Проект биотелеметрической системы для дистанционного контроля физиологических параметров организма - электрокардиограммы и электроэнцефалограммы. Методы измерения и регистрации. Структурная схема и алгоритм функционирования системы передачи информации.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

• Введение
• 1 Методы измерения и регистрации электрокардиограмм и электроэнцефалограмм
• 1.1 Метод измерения и регистрации электроэнцефалограмм
• 1.2 Метод измерения и регистрации электрокардиограмм
• 2. Структурная схема и алгоритм функционирования системы периодической передачи биотелеметрической информации
• 3. Эскизный расчет
• 4 Функциональная схема биотелеметрической системы
• 5. Рекомендации на изготовление БТМС
• Заключение
• Список литературы

Введение

Биотелеметрия - измерение на расстоянии показателей, характеризующих состояние организма либо протекающих в нем физиологических процессов с последующей передачей результатов измерений по каналам связи. Для получения нужной физиологической информации на исследуемом человеке устанавливают соответствующие датчики, преобразующие измеряемые величины в электрические сигналы, которые посредством передатчика в закодированном виде передаются на пункт наблюдения. Принятые с помощью приемника сигналы усиливаются, декодируются и преобразуются (при необходимости) в сигналы другого вида, удобные для регистрации и (или) обработки на ЭВМ. Применение телеметрии дает возможность проводить исследование на очень больших расстояниях (например, при космических полетах) или во время движения изучаемого объекта (например, во время спортивных соревнований или трудовой деятельности). При биотелеметрии возможна передача сигналов и о процессах, происходящих во внутренних органах, для чего один или несколько сверхминиатюрных радиопередатчиков (радиокапсул) вводят в полости тела (например, в желудок или кишки) или вживляют в ткани организма.

Современную медицину невозможно представить без применения различного рода биотелеметрических систем. Биотелеметрическая система - комплекс средств для дистанционного измерения различных показателей исследуемого организма. Представленная работа посвящена проектированию биотелеметрической системы для дистанционного контроля физиологических параметров организма, таких как электрокардиограмма и электроэнцефалограмма.

1 Методы измерения и регистрации электрокардиограмм и электроэнцефалограмм

1.1 Метод измерения и регистрации электроэнцефалограмм

Электроэнцефалография (ЭЭГ) - метод исследования деятельности головного мозга животных и человека; основан на суммарной регистрации биоэлектрической активности отдельных зон, областей, долей мозга. Запись электрической активности мозга, называют электроэнцефалограммой (рис.1).

Рисунок 1 - Электроэнцефалограмма

ЭЭГ - сложная кривая, состоящая из волн различных частот и амплитуд. В зависимости от частоты на ЭЭГ различают волны, обозначаемые греческими буквами:

1. Альфа-активность выявляется при проведении электроэнцефалограммы в состоянии пассивного бодрствования и представляет собой синусоидальные колебания частотой 8-13 Гц и амплитудой 40-100 мкВ (рис.2, а). Альфа-активность зрелого мозга обычно модулирована в веретена и преобладает преимущественно в затылочных областях (связана с функционированием зрительного анализатора).

2. Бета активность представляет собой колебания частотой 14-40 Гц и амплитудой до 15-20 мкВ (рис.2, б). Выявляется преимущественно в передних отделах головного мозга во время активного бодрствования. В структуре бета-активности выделяют низкочастотную (с частотой до 22-24 Гц) и высокочастотную (с частотой более 22-24 Гц) активность. Некоторые авторы в структуре бета-активности выделяют гамма-активность, или высокочастотные бета-активность с частотой 40-70 Гц и амплитудой до 5-7 мкв.

3. Дельта-активность - медленно-волновая активность частотой 1-3 Гц различной амплитуды, наиболее выраженная во время сна (рис.2, в). Появление активности на ЭЭГ в другие промежутки времени свидетельствует о снижении уровня функциональной активности коры и всего мозга в целом.

4. Мю-активность выявляется в центральных областях головного мозга с преобладанием в области роландической борозды (связана с проприоцептивной чувствительностью). По частоте и амплитуде соответствует альфа-активности, но имеет характерную аркоподобную форму.

5. Тета-активность - медленно-волновая активность частотой 4-7 Гц различной амплитуды, усиливающаяся при эмоциональном возбуждении и во в время сна. Появление активности на ЭЭГ в другие промежутки времени свидетельствует о снижении уровня функциональной активности коры и всего мозга в целом.

а б в

Рисунок 2 - а - альфа-активность; б - бета активность; в - дельта активность.

