Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы

Конспект лекций по курсу

Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы

 

 

Составитель: Сахаров В.Л.

 

 

Классификация медицинских приборов

1. Диагностическая аппаратура.

2. Терапевтическая аппаратура.

Диагностическая аппаратура (методы функциональной диагностики) делится на:

Методы исследования сердечной деятельности:

v Ритмография (анализ сердечного ритма);

v Фонокардиография;

v Ультразвуковое исследование сердца;

v Велоэргометрия;

v Векторкардиография;

v Баллистокардиография;

v Механокардиография и т. д.

Методы исследования ЦНС:

v Электромиография;

v Вызванные потенциалы мозга;

v Кардиоинтервалография;

v Кожно-гальванический потенциал;

v Электроокулография.

Методы исследования головного мозга:

v Электроэнцефалография;

v Электрокортикография;

v УЗИ головного мозга (эхоэнцефалография).

Методы исследования сосудистой системы:

v Доплерография;

v Реография;

v Плетизмография;

v Ангиография.

Методы исследования органов дыхания:

v Спирография;

v Оксигенография;

v Пульмофонография;

v Пневмотахография;

v Флюорография;

Методы исследования ЖКТ:

v pH – метрия;

v электрогастрография;

v телевизионная эндо - и гастроскопия.

Методы общей оценки функционального состояния человека:

v Рентгенография;

v Радиология;

v Компьютерная томография;

v ЯМР;

v Общие УЗИ.

Классификация методов с технической точки зрения:

1. Электрофизиологические методы: электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография, электрогастрография, велоэргометрия, вызванные потенциалы, электроокулография, Электрокортикография.

2. Ультразвуковые методы исследования: эхокардиография, эхоэнцефалография, доплерография, методы УЗИ любых органов и тканей.

3. Методы лучевой диагностики: рентгеновские аппараты, компьютерные томографы.

4. Методы лечебных воздействий на пациента: электросттмуляторы, магнитные стимуляторы, светолечение.

Электрофизиологические методы

Электроэнцефалография

Современный эхоэнцефалограф представляет собой аппаратно – программный комплекс, в котором аппаратные средства решают задачи регистрации биопотенциалов, их усиления, фильтрации, оцифровки и передачи в ПК. Программное обеспечение выполняет функции визуализации сигнала, его математической обработки, формирование отчетных документов по результатам анализа и хранение в базе, как самого сигнала, так и результатов его анализа.

Медицинские основы метода

Между двумя точками мозга, а между точками мозга и удаленными от него тканями организма возникают переменные разности потенциалов, регистрация и анализ которых составляет задачу ЭЭГ.

Электроэнцефалограмма – это процесс, обусловленный деятельностью миллиардов нейронов мозга, представляющих собой их суммарную активность, отфильтрованную естественными костно-тканевыми «фильтрами» и зарегистрированный с поверхности скальпа человека.

Основной задачей специалиста, проводящего электроэнцефалографическое исследование, является выявление на электроэнцефалограмме значимых признаков идентификации их параметров и формирование на основе анализа заключения.

Технология проведения исследования

Электроэнцефалограмма регистрируется многоканально согласно стандартным схемам наложения электродов на голову. Обычно существуют 8-, 10-, 16-, 19-, 24-, 32-, 64- канальные электроэнцефалографы. Для каждого количества каналов существуют стандартные схемы отведений, согласно которым электроды накладываются на голову пациента. Регистрация электроэнцефалограмм проводится согласно функциональным пробам.

Функциональная проба – это временной интервал записи электроэнцефалограммы, характеризующийся либо одинаковым поведением пациента, либо идентичностью внешних воздействий на пациента.

Существует несколько основных функциональных проб:

1) «открытые глаза»;

2) «закрытые глаза»;

3) гипервентиляция – пациент делает медленные глубокие вдохи – выдохи с целью уменьшения насыщения мозга кислородом;

4) фотостимуляция – короткие световые импульсы;

5) фоностимуляция – короткие звуковые импульсы.

Иногда используются фармакологические пробы, осуществляющиеся путем введения пациенту соответствующих препаратов.

Основные параметры электроэнцефалограммы

Электроэнцефалограмма представляет собой случайный процесс, на каждом участке записи которого встречаются колебания разной амплитуды и частоты.

Анализ электроэнцефалограмм производится по частотным ритмам. Частотным ритмом называют тип электрической активности, соответствующий некоторому состоянию мозга и для которого четко определены границы частотного диапазона.

Наиболее часто для анализа электроэнцефалограмм используют четыре частотных ритма:

1) - ритм (дельта - ритм) – частотный диапазон 0,5 – 3 Гц. Амплитудный диапазон не должен превышать 50-60 мкВ, но при грубых патологиях может достигать 300 мкВ.

