и обладают заметно большей чувствительностью и специфичностью, чем классические препараты ядерной медицины.
Применение магниторезонансной, компьютерной и позитронноэмиссионной томографии позволяет получить срезы органов в различных плоскостях, что дает уникальную диагностическую информацию и способствует правильному установлению диагноза и выбору тактики лечения больных.
Контрольные вопросы
1.Основные направления развития компьютерных и электронных медицинских систем?
2.Что такое телемедицина?
3.Типовой состав программно-аппаратного комплекса для медицинской диагностики?
4.Технические характеристики АСОИЗ?
5.Из каких основных устройств состоит автоматизированная система обработки изображений для микроскопических исследований?
6.Какие функции выполняет согласующий модуль между микроскопом и камерой?
7.Какие основные типы камер применяются в компьютерных системах гистологической диагностики?
472
8.Назовите три основные типа аналоговых видеосигналов, получаемых на выходе телекамер.
9.На какие характеристики камеры нужно обращать внимание при ее выборе для компьютерной системы гистологической диагностики?
10.Дайте сравнительную оценку цифровых и аналоговых камер по основным характеристикам.
11.Какие функции выполняет устройство сопряжения телекамеры и ЭВМ?
12.Нарисуйте структурную схему системы АТЛАНТ-МАКРО.
13.Нарисуйте структурную схему системы АТЛАНТ-МИКРО.
14.Перечислите совокупность обеспечивающих подсистем АСОИЗ.
15.Нарисуйте структурную схему телемедицинской сети Росатома- ФМБА-МИФИ.
Литература к части 3
1.Компьютерные системы гистологической диагностики: Учебное пособие/В.Н. Михайлов, Г.Г. Автандилов, Е.Ю. Бердникович, А.В. Виноградов, И.А. Воробьев, В.Г. Никитаев, А.Н. Проничев и др. – М.: МИФИ, 2002.
2.Долганов Е.Е., Королев В.А., Стаханов М.Л. Лазерная реканализа-
ция опухолей, сужающих просвет пищеварительного тракта//Лазерная медицина, 2001. № 1.
3.Мазохин В.Н., Гельвич Э.А. Современное состояние и перспективы применения электромагнитной гипертермии в медицинской практике//Биомедицинская радиоэлектроника, 2000. № 11.
4.Намерштайн Дж. Word 6.0 /Пер. с англ. – М.: Международные отношения, 1995.
5.Герасевич В.А. Компьютер для врача. – С.-Пб.: БХВ, 2002.
6.Дехтярь Г.Я. Электрокардиографическая диагностика. – М.: Меди-
цина, 1972.
7.Джонс М.Х. Электроника: практический курс /Пер. с англ. – М.: Постмаркет, 1999.
8.Мурашко В.В., Струтынский А.В. Электрокардиография. – М.: МЕДпресс, 1998.
9.Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы. – М.: Энергоатомиздат,
1983.
10.Компьютерные системы гематологической диагностики. Введение./ В.Г. Никитаев, И.А. Воробьев, В.Н. Блиндарь, Е.Ю. Бердникович,
473
В.И. Голоденко, С.М. Зайцев, Г.Н. Зубрихина, В.В. Комаров, И.И. Матвеева, А.Н. Проничев, А.К. Погорелов, И.Б. Сущенко, Д.В. Харазишвили, К.С. Чистов, Ж.В. Чуракова, Е.В. Шеваль, В.И. Широкова. – М.: ФГУП “ЦНИИАТОМИНФОРМ”, 2006.
11.Лабораторный практикум “Системы баз данных в телемедицинских технологиях”: Уч.пособие / В.В. Уйба, Л.Н. Бежина, В.Г. Никитаев, О.С. Цека, Ю.Д. Голубев, А.М. Епанешников, Е.Ю. Бердникович, М.Г. Левадная, Н.Н. Петровичев, И.П. Шабалова, Е.А. Петухова, А.Н. Проничев, К.С. Чистов, М.А. Чистяков, В.М. Братчиков, Л.Л. Голубева, О.Г. Коваленко, Н.С. Таврина. – М.: МИФИ, 2006.
