Ответы на Медицинские приборы. Вопросы к экзамену по дисциплине Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы
 Скачать 0.91 Mb.
|
|
Фотоплетизмография –метод регистрации оптической плотности ткани с помощью фотоэлектрического плетизмографа; применяется с целью изучения отдельных характеристик регионального кровообращения, спектральных свойств крови, протекающей через изучаемый участок тела. Светопроницаемость живых тканей зависит от многих факторов, однако, на коротких отрезках времени её изменения связаны в основном с количеством крови и степенью её насыщения кислородом. Если исключить влияние второго фактора, то при помощи фотоэлемента можно регистрировать только изменения светопроницаемости, связанные с изменением кровенаполнения. Это положено в основу метода фотоэлектрической плетизмографии (фотоплетизмографии). Фотоэлектрические плетизмографы имеют источник света и фоточувствительный элемент (обычно фоторезистор или фотодиод), соединенные так, что при наложении на исследуемый объект фоточувствительный элемент воспринимает свет, идущий от источника, через ткань объекта. При этом датчик даёт информацию не об объёмных характеристиках кровенаполнения, а об оптической плотности ткани, зависящей не только от её кровенаполнения, но и от колебаний спектрального состава крови. Существуют также фотоплетизмографы с датчиками, воспринимающими отраженный свет. Пульсоксиметр состоит из периферического датчика, микропроцессора, дисплея, показывающего кривую пульса, значение сатурации и частоты пульса. Структурная схема пульсоксиметра показана на рисунке 4. Большинство аппаратов имеют звуковой сигнал определенного тона, высота которого пропорциональна сатурации, что очень полезно, если не виден дисплей пульсоксиметра. Датчик устанавливается в периферических отделах организма, например, на пальцах, мочке уха или крыле носа. В датчике находятся два светодиода, один из которых излучает видимый свет красного спектра (660 нм), другой – в инфракрасном спектре (940 нм). Свет проходит через ткани к фотодетектору, при этом часть излучения поглощается кровью и мягкими тканями в зависимости от концентрации в них гемоглобина. Количество поглощенного света каждой из длин волн зависит от степени оксигенации гемоглобина в тканях. В качестве фотоприемников в датчиках пульсоксиметров используются кремниевые фотодиоды, обладающие высокой чувствительностью в области “красного” и “инфракрасного” диапазонов излучения, быстродействием и низким уровнем шума. Фотоприемник преобразует интенсивность ослабленного тканями “красного” и “инфракрасного” излучения в электрический сигнал, поступающий в тракт усиления. Излучатели датчика включаются поочередно, т.е. коммутируются с частотой порядка 1000 Гц, что позволяет использовать для регистрации излучения один коммутируемый фотоприемник. Далее в усилительном тракте сигналы “красного” и “инфракрасного” излучения разделяются на два канала с помощью импульсов управления коммутатора, переключающих светодиоды. В каждом канале производится измерение двух составляющих ФПГ сигнала, обусловленных постоянной и пульсирующей составляющими абсорбции, необходимых для вычисления величины R и определения сатурации по калибровочной кривой. Особенностью усилительного тракта является необходимость усиления сигналов фотоприемника в достаточно большом динамическом диапазоне входных сигналов (более 60дБ). Это требование обусловлено значительным разбросом оптических характеристик кожи, подлежащих тканей, выраженности пульсаций кровотока в месте расположения датчика у различных пациентов. Реализация требуемого динамического диапазона достигается использованием цифровой АРУ, охватывающей каскады усиления ФПГ сигнала и источника тока, питающего светодиоды. Система АРУ поддерживает выходные сигналы усилительного тракта на уровне номинального напряжения входа АЦП вычислителя с целью уменьшения шума квантования.  