У здорового человека могут различаться ЭЭГ в зависимости от физиологического состояния (сон и бодрствование, восприятие зрительных или слуховых сигналов, разнообразные эмоции и т.п.). ЭЭГ здорового взрослого человека, находящегося в состоянии относительного покоя, обнаруживает два основных типа ритмов: б-ритм, характеризующийся частотой колебаний в 8-13 Гц, и в-ритм, проявляющийся частотой в 14-30 Гц. [10]

В зависимости от того, в каком виде регистрируется и представляется для анализа электроэнцефалографисту ЭЭГ, электроэнцефалографы подразделяются на традиционные "бумажные" (перьевые) и современные - "безбумажные".

В первых ЭЭГ после усиления подается на катушки электромагнитных или термопишущих гальванометров и пишется непосредственно на бумажную ленту. Электроэнцефалографы второго типа преобразуют ЭЭГ в цифровую форму и вводят ее в компьютер, на экране которого и отображается непрерывный процесс регистрации ЭЭГ, одновременно записываемой в память компьютера. Бумажнопишущие электроэнцефалографы обладают преимуществом простоты эксплуатации. Безбумажные обладают преимуществом цифровой регистрации со всеми вытекающими отсюда удобствами записи, архивирования, вторичной компьютерной обработки и др.

ЭЭГ регистрирует разность потенциалов между двумя точками поверхности головы обследуемого. Соответственно этому на каждый канал регистрации подаются напряжения, отведенные двумя электродами: одно - на положительный, другое - на отрицательный вход канала усиления. Электроды для электроэнцефалографии представляют собой металлические пластины или стержни различной формы. [4, с. 19]

Электроды бываю нескольких разновидностей:

1) мостовые;

2) чашечковые;

3) игольчатые.

Наибольшее распространение получили два типа электродов - мостовые и чашечковые. Мостовой электрод представляет собой металлический стержень, закрепленный в держателе. Нижний конец стержня, контактирующий с кожей головы, покрыт гигроскопическим материалом, который перед установкой смачивают изотоническим раствором хлорида натрия. Электрод крепят с помощью резинового жгута таким образом, что контактный нижний конец металлического стержня прижимается к коже головы. К противоположному концу стержня подсоединяют отводящий провод с помощью стандартного зажима или разъема. Преимуществом таких электродов являются быстрота и простота их подсоединения, отсутствие необходимости использовать специальную электродную пасту, поскольку гигроскопический контактный материал долго удерживает и постепенно выделяет на поверхность кожи изотонический раствор хлорида натрия. Использование электродов этого типа предпочтительно при обследовании контактных больных, способных находиться сидя или полулежа.

При обследовании маленьких детей и больных с нарушением сознания и контакта с окружающими при долговременных записях и исследовании сна предпочтительны чашечковые электроды, имеющие форму диска с приподнятыми краями, к которому припаян провод. Чашечка заполняется контактной электродной пастой, содержащей помимо раствора хлорида натрия желеобразные связующие и некоторые вещества, размягчающие верхний слой эпидермиса. Электрод крепят на голове с помощью специальной резиновой шапочки, липкой ленты или приклеивают коллодием.

Игольчатые электроды применяются во время хирургических операций для оценки состояния нервной системы и глубины наркоза. Вкалываются непосредственно в покровы головы пациента. При нейрохирургических операциях на головном мозге электроды устанавливаются непосредственно в мозговую ткань. На выходе получается графическое изображение колебаний разности биоэлектрических потенциалов живого мозга.

Рисунок 3 - Типы электродов и способы их крепления на голове: а - мостиковый электрод, б - игольчатый, в - чашечковые электроды: 1 - металл; 2-липкая лента; 3 - электродная паста; 4 - кожа; г - закрепление электродов на голове с помощью шапочки из резиновых жгутов [4, с. 20].

После отведения электрические потенциалы подаются на входы усилительно-регистрирующих устройств. Входная коробка электроэнцефалографа содержит гнезда, с помощью которых к электроэнцефалографу может быть подсоединено соответствующее количество электродов.

Рисунок 4 - Блок-схема электроэнцефалографа: 1 - голова исследуемого с отводящими электродами (вид сверху); 2-входная коробка; 3-соединительные кабели; 4-селекторный блок с переключателями для каждого канала; 5-блок усиления с регуляторами фильтров высокой и низкой частоты (Ф) и грубой или плавной регулировкой усиления (У); 6-блок регистрации. [4, с.22]

В современных электроэнцефалографах электродная коробка обычно представляет ед...