 |
|
Класифікація пристроїв знімання медичної інформації.
Пристрої знімання медичної інформації забезпечують отримання сигналів, пов'язаних з тими або іншими явищами, що відбуваються в живому організмі. Пристрої знімання – перехідна ланка між досліджуваним організмом і подальшими пристроями посилення сигналів, їх відображення, реєстрації, обробки і т.д.
Всю сукупність різних пристроїв знімання медичної інформації доцільно підрозділити лише на дві великі групи (мал. 1): це електроди і датчики (перетворювачі).
 |
Мал. 1. Класифікація пристроїв реєстрації медичної інформації.
Електроди – це провідники спеціальної форми, з допомогою яких в електричне коло під’єднуються ділянка тіла або орган живого організму.
Вони передовсім використовуються для знімання електричного сигналу при електрокардіографії Е(КГ), електроенцефалографії Е(ЯГ), електроміографії (ЕМГ), електроокулографії (ЕОГ), електрогастрографії (ЕГГ). Електроди також використовуються для підведення до організму деякого зовнішнього електричного впливу: при електрофорезі, при використанні для лікування імпульсного струму, при реографії, при користуванні апаратом “Електросон” та іншими. Електроди найчастіше використовуються для знімання електричного сигналу, реально існуючого в досліджуваному організмі. Вони просто виконують роль контакту, здійснюючи відведення електричного сигналу без втрат, залежної від якості контакту між електродом і тією частиною організму, з якою від стикається.
До електродів, як елементів знімання медико-біологічної інформації, пред'являють специфічні вимоги:
- вони повинні швидко фіксуватися і зніматися;
- мати низьку вартість;
- володіти високою стабільністю електричних параметрів;
- володіти еластичністю при достатній механічній міцності;
- не давати артефактів і перешкод;
- не мати подразнюючої дії.
Найважливішою загальною вимогою, що пред'являється до різних електродів, є вимога мінімуму втрат корисного сигналу, особливо на перехідному опорі електрод – шкіра, які потрібно прагнути зробити якнайменшими. Величина перехідного опору залежить від типу металу, з якого виготовлений електрод, властивостей шкіри, площі її зіткнення з електродом і від провідності провідного середовища між ними.
Перехідний опір зменшується також із збільшенням площі контакту електрод – шкіра. Перехідний опір між чистою сухою шкірою і електродом вимірюється сотнями кілоом. Для його зменшення між шкірою і електродом звичайно прокладається марлева серветка, змочена фізіологічним розчином. При цьому перехідний опір знижується до десятків кілоом. Останнім часом частіше застосовують спеціальні провідні електродні пасти, які дають кращий результат, ніж прості електроліти.
Існує безліч типів металевих електродів. Як матеріал для їх виготовлення застосовуються золото, платина, срібло, паладій, неіржавіюча сталь, сплави з іридієм і ін. метали і хімічні з'єднання.
Конструкції і характеристики електродів залежать багато в чому від цілей їх застосування.
За призначенням електроди діляться на чотири групи:
1) для одноразового використовування (у кабінетах функціональної діагностики і т.д.);
2) для тривалого, безперервного спостереження (в умовах палат реанімації, інтенсивної терапії);
3) для динамічного спостереження (в умовах фізичних навантажень, в спортивній медицині);
4) для екстремального застосування (в умовах невідкладної терапії, швидкої допомоги).
Для короткочасного використовування застосовується так званий електрод - присосок. Цей електрод забезпечений гумовим балончиком, який дає можливість просто і достатньо надійно прикріпити електрод в потрібному місці. Проте такий електрод не можна використовувати для тривалої реєстрації через недостатню герметичність і можливих крововиливів в шкіру і підшкірну клітковину.
Для довготривалої реєстрації застосовується паста спеціального складу, що не викликає подразнення шкіри, і частіше застосовуються тарілкоподібні електроди.
Датчик – (перетворювач медичної інформації) пристрій знімання інформації, який реагує своїм чутливим елементом на дію вимірюваної величини, а також здійснює перетворення цієї дії у форму, зручну для подальшого посилення, реєстрації, обробки і т.д.
