НЕГІЗДЕРІ МЕДИЦИНАЛЫҚ ҚҰРАЛДАР МЕН АППАРАТТАРДЫҢ КЛАССИФИКАЦИЯСЫ БИОПОТЕНЦИАЛДАРДЫ ТІРКЕЙТІН

НЕГІЗДЕРІ. МЕДИЦИНАЛЫҚ ҚҰРАЛДАР МЕН АППАРАТТАРДЫҢ КЛАССИФИКАЦИЯСЫ. БИОПОТЕНЦИАЛДАРДЫ ТІРКЕЙТІН ҚҰРАЛДАРДЫҢ ЖҰМЫС ІСТЕУ ПРИНЦИПІ (ЭКГ, ЭЭГ).

Жоспары: • Өлшеуіш түрлендіргіштерде түрленетін энергияның формалары. • Датчиктер конструкциясы, олардың негізгі сипаттамасы. • Ағзаның өмір сүруінің электрлік көріністерін оқып үйренудің техникалық құралдары • Ағзалардың электрогенезі: жүректің электрлік белсенділігі (ЭКГ), бастағы мидың электрлік белсенділігі (ЭЭГ). • Биопотенциалдарды тіркеудің блок схемасы. Күшейткіштер мен тіркеуіш құралдар.

Биологиялық жүйелерде энергияның формалары және олардың түрленуі «Тірі ағзалардың термодинамикасы» бөлімінде қарастырылады.

ТҰЙЫҚТАЛМАҒАН ЖҮЙЕ: ü -Жабық жүйе (қоршаған ортамен тек энергия алмасу) Ашық жүйе (қоршаған ортамен энергия және зат алмасу) Тірі ағза – ашық жүйе болып табылады.

Ағзаның өмір сүру барысында байқалатын энергияның әр түрлі формалары (механикалық, химиялық, электрлік және т. б) диагностикалық мақсатта өлшегіш түрлендіргіштердің көмегімен тіркеледі.

Медициналық құралдар мен аппараттар қолданылу түріне қарай: - диагностикалық - терапевтік болып бөлінеді.

Қазіргі медицина жаңа электрондық құрылғыларды қолдануға негізделінген (медициналық электроника).

Медициналық электроника ақпаратты тіркеу, тасымалдау, өңдеу және оны бейнелеумен қатар адам ағзасына белсенді әсер ету үшін қолданылады (физиотерапия, электрохирургия және т. б. ).

Медициналық электроникаға электрондық құралдарды, аппараттарды жүйелерді жасау және оларды медицинада қолдану мәселелері кіреді. Электрондық құралдардың жұмыс принципі электр зарядтарының вакуумда, газда немесе қатты денелердегі қозғалысына негізделген.

Қолдану бағытына байланысты электрондық-медициналық аппараттарды шартты түрде мынадай үш топқа бөлуге болады: q функционалдық диагностикада q емдеу мақсатында адам ағзасына әсер ету(физиотерапия мен электрохирургияда), q электрондық есептеуіш машиналар жүйесі

Функционалдық диагностикада әдістер үш топқа бөлінеді: а)ағзаның биопотенциалдарын тіркеу (электрография) б) электрлік емес шамаларды тіркеу (фонокардиография, баллистокардиография, реография, сфигмокардиография және т. б. ) в)эндо-радиотелеметрия (адам ағзасының функциясын қашықтан бақылау).

Медико-биологиялық ақпаратты алуға арналған қондырғыларға қойылатын басты талаптар: § адам ағзасынан тіркелетін биопотенциалдардың және басқадай медициналық-биологиялық ақпараттардың мейлінше дәл жеткізілуі; § алынатын ақпаратты қоршаған ортаның зиянды әсерінен қорғау; § тікеу жүргізу барысында ағзаға зиянсыз болуы; § зарарсыздануға қолайлы және бірнеше рет қолдануға ыңғайлы болуы керек.

МЕДИЦИНАЛЫҚ ЭЛЕКТРОНИКАДА ТІРКЕУ ҚҰРЫЛҒЫСЫНЫҢ 2 ТҮРІ ҚОЛДАНЫЛАДЫ: 1. 2. Электродтар Датчиктер

Электродтар - өлшегіш тізбекті биологиялық жүйемен қосатын арнайы формалы өткізгіштер.

Электродтар медицинада мынадай үш бағытта қолданылады: 1. адам ағзасындағы биопотенциалдарды тіркеп оны диагностикада қолдану; 2. адам ағзасына үздікті электр сигналдарымен әсер ету. Сол арқылы жүйенің функционалдық қабілетін арттыру (электростимулияция); 3. адам ағзасына түрліше пішінді (үздікті) сигналдармен әсер етіп олардың өзгерісін диагностикада қолдану (электродиагностика).

