Биофизические сигналы

 

Исследуемая система и метод исследования	Диапазон и характеристики первичных сигналов датчиков
Сердечно -	сосудистая система
1. кровяное давление (прямой метод)	Обычно f до 60 Гц, fмах до 200 Гц Давление: артериальное - 40÷200 мм рт. ст. венозное - 0÷15 мм рт. ст.
2. кровяное давление (косвенный метод)	Аускулятивный метод (метод Короткова) f=30÷150 Гц. Давление: 120 мм /80мм Пальпаторные критерии: 0,1÷60Гц
3. пульсовая волна (косвенный метод) на периферических артериях	f=0,1÷60 Гц Форма пульсовой волны аналогична форме зависимости давления при прямом методе, но без изолинии
4. плетизмограмма (объемные измерения)	f до 30 Гц
5. частота сердечных сокращений	f=45÷200 ударов в мин. – у людей f=50÷600 ударов в мин. – у животных
6. оксиметрия	fmax=0÷60Гц, обычно 0÷5Гц
7. сердечный выброс	fmax=0÷60Гц, обычно 0÷50Гц
8. электрокардиограмма(ЭКГ)	F=0,05÷100Гц Уровень сигнала: 10мкВ на ЭКГ плода 5мВ на ЭКГ взрослых
Система	органов дыхания
9. скорость газообмена (пиевмотахограмма)	Частотные компоненты – f до 40Гц Нормальный воздухообмен – 250÷500мл/с Максимальный воздухообмен – 8л/с
10. частота дыхания (определяется по записи)	У человека средняя частота дыхания–12÷40 У животных -//-//-//- – 8÷60дых/мин
11. дыхательный объем	У взрослых норма – 600мл, 6÷8 л/мин
12. концентрация угл. газа, NO2 в выдыхаемом воздухе	Нормальный уровень углекислого газа – 0÷10% (в конце выдоха 4÷6%, двуокиси азота NO2 – 0÷100%)
Газовый	состав крови
13. парциальное давление кислорода	f до 1Гц. Нормальный уровень для давления кислорода 0÷800мм рт. ст. гипербарический уровень – 800÷3000мм рт. ст.
14. pH	Диапазон сигнала – 0÷700мВ соответствует диапазону уровня pH.
15. парциальное давление углекислого газа	Нормальный диапазон сигнала 0÷150мВ соответствует парциальному давлению СО2 от 1 до 100мм рт. ст.
Био	электрические потенциалы
16. электроэнцефаллограмма	f =0÷100Гц (в основном – 0,5÷60Гц). Нормальный уровень сигнала – 15÷100мкВ
17. электромиограмма (первичный сигнал)	f =10÷200Гц. Продолжительность импульса – 0,6÷20мс
18. электромиограмма (усредненный сигнал)	Соответствует среднему уровню первичного сигнала после его выпрямления для получения огибающей
19. электроретинограмма	Обычно – 0÷20Гц. Амплитуда сигнала – 0,5мкВ÷1мВ
20. электронистагмограмма	При прямом методе: 0÷20Гц, амплитуда – 100мкВ на 100 поворота оси глаза. При косвенном методе: 0÷20Гц. Сигнал получают путем дифференцирования непосредственных показаний датчика
Физические	Характеристики
21. температура тела	20÷450С

В частности, в кардиографах в качестве датчиков используются ЭКГ- электроды, а в качестве регистрирующего устройства – самописец с блоком калибровки.

 

 

Основные характеристики ЭМП.

 

Вопросами измерения физических величин, (в т. ч. и медицинских физиологических показателей), методами и средствами обеспечения их единства занимается метрология – наука об измерениях.

Характеристики средств измерения (ХСИ) можно разделить на 2 группы: метрологические и неметрологические. Метрологическими ХСИ называются характеристики, влияющие на результат измерений, осуществляемых с помощью данного СИ.

Различают номинальные и действительные ХСИ.Номинальными ХСИ называют характеристики, установленные в нормативно – технической документации. Действительные ХСИ – это характеристики СИ, установленные экспериментально в реальных условиях их использования.

Метрологические характеристики (МХ) нормируются в общем случае следующими комплексами нормируемых МХ, определяющих:

1. результат измерения,

2. точность измерения,

3. влияние внешних условий, при которых эксплуатируется прибор,

4. динамические характеристики прибора;

К числу основных МХ 1^ой группы относятся:

1. Диапазон измерений (ДИ) – область значений измеряемой величины, в пределах каждой нормированы погрешности средства измерения СИ.

Примечание: необходимо отличать ДИ от диапазона показаний, определяется по отсчетному устройству СИ без нормирования погрешности

Пределы измерений (ПИ), ограничивающих диапазон измерений называются нижним ПИ и верхним ПИ.

2. Функция или характеристика преобразования – зависимость выходной величины от измеряемой входной величины Y= . Для мер номинальное или действительное значение меры.

3. Чувствительность прибора – это отношение изменений выходной величины _ΔΥ к вызвавшему изменение входного сигнала _ΔХ

S= .

Относительная чувствительность S= .

