Медико-биологиялық ақпараттар туралы түсінік

ЖОСПАР:

1. Кіріспе бөлім:

• Медико-биологиялық ақпараттар туралы түсінік.

    II.     Негізгі бөлім:

• медико-биологиялық ақпаратты алудың құрылымы
• датчиктер;
• активті(генераторлық), пассивті(параметрлі) датчиктер;
• датчиктердің қолданылуы;
• электродтар

2. Қорытынды.

• Ақпаратты алу және тіркеудің медицинадағы маңызы

3. Қолданылған әдебиеттер.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе бөлім.

Қазіргі таңда  медицинада қолданылатын құралдар аппараттардың  негізін медициналық электроника  құрайды. Электроника өткізгіштерде  және жартылай өткізгіштерде өтетін электірлік құбылыстар туралы ғылым саласы болып табылады. Электрондық құралдар көмегімен  энергияны бір түрден екінші түрге  түрлендіруге болады. Мысалы:жарық сәулесінің  энергиясын электр энергиясына айналдыруға; жылдамдық және температура сияқты электрлік емес шамаларды электр сигналдарына түрлендіруге болады.

Медициналық-электрондық  техника медико-биологиялық ақпаратты  алуға, тіркеуге және таратуға қолдануымен  қатар адам ағзасына әсер ету үшін де кеңінен қолданылады. Мысалы : физиотерапияда және электрохирургияда қолданылуы. Медициналық электрондық аппараттардың дамуының басты бағыты- күрделі жүйе түрінде қарастыру, блоктары мен бөлшектерін стандарттау, көлемін кішірейту, тұтынатын электр энергиясын азайту, беріктігін арттыру және басқару жүйесін қарапайым ету.

Қолдану бағытына байланысты электрондық-медициналық  аппараттарды шартты түрде мынандай үш топқа бөледі:

1.    Функционалдық диагностика;
2.    Электротерапия және электрохирургия;
3.    Электрондық есептеуіш машина;

1. Функционалдық диагностикада әдістер үш топқа бөлінеді:

 

1.  Ағзаның биопатенциалын тіркеу(электрография);
2. Электрлік емес шамаларды тіркеу(фонокардиография);
3. Эндо және радиотелеметрия(ағза функциясын бақылау);

2)Электротерапия және электрохирургия:

адам ағзасына электрлік факторлармен әсер етіп емдеу мақсатында қолданылады. Бұл топта тұрақты және айнымалы тоқтар, тұрақты электр-магнит өрістері ұолданылады.

3)Электрондық есептеуіш машина:

Қолдану аясы өте кең. Ол мәселені қарастыру медициналық   биофизика       шеңберінен бөлек, информатика пәнінің еншісі болып табылады.

 

 Адам ағзасында  өтетін және өлшеуге болатын  параметрлерді екі топқа бөлуге  болады:

• Тікелей өлшеуге болатын параметрлер;
• Тікелей өлшеуге болмайтын параметрлер;

 

1. Тікелей өлшеуге болмайтын, бірақ жанама тәсілмен анықталатын параметрлерге:адам денесінің бір учаскесінің электрлік кедергісін анықтау арқылы сол учаскенің қанмен қамтамасыз ету шамасын анықтауға болады; тіндердің жарықты жұту шамасы сол ағзаның көлемі туралы ақпарат береді және с.с. көптеген әдістер бар.
2. Тікелей өлшеуге болатын параметрлерге:  Жүрек бұлшық еттерінің жиырылуы, температура, биоэлектрлік потенциалдар жатады.

 

Медико-биологиялық  ақпаратты алуға арналған қондырғыларға  қойылатын басты талаптар:

• адам ағзасынан алынатын биопотенциалдардың және басқа да медико-биологиялық ақпараттардың пішініне ақаудың мейлінше аз болуы;
• алынатын ақпаратты қоршаған ортаның зиянды әсерінен қорғау;
• ағзаға зиянсыз болуы;
• зарарсыздауға (стерильдеуге) қолайлы және бірнеше рет қолданатындай болуы керек.

Негізгі бөлім

Датчиктер (түрлендіргіштер).

       Электр өлшеуіш және тіркегіш  құралдардың жоғары сезімталдығы  мен аз инерциялдығы электрлік  емес шамаларды электрлік өлшеуде  пайдаланылады. Осы әдістер техникада,  биологияда, медицинада- мүшелердің  не ағзаның күйі мен қызметін  сипаттайтын түрлі параметрлерді (температура, қысым, түрлі қозғалыстарды, тербелмелі үрдістерді т.т.) өлшеп, тіркеу үшін қолданылады. Осындай құралдардың барлығы 3 негізгі бөліктен тұрады:

1. зерттелетін  шаманы электрлік сигналға түрлендіргіш (Д- датчик),

2. осы сигналдарды күшейткіш (К),

3. тіркегіш қондырғысы (Т) (сурет 1).

