Медико-биологиялық ақпарат

ЖОСПАР:

 

1. Кіріспе
2. Негізгі бөлім:

2.1 Адам ағзасындағы медико-биологиялық ақпараттар

2.2 Медико-биологиялық ақпараттарды  алу, тарату, тіркеу

2.3 Электродтар, медицинада қолданылатын электродтар

2.4 Датчиктер, медицинада қолданылатын датчиктер

3. Қорытынды 

4. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

 

Қосымша

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            1. КІРІСПЕ

    Кез келген медико-биологиялық зерттеулер белгісіз ақпаратты қабылдау және тіркеумен байланысты. Медико-биологиялық жүйедегі ақпараттың күйі мен параметрлерін алып, тіркеу үшін құрылымдардың толық жиынтығы болу керек. Бұл жиынтықтың бастапқы элементі - міндетті түрде жүйемен әрекеттесетін немесе байланыс жасайтын, ақпаратты алуға арналған құралдар деп аталатын өлшеу құралының сезгіш элементі.

     Медико-биологиялық  хабарларды алудың, таратудың және тіркеудің құрылымдық сызбасы 1-қосымшада берілген. Бұл сызба медициналық диагностикада және зерттеулерде қолданылатын нақты жүзеге асатын жүйелерді бейнелейді. Медико-биологиялық ақпаратты алуға, тіркеуге және таратуға қолданылатын медициналық электрондық техника, сонымен қатар адам ағзасына әсер ету үшін де (физиотерапияда және электрохирургияда) кеңінен қолданылады.

    Медициналық электроникада  сезгіш элемент  электрлік  сигналды не тура жібереді, не  биологиялық жүйе ықпалымен өзгертіп  жібереді. Ақпаратты алуға арналған  құрал медико-биологиялық және  физиологиялық мазмұнды ақпаратты электронды құрал сигналына өзгертеді. Медициналық электроникада медико-биологиялық ақпараттарды алуға арналған құралдар электродтар мен датчиктерге бөлінеді.

    Медициналық электроникадағы өлшегіш тізбектің соңғы элементі, бақылаушының тікелей түйсінуі үшін қажет, ақпараттың биологиялық жүйесі туралы формада бейнелейтін немесе тіркейтін – өлшеуіш  құрал болып табылады.

    Көптеген жағдайларда  ақпараттаы алуға арналған құрал  мен өлшеуіш құралдың арасында  бастапқы сигналды күшейтетін  және оны қашықтыққа тарататын  элементтері болады.

 

 

 

2. НЕГІЗГІ БӨЛІМ

2.1 Адам ағзасындағы медико-биологиялық  ақпараттар

  Адам ағзасында өтетін және өлшеуге болатын параметрлерді екі топқа бөлуге болады: тікелей өлшеуге болатын параметрлер және тікелей өлшеуге болмайтын, бірақ жанама тәсілмен анықталатын параметрлер.

    Тікелей өлшеуге  болатын параметрлерге жүрек  бұлшық еттерінің жиырылуы, температура,  биоэлектрлік потенциалдар жатады. Тікелей өлшеуге болмайтын, бірақ  жанама тәсілмен анықталатын  параметрлерге мыналарды жатқызуға  болады: 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  сол сияқты әдістер бар.

   Медико-биологиялық  ақпаратты алуға арналған қондырғыларға қойылатын басты талаптар:

• адам ағзасыннан алынатын биопотенциалдардың және басқадай 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 болатындай болуы керек;

Адам ағзасындағы пайда  болатын биопотенциалдар өте  әлсіз болады. Сондықтан да оларды диагностикада қолдану мақсатына жеткізу үшін күшеткіштер қолданылады.

 

 

 

 

 

 

2. Медико-биологиялық ақпараттарды алу, тарату, тіркеу

Бастапқы ақпаратты алу  – шектелген уақытта және шектелген  кеңістікте объекттердің қозғалысы  кезіндегі бірлік коодинаталар мен  параметрлердің бағалар класында, бірлік шешімдердің қалыптасу процессі, объект координаталары азимут, орын бұрышы және бақылаушы пунктіне қатысты  алыстығы болып табылады. Объекттердің қозғалыс параметрлері дегені өзгеретін координаталардың уақыт бойынша туындылары айтылады. Объектілер туралы алғашқы ақпарат қабылданған сигналдың уақыттық, кеңістіктік, поляризациялық сипаттамаларынан және осы сигналдардан анализ көмегімен алынады, яғни кедергілер аясында кеңістіктік-уақыттық және поляризаторлық өңдеуден алынады.

