АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

А — кимограф; б — рычажок Энгельмана; в — электромагнитный отметчик вре-мени.

В последние десятилетия для регистрации физио­логических процессов стали применять датчики, преоб­разующие неэлектрические процессы в электрические.

По принципу работы эти датчики подразделяются на генераторные и параметрические. Генераторные датчики генерируют напряжение или ток под воз­действием измеряемого сигнала (пьезоэлектрические, термоэлектрические, индукционные, фотоэлектрические). Параметрические датчики изменяют собствен­ные параметры под воздействием измеряемого сигнала (емкостные, реостатные, индуктивные и т. д.). Полу­чаемые в результате преобразования эквивалентные электрические сигналы удобно усиливать, измерять и регистрировать. Разработка соответствующих датчиков позволила изучать такие функциональные показатели, как сокращение мышцы, изменение центра тяжести тела в связи с перераспределением крови, давление крови и степень ее насыщения кислородом, кровенаполнение сосудов, тоны и шумы сердца, температуру и т. д. (рис. 4).

Чаще всего датчики подразделяются по виду пре­образуемой энергии: механоэлектрические, фото­электрические, термоэлектрические и т. д.

Рис. 4. Принцип устройства некоторых датчиков и включения их в электрические схемы.

Механоэлектрические датчики преобразу­ют-механические явления (давление, смещение, пульсацию и т. д.) в электрические сигналы. В пьезоэлектрических датчиках механическая деформация специального крис­талла (титанат бария, сегнетова соль и др.) преобразу­ется в электрические потенциалы, пропорциональные степени деформации.

Тензометрические датчики преобразуют ме­ханические деформации в электрические процессЕя путем изменения сопротивления многовитковой спирали, намо­танной на эластичной основе. Датчик работает при включении его в диагональ моста для измерения по­стоянного тока.

Индуктивные датчики преобразуют механи­ческие явления в электрические путем изменения индук­тивности катушки с незамкнутой магнитной цепью в магнитном поле.

Емкостные датчики преобразуют механиче­ские явления в электрические за счет смещения одной из пластин конденсатора относительно другой. Изменения емкости конденсатора могут быть точно измерены и зарегистрированы.

Механотроны (ламповый триод с подвижным анодом) преобразуют механические смещения в электри­ческие за счет изменения межэлектродного расстояния, и, следовательно, анодного тока лампы.

Фотоэлектрические датчики преобразуют воздействия световой энергии в электрические процессы. Существует 3 типа фотоэлектрических датчиков: с внеш­ним фотоэффектом, с запирающим слоем (фотодиоды) и внутренним фотоэффектом (фоторезисторы).

Фотоэлементы с внешним фотоэффек­том — вакуумные приборы, содержащие катод, покрытый слоем металла (цезий, сурьма), обладающего способностью испускать электроны под воздействием света, и анод. При включении фотоэлемента в цепь постоянного тока и воздействии светом на катод за счет эмиссии электронов возникает электрический ток.

Фотоэлементы с запирающим слоем пред­ставляют собой фотодиоды. При освещении фотодиода кванты света вызывают эмиссию электронов из слоя полупроводника. Электроны проходят через запирающий слой и заряжают один электрод отрицательно, другой электрод приобретает положительный заряд. Фототок фотодиода существенно увеличивается при его включении в цепь постоянного тока.

Фоторезисторы изменяют сопротивление под влиянием светового потока. Для измерения сопротивления их включают в одну из диагоналей измерительного моста постоянного тока.

Термоэлектрические датчики: термопары и терморезисторы. Применяются в электротермометрах для определения скорости потока крови, газа, газового состава среды и т. д.

Термопара — датчик, состоящий из соединенных друг с другом двух проводников разных металлов (медь — константан, платина — иридий и т. д.). Если места соединений проводников находятся в разных температурных условиях, то возникает разность потен­циалов, пропорциональная разности температур. Тер­мопара включается в одно плечо измерительного мо­ста.