      Көптеген жағдайда күшейткіш  пен тіркегіш қондырғысының орнына  электрокардиограф каналының біреуі  қолданылады. Осы электрокардиографқа  датчик ерекше бір қондырғы (П)  арқылы қосылады (сурет 2).

 

 

Датчиктер жүйенің  биологиялық сигналдарын электр сигналдарына түрлендіргіштер. Олар медика- биологиялық сипаттамаларды электродтар  көмегімен алуға мүмкін болмайтын  жағдайларда қолданылады. Оларға мысалы, қан қысымы, дененің, оның  бөліктерінің температурасы, жүректегі дыбыстар, шулар т.с.с. жатқызуға

 

.                                          

 

Датчиктер түрлері

       Түрлендіретін шамаларына байланысты  датчиктер бөлінеді: механикалық, дыбыстық, температуралық, оптикалық және т.б. Механикалық  датчиктер медицинада жүрек- қантамырлар жүейсінің қызметін зерттеудің әртүрлі әдістерінде қолданылады. Мысалы, электрлі манометрмен жүрек қуыстарындағы қан қысымы анықталады, электросфигмография мен электрофлебография арқылы артерия және көктамыр пульстерінің қисығы алынады. Барлық датчиктер генераторлық және параметрлік болып бөлінеді.

А) Генераторлық датчиктер.

         Генераторлық датчиктер- өлшенетін сигналға механикалық әсер кезінде кернеу мен токты тікелей өндіретін түрлендіргіштер. Датчиктер белгілі бір құбылыстарға негізделуіне байланысты аталады:

1) пьезоэлектрлік - пьезоэлектрлік эффект;

2) термоэлектрлік - термоэлектрлік эффект;

3) индукциялық - электромагнитті индукция;

4) фотоэлектрлік – вентильді фотоэффект.

 

 

Пьезоэлектрлік  датчиктер

 

 жүрек- қанайналым жүйесінің  күйін (пульс, систолалық, диастолалық  қысым, жүректің тоны, шуы), тыныс  алу жиілігі мен көлемін анықтауға  қолданылады. Бұндай датчиктер  пьезоэлектрлік эффект құбылысына  негізделген. Бұл құбылыс кристалл  диэлектриктердің механикалық деформациясы кезінде пайда болады, яғни сыртқы күш әсер еткенде (қысқанда не созғанда) механикалық деформацияның нәтижесінде кейбір кристалдардың молекулалары поляризацияланады. Кристалдың қарама- қарсы беттерінде қарама- қарсы электр зарядтары пайда болады да олардың арасында потенциалдар айырымы туындайды. Сыртқы күштің әсері тоқтағанда электрлік зарядтары «жоғалады», кристалл бастапқы күйіне келеді. Осы құбылыс пьезоэлектрлік эффект деп аталады. Бұл эффект кварц кристалында, сегнет тұздарында т.б. пайда болады. Осындай кристалға қысатын күшпен әсер еткенде жоғарыда айтылғандай поиенциалдар айырымы пайда болады, осындай пьезоэлектрлік эффект тура пьезоэлектрлік эффект деп аталады. Егер пьезоэлектрлі қасиеті бар кристалға неон лампасымен тұйықталған пластиналар қойылса, онда кристалға соғылғанда, пластина қабырғаларында және кристалл қырларында кернеу пайда болып, неон лампасы жарқ ете түседі. Бұл да тура пьезоэлектрлік эффект. 4- суретте датчиктер түрлері көрсетілген.

        Индукциялық датчиктің- жұмыс принципі қозғалмайтын екі катушканың (немесе керісінше) арасындағы тұрақты магнит механикалық қозғалысқа келгенде тізбекте индукциялық токтың пайда болуына негізделген. Индукциялық ток магнит қозғалмай катушка қозғалысқа келгенде де пайда болады. Катушка магнитке салыстырмалы қозғалған кездегі индкуциялық ток күшейткішке және тіркегіш қондырғыға беріледі. Осы датчиктер баллистокардиографияда қолданылады.

       Термоэлектрлік- датчик ретінде термопара қолданылады, ол әртүрлі металдан жасалған жабысқан екі өткізгіш болып табылады. Олар температураны өлшеуге қолданылады. Ол өткізгіштігі әртүрлі болатын жартылай өткізгіштерден жасалады. Термопараның бос ұштарына жалғанған өлшеуіш құралдың көрсетуі осы жабысқан ұштарындағы температуралардың айырымына пропорционал болады. Термопараның сынапты термометрге қарағанда артықшылығы бар. Бірақ ыңғайлылығына қарағанда ол термисторға жетпейді. 

                           Б) Параметрлік датчиктер.

Мұндай датчиктерде  механикалық әсердің нәтижесінде  электрлік параметрлері өзгереді. Осындай  датчиктерге жеке ток көзі қажет.