Рисунок 4 –Структурная схема пульсоксиметра Вычислитель пульсоксиметра содержит программное обеспечение, реализующее первичную обработку ФПГ сигнала, алгоритмы выделения артериальных пульсаций по “красному” и “инфракрасному” каналам, вычисления отношения R и определения величины SрО2 по занесенной в памяти вычислителя калибровочной зависимости. Сложность алгоритмов, используемых при обработке сигналов в пульсоксиметрах, объясняется высоким уровнем помех, сопровождающих регистрацию ФПГ, а также требованиями высокой точности и быстродействия измерений. Требования стандартов по пульсоксиметрии устанавливают основную погрешность измерения сатурации в диапазоне (80...99)% равную ± 2%, (50...79)% - ± 3%, для сатурации ниже 50% погрешность обычно не нормируется. Высокая точность пульсоксиметрии для значений сатурации более 80% необходима для надежной дифференциации развития состояния гипоксемии и гипоксии. В этом диапазоне кривая диссоциации гемоглобина имеет малую крутизну (рис.38) и небольшое уменьшение сатурации означает сильное изменение напряжения кислорода в крови, что является предвестником гипоксии. Увеличение допустимой погрешности при низких уровнях оксигенации (менее 80%) является клинически обоснованным, так как в этом диапазоне наибольшей ценностью обладает не абсолютное значение сатурации, а оценка динамики процесса, т.е. изменение сатурации в течение определенного времени. Требования быстродействия измерений сатурации связаны с тем, что на определенных стадиях ведения наркоза, например, интубации, возможно быстрое развитие эпизодов гипоксемии, которые могут привести к гипоксическим состояниям, чреватым серьезными осложнениями. Реальным требованием анестезиологической практики является длительность процесса измерения и оценки сатурации, составляющая не более 6...10с. Основные помехи, влияющие на точность измерения сатурации, имеют электрическую, оптическую и физиологическую природу. Достоинством метода является мгновенное получение результата, а недостатками – малая точность и большое количество влияющих факторов (температура, яркий свет, вибрация и др.), устранение которых связана с усложнением прибора или вовсе невозможно. Следовательно, в итоге получаем, что лабораторные методы обеспечивают достаточную точность, но дороги, габаритны и не могут использоваться для оперативного контроля над показателями. Фотометрические методы могут использоваться для оперативного контроля, но имеют низкую точность и зависят от многих влияющих факторов. 6. Электроэнцефалографы. Электроэнцефалограф — медицинский электроизмерительный прибор для лектроэнцефалографии, с помощью которого измеряют и регистрируют разность потенциалов между точками головного мозга, располагающимися в глубине или на его поверхности, и записывают электроэнцефалограмму. Образование и колебание потенциалов головного мозга является результатом физико-химических процессов, лежащих в основе обмена веществ в нервной ткани, перемещение положительных и отрицательных ионов. Одни из этих процессов протекают медленно, другие совершаются циклически и с большой частотой. По существу источники потенциалов — это скопление клеток с их многочисленными отростками. В ЭЭГ (электроэнцефалограмме) здорового человека выделяют следующие характерные составляющие электрических колебаний, различающиеся по частоте и амплитуде, — ритмы: альфа ритм (ν = 8—13 Гц, А = 50—100 мВ) бета-ритм (ν = 14—30 Гц, А = 10—20 мкВ) гамма-ритм (ν >31 Гц, А мала) тета-ритм (ν = 4—7 Гц, А мала) дельта-ритм (ν = 1,5—3 Гц, А мала) В состоянии покоя колебания альфа-ритма преобладают в ЭЭГ, а в целом соотношение между амплитудами колебаний различных ритмов зависит от состояния человека и внешних раздражителей (звук, свет, электрические и т. п.) Энцефалографы обеспечивают регистрацию электрических колебаний частотой 0,5—100 Гц и различаются чувствительностью (0,5—1 мм/мкВ), скоростью регистрации (5—100 мм/с), числом каналов (аналоговые — до 24, компьютерные — до 256). ЭЭГ широко используется в диагностических целях при исследовании таких заболеваний, как эпилепсия, алкогольная эпилепсия, новообразования, сосудистые заболевания, последствия черепно-мозговых травм. В целом ЭЭГ позволяет: установить участки мозга, задействованные в провоцировании приступов; следить за динамикой действия лекарственных препаратов; решить вопрос о прекращении лекарственной терапии; идентифицировать степень нарушения работы мозга в межприступные периоды (эпилепсия). оценить степень нарушения работы мозга; исследовать функциональное состояние мозга у людей, у которых