Электродтар диагностикада, емдеу саласында қолданылады. Электродтарға қойылатын талаптар: • Мықтылық • Жылдамдылық • сигналдың бұзылмауы • биологиялық ұлпаны тітіркендірмеу. Тері мен электрод арасындағы кедергіні азайту үшін қолданылады: 1. физиологиялық ерітіндіге батырылған дәке 2. арнайы электрөткізгіш паста.

Датчик - өлшенетін шаманы тіркеуге және тасымалдауға ыңғайлы сигналға айналдыратын құрал.

Өлшеу құралының алғашқы құрылғысы сезімтал элемент болып табылатын тіркеу құрылғысы жүйенің өзімен тікелей байланыста болады.

Кіретін шаманың әсерінен тізбектегі кернеу мен ток күшінің өзгерісін туғызатын, параметрлері өзгеретін датчиктер (кедергі, электросыйымдылық, индуктивтік т. б. ) ақпаратты түрлендіргіштер болып табылады.

Датчиктердің кіріс электрлік емес шамалары: механикалық шамалар – сызықтық және бұрыштық орын ауыстыру, жылдамдық, үдеу, қысым, тербеліс жиілігі; физикалық - температура, жарықталыну, ылғалдылық; химиялық - заттың концентрациясы, құрамы; физиологиялық — ұлпаның қанға толуы, тыныс алу көлемі, қанның соққылық көлемі.

Кіріс сигналдарын түрлендіру сипаттамасына қарай датчиктер биологиялық жүйелерде қолданылатын және энергетикалық болып екі топқа бөлінеді. МБ ақпарат әсерінен параметрлерін тікелей өзгертетін биологиялық жүйелерде қолданылатын датчиктер белсенді (генераторлық) және белсенді емес (параметрлік) болып бөлінеді.

ДАТЧИКТЕРДІҢ ТҮРЛЕРІ : 1) Кіретін шаманың әсерінен сигнал кернеуге немесе токқа айналатын датчиктер генераторлық деп аталады.

ТИПТЕРІ: 1. 2. 3. 4. Пьезоэлектрлі датчик (поляризация) Термоэлектрлі датчик (жылу) Индукциялық датчик (электромагниттік индукцияға (э. қ. к) негізделген) Фотоэлектрлік датчик (жарық әсері) және т. б.

2. ПАРАМЕТРЛІК ДАТЧИКТЕР Кіретін шаманың әсерінен параметрі өзгереді. Типтері: Сыйымдылық Реостатты Индуктивті

Датчиктің сезгіштігі: датчиктердің түріне қарай Омның миллиметрге (Ом/мм), милливольттың Кельвинге қатынасымен (м. В/К) өлшенеді.

Қазіргі клиникалық практикада қан тамырларының ішіндегі және жүрек қуысындағы қанның қысымын анықтау үшін электрлік тензодатчиктер қолданылады. Олардың жұмыс принципі кейбір материалдардың механикалық деформация әсерінен кедергілерінің өзгеруіне негізделген. Ондай заттарға кремний органикалық резина, нығыздалған шайыр, (смола) және т. б. жатады.

Пьезоэлектрлік датчиктер генераторлық датчиктер қатарына жатады. Олар: § жүрек-қанайналым жүйесінің күйін (пульс, систолалық және диастолалық қысым, жүректің тоны және шуы) § тыныс алу жиілігі мен көлемін анықтауға қолданылады.

Сыртқы күш әсер еткенде 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 құбылысты пьезоэлектрлік эффект дейміз.

Датчиктер биологиялық жүйелердің техникалық аналогтық рецепторы болып табылады.

ТІРІ АҒЗА ЖАСУШАЛАРЫНДА, ҰЛПАЛАРЫНДА ПАЙДА БОЛАТЫН ПОТЕНЦИАЛ АЙЫРМАСЫН – БИОЭЛЕКТРЛІК ПОТЕНЦИАЛ Д. А.

Өмір сүру барысында ағзаның күйі және оның электрлік белсенділігі уақыт өтуімен өзгереді. Зерттеулер жүргізуде дененің беткі қабатындағы және ішкі мүшелерінің (жүрек, ми және т. б) биопотенциалдарының айырымын өлшеуге болады.