Тип і конструкція датчика залежать від виду необхідного перетворення, тобто визначаються конкретними фізичними представленнями вхідного неелектричного сигналу і вихідного електричного, а також залежать від умов роботи датчика.
Неелектричними вхідними величинами датчиків можуть бути механічні величини лінійні й кутові переміщення, швидкість, прискорення, тиск, частота коливань, фізичні (температура, вологість, освітлення), хімічні (концентрація речовин, склад), безпосередньо фізіологічні (наповнення тканин кров’ю тощо).
Їх вихідними електричними величинами, звичайно, є електричний струм, напруга, повний опір (імпеданс), частота (або фаза) змінного струму або імпульсних сигналів.
Усі датчики можна поділити на дві групи: біокеруючі та енергетичні. Біокеруючі датчики змінюють свої характеристики безпосередньо під впливом медичної та біологічної інформації, що поступає від об’єкта дослідження. У свою чергу, біокеруючі датчики поділяються на активні (генераторні) і пасивні (параметричні).
В активних датчиках вимірюваний параметр безпосередньо перетворюється в електричний сигнал (тобто вони самі генерують сигнал відповідної амплітуди чи частоти). До таких датчиків відносяться п’єзоелектричні, індукційні перетворювачі, термоелементи.
У пасивних датчиках під впливом вхідної величини змінюються її електричні параметри: опір, ємність чи індуктивність. Вони, на відміну від активних датчиків, для отримання вихідної напруги чи струму підключаються в електричне коло з зовнішнім джерелом живлення. Це ємнісні, індуктивні, резистивні, контактні датчики.
Енергетичні датчики, на відміну від біокеруючих, активно впливають на органи й тканини, створюючи в них немодульований енергетичний потік із чітко вираженими, постійними в часі характеристиками.
При цьому вимірюваний параметр впливає на характеристики цього потоку, модулює його пропорційно змінам самого параметра. Такі датчики потребують додаткового джерела енергії для впливу на об’єкт і створення немодульованого енергетичного потоку. До таких датчиків відносяться, наприклад, фотоелектричні й ультразвукові.
Усі датчики повинні відповідати таким вимогам:
1) чутливість – мінімальні зміни знімаючого параметра, які можна стійко виявити з допомогою даного перетворювача;
2) динамічний діапазон – діапазон вхідних величин, вимірювання яких проводиться без помітних спотворень від максимально граничної величини до мінімальної, обмеженої порогом відчуття чи рівнем перешкод;
3) похибки – максимальна різниця між одержаною та номінальною вихідними величинами;
4) час релаксації – мінімальний проміжок часу, протягом якого відбувається установка вихідної величини до рівня, що відповідає рівню вхідної величини.
Щоб оцінити діяльність серцево-судинної системи, використовуються такі характеристики: пульс, систолічний і діастолічний тиск, тони й шуми серця, імпеданс тканин, різні показники циркуляції крові тощо.
Для реєстрації частоти периферичного пульсу широко використовується п’єзоелектричний ефект, який полягає у виникненні електричних зарядів різних знаків на протилежних поверхнях деяких кристалів (п’єзоелекриків) під час їх механічної деформації (розтягу, стиску, прогину, згину, тощо).
Датчики, що працюють на основі п’єзоелектричного ефекту, належать до числа активних (генераторних) біокеруючих датчиків. Конструктивно вони виготовляються у вигляді таблеток діаметром 10–15 мм висотою 3–5 мм. Всередині такого корпусу розміщується п’езоелемент, який працює на стиск або на згин. Датчики такої конструкції, прикладені до стінки артерії, дають на виході імпульсний сигнал, при цьому частота імпульсів співпадає з частотою пульсу.
Для вимірювання частоти пульсу використовуються також фотодатчики, які теж належать до енергетичних. Принцип роботи їх базується на використанні ефекту зміни ступеня поглинання світлового потоку, що проходить через живу тканину у залежності від її кровонаповнення. Такий датчик може працювати в прохідному чи розсіяному світлі. Частіше всього чутливим елементом таких датчиків використовують фоторезистори.
