Ответы на Медицинские приборы. Вопросы к экзамену по дисциплине Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы

• Название: Вопросы к экзамену по дисциплине Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы
• Дата: 19.04.2018
• Размер: 0.91 Mb.
• Имя файла: Ответы на Медицинские приборы.docx
• Тип: Вопросы к экзамену; #41630
• страница: 1 из 7

Вопросы к экзамену по дисциплине «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы»

1. 
   Классификация медицинской техники.
   

Всю медицинскую технику можно разделить с точки зрения задачи, решаемой в медицинском технологическом процессе, на три большие группы: аппаратуру, инструменты и оборудование.

Аппаратура обеспечивает в той или иной степени самостоятельный, автоматизированный процесс взаимодействия с пациентом;

инструмент действует на пациента в сочетании с рукой человека, являясь как бы ее продолжением;

оборудование - вспомогательные устройства для обслуживания пациента и обеспечения медицинского технологического процесса.

Медицинская аппаратура — наиболее сложная, интенсивно развивающаяся область медицинской техники. Большую часть медицинской аппаратуры составляют электромедицинские приборы и аппараты, представляющие собой электротехнические или электронные устройства, которые основаны на использовании электрической энергии.

Имеется также аппаратура, использующая механическую энергию: твердого тела (обычно ее называют просто механической)—аппараты для вытяжения костей, для механотерапии и др.; жидкости (гидравлическая)—водолечебные установки: газа (газовая)—наркозные аппараты, аппараты для искусственной вентиляции легких и др.

В процессе функционирования аппаратуры она оказывается определенным образом связанной с пациентом. При этом в системе “аппаратура—пациент” устанавливается движение энергии от аппаратуры к пациенту или наоборот.

В зависимости от направления потока энергии всю электромедицинскую аппаратуру можно разделить на две части:

- аппаратуру воздействующую и

- аппаратуру воспринимающую.

В то же время электромедицинская аппаратура по функциональному признаку, то есть в зависимости от целей, для которых она используется, может быть разделена на терапевтическую и диагностическую. Изделия терапевтической аппаратуры принято называть аппаратами; изделия диагностической аппаратуры — приборами.


2. Обобщенная схема диагностического прибора. Любая медицинская измерительная система предназначена для измерения какой-либо определенной физической величины, отражающей показатели жизнедеятельности организма. Эта величина может быть связана с физическими процессами внутри организма (давление крови), на поверхности тела (ЭКГ) или за его пределами (инфракрасное излучение). Примерами таких величин могут служить размеры различных визуализируемых органов, показатели их перемещения (скорость, ускорение). К ним относятся также биопотенциалы, импеданс, давление, температура и т.д.

Любое медико-биологическое исследование связано с получением и регистрацией соответствующей информации. Несмотря на разнообразие устройств и методов, употребляемых для этой цели, можно указать их общие схемы и принципы действия.

Для того чтобы получить и зафиксировать информацию о состоянии и параметрах медико-биологической системы, необходимо иметь целую совокупность устройств.

Первичный элемент этой совокупности — чувствительный элемент средства измерений, называемый устройством съема, — непременно контактирует или взаимодействует с самой системой, остальные элементы находятся обычно обособленно от медико-биологической системы, в некоторых случаях части измерительной системы могут быть даже отнесены на значительные расстояния от объекта измерений.

Рис.1 

Структурная схема измерительной цепи изображена на рис 1. Эта схема является общей и отражает всевозможные реальные системы, применяемые в медицине для диагностики и исследования. В устройствах медицинской электроники чувствительный элемент либо прямо выдает электрический сигнал, либо изменяет таковой сигнал под воздействием биологической системы. Таким образом, устройство съема преобразует информацию меди ко-биологического и физиологического содержания в сигнал электронного устройства. В медицинской электронике используются два вида устройств съема: электроды и датчики. Завершающим элементом измерительной цепи в медицинской электронике является средство измерений, которое отображает или регистрирует информацию о биологической системе в форме доступной для непосредственного восприятия наблюдателем. Во многих случаях между устройством съема и средством измерений имеются элементы, усиливающие начальный сигнал и передающие его на расстояние. В структурной схеме (см. рис. 1) X означает некоторый измеряемый параметр биологической системы, например давление крови. Буквой У обозначена выходная величина, например сила тока (мА) на измерительном приборе или смещение писчика (мм ) на бумаге регистрирующего прибора. Для получения количественной информации о биологической системе должна быть известна зависимость У = f(X). В общую структуру медицинской измерительной системы (рис.2) входят электроды или сенсоры, которые служат для непосредственного съема информации с тела пациента, усилители, которые необходимы для увеличения амплитуды отводимых сигналов. Далее – приборы, предназначенные для обработки и регистрации полученной информации: цифровой процессор сигналов, дисплей, записывающее устройство. На рис.1 показана обобщённая измерительная система, применяемая для получения информации о состоянии организма с помощью сенсоров.