Диагноз қою мақсатында: Тірі ағза мен жасушалардағы биопотенциалдары тіркеу әдісі – электрография; Ми қызметінің биоэлектрлік белсенділігін тіркеу әдісі электроэнцефалография; Жүрек бұлшық еттерінің жұмыс істеу нәтижесінде пайда болатын биопотенциалдарды тіркеу – электрокардиография д. а. Бұлшықет биопотенциалдарын тіркеу – электромиография деп аталады.

Медициналық практикада кеңінен тараған жүректің электрлік белсенділігін тіркеу – электрокардиография.

Тәжірибе нәтижелері жүректің әр бөлігімен қозудың таралуы күрделі екенін көрсетеді. Жүректегі қозудың таралу жылдамдығы бағыты және шамасы бойынша анықталады.

Жүректің бөлімдері бойынша қозудың тізбектей таралуы. Бағытталған сызықтар (стрелкалар) жүрек бұлшық етінің бөлігіне қозудың келу уақыты мен бағытын көрсетеді.

Мүшенің функционалдық күйін электрлік белсенділігімен анықтау үшін эквивалентті генератор принципі қолданылады. Зерттелетін және әр түрлі уақыт мезетінде қозатын мүшені эквивалентті генератор моделі ретінде қарастыруға болады.

Эквивалентті генераторды ағза ішінде орналасқан және ол дененің беткі қабатында электр өрісін тудырады деп есептеуге болады.

Эквивалентті генератор принципіне сәйкес жүректі эквивалентті генератор тогы алмастырады. Электр қозғауыш күш генератор тогының ішкі кедергісі үлкен r >R десек, онда токтың шамасы жүктеме кедергісіне тәуелді емес

Ток генераторы

Электр өрісінің потенциалын есептеу үшін эквивалентті генератор бірбірінен l арақашықтықта орналасқан оң және теріс зарядтар жүйесінен тұратын электр диполінің тогы ретінде қарастырылады.

Дене бетіндегі потенциалдар айырымының өзгерісін зерттей келе жүректің дипольдік моментінің проекциялары, яғни жүректің биопотенциалдары туралы айтуға болады. Бұл идея 1924 ж. голланд ғалымы Эйнтховен моделінің негізінде құрылған.

• Эйнтховен теориясы бойынша: жүрек дипольдік ток (эквивалентті генератор) ретінде қарастырылады. ЭКГ – ның стандартты тармақтары: I тармақ : оң қол – сол қол II тармақ: оң қол – сол аяқ III тармақ: сол қол – сол аяқ

Моделдің негізгі постулаттары: 1. Жүректің электр өрісін жүректің интегральды электрлік векторы (ЖИЭВ) деп аталатын дипольдік моменті Е дипольдік токтың электр өрісі ретінде қарастырылады. 2. ЖИЭВ біртекті изотропты өткізгіш ортада орналасады. 3. Жүректің Е интегральды электрлік векторы шамасы және бағыты бойынша өзгереді.

векторы бастапқы да қозғалмай, атрио -вентрикулярлық түйінде орналасады да, біраз уақыттан кейін күрделі кеңістіктік қисықты сипаттайды. Олардың жазықтық-тардағы проекциялары жүректің жиырылу циклында Р, Q, R, S және Т шыңдарын түзейді.

Жүректің бір жиырылу цикліндегі векторының бағыты мен шамасының өзгеруі жүректегі қозудың тізбектей таралуымен түсіндіріледі.

Қозу толқыны синустық түйіннен бастап, жүрекше қабырғалары, атриовентрикулярлық түйін, Гис шоғыры және аяқшаларымен таралып және одан жүректің жырылу құрылымы QRS –ті қамтиды. Т шыңы реполяризация фазасына сәйкес келеді.

Эйнтховен тең қабырғалы үшбұрыштың ортасында дипольдік ток орналасқан деп қарастырып, үшбұрыштың шыңдарынан тұратын үш нүктеден екі нүкте арасындағы потенциалдар айырымын өлшеуді ұсынды.

Үш стандартты тармақтағы электрокардиограмманың QRS комплексін тіркеу схемасы

ЭК Г

Әр тармақ үшін потенциалдар айырымы : I тармақ: III тармақ:

Электрокардиограмма – әр тармақтардағы потенциалдар айырымының уақытқа тәуелді графигі.

Жүректің интегральды электр векторының модулы және бағыты белгілі бір шамаға ие. Бірақ осы вектордың үш тармаққа проекциялары әр түрлі. Жүректің электр векторының тармақтарға проекциялары мен потенциалдарының айырымының арасындағы байланыс

Қазіргі уақытта кардиологияда 12 стандартты тармақтар қолданылады.