Для дослідження тонів і шумів серця і запису фонокардіограм використовуються електрдинамічні п’езоелектричні мікрофони: а) динамічний мікрофон; б) п’єзоелектричний мікрофон.
Слід підкреслити, що мікрофони належать до числа активних (генераторних) біокеруючих датчиків. Електродинамічні мікрофони відрізняються по чутливості, частотному й динамічному діапазонах, але вони витісняються п’єзоелектричними, які мають аналогічну конструкцію, як і п’єзоелектричні датчики пульсу. Різниця полягає лише в їх розмірах і чутливості.
При реєстрації фонокардіограм у нормальних умовах організму, фізичному навантаженні, бігу і т. п. використання мікрофонів згаданих вище конструкцій утруднюється через високий рівень перешкод. При цьому використовуються датчики більш цілеспрямовані, в яких зміщення та вібрації людського тіла діють у площині, перпендикулярній відносно напрямку дії корисного фонокардіографічного сигналу, пригнічуються в 50-100 раз.
При балістокардіографії, сейсмокардіографії широко використовуються датчики електромагнітного типу, при аналізі кровообігу використовуються ультразвукові датчики, які також належать до числа енергетичних.
Використання мікроелектронних приладів у медицині сприяло появі нових діагностичних прийомів, що називаються ендометрією. Наприклад, для вимірювання тиску крові в порожнині серця використовують мініатюрний електроманометр діаметром 1-2 мм, який закріплюється на кінці серцевого катетера. Датчиком у ньому служить силіконовий опір, сполучений з мембраною, що сприймає зовнішній тиск.
У медичній практиці широко використовується метод ендометрії для дослідження шлунково-кишкового тракту. Дослідження температури, тиску й кислотності (рН) середовища проводиться на довжині всього тракту з допомогою ендорадіозонда, що має форму пілюлі, яку ковтає пацієнт. Джерелом живлення передавача є лужний мікроакумулятор.
Необхідно згадати й про вживлюваний під шкіру на тривалий час (до кількох років) прилад, що називається кардіомонітором, або “водієм ритму”, який є мініатюрним генератором електричних імпульсів, що регулює порушення, пов’язані з хворобою ритму скорочень серцевого м’яза.
Комплекс методiв вивчення органiв на основi реєстрацiї бiопотенцiалiв у процесi їх функцiонування має назву електрографiя. У залежностi вiд того, який орган вивчається, електрограми подiляються на електрокардiограми серце), електроенцефалограми головний мозок), електромiограми (нервовi стволи i м'язи), електроретинограми (сiткiвка ока) i т.д.
У медичній практиці найбільше розповсюдження має вивчення електричної активностi серця – ЕКГ. Електрокардіографія (ЕКГ) є неінвазивним методом, проведення якого дозволяє одержувати цінну інформацію про стан серця. Суть даного методу полягає в реєстрації потенціалів, які виникають під час роботи серця в їх графічному відображенні на дисплеї або стрічці паперу.
ЕКГ є дуже інформативним, недорогим і доступним тестом, який дозволяє отримати необхідну інформацію про серцеву діяльність. ЕКГ є записом електричної активності серця. Запис проводиться з поверхні тіла пацієнта (верхні та нижні кінцівки, грудна клітка), куди наклеюються електроди або використовуються спеціальні пристосування та манжети. ЕКГ реєструють на різній швидкості. Зазвичай швидкість руху стрічки складає 25 мм/с, при цьому 1 мм кривої рівний 0,04 с, іноді для детальнішого запису використовують швидкість 50 і навіть 100 мм/с. При довготривалій реєстрації ЕКГ використовують меншу швидкість – від 2,5 до 10 мм/с.
ЕКГ є цінним діагностичним інструментом. За допомогою ЕКГ можна оцінити джерело (керованість) ритму, регулярність серцевих скорочень, їх частоту. Все це має велике значення для діагностики різноманітних аритмій. За тривалістю різних інтервалів і зубців ЕКГ можна оцінити зміни серцевої провідності. Зміни кінцевої частини шлуночкового комплексу (інтервал ST і зубець Т) дозволяють лікарю визначити наявність або відсутність ішемічних змін в седці (порушення кровопостачання). Важливим показником ЕКГ є амплітуда зубців. Збільшення її говорить про гіпертрофію відповідних відділів серця, яка спостерігається при деяких захворюваннях серця та при гіпертонічній хворобі.