2) - ритм – частотный диапазон 4-6 Гц. Амплитудный диапазон как у  - ритма.

3)  - ритм – частотный диапазон 7-13 Гц. Амплитудный диапазон может достигать 100 мкВ.

4)  - ритм – частотный диапазон 14-35 Гц. Амплитуда в норме не превышает 15 мкВ.

 и ритмы проявляются в лобных и теменных отделах; и  ритмы проявляются в затылочной части, когда пациент закрыл глаза () и в височных отделах ().  -ритм бывает низкочастотный (14-25 Гц) и высокочастотный (26-35 Гц).

На электроэнцефалограмме также выделяют понятие патологический феномен. Феномен – это участок записи электроэнцефалограммы, резко отличающийся по амплитудно-частотным характеристикам от фоновой записи и имеющий диагностическую ценность при анализе. Наиболее важными среди них являются:

ü пик (спайк);

ü острые волны;

ü медленные волны;

ü комплекс типа пик – медленная волна;

ü комплекс типа пик – острая волна

 

Характеристики этих сигналов:

1) пик

 

 

Амплитуда в несколько раз превышает фоновую запись.

2) Острая волна

 

 

Амплитуда такая же как и у пика.

3) Медленные волны

 

 

4) Пик – медленная волна

 

5) Острая волна медленная волна

 

 

Обычно частотная полоса электроэнцефалограммы оказывается в диапазоне    от 0,5 Гц до 45-70 Гц. Амплитуда в норме 50-100 мкВ, но может достигать до 500-1000 мкВ, а может в случае наличия грубой патологии 10-20 мкВ. Общий амплитудный диапазон 10 мкВ-1 мВ.

Для электроэнцефалограмм устанавливается ряд ограничений по уровню помех и артефактов:

Ø Допустимый уровень собственных шумов аппаратуры регистрации не должен превышать 1 мкВ, т. к. оценка электроэнцефалограммы идет с точностью до 1 мкВ.

Ø Уровень подавления сетевой синфазной помехи частотой 50 Гц должен быть не менее 120 дБ.

Ø Необходимо исключить взаимное влияние каналов регистрации электроэнцефалограммы.

Общая структурная схема аппаратуры регистрации электроэнцефалограммы

Для регистрации электроэнцефалограммы обычно используется два типа электродов – чашечковые и мостиковые.

 

 

Чашечковые                                                  Мостиковые

Структурная схема

Электроды состоят из токопроводящего и изолирующего материала. В качестве токопроводящего используется хлорид серебра, так как из всех материалов использующихся в медицине серебро имеет наименьший уровень поляризации и не вносит искажений в регистрируемый сигнал. В качестве изолирующего материала используют разрешенные к применению в медицинской технике пластмассы и полимеры. Определенную роль при регистрации биопотенциалов играет тип отводящих проводов. Могут применяться экранированные и неэкранированные провода.

Преимущества экранированных проводов: защита провода от сетевой наводки, большая длина провода – до 1,5 м.

Недостатки: усложнение схемы усиления за счет необходимости подавления паразитной помехи, возникающей между экраном и жилой провода, провода менее гибкие, чем неэкранированные.

Преимущества неэкранированных: упрощается схема усиления, провод более мягкий и гибкий, что создает удобство врачу при наложении электродов.

Недостатки: ограниченная длина (не более 50 см), необходимость организации дополнительных мер для подавления сетевой помехи.

Усилитель биопотенциалов. Основной функцией является усиление сигнала до такой амплитуды, которая необходима для проведения аналого-цифрового преобразования сигнала. Как правило, входная амплитуда для микросхемы АЦП составляет от 1 до 10 В, а средняя амплитуда ЭЭГ 50-100 мкВ. Общий коэффициент усиления находится в диапазоне от 200000 до 1 млн. Современные усилители биопотенциалов реализуются на основе малошумящих, малопотребляющих, высокоскоростных операционных усилителях и инструментальных усилителях. Обычно схема усилителя на основе операционного усилителя имеет несколько каскадов усиления, причем для упрощения общей схемы аналоговой части некоторые каскады усиления параллельно играют роль фильтров.

Типовая структурная схема усилителя

Входной (дифференциальный) усилитель. В электроэнцефалографии существует два вида регистрации потенциалов: монополярный и биполярный съем. В общем виде для регистрации ЭЭГ по одному каналу необходимо наличие трех электродов: активный, референтный и общий («земляной»).

Активный электрод меряет потенциал и накладывается на голову пациента.

Референтный – это тот, относительно которого производится измерение; он располагается на ушах или на носу.

Общий необходим для выравнивания собственного потенциала человека и усилителя и подключается на «землю» усилителя; крепится на подбородке.

При многоканальной регистрации