структурные методы исследования (например, метод магнитно-резонансной томографии) показывают, что мозг «нормален», но дисфункция мозга очевидна клинически (например, при метаболической энцефалопатии). Основным преимуществом ЭЭГ в сравнении с такими новыми методиками, как позитронно-эмиссионная томография или функциональная магнитно-резонансная томография, является то, что ЭЭГ может показывать один из основных параметров работы нервной системы — свойство ритмичности (отражает согласованность работы разных структур мозга, то есть исследует электрические процессы в нервных клетках, что даёт доступ к фактическим механизмам обработки информации мозгом). Это помогает обнаружить схему процессов, задействованных мозгом, показывая «где» и «как» информация обработана в головном мозге. В зависимости от технического исполнения электроэнцефалографы могут быть аналоговыми, компьютерными и микропроцессорными. Аналоговый электроэнцефалограф. Исторически это первый прибор, который использовали для записи биопотенциалов головного мозга. Для приборов такого типа созданы основные методы обработки электроэнцефалограмм, широко применяемые в настоящее время в клинической энцефалографии, однако сами приборы постепенно вытесняются более совершенными цифровыми системами. Аналоговый электроэнцефалограф включает в себя следующие основные функциональные узлы (рис. 2.2): коммутатор, блок селекторов; блок калибровки; усилитель напряжения; усилитель мощности; отметчик времени и раздражения; гальванометр; лентопротяжный механизм; блок питания. Электроэнцефалограф работает следующим образом. Сигнал, обусловленный биопотенциалами головного мозга, отводится электродами и через кабели отведения подается к гнездам коммутатора, через него поступает на селектор, в котором осуществляется выбор отведений, регистрируемых электроэнцефалографом. Далее через переключатель, находящийся в блоке калибровки, на вход усилителей напряжения, число которых соответствует числу каналов измерения, подаются исследуемые сигналы или калибровочные постоянные напряжения в диапазоне 5–500 мкВ. С помощью этого переключателя на вход усилителей напряжения подается также сигнал частотой 50 Гц и амплитудой 50 мкВ для настройки фильтров. Усилитель напряжения состоит из параметрического усилителя с фазовой модуляцией и дифференциального усилителя. В каждом усилителе напряжения имеются ступенчатый регулятор чувствительности и переключатель для изменения верхних граничных частот. Чтобы уменьшить влияние синфазного сигнала, имеющего частоту 50 Гц, во всех усилителях напряжения имеются активные режекторные фильтры с элементами настройки и переключателями, позволяющими осуществлять их включение и выключение. После усилителей напряжения сигнал подается на усилитель мощности, усиливается по току и напряжению и подается на обмотки чернилопишущих гальванометров. Каждый усилитель мощности имеет плавную регулировку усиления, переключатель нижней граничной частоты, тумблер гальванометра, есть также возможность регулирования положения нулевой линии. Лентопротяжный механизм служит для протягивания с определенной скоростью диаграммной ленты, на которую наносится запись электроэнцефалограммы с помощью чернилопишущих гальванометров. С лентопротяжным механизмом непосредственно связан отметчик времени движения диаграммной ленты. Предусмотрена возможность работы прибора совместно с фотофоностимулятором. Запись отметки времени и раздражения производится с помощью отдельного чернилопишущего гальванометра.  Рис. 2.2. Структурная схема аналогового электроэнцефалографа (ЧПГ – чернилопишущий гальванометр) Компьютерный электроэнцефалограф. Электроэнцефалографы этого типа получили большое распространение в нашей стране. В их составе имеется стандартный IВМ – совместимый компьютер, посредством которого осуществляются управление параметрами аналогового блока и цифровая обработка электроэнцефалограмм. Такая архитектура системы удобна тем, что используется максимальное число стандартных изделий: системный блок, принтер, монитор. К недостаткам компьютерных электроэнцефалографов можно отнести, во-первых, низкий уровень электробезопасности компьютера, который часто не соответствует международным стандартам для изделий медицинской техники, а