ЕКГ, без сумніву, – досить потужний і доступний діагностичний інструмент, але й у цього методу є недоліки. Одним з них є короткочасність запису – біля 20 секунд. Навіть якщо людина хворіє (наприклад, аритмією) в момент запису вона може бути відсутня. Крім того запис, зазвичай проводиться в спокої, а не під час діяльності. Для того, щоб розширити діагностичні можливості ЕКГ, а саме, довготривалий її запис, використовують моніторинг ЕКГ за Холтером на протязі 24-48 годин.
Холтерівський моніторинг – це метод, за допомогою якого здійснюється цілодобове спостереження за роботою серця.
Електроенцефалографія (ЕЕГ) - це реєстрація біопотенціалів головного мозку, що дозволяє уточнити локалізацію патологічного процесу, пригнічення або посилення активності в ньому, виразність загальних змін електричної активності мозку, які відображають стан хворого. Зміна ЕЕГ у спокої, а також під впливом функціональних навантажень (фото-, фоностимуляція та ін.) є цінною додатковою інформацією для діагностики епілепсії, порушень кровообігу мозку, пухлин головного мозку, травматичних ушкоджень головного мозку.
Електроміографія дозволяє шляхом реєстрації електропотенціалів м'язів досліджувати порушення різних ланок нервово-м'язової системи та одержувати діагностичну інформацію про патологію м'язів, периферичних нервів, спинного мозку і надсегментарних утворень головного мозку. Глобальна ЕМГ за допомогою поверхневих нашкірних електродів, що реєструють активність довільних м'язових скорочень, відображає ступінь первинних уражень м'язів і нейронів спинного мозку, а також супраспінальних розладів рухової активності. Локальна міографія за допомогою голчастих електродів реєструє потенціали дії м'язевих волокон та їхню тривалість, амплітуду, форму і фазовість, що використовується для діагностики деіннервації м'язів, дегенерації м'язевих волокон (потенціали фібриляції) або порушення контакту м'язевих волокон з їхніми аксонами рухових нервів, що іннервують (потенціали фасцикуляцій).
Телеметрія (грец. tēle далеко + metreō міряти, вимірювати) - дистанційне дослідження різних процесів, об'єктів або явищ шляхом вимірювання їх параметрів і передачі цих відомостей на відстань. Телеметрія широко застосовується в різних галузях науки і техніки. У медицині вона використовується для реєстрації та передачі на відстань відомостей про стан хворого, що знаходиться далеко від лікувального або консультативного центру, спортсмена в процесі тренування, а також для стеження за станом здоров'я космонавтів, що працюють на орбіті; контролю фізіологічних функцій організму хворого, що знаходиться в барокамері, кардіологічному або реанімаційному відділенні, та ін.
Еволюційно, протягом мільйонів років, на людину впливали всі фактори оточуючого середовища – сонячне світло, магнітне поле землі, електромагнітні хвилі космічного походження і ін., а в самому організмі також вироблялися загальні та специфічні фізіологічні рефлекси на вказані природні явища. Отже не може один чинник вирішити всі проблеми хворої людини, її реабілітації. В кожному конкретному випадку є оптимальний варіант, і є додаткові. Наприклад, при гіпотрофії м’язів внаслідок травми нерва, найважливішим буде електроміостимуляція, всі інші (лазеротерапія, масаж, ЛФК, КВЧ) – додатковими, тому що тільки електроміостимуляція дає надійний відновлювальний міостимулюючий ефект.
ЕЛЕКТРОЛІКУВАННЯ
Електролікування – розділ апаратної фізіотерапії, який представлений контактними (електричні струми) та дистанційними (електромагнітні хвилі) методами:
Гальванізація– метод застосування з лікувальною метою постійного електричного струму малої сили (до 50 мА) та низької напруги (до 60 В), який проходить в тканини через потові та сальні залози, а також точки акупунктури. Під його впливом змінюється якісне та кількісне співвідношення іонів біля мембрани клітин, кислотно-основний стан тканинного середовища, осмотичні процеси, проникність мембран, збудливість клітин, окислювально-відновлювальні та ферментні процеси, посилюється крово- та лімфообіг, стимулюються обмінно-трофічні процеси, прискорюються процеси регенерації нервової, кісткової та сполучної тканини, а також відмічається гуморальна та рефлекторна дія на організм.