Терморезисторы — полупроводниковые приборы, изменяющие сопротивление при температурном воздей­ствии. Включаются в диагональ измерительного моста постоянного тока.

Электродинамические датчики (микрофо­ны) преобразуют акустические явления в электрические. Используются в фонокардиографах. Принцип действия основан на возникновении электродвижущей силы в катушке проводника при его перемещении в посто­янном магнитном поле.

Усилители. Регистрация небольших электрических токов, возникающих при жизнедеятельности живых тканей, и в соответствующих датчиках требует приме­нения усилительной аппаратуры. Основными требованиями к биологическим усилителям являются: высокий коэф­фициент усиления, линейность характеристик, большое входное сопротивление, малая постоянная времени, высокая помехозащищенность, низкий уровень собствен­ных шумов. В ряде приборов необходимо использовать усилители постоянного тока.

Конечным звеном технической системы преобразо­вания исследуемых физиологических параметров явля­ется устройство отображения. Среди устройств отобра­жения в медицине получили распространение регистри­рующие приборы — регистраторы, которые можно разделить на аналоговые, дискретные и ком­бинированные.

Регистраторы предназначены для преобразования электрических сигналов от датчиков и усилителей в доступные нашим органам чувств процессы. Чаще всего электрические сигналы преобразуются в форму, удобную для восприятия зрительным анализатором, реже — слуховым.

Наиболее распространенной формой регистраторов являются приборы, осуществляющие запись физиологи­ческих данных на бумаге. Обычно это универсальные устройства, которые могут быть использованы для реги­страции различных процессов. Они имеют собственные усилители (аттеньюаторы), калибраторы времени и уси­ления, устройства для протягивания бумаги и записи на ней, содержат несколько каналов записи (1 —16).

Конструктивные особенности регистраторов опреде­ляются принципом построения выходного регистрирую­щего устройства. Наибольшее распространение в ме­дицинском приборостроении получили выходные устрой­ства, основанные на использовании трех основных физи­ческих принципов: электромагнитной индукции, откло­нения потоков электронов в электрическом поле и намаг­ничивания ферромагнитных материалов под влиянием магнитного поля.

Использование принципа электромагнитной индукции реализовано в виде различных систем гальваномет-р о в, применяемых как самостоятельно, так и в виде выходных устройств стрелочных, шлейфных и черии-лопишущих регистраторов. Существуют магнитоэлек­трические и электромагнитные гальвано­метры. При использовании магнитоэлектрических систем механическое движение получают за счет изменения положения проводника, по которому проходит реги­стрируемый ток, в постоянном магнитном поле. Конструк­тивно гальванометры этого типа отличаются способом выполнения проводника — в виде струны, петли, много-витковой рамки (зеркальные гальванометры, стрелочные индикаторы).

В электромагнитных гальванометрах проводник, по которому проходит регистрируемый ток, располагается непосредственно на полюсах постоянного магнита в виде многовитковых катушек. Постоянное магнитное поле изменяет конфигурацию под влиянием переменного поля, возникающего при прохождении тока через катушки, и создает вращающий момент на якоре, помещенном между полюсами магнита. Этот тип гальванометров нашел широкое применение в регистраторах с непосред­ственно видимой записью, различающихся по способу создания самой записи: чернилопишущие, струйные, тепловые, копировальные и др.

Наибольшее распространение получили чернило-пишущие перьевые регистраторы, в которых якорь электромагнитного гальванометра передает движе­ние на перо, соединенное с резервуаром чернил. Перо записывает исследуемый процесс на движущейся бумаге. В некоторых приборах чернила заменены копировальной бумагой, движущейся синхронно с обычной. Движение писчика по копировальной ленте оставляет след на обыч­ной бумаге. Таким образом получают запись на электро­кардиографах, электроэнцефалографах и специальных регистраторах.