12.Ультразвук в медицине: теория и применение: Учебное пособие/ В.В. Уйба, Л.Н. Бежина, В.Н. Михайлов, Г.Н. Матвеев, О.С. Цека, А.Н. Алексеев, Н.А. Дойниченко, Т.В. Крутова, В.Г. Никитаев, А.Н. Проничев, П.В. Стручков. – М.: МИФИ, 2006.
13.Белопольский В.М. Основы аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования: учебное пособие. – М.: МИФИ, 2007.
14.Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. – М.: Техносфера, 2006.
15.Медицинская информатика: Учебное пособие/ В.И.Чернов и др. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2007.
16.Улин С.Е., Михайлов В.Н., Никитаев В.Г., Алексеев А.Н., Кирил- лов-Угрюмов В.Г., Сергеев Ф.М. Физические методы медицинской интроскопии: Уч. пособие. – М.: МИФИ, 2009.
474
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Предисловие ......................................................................................... |
3 |
Часть 1. Элементы электронных устройств |
|
1. Электронные усилители .................................................................. |
5 |
1.1. Характеристики электронных усилителей ............................ |
5 |
1.2. Биполярные и униполярные транзисторы.............................. |
13 |
1.3. Транзисторные каскады .......................................................... |
16 |
1.4. Интегральные операционные усилители .............................. |
21 |
1.5. Реализация аналоговых устройств на ИОУ |
|
с применением обратных связей ............................................ |
24 |
1.6. Интегральные компараторы напряжений ............................. |
30 |
Контрольные вопросы .................................................................... |
32 |
2. Цифровые устройства ...................................................................... |
33 |
2.1. Основные характеристики электронных ключей............... |
33 |
2.2. Электронные ключи на биполярных транзисторах ............ |
37 |
2.3. Электронные ключи на униполярных транзисторах ........... |
46 |
2.4. Основные параметры и классификация |
|
логических интегральных схем .............................................. |
52 |
2.5. Транзисторно-транзисторные логические микросхемы ..... |
55 |
2.6. Логические микросхемы на переключателях |
|
тока с объединенными эмиттерами ....................................... |
59 |
2.7. Логические микросхемы на МДП-транзисторах ................. |
64 |
Контрольные вопросы ......................................................................... |
70 |
Часть 2. Электронные устройства на интегральных |
|
микросхемах |
|
3. Электронные усилители на интегральных |
|
операционных усилителях............................................................... |
72 |
3.1. Применение интегральных операционных |
|
усилителей в аналоговых устройствах .................................. |
72 |
3.2. Помехи и шумы в электронных усилителях |
|
и количественное описание шумовых сигналов ................... |
81 |
3.2.1. Физические источники шумов ..................................... |
85 |
3.2.2. Шумовые показатели качества усилителей.................. |
89 |
3.2.3. Малошумящие усилители ............................................. |
92 |
3.3. Усилители постоянных сигналов .......................................... |
96 |
|
475 |
3.3.1. Назначение и принципы построения |
|
усилителей постоянных сигналов ................................. |
96 |
3.3.2. Интегральный операционный усилитель – |
|
современный усилитель прямого усиления .................. |
98 |
3.3.3. Усилители постоянных сигналов с преоб- |
|
разованием сигнала ........................................................ |
102 |
3.4. Усилители – активные фильтры ............................................ |
106 |
3.4.1. Активные RC-фильтры низких частот ......................... |
108 |
3.4.2. Активные RC-фильтры верхних частот ....................... |
116 |
3.5. Избирательные усилители ..................................................... |
117 |
3.5.1. Назначение и основные характеристики |
|
избирательных усилителей ............................................ |
117 |
3.5.2. Резонансные усилители ................................................. |
120 |
3.5.3. Полосовые усилители .................................................... |
138 |
3.6. Импульсные усилители .......................................................... |
145 |
3.6.1. Назначение и основные параметры |
|
импульсных усилителей ................................................. |
145 |
3.6.2. Особенности выходных усилителей ............................ |
148 |
3.6.3. Импульсные усилители с потенциальным |
|
выходом ........................................................................... |