Особливості дії: рефлекторно-сегментарний механізм з урахуванням ефектів анода і катода; місцева дія за рахунок впливу аноду чи катоду; при загальних методиках обмінна, седативна або загальностимулююча дія.
Показання: регуляція основних нервових процесів при неврозах, виразковій хворобі, гіпертонічній хворобі I, II ступеня; регуляція вегетативних функцій при мігрені, соляриті, бронхіальній астмі, вазомоторному риніті; стимуляція регенерації периферичних нервів; послаблення і ліквідація больового синдрому при невралгії, нейропатії; відновлення функцій та зменшення секреторних і моторних розладів у системі органів травлення (гастрити, коліти з гіпо- та гіпермоторною дискінезією жовчовивідних шляхів); розсмоктування запальних інфільтратів при хронічних запальних процесах; покращання трофічних процесів; захворювання ЛОР-органів, очей, шкіри, опорно-рухового апарату; наслідки травматичних уражень головного та спинного мозку та їх оболонок.
Протипоказання: загальні протипоказання для фізіотерапії, гострі гнійні запальні процеси, розлади чутливості шкіри, індивідуальна непереносність струму, порушення цілісності шкіряних покривів в місцях накладання електродів.
Лікарський електрофорез – метод сполученого впливу на організм двох факторів – постійного (випрямленого) струму та введених за його допомогою лікарських речовин. При цьому на фоні дії постійного струму як біологічного подразника (активного лікувального фактору) має місце специфічна для кожної лікарської речовини зворотна реакція (іонний рефлекс). Направлений рух іонів використовується для введення в організм лікарських речовин, при чому ці речовини вводяться у відповідності зі знаком їх заряду (плюс або мінус) при дисоціації в розчині. Механізм дії: виникнення зворотної реакції у вигляді загального іонного рефлексу є специфічною для дії введеної лікарської речовини, яка вступає в обмінні процеси і впливає на клітини та тканини при дії через кров, лімфу на організм в цілому. При цьому лікарська речовина вводиться у вигляді іонів або окремих інгредієнтів без домішок (очищену від баластів), з підвищеною фармакологічною активністю безпосередньо в тканини патологічного осередку, у малих кількостях (малих концентраціях), при цьому основна маса його знаходиться у поверхневому шарі шкіри, створюючи депо та сприяючи утворенню місцевих іонних рефлексів.
Особливості дії: ефекти поєднуваної дії електричного струму та лікарської речовини; створення депо ліків у шкірі; провідне значення електричного струму, який потенціює ефекти ліків.
Показання: визначаються фармакологічною дією лікарської речовини з урахуванням показань для застосування постійного чи імпульсного струмів (ампліпульс-, діадинамофорез).
Протипоказання: крім загальних протипоказань для гальванізації, слід враховувати протипоказання для застосування лікарських речовин (непереносність, алергічні реакції).
Для гальванізації та лікувального електрофорезу в ролі джерела гальванічного (постійного) струму використовують апарати типу “АГН–1” або “Поток–1”.
Для підведення гальванічного струму до ділянки тіла пацієнта використовують електроди відповідних розмірів і форм. Електрод складається з металевої пластинки або іншого cтрумопровідного матеріалу і прокладки з гідрофільного матеріалу товщиною не менш 1 см, яка своїми розмірами на 1,5–2 см перевищує металеву частину електрода з кожного боку. Прокладка, розташована між металевою частиною електрода і тілом хворого, оберігає шкіру від опіків кислими або лужними продуктами електролізу, що утворюються при проходженні струму. Для з'єднання електродів з апаратом застосовують багатожильні ізольовані проводи.
Вплив мікроелементів на основні системи організму (для можливого використання при електрофорезі):