также конструктивные особенности компьютера, не всегда позволяющие применять его в клинических условиях. Вариант структурной схемы компьютерного электроэнцефалографа изображен на рис. 2.3. Схема состоит из двух основных частей – аналоговой и цифровой. Аналоговая часть включает в себя электроды, электродную распределительную коробку, коммутационное устройство и многоканальный усилитель, каждый канал которого содержит следующие блоки: предварительный усилитель; управляемые коммутаторами фильтр нижних частот и фильтр верхних частот: операционный усилитель, согласующий усилитель и аналоговый мультиплексор. В аналоговую часть также входят масштабирующий усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Цифровая часть строится, как правило, на базе ЭВМ РС, где программно эмулируется или аппаратно реализуются контроллер зрительной стимуляции, контроллер соматосенсорной стимуляции, контроллер звуковой стимуляции, работающие на общую шину компьютера. Компьютерный электроэнцефалограф функционирует следующим образом. Сигналы, снимаемые с поверхности головы с использованием специальных электродов, поступают через соединительные кабели к электродной распределительной коробке с пронумерованными гнездами. Электродная коробка служит для удобного подсоединения отводящих электродов, а также для уменьшения влияния помех на полезный сигнал. Электродная коробка с помощью гибкого изолированного многожильного кабеля соединяется с коммутационным устройством, которое необходимо для подключения каждого канала к соответствующему входу усилителя. Входные усилители обладают высокими входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазного сигнала, а также малым уровнем шума. Они обеспечивают предварительное усиление поступающего сигнала. Промежуточные каскады операционного и согласующего усилителей повышают коэффициент усиления до требуемого значения.  Рис. 2.3. Структурная схема компьютерного электроэнцефалографа: К – коммутационное устройство; ЭК – электродная распределительная коробка; ПУ – предварительный усилитель; ОУ – операционный усилитель; СУ – согласующий усилитель; ФНЧ, ФВЧ – фильтры нижних и верхних частот соответственно; МУ – масштабирующий усилитель; АЦП – аналого-цифровой преобразователь. Управление работой фильтров верхних и нижних частот осуществляется программно, с помощью коммутаторов, которые обеспечивают переключение верхней и нижней границы частотного диапазона ЭЭГ-каналов. Иногда для управления работой фильтров применяют однокристальную микро-ЭВМ. Мультиплексоры необходимы для подключения одного из каналов к масштабирующему усилителю с переменным коэффициентом усиления, который служит для согласования сигнала с входным динамическим диапазоном АЦП. Управление усилением масштабирующего усилителя также осуществляется программно. Для изучения реакции ЦНС на внешние раздражения используют световые, звуковые и электромагнитные стимулы. Такая методика, получившая название «Исследование вызванных потенциалов головного мозга», позволяет объективно оценить работу различных отделов мозга человека и повысить достоверность диагностики нарушений их функционирования. Для обеспечения данной методики в состав электроэнцефалографа могут быть включены фоно-, фото- и электростимулятор. Эти устройства работают, как правило, под управлением компьютера, который обеспечивает жесткую синхронизацию процессов воздействия стимула и реакции ЦНС на это воздействие. Обработка электроэнцефалограммы осуществляется программно, результаты исследования могут быть сохранены на жестком диске и распечатаны на принтере в виде твердой копии. 