150 |
3.6.4. Импульсные усилители с токовым выходом .............. |
153 |
3.6.5. Промежуточные усилители импульсов ....................... |
158 |
3.7. Широкополосные усилители ................................................. |
181 |
3.7.1. Назначение и основные параметры |
|
широкополосных усилителей......................................... |
181 |
3.7.2. Практическая реализация широкополосных |
|
усилителей ....................................................................... |
184 |
3.8. Усилители мощности ............................................................. |
187 |
3.8.1. Назначение и особенности усилителей мощности .... |
187 |
3.8.2. Режимы работы УМ и схемы включения |
|
транзисторов ................................................................... |
188 |
3.8.3. Трансформаторные усилители мощности ................... |
193 |
3.8.4. Бестрансформаторные усилители |
|
мощности.......................................................................... |
197 |
3.8.5. Искажения сигналов в усилителях мощности ............. |
199 |
Контрольные вопросы.................................................................... |
201 |
4. Источники питания ........................................................................... |
202 |
4.1. Первичные и вторичные источники питания ....................... |
202 |
4.2. Выпрямители .......................................................................... |
207 |
4.2.1. Выпрямители на полупроводниковых диодах............. |
207 |
476
4.2.2. Тиристорные управляемые выпрямители ................... |
220 |
4.2.3. Выпрямители с преобразованием напряжения .......... |
222 |
4.3. Сглаживающие фильтры ....................................................... |
225 |
4.3.1. Пассивные фильтры ...................................................... |
225 |
4.3.2. Активные фильтры ........................................................ |
229 |
4.4. Стабилизаторы напряжения и тока, |
|
классификация и основные параметры ................................ |
231 |
4.4.1. Параметрические стабилизаторы ................................. |
233 |
4.4.2. Компенсационные стабилизаторы напряжения |
|
непрерывного регулирования ....................................... |
238 |
4.4.3. Ключевые стабилизаторы напряжения ........................ |
249 |
Контрольные вопросы ................................................................... |
252 |
5. Триггеры и триггерные системы ..................................................... |
253 |
5.1. Режим работы триггеров и основные характеристики ....... |
253 |
5.2. Триггерные системы и их классификация ........................... |
268 |
5.3. Триггеры на элементах ТТЛ .................................................. |
276 |
5.4. Триггеры на переключателях тока |
|
с объединенными эмиттерами ................................................ |
281 |
5.5. Триггеры на МДП-транзисторах ........................................... |
284 |
5.6. Триггеры на интегральных инжекционных |
|
логических элементах ............................................................. |
291 |
5.7. Несимметричные триггеры .................................................... |
294 |
Контрольные вопросы ................................................................... |
300 |
6. Нелинейные преобразователи импульсных сигналов ................... |
301 |
6.1. Ограничители амплитуды импульсов .................................. |
301 |
6.1.1. Назначение и основные параметры |
|
ограничителей амплитуды импульсов......................... |
301 |
6.1.2. Диодные ограничители ................................................ |
304 |
6.1.3. Усилители-ограничители на биполярных |
|
транзисторах .................................................................. |
317 |
6.1.4. Ограничители амплитуды сигналов на ИОУ, |
|
ИКН, логических элементах и триггерах .................... |
321 |
6.2. Усилители – формирователи коротких импульсов............. |
322 |
6.2.1. Назначение и параметры усилителей-фор- |
|
мирователей коротких импульсов ............................... |
322 |
6.2.2. Формирователи коротких импульсов |
|
с дифференцирующими цепями................................... |
324 |
6.2.3. Формирователи коротких импульсов на ИМС........... |
329 |
6.3. Усилители – расширители импульсов .................................. |
332 |
|
477 |
6.3.1. Назначение и параметры усилителей – |
|
расширителей импульсов ............................................. |
332 |
6.3.2. Усилители – расширители импульсов |
|
с емкостным контуром ................................................. |
334 |
6.3.3. Усилители – расширители импульсов |
|