Рис.2 Обобщённая измерительная система
3. Структурная схема электрокардиографа. Принцип работы кабеля отведений. Структурная схема электрокардиографа ЭК1Т-03М2 приведена на рис. 2.2.



Рисунок 2.2 – Структурная схема электрокардиографа ЭК1Т-03М2

КО - кабель отведений; УБП – усилитель биопотенциалов; БУ – блок управления; УГП – усилитель гальванометра–преобразователя, ПЭГП – поляризованный электромагнитный гальванометр-преобразователь с емкостным датчиком; СС – стабилизатор скорости; ДПТ – коллекторный двигатель постоянного тока; ОД – оптоэлектронный датчик; Р – редуктор; ЛПМ – лентопротяжный механизм; БП – блок питания.

Все режимы работы ЭК определяет блок управления (БУ), в котором расположены псевдосенсорные кнопки, схемы управления исполнительными элементами, а также светодиодные индикаторы режимов работы.

Биоэлектрические сигналы, снимаемые электрокардиографическими электродами с тела пациента через кабель отведений (КО) поступают на вход усилителя биоэлектрических потенциалов (УБП). В УБП сигналы усиливаются и из них формируются электрокардиографические отведения. Источник калибровочного сигнала 1 мВ, имеющийся в УБП, позволяет подавать сигнал калибровки в любом выбранном отведении. УБП, за счет специального схемотехнического решения, имеет большой коэффициент подавления помех. С выхода УБП биоэлектрические сигналы поступают на вход усилителя гальванометра-преобразователя УГП. В УГП происходит дальнейшее усиление электрокардиосигналов (ЭКС) до значения, обеспечивающего работу регистрирующего электромагнитного гальванометра-преобразователя с укрепленным на его оси тепловым пишущим пером. В УГП также происходит ограничение ЭКС по величине и скорости для исключения биения теплового пера по механическим упорам, уменьшения величины выброса, формирование необходимой частотной характеристики и чувствительности тракта, а также ускоренное успокоение переходных процессов (при нажатии на кнопку «0 – нуль» включения успокоения или автоматически при переключении отведений). К выходу УГП подключен поляризованный электромагнитный гальванометр-преобразователь (ПЭГП). На оси ПЭГП кроме теплового пера установлен емкостной датчик положения (угла поворота), состоящий из подвижного сектора и двух неподвижных печатных плат. На верхней плате расположены сектора – дифференциального конденсатора, к которым подведено напряжение от задающего мультивибратора. На нижней плате коррекции расположена обкладка конденсатора кольцевой формы, с которой снимается выходное напряжение датчика, и подключенный к обкладке истоковый повторитель. Между обкладками емкостного датчика перемещается плоский металлический сектор, насаженный на ось ПЭГП и соединенный с корпусом прибора, изменение положения которого приводит к изменению емкостей между ним и печатными обкладками. Мультивибратор, подающий на вход датчика высокочастотное напряжение прямоугольной формы с частотой 25 кГц, расположен на плате, укрепленной на корпусе ПЭГП. На выходе истокового повторителя формируется сигнал отрицательной обратной связи (ООС) по положению, амплитуда которого зависит от угла поворота подвижного сектора, а фаза – от направления. Этот сигнал подается на вход фазочувствительного усилителя, расположенного на печатной плате, также установленной на корпусе ПЭГП. Отрицательная обратная связь по положению (углу поворота) оси ПЭГП, позволяет свести к минимуму сигнал ошибки (разность между ЭКС и сигналом датчика положения) и обеспечить минимальное значение гистерезиса записи (не более 0,5 мм). Лентопротяжный механизм (ЛПМ) приводится в движение коллекторным электродвигателем постоянного тока (ДПТ) через редуктор (Р). Двигатель управляется импульсным стабилизатором скорости (СС), расположенным на плате стабилизатора скорости. Скорость вращения вала электродвигателя определяется частотой импульсов задающего генератора стабилизатора скорости.

Кабель отведений предназначен для подключения электродов, наложенных на тело пациента, к электрокардиографу.

Кабель отведений состоит из 5 проводов, соответствующих числу электродов и оканчивающихся наконечниками. Кабель подключается к встроенному усилителю биопотенциалов (УБП) через вилку.

Подключение кабеля отведений

Для подключения кабеля отведений к вилке электрокардиографа сначала соедините разъемы по шлицевому соединению, а затем заверните накидную гайку для получения надежного контакта. Наложите четыре электрода на конечности и грудной электрод на грудь согласно общепринятой методике. Резиновые ленты должны надежно закрепить электроды, но не слишком сильно, чтобы не создавать неприятного ощущения для пациента. Для улучшения контакта положите между кожей пациента и электродами прокладки из марли или фильтровальной бумаги, смоченные 5-10% раствором поваренной соли в воде и слегка отжатые. Соедините наконечники кабеля с электродами в соответствии с расцветкой проводов кабеля отведений и закрепите винтами.

Провода кабеля отведений присоединяются к электродам в следующем порядке:

R красный - к электроду на правой руке

L желтый - к электроду на левой руке

F зеленый - к электроду на левой ноге

N черный - к электроду на правой ноге

C белый - к грудному электроду.

Все электрокардиографы в зависимости от их возможностей можно классифицировать по количеству каналов регистрации ЭКГ: на одно-, трех-, шести- и двенадцатиканальные. В соответствии с этим определяется конструкция кабеля для используемого электрокариографа. Как правило, кабели отведений съемные. Они подключаются к кардиографам через стандартные разъемы.

Технические требования к электрокардиографам и кабелям отведений определяются действующими отечественными и зарубежными стандартами. В настоящее время к электрокардиографам непосредст-венно применяются международные стандарты: IEC 60601-1:1988, IEC 60601-2-25:1993. Первый из указанных стандартов включает общие требования к электробезопасности медицинских приборов, второй - требования по электробезопасности собственно электрокардиографов.

В современных электрокардиографах, в соответствии с требованиями вышеуказанных стандартов, кабели отведений часто содержат элементы электронной схемы электрокардиографической системы. Во многих электрокардиографических аппаратах в кабеле отведений располагается элемент защиты прибора от разряда дефибриллятора в виде объемных резисторов, т.е. сопротивлений, которые мешают току электрического заряда. При отсутствии резисторов не только нарушается защита прибора и пациента, но и заметно снижается эффективность дефибрилляции. При нарушении целости кабеля нельзя просто произвести пайку мест разрыва. Неквалифицированный ремонт может привести к нарушению работы дефибриллятора в виде неэффективной дефибрилляции либо вызвать ожоги кожи пациента при разряде дефибриллятора. Если рассмотреть в процентном соотношении частоту различных поломок электрокардиографа, то 80% случаев поломки аппаратуры при съемке ЭКГ бывают связаны с поломкой кабеля отведений в результате его небрежной эксплуатации, 15% - с поломкой электрических схем прибора при нарушении правил его эксплуатации. Лишь 5% поломок связаны с истинно техническими проблемами. По устройству кабель отведений обычно выполняют в виде единого экранированного многожильного кабеля, который в месте разветвления на отдельные экранированные провода имеет так называемую "коробку пациента", т.е. блок, от которого провода идут непосредственно к электродам. Полная длина кабеля отведений должна составлять не менее 2,5 м. Увеличение длины кабеля может приводить к увеличению помех при регистрации ЭКГ.
4. Структурные элементы электрокардиографа: усилитель биопотенциалов, гальванометр, лентопротяжный механизм.

Биоэлектрические сигналы, снимаемые электродами с тела пациента, через кабель отведений поступают на вход усилителя биопотенциалов. В кардиографах, предназначенных для совместной работы с дефибриллятором, кабель отведений имеет элементы защиты от воздействия его импульсов. Биоэлектрические потенциалы (электрокардиосигналы), снимаемые с тела пациента, с помощью электрокардиографических электродов через кабель отведений (КО) подаются на вход усилителя биопотенциалов (УБП). В УБП происходит их усиление и фильтрация путем подавления помех с помощью специального схемотехнического решения этого блока. Для проверки исправности измерительного тракта кардиографа в УБП расположен источник калибровочного напряжения величиной 1мВ.

Усиленные биоэлектрические потенциалы через блок управления, где происходит выбор биоэлектрических потенциалов, необходимых для формирования ЭКГ в данном отведении, поступают в усилитель регистратора (УР). В УР происходит фильтрация и дальнейшее усиление электрокардиосигналов до величины, обеспечивающей работу поляризованного электромагнитного гальванометра-преобразователя (ПЭГП). На выходной оси ПЭГП укреплено тепловое пишущее перо, с помощью которого и регистрируется ЭКГ на термочувствительной бумаге. Для предотвращения биения теплового пера по механическим упорам, формирования необходимой частотной характеристики и ускоренного успокоения переходных процессов. УР и ПЭГП охвачены отрицательной обратной связью по отклонению пера гальванометра.

Для качественной записи электрокардиограмм тепловое перо имеет три режима накала лентопротяжном устройстве, средний – при скорости движения бумажной ленты 25мм/с, максимальный – при скорости движения ленты 50мм/с.

Лентопротяжное устройство предназначено для протягивания термочувствительной бумаги с определенной скоростью при записи электрокардиограммы. Лентопротяжный механизм (ЛПМ) этого устройства приводится в движение коллекторным электродвигателем (ЭД) постоянного тока через редуктор. ЭД управляется импульсным стабилизатором скорости.

Механизм лентопротяжный в электрокардиографе конструктивно выполнен в виде моноблока, содержащего целый ряд узлов. Механизм лентопротяжный содержит:

-базовую плату,

-редуктор,

-гальванометр-преобразователь,

-стабилизатор напряжения,

-плату индикации,

-сетевой блок питания.

Базовая плата ЛПМ предназначена для связи отдельных его узлов с помощью установленных на ней разъемов. Расположенные на ней сопротивления позволяют регулировать начальное напряжение накала пера.

Редуктор ЛПМ включает в себя электродвигатель, приводящий ЛПМ в движение, и датчик оборотов. Датчик оборотов состоит из светодиода, фотодиода и диска с отверстиями, укрепленного на валу двигателя. С помощью диска световой поток светодиода преобразуется в импульсы светового потока, частота которых пропорциональна скорости вращения ЛПМ. С помощью фотодиода, работающего в фотодиодном режиме, эти импульсы преобразуются в импульсы напряжения.

Функционально гальванометр-преобразователь состоит из механизма отклонения пера, нагревательного элемента пера и датчика угла отклонения пера. Датчик угла отклонения пера включает в себя мультивибратор, плату коррекции и фазочувствительный усилитель. Датчик угла предназначен для формирования сигнала отрицательней обратной связи по углу отклонения пера, который подается на плату усилителя регистратора.
5. Биофизические основы фотоплетизмографии. Структурная схема пульсоксиметра.

Плетизмография (греч. Plethysmos увеличение + grapho писать, изображать) – регистрация изменений объёма органа или части тела, связанных с изменениями кровенаполнения их сосудов. Объём органа слагается из объёма всех его тканей и крови, заполняющей сосуды. Первая величина остаётся постоянной на небольшом отрезке времени, а вторая – непрерывно меняется в связи с процессом кровообращения. Эти изменения объёма крови могут быть зарегистрированы плетизмографом.

Плетизмограф состоит из трёх основных узлов: датчика, преобразующего изменения объёма в электрический сигнал, усилителя и регистратора. Датчик находится непосредственно на исследуемой части тела и трансформирует механические колебания в электрический сигнал, а регистрирующая аппаратура отмечает их в виде непрерывной кривой на ленте.

Существующие способы оценки изменений кровенаполнения связаны или с прямой регистрацией изменений объёма (пневмоплетизмография), или с регистрацией сопутствующих изменений импеданса (реография), или светопроницаемости тканей (фотоплетизмография).