4. Порог чувствительности – наименьшее изменение полученной физической величины, вызывающее такое изменение выходного сигнала, которое можно еще обнаружить с помощью данного СИ при обычных условиях.

5. Цена деления прибора – это отношение диапазона измерения к числу делений.

6. Вариация показаний приборов (П) – разность показаний СИ, соответствующих одному и тому же значению входной величины, измеряемой поочередно в сторону ее увеличения и затем уменьшения.

7. Для цифровых приборов указываются:

1). Выходной код;

2). Число разрядов;

3). Номинальная цена единицы младшего разряда.

Погрешности.

1. Абсолютная – разность между измеренным значением (показанием прибора) и его истинным (действительным) значением

_н- _q.

2. Относительная – отношение абсолютной погрешности к показанию прибора (его истинному или действительному значению) в процентах.

δ %.

3. Приведенная – отношение абсолютной погрешности к нормируемому значению.

ɣ %.

Различают также: а) основные и дополнительные погрешности;

б) систематические и случайные погрешности;

в) аддитивные и мультипликативные погрешности.

4. Касс точности (КТ) П – обобщенная характеристика прибора определяющая предел допускаемой основной и дополнительной погрешности. Классы точностей нормируются в зависимости от типа прибора различными видами погрешностей , δ‚ ɣ. КТ стрелочных показывающих приборов нормируется приведенной погрешностью ɣ % и обозначается на шпале П цифрой, выбираемой из ряда (1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 4,0; 5,0; 6,0)*10 ⁿ, где n= +1,0,-1,-2.

КТ счетчиков электрической энергии и вообще суммирующих приборов нормируется относительной погрешностью δ% и обозначается на шпале цифрами из того же ряда, обведенными в кружек

 

.

Нормирование классов точности в этих случаях осуществляется по одночленной формуле

- по приведенной погрешности

ɣ%

- по относительной погрешности

δ%

При наличии аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности КТ прибора, например цифровая, нормируется в форме относительной погрешности по 2-членной формуле

δ% ,

где – постоянные коэффициенты.

Функции влияния.

Эти показатели устанавливают

1. Зависимость погрешности или другой МХ от значений влияющих величин, например температуры, давления и др.

2. Предел допускаемой дополнительной погрешности, обусловленной изменением влияющих величин в пределах рабочей области.

Динамические характеристики.

1. Амплитудно-частотная (фаза-частотная) характеристика.

2. Переходные характеристики.

Для медицинского прибора к числу важнейших основных характеристик относятся:

1. Диапазон прибора – полный набор значений получаемого физиологического показателя: от min до max.

Пример: измеритель давления от 0 до 200 мм. рт. ст.

2. Ч увствительность прибора – способность прибора измерять и обнаруживать малые изменения измеряемого показателя. В частности для стрелочных измерительных приборов , где с – цена деления в/дел.

Чувствительность кардиомонитора определяется в см/мВ, где в нем измеряется изображение ЭКГ по оси ординат Y.

Рис.2 Электрокардиограмма со стандартным калиброванным импульсом.

 

3. Точность прибора – определяется погрешностью.

4. Легкость калибровки – калибровка – процедура, с помощью которой прибор настраивается так, чтобы его показания как можно точнее соответствовали истинным измеряемым значениям. Для калибровки используются: а) образцовые сигналы;

б) образцовые меры, приборы;

в) стандартные образцы веществ.

5. Стабильность – это способность сохранять точность в течение заданного времени после калибровки. Прибор с плохой стабильностью необходимо калибровать часто.

6. Частотный диапазон – способность прибора отслеживать медленные и быстрые изменение входного измеряемого физиологического показателя для его адекватного представления.

7. Отсутствие шумов и нежелательных сигналов (помех, артефактов).

Артефакт – это любое искусственное изменение измеряемого показателя.

Например: изменение среднего уровня ЭКГ, возникающее при движении пациента.

8. Простота использования – трактуется по разному:

а) простота крепления преобразователя к пациенту;

б) простота управления, легкость и удобство считывания данных;

в) простота ухода за аппаратурой и ее очистка, прочность прибора.

9. Удобство для пациента и его безопасность. Сточки зрения взаимодействие с телом пациента медицинские измерения могут быть: а) невторгающимися,

б) вторгающимися в тело пациента;

Например: при прямых измерениях давления крови необходимо внутрь артерии ввести катетер с преобразователем. А это создает риск для пациента и связан с дискомфортом. Поэтому следует при возможности отдавать предпочтение невторгающим методам и МА.

При вторгающих методах – основные требования:

а) отсутствие травмотичности;

б) стерилизуемость;

в) минимальная дискомфортность (например, провода ЭКГ);

г) отсутствие влияния на физиологическом показатели;

д) электробезопасность пациента.

В частности, если преобразователь вводится в артерию в поток крови, он должен быть нетромбогенным (не способствовать образованию сгустков или тромбов) и непирогенным (не выделять тепло).

10. Классы изделия защиты пациента.

Тип защиты от поражения током}H,B,BF,CF| степени.