 Ақпаратты өңдеу – алғашқы ақпаратты сипаттамалардың жақсарту, танылу және өлшеу мақсатында уақыт бойынша(екіншілік өңдеу) және кеңістіктік(үшіншілік өңдеу) біріктіру.

Ақпаратты тарату – радиотолқындар көмегімен ақпаратты біріктіру  және объекттердің қозғалысын басқару  мақсатымен қандай да бір хабарлардың  бір пунктінен басқасына транспорттау.

Сигналдарды тарату. Радиотелеметрия.

Алынған және күшейтілген элекр сигналдарын тіркеуші құралға жеткізу керек. Көп жағдайларда электродтар немесе датчиктер, күшейткіштер мен тіркеуші құралдар конструкциялы бір құрылғыға біріктіреді.  Мұндай жағдайда ақпаратты тарату еш қиыншылық тудырмайды. Бірақ өлшеуіш бөлік биологиялық жүйеден қашықтықта орналасуы мүмкін, мұндай өлшеуіш телеметрияға немесе биотелеметрияға жатқызылады. Ақпаратты алушы құрал мен тіркеуші құрал арасындағы байланыс өткізгіш сыммен, не радиомен жүзеге асады. Телеметрияның соңғы нұсқасы радиотелеметрия деп аталады. Бұл байланыс түрі ғарыштық зерттеулерде ғарыштық кеменің және оның экипажы туралы ақпаратты алуға, ал спорттық медицинада спорсменнің жаттығу кезіндегі хал жағдайы туралы ақпаратты алуға қолданылады. Мысалы, спортсмен шлеміндегі антенна көмегімен 300-500м (стадион шекарасында) қашықтықта оның жағдайы туралы деректер алуға болады.

Радиотелеметрия асқорыту трактының  эндорадиозондталу үшін қолданылады. Эндорадиозондталу дегеніміз асқорыту жүйесінің қызметін радиотелеметриялық зерттеу әдісі. Владимир Кузьмич Зврыкин (1889-1982) атақты орыс ғалымы және өнертапқыш ойшылы, қазіргі таңның теледидарының дамуына көп улес қосқан. 1950 жылы дәрігерлермен бірігіп эндорадиозондтау идеясын дамытып, радиотелеметрия арқылы асқорыту жүйесінің қызметін зерттеген.

Эндорадиозондталу принципі: пациент электромагниттік тербелістерді  генерирлеуші шағын радиотаратушысы бар капсуланы (радиопилюля, радиозонд) жұтады. Физиологиялық, физикалық және химиялық құбылыстардың пилюляның асқорыту тракты бойынша өтуіне әсері тербелістердің жиілік модуляциясын тудырады. Радиотіркеуші құрал осы тербелістерді тіркейді(1-сурет). Радиопилюлялардың генераторы 300-450кГц немесе 1800-200кГц жиілік сызығында жұмыс істейді. Бүгінгі күні температура, қысым және рН мәнін анықтайтын эндорадиозондтар(радиопилюля) бар. Радиопилюляның қозғалуы, яғни эндорадиозондтау асқорыту трактының барлық бөліктеріндегі болған құбылыстарды бақылауға көмектеседі. Кейде радиопилюляға оның қозғалысын тоқтататын жіп байланады, мысалы асқазаннан онекіелі ішекке. Радиопилюляның орнын рентгеноскопия немесе радиопеленгация арқылы анықтайды. Эндорадиозондтау асқорыту процестерін бұзбайды.

Аналогтық тіркеуші құралдар. Техникалық сызбаның соңғы элементі медико-биологиялық ақпаратты бейнелейтін немесе тіркейтін өлшеуіш(бақылаушы) құрал болып табылады. Бейнелейтін құрал дегеніміз ақпаратты уақытша ұсынып, жаңа ақпарат пайда болғанда бұрынғысы ізсіз жоғалады. Ондай құралдарға, атап айтқанда: тілді аспаптар: амперметр, вольтметр, т. б. Тілді амперметр, мысалы, сол уақыттағы тоқ күшін көрсетіп, тіркемейді. Тізбекте тоқ өзгергенде бұрынғы мағынасы қайтымсыз жойылады. Осындай құралдардың ақпаратты сақтауы үшін оларды арнайы тіркеу қажет болады. Мысалы физикалық зертханалардағы студенттердің құралдардың көрсеткіштерін тіркеуі. Өлеуіш құралдардың медико-биологиялық қолданылуы өте аз: кедергі электротермометр, пульстің жиілігін өлшеуші, т. б.