с накоплением заряда .................................................... |
336 |
6.3.4. Усилители-расширители на интегральных |
|
логических элементах ................................................... |
339 |
Контрольные вопросы ................................................................... |
341 |
7. Релаксационные устройства на интегральных |
|
микросхемах ...................................................................................... |
342 |
7.1. Назначение, режимы работы и основные |
|
параметры релаксационных устройств ................................. |
342 |
7.2. Монолитные и гибридные релаксационные ИМС.............. |
344 |
7.3. Релаксационные устройства на основе |
|
интегральных операционных усилителей, |
|
компараторов напряжений и таймеров .................................. |
351 |
7.4. Релаксационные устройства на основе |
|
интегральных логических элементов .................................... |
362 |
7.5. Формирователи и генераторы импульсов |
|
линейно-изменяющейся формы ............................................. |
364 |
7.5.1. Формирователи и генераторы импульсов |
|
линейно-изменяющегося напряжения ......................... |
365 |
7.5.2. Формирователи и генераторы |
|
линейно-изменяющегося тока....................................... |
376 |
Контрольные вопросы ................................................................... |
379 |
8. Большие интегральные системы и микропроцессоры.................... |
380 |
8.1. Большие интегральные системы и особенности |
|
их схемотехники ...................................................................... |
380 |
8.2. Регистры .................................................................................. |
385 |
8.3. Счетчики ................................................................................. |
392 |
8.4. Арифметико-логические устройства .................................... |
400 |
8.5. Полупроводниковые запоминающие устройства................. |
406 |
8.5.1. Классификация и основные параметры |
|
микросхем памяти ......................................................... |
406 |
8.5.2. Оперативные запоминающие устройства .................. |
408 |
8.5.3. Постоянные запоминающие устройства ................... |
417 |
8.6. Микропроцессоры .................................................................. |
419 |
8.6.1. Универсальные микропроцессоры |
|
с фиксированной разрядностью ................................... |
422 |
478
8.6.2. Микропроцессорные системы |
|
с наращиваемой разрядностью .................................. |
429 |
8.7. Аналого-цифровые преобразователи ................................. |
433 |
Контрольные вопросы ............................................................... |
435 |
Литература к частям 1 и 2................................................................. |
436 |
Часть 3. Компьютерные системы |
|
и электронные приборы медицинской диагностики |
|
9. Компьютерные системы медицинской диагностики..................... |
437 |
9.1. Назначение компьютерных систем |
|
медицинской диагностики..................................................... |
437 |
9.2. Архитектура автоматизированных систем обработки |
|
изображений для медицинских исследований..................... |
440 |
9.3. Компьютерные системы гистологической диагностики ..... |
449 |
9.3.1. Компьютерная система макроскопического |
|
анализа АТЛАНТ-МАКРО ........................................... |
451 |
9.3.2. Компьютерная система микроскопического |
|
анализа АТЛАНТ-МИКРО ........................................... |
453 |
9.3.3. Телемедицинская компьютерная сеть АТЛАНТ ....... |
455 |
9.3.4. Компьютерный офтальмологический |
|
комплекс АТЛАНТ-RETINA ....................................... |
459 |
9.4. Электронные приборы медицинской диагностики .......... |
460 |
9.4.1. Электрокардиографы ................................................. |
460 |
9.4.2. Энцефалографы ......................................................... |
465 |
9.4.3. Томографы ................................................................. |
469 |
Контрольные вопросы ........................................................................ |
472 |
Литература к части 3 ........................................................................... |
473 |
479
Агаханян Татевос Мамиконович
Никитаев Валентин Григорьевич
ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА В МЕДИЦИНСКИХ ПРИБОРАХ
Учебное пособие
Редактор Е. Н. Кочубей
Макет подготовлен Е. Н. Кочубей
Подписано в печать 11.01.2010. Формат 60×84 1/16. Изд. № 026-1. П.л. 30,0. Тираж 200 экз. Заказ № 1.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ». 115409, Москва, Каширское шоссе, 31