      Кедергі (резистивті) датчиктер- тыныс алу жиілігін және көлемін анықтауға арналған. Осындай датчиктер жіңішке сымнан не заттан баған түрінде жасалады, олардың кедергісі созылу мен сығылу кезінде қатты өзгереді. Сымның не бағанның ұштары датчиктің табаны- мен және қозғалғыш элементімен жалғанады. Датчиктің кедергісінің артуы тізбектегі электр тогының шамасын азайтады. Тыныс алу көлемі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым кедергі де үлкен болады, ендеше ток соған сәйкес кемиді және керісінше. Тізбектегі токтың амплитудасы, оның өзгеру жиілігі тыныс алу жиілігін сипаттайды.

       Сыйымдылық датчиктерде- конденсатор пластиналарының өзара ығысуы кезінде  өлшеуіш тізбекке қосылған конденсатордың сыйымдылық кедергісі өзгереді.

       Индуктивтік датчиктер- тұйықталмаған өзекшесі бар катушкадан (электромагниттен) және өзекшені тұйықтайтын қозғалатын якорьден тұрады. Якорьдің қозғалысы кезінде катушканың индуктивтік кедергісі өзгереді. Катушка айнымалы токпен қоректенетін өлшеу тізбегіне (көпір) қосылады.

Датчиктердің  қолданылуы.

      Микорэлектронды құралдардың медицинада  қолданылуы құралдар мен аппараттардың  өлшемдерін тек кішірейтіп қана қоймай, сонымен қатар әртүрлі мүшелердің ішіне қатерсіз енетіндей, ағза тіндерін емдейтіндей құралдар мен датчиктер жасауға мүмкіндік береді. Осыған байланысты эндометрия деп аталатын жаңа диагностикалық әдіс табылды. Мысалы, жүрек қуыстарындағы қан қысымын анықтау үшін жүрек катеторының ұшына бекітілген кішкентай ғана электроманометр қолданылады. Мұнда датчик ретінде сыртқы қысымды сезгіш мембранамен жалғанған силиконды кедергі алынады. Асқазан-ішек жолын зерттеуде эндорадиометрияның жаңа әдісі табылды.  Асқазан-ішек жолындағы ортаның температурасын, қысымын, қышқылдығын анықтау осы жол бойымен эндорадиозонд көмегімен орындалады. Ол пилюля пішінді болады және оны пациент жұтады. Пилюляда микрогенератор орналасады, ал микрогенератордың өзінде қосқышы бар ток көзі, транзистор, контур бөліктері, ал ашық ұшында электромагниттік толқындар түрінде сәулеленетін тербелістер жиілігіне әсер ететін датчик орналасады. 

       Эндорадиозондта  температуралық датчик ретінде термистор, ал қысым датчигі ретінде мембранамен байланысқан генератордың тербелмелі контурының  индуктивтілік катушкасы, ортаның қышқылдығын анықтайтын датчик ретінде екі платинадан жасалған электрод қолданылады. Ток көзі ретінде сілтілі аккумулятор қолданылады. Радиотолқындардың

көмегімен жүрек, тыныс алу қызметінің күйі т.т. жайында физиологиялық мәліметтер алу әдісі радиотелеметрия деп аталады.

        Медициналық практикада дененің  және оның бөліктерінің температурасын  анықтау үшін жартылай өткізгішті  датчиктер (термистор) қолданылады.  Жартылай өткізгішті құралдардың басқалар алдында артықшылығы бар, өйткені оларды өте кішкентай (миниатюрный) қылып жасауға болады және оларға қажетті энергия сәйкес лампалы электронды қондырғылардың пайдаланатын энергиясынан әлдеқайда аз болады.

      Өткізгіш кедергісінің температураға тәуелділігіне негізделген термометр кедергілі электротермометр деп аталады. Термисторлер түрлі заттардан жасалады. Олар шарик пішінді не кішкене өлшемді пластина түрінде жасалады.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электродтар .Электродтар деп-электр тізбегінің бір нүктесін сол тізбектің екінші нүктесімен қосуға арналған арнайы пішінді өткізгішті айтады.

Биоэлектрлік  потенциалдарды алынатын мүшесіне байланысты түрліше атайды:

1. ЭЭГ  (электрокардиография)-жүрек потенциалын зерттеу.
2. ЭЭГ(электроэнцефалограф)-мидың биопотенциалын зерттеу.
3. ЭМГ(электромиография)-жүйке бағанасы мен бұлшық еттердің биопотенциалын зерттеу.

Сонымен қатар  электродтар адам ағзасына электр сигналдарымен  әсер ету үшін де қолданылады. Мысалы-кардиостимулятор-жүректің функционалдық мүмкіншілігін арттыру үшін және адам ағзасына арнайы пішінді электр сигналдарын енгізіп, шығыс жолвнда сол сигналдың пішіннің өзгеруін диагностикада қолдануға болады.

Электродтардың  медицинада негізгі қолдану бағыттары:

• Адам ағзасындағы биопотенциалдарды тіркеп оны диагностикада қолдану;
• Адам ағзасына үздікті электр сигналдарымен әсер ету; сол арқылыжүйенің функционалдық қабілетін арттыру.
• Адам ағзасына түрліше пішінді үздікті сигналдармен әсер етіп,олардың өзгерісін диагностикада қолдану;