В последние годы все шире применяется тепловой способ записи, при котором на якоре гальванометра устанавливают специальное перо, нагреваемое электри­ческим током. Нагретое перо оставляет след на специ­альной термочувствительной бумаге. Этот способ нашел применение в переносных и стационарных электрокар­диографах. Описанные регистраторы дают запись с мак­симальной частотой до 150 Гц.

В ряде конструкций регистраторов на якоре гальвано­метра помещают капилляр, имеющий диаметр в несколько микрометров. Через капилляр под высоким давлением подаются чернила, и запись осуществляется с помощью тонкой струи чернил. Подобного типа регистраторы применяют в электромиографах, полиграфах, кардио­графах; они имеют более высокий предел регистрируемых частот — до 500 Гц.

К недостаткам регистраторов, использующих перьевую запись, помимо сравнительно низкой частоты регистри­руемых процессов, следует отнести радиальные иска­жения, обусловленные дугообразным движением кончика пера, а также небольшую скорость движения бумаги — до 150 мм/с.

Для качественной регистрации быстрых процессов (таких как потенциалы нервных проводников и др.) требуется более высокая скорость развертки.

К безинерционным регистраторам, позво­ляющим наблюдать биологические процессы в широком диапазоне частот, относятся регистраторы, использующие принцип отклонения потока электронов в электрическом поле — электронн о-лучевые осциллографы. Принцип работы такого осциллографа хорошо известен. В последние десятилетия достигнут существенный прогресс в конструировании осциллографов: появились многолучевые, широкодиапазонные по скорости развертки приборы. Применение элементов цифровой вычислитель­ной техники позволило создать средства отображения (дисплеи), способные запоминать и воспроизводить неограниченное время регистрируемый процесс в раз­личных формах представления информации, осущест­влять элементарные операции сложения или вычитания двух или нескольких процессов с индикацией результата на экране и т. д. Запись изображения с экрана дисплея осуществляется фотографированием или выводом элек­трического эквивалента изображения в медленном темпе на регистраторы с видимой записью.

Принцип намагничивания ферромагнитных материалов в магнитном поле реализован в магниторегистраторах. Магнитная запись биологических процессов удобна как для хранения, так и для дальнейшей обработки. Су­ществующие магниторегистраторы биологических процес­сов основаны на использовании двух основных принципов преобразования биологических сигналов: частотной мо­дуляции и цифрового преобразования. В приборах с час­тотной модуляцией специальный генератор создает высокую частоту (15—18 кГц). Работа генератора управ­ляется медленным биологическим электрическим процес­сом. В результате на магнитной ленте фиксируется сигнал, частота которого пропорциональна амплитуде биологи­ческого процесса. При воспроизведении осуществляется обратное преобразование сигнала. Такое преобразование позволяет регистрировать биологические процессы в диа­пазоне от 0 до 10 кГц.

Магниторегистраторы с цифровым преобразованием непрерывный (аналоговый) сигнал переводят в дискретный (цифровой) двоичный код, который и записывается в виде набора импульсов на магнитную ленту. При воспроиз­ведении осуществляется обратное цифроаналоговое преобразование. Полоса регистрируемых частот в этом случае ограничена возможностями входного аналогоцифро-вого преобразователя и в современных приборах до­стигает 50—100 кГц, что значительно превышает потреб­ности биологического эксперимента.

Цифровая запись помимо широкого диапазона регистрируемых частот позволяет существенно повысить качество, помехозащищенность записи, осуществлять регистрацию нескольких процессов (до 16) на 1—2 до­рожки магнитофона за счет введения устройств элек­тронной коммутации каналов при записи — воспроиз­ведении сигналов.

Ряд биологических процессов может быть зарегистри­рован непосредственно на бытовых магнитофонах, дина­мический диапазон которых находится в пределах 40— 20 00 Гц. Вместе с тем следует помнить, что при этом может быть потеряна или искажена запись медленных составляющих сложного биоэлектрического процесса.

Воспроизведение биоэлектрических процессов с магни-торегистратора в дальнейшем может быть осущест­влено с помощью адекватных устройств отображения.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 1175 | Нарушение авторских прав