Медициналық электоникада зор  орын алғандар ақпаратты қандай да бір сақтаушыда тіркейтін тіркеуші құралдар. Өткізуші және тіркеуші құралдар аналогтық-үздіксіз, аналогтық және дискретті үйлесетін дискретті және комбинирленген болып бөлінеді.

Медико-биологиялық зерттеулерде көп таралған және қолданылатын аналогтық тіркеуші құралдарға тоқталсақ. Медицина, биология және физиологияда көп қолданылатын ақпаратты тіркеуші құралды сақтаушылардың келесі әдістері: а) зат қабатын қондыру (бояғыш): қаламды-сиялы және жіңішке ағысты жазушы жүйелер; б)сақтаушы заттық құрамының өзгеруі: фототіркеу, электрохимиялық, электрофотографиялық (ксерография) және магнитті жазба; в)сақтаушыдан зат қабатын алу: беткі қабаттың сірленуі(закопченность), жылулық тіркеу.

Қазіргі кезді физиологиялық  зерттеулерде қолданылатын қарапайым  өздігінен жазушы кимограф немесе электрокимограф  болып табылады. Кимограф идеясы –  сақтаушының беткі қабатының  бір қалыпты орын ауыстыруы –  көп жағдайларда зерттеліп отырған  шамасын уақытша тіркеуші қазіргі  кездегі аналогтық тіркеуші құралдарда сақталады. Медициналық аппаратурада қолданылатын электрлік сигналдарды механикалық сигналдарға ауыстыратын өздігінен жазушы құралдар. Физикалық олар өте аз тоқ күшімен тіркеуші жоғарғысезгіш электроөлшеуіш құралдар гальванометрлер болып есептеледі.

Өздігінен жазушының басты  сипаттамасы олар тіркеуге үлгерген жиілік тербелістерінің диапазоны  болып есептеледі. Неғұрлым өздігінен  жазушының инерциялық ауысуы көп  болса, соғұрлым тіркелудің нақты тіркелуші  шаманың кешігуі және құрал сипаттамасының нақтылығының азаюы болады. Қалыпты ақаулықтарынан бөлек механизмдегі қағаздың немесе фотопленканың орын ауыстыруы кезіндегі дәлсіздік, кешігушілік, ауа ылғалдығы нәтижесінде қағаз өлшемінің өзгеруі, уақыт тіркелуінің дәлсіздігі, т. б.

Біркоординаттық өздігінен  жазушылардан бөлек, уақытша тәуелділікті тіркеуші, зерттеуші практикада маңызды орын алған екікоординаттық өздігінен жазушылар.

Аналогтық тіркеуші құралдар қатарында медициналық практикада ақпаратты тіркеуге қолданылатын, инерциясыз комбинирленген электронды-сәулелі түтіктер құралдары. Мысалы, поративті вектор-кардиоскопта бейнелейтін, ал қосымша фотографияланғанда тіркейтін электронды-сәулелі түтік маңызды элемент болы табылады. Электронды-сәулелік түтік комбинирленген құралдар қатарына жатқызылу себебі, оның шығу ақпаратын тек қана аналогтық емес, сонымен қатар дискретті формада бейнелеп, тіркей алуы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Электродтар, медицинада қолданылатын электродтар

Биоэлектрлік сигналды алуға  арналған электродтар дегеніміз  – өлшеуіш тізбекті биологиялық  жүйемен байланыстырушы арнайы формалы  жолсерігі. Диагностикада электродтар  тек электрлік сигналды алуға  ғана емес, сондай- ақ сыртқы электромагнитті ықпалын жеткізуге қолданылады, мысалы реорафияда. Медицинада электродтар емдеу және электростимуляцияға электомагниттік ықпал көрсету үшін қолданылады.

Электодтарға белгілі  талаптар қойылады: олар тез тіркеліп, алынуы керек, электрлік параметрлердің жоғарғы тұрақтылығының болуы керек, берік болу керек, кедергі келтірмеуі керек, биологиялық қабатты түршіктірмеу керек және т. б. Биоэлектрлік сигналды алуда элетродтарға қатысты маңызды физикалық мәселе, қажетті ақпаратты жоғалтуды минималдау болып табылады, әсіресе өтпелі кедергі электрод – тері. Өтпелі электродтың кедергісін азайту үшін электродтың ауданын  үлкейтуге болады, бірақ  электрод ауданы өскен сайын оған қоршаған ортаның қарсы әсері де өседі, сөйтіп қабылданатын сигналдың пішініне ақау енгізеді. Содай-ақ өтпелі кедергіні азайту мақсатымен электрод пен тері арасындағы өткізгіштікті жоғарылатып, ерітіндіге шыланған жұқа дәке немесе электрөткізгіш пасталар қолданылады.

Қолданылуына қарай биоэлектрлік синалдарды алу келесі топтарға жіктеледі: 1) функциональдық диагностика кабинетінде  қысқа уақытты қолданылуға, мысалы электрокардиограмманы бір рет  өлшеуге; 2) ұзақ уақыт қолданылуға, мысалы интенсивті терапиялы кабинет  шартында ауыр науқастанған пациентті  үнемі бақылауда; 3) епті қозғалмлы  қаралушыларға қолдануда, мысалы спорттық немесе космостық медицинада; 4) шұғыл қолдануда, мысалы жедел жәрдем шарттарында қолданылады. Барлық жағдайларда электродтарды қолданудың өзерекшеліктері бар екені түсінікті: Физиологиялық ерітінді кеуіп қалып, кедергісі өзгеріп кетуі мүмкін, егер биоэлектрлік сигналдарды бақылау ұзақ болса, есінен талған пациентке инелі электодтарды қолданған ыңғайлы, т. б.

Соңында кейбір электродтардың құрылысына тоқталсақ. Электрокаардиограммаларды  аяқ-қол, саусақ бармақтарына арнайы резиналы таспамен электрод – меншікті қадалық штабельді орнатып, бекітілген клеммалы металды пластинкамен байланыстырады. Кабельдер электодты электрокардиографпен қосады. Пациенттің кеудесіне кеуділік электрод орнатылады. Ол резиналы сорғышпен ұсталады. Бұл электродтың да меншікті қадалық штабельді клеммасы бар. Микроэлектродты практикада шыны микроэлектродтары қолданылады.Оның ұшының диаметрі 0,5мкм. Электрод корпусы изолятор болып табылады, ішінде электролит түріндегі жолсерігі орналасады. Микроэлектродтарды дайындап, жасау және олармен жұмыс істеу белгілі қиындықтарды ұсынады, бірақ осындай микроэлектрод жасуша мембранасын тесуге және жасушаішілік зерттеулер жүргізуге мүмкіндік береді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Датчиктер, медицинада қолданылатын датчиктер

Кейбір медико-биологиялық  сипаттамаларды тікелей электродтармен «түсіру» мүмкін емес, себебі бұл сипаттамалар биоэлектрлік сигналмен бейнеленбейді: қан қысымы, температура, жүректің дыбысы және т. б. Кейбір жағдайларда медико-биологиялық  ақпарат электрлік сигналмен  байланысты, бірақ оған электрлік  емес шамамен келу әлдеқайда ыңғайлы(мысалы, пульс). Осындай жағдайларда датчиктер қолданады.

Датчик  өлшеніп отырған немесе бақыланып отырған шаманы сигналға өзгертетін, берілуге, одан әрі өзгертуге немесе тіркеуге ыңғайлы. Өлшегіш шамасы, яғни өлшеуіш тізбектегі алғашқысы жеткізілген датчик, біріншілік деп аталады.

Медициналық электроникада  электрлік емес сигналдарды электрлік  сигналдарға түрлендіретін датчиктер  ғана қарастырылады. Электрлік сигналдарды қолдану басқаларынан қарағанда ыңғайлы, себебі электрлік құралдар оларды салыстырмалы оңай күшейтуге, қашықтықта таратуға және тіркеуге мүмкіндік береді. Датчиктер белсенді(генератолы) және енжар(параметрлі) болып бөлінеді.