ЭЛЕКТРОКАРДИОГРА Ф

Векторэлектрокардиография – кеңістіктегі жүректің интегралдық электрлік векторының өзгерісі туралы талқылайтын әдіс. Күрделі кеңістіктіктік қисықтың проекциялары тіркеледі.

Электроэнцефалография мидың биоэлектрлік белсенділігін тіркеу, дәрілік заттарды енгізуге және енгізгеннен кейінгі мидың функционалдық күйін анықтау үшін қолданылады.

ЭЭГ-де тіркелген потенциалдар айырымы ЭКГ –ге қарағанда аз. ЭКГ: 0, 1 – 5 м. В ЭЭГ: 0, 001 -0, 05 м. В Сондықтан ЭЭГ-нің биопотенциалдарының күшейткіштерінде күшейту коэффициенттері үлкен болуы керек. ЭКГ: 103 -104; ЭЭГ: 105 -106

Электрокардиографияда алынған биопотенциалдар милливольт шамасында, ал электроэнцефалографияда микрольволт шамасында болады. Сондықтан электроэнцефалографияда биопотенциалдың шамасын күшейткіштер арқылы арттырады.

ЭЭГ тіркеуде электродтардың пациенттің басына қойылуы.

Электроэнцефалограмма – басының беткі қабатының әр түрлі бөліктерінің арасындағы потенциалдар айырымының уақыт бойынша өзгеріс графигі.

8 электродпен алынған ЭЭГ –ні тіркеу

Электроэнцефалограмма әр түрлі жиілікті және амплитудалы күрделі тербелістен тұрады. Әр түрлі функциональды күйдегі бас миының электрлік белсенділігін зерттеу үшін спектрлік құрастырушылар қолданылады.

- ритм байқалады. 1. Үлкен адамдарда жиілігі 8 -13 Гц (қалыпты жағдайда) 2. Мидың белсенділігін зерттеуде жиілігі 14 - 30 Гц - ритм (ойлану кезінде) 3. Жиілігі 30 -55 Гц-тен жоғары - ритм (жүйке жүйесінің қозу кезеңінде) 4. Жиілігі 0, 5 -3, 5 Гц - ритм (ұйықтағанда) 5. Жиілігі 4 -7 Гц - ритм байқалады

БҰЛШЫҚЕТ ЖҮЙЕСІНІҢ БЕЛСЕНДІЛІК КӨРСЕТКІШІ Электромиография — бұлшықет биопотенциалдарын тіркеу жолымен қозғалыс мүшелерінің күйін зерттеу әдісі.

1. 2. 3. 4. 5. Өлшеуіш тізбектің құрылымдық схемасы Ақпаратты алу қондырғысы Күшейткіш Таратқыш (беруші) Қабылдағыш Ақпаратты тіркеуші (өлшегіш құрал) Таратқыш – алынған ақпаратты тасмалдаудың немесе таратудың 2 түрі бар 1. Өткізгіш сымдар 2. Радиотолқындар

Биологиялық жүйеден және электродтан тұратын контурдың эквиваленттік схемасы -биопотенциал көзінің э. қ. к. -ішкі ұлпаның кедергісі -тері мен электрод арасындағы кедергі - биологиялық жүйенің кірісі

Электродтарға қойылатын талаптар: 1. Мықтылық (төзімділік - прочность) 2. Жылдамдық (тез арада алып тіркеу) 3. Сигналдың бұзылмауы (формасын өзгертпеуі, кедергі жасамауы, яғни параметрлердің тұрақтылығын қамтамасыз ету - искажения) 4. Биологиялық ұлпаны тітіркендірмеуі

Медицинада биопотенциалдарды күшейту үшін арнайы кернеуді күшейткіштер қолданылады.

Бір тактілі күшейткіштер

Екі тактілі күшейткіш

Әдебиеттер: 1. Тиманюк В. А. , Животова Е. Н. Биофизика, Киев, 2004 г. 2. Ремизов А. М. Медицинская и биологическая физика, М. , 2002 г. 3. Антонов В. Ф. Биофизика, М. , 2006 г. 4. Ливенцев Н. М. Курс физики М. , 1974 г.

Бақылау сұрақтары: Жүректің электрлік белсенділігінің мағынасы қандай? 2. ЭЭГ-нің қандай негізгі ритмдері бар? 3. Биопотенциалдарды тіркеудің жалпы схемасы қандай? 4. Күшейткіштердің негізгі сипаттамасы қандай? 5. Биопотенциалдарды тіркеуші қандай техникалық құралдар бар? 1.