7. Электромиографы. Электромиография - метод электрофизиологической диагностики поражений нервно-мышечной системы, состоящий в регистрации электрической активности (биопотенциалов) скелетных мышц и окончаний периферических нервов. Оценка происходит по уровню их электрической активности. Аппаратура включает два основных блока: электромиограф и электростимулятор. Электромиограф служит для усиления мышечных биопотенциалов, при этом обеспечивает минимальный уровень шумов. Современные электромиографы представляют собой компактные компьютерные системы, проводящие диагностику по заданной программе. Аппаратура позволяет: осуществлять запись биопотенциалов, минимальных по амплитуде; производить автоматический расчет амплитуды, частоты, а также длительности латентных периодов; автоматически производить расчет спонтанных и вызванных потенциалов мышц и нервов; осуществлять их спектральный анализ. Электрическую стимуляцию мышц и нервов для диагностического исследования вызванных потенциалов производят с помощью поверхностных стимулирующих электродов. Для проведения ЭМГ используют специальный аппарат – электромиограф, состоящий из электронного усилителя и регистрирующей системы (осциллографа). Он обеспечивает возможность усиления биотоков мышцы 1 млн. раз и более и регистрируют их в виде графической записи. Отведение мышечных биопотенциалов осуществляется с помощью поверхностных и игольчатых электродов. При этом: •поверхностные электроды позволяют регистрировать суммарную электрическую активность многих мышечных волокон •игольчатые электроды, погружаемые в мышцу, могут регистрировать биоэлектрические потенциалы отдельных двигательных единиц (ДЕ) – понятие, введенное Ч. Шеррингтоном для обозначения комплекса, состоящего из периферического мотонейрона, его аксона, ветвлений этого аксона и совокупности иннервируемых мотонейроном мышечных волокон При анализе ЭМГ учитывается: •частота биопотенциалов •величина их амплитуды (вольтаж) •общая структура осциллограмм - монотонность осцилляций или их расчлененность на залпы, частота и длительность этих залпов и пр. ЭМГ производится при различном состоянии исследуемых мышц: •при их расслаблении и произвольном сокращении •при рефлекторных изменениях их тонуса, возникающих во время сокращения других мышц •во время вдоха •при эмоциональном возбуждении и пр. У здорового человека: •в покое (при произвольном расслаблении мышц) на ЭМГ наблюдаются слабые, низкоамплитудные (до 10 – 15 мкВ), высокочастотные колебания •рефлекторное повышение тонуса сопровождается небольшим усилением амплитуды биопотенциалов мышцы (до 50 -100 мкВ) •при произвольном мышечном сокращении возникают частые высокоамплитудные колебания (до 1000 – 3000 мкВ) При заболеваниях, сопровождающихся денервацией мышцы, вовлечение в патологический процесс чувствительных волокон нерва позволяет дифференцировать невропатию от поражения клеток передних рогов спинного мозга. При ЭМГ возможно объективное раннее (иногда до клинической стадии) выявление нарушений функций нервно-мышечного аппарата, определение уровня его поражения (центральный, сегментарный, невропатический, нервно-мышечных синапсов, миопатический), а также характер (аксонопатия, миелинопатия), степени и стадии поражения периферических нервов. установление характера невропатического процесса имеет важное значение, так как способствует диагностике основного заболевания и разработке наиболее рациональной программы лечения. По типу электродов ЭМГ подразделяется на два вида. Поверхностная – регистрирует биоэлектрическую активность на обширном участке мышцы и проводится путем наложения электродов на кожу (неинвазивный метод); Локальная – применяется для исследования работоспособности отдельных мышечных элементов. Для этого электроды в виде очень тонких игл вводятся непосредственно в мышцу (инвазивный метод). Оба метода могут использоваться как самостоятельно, так в сочетании друг с другом. Какой именно вид электромиографии применить в том или ином случае, определяет врач: невролог, травматолог, реаниматолог и т. д. Выбор методики зависит от общего состояния больного, его диагноза, сопутствующих заболеваний, возраста и др. Электромиография – процедура безопасная и достаточно информативная, легко переносится пациентами всех возрастов, даже маленькими детьми. Именно поэтому ЭМГ широко применяется в диагностике не только неврологических заболеваний, но и кардиологической, инфекционной и онкологической патологий. Главными показаниями к электромиографии являются:
ЭМГ назначается до начала и неоднократно в процессе лечения для оценки эффективности проводимой терапии. Также локальную электромиографию применяют в косметологии для определения точного места введения ботокса. ЭМГ – процедура совершенно безвредная, но все-таки у нее имеются противопоказания, которые считаются общими для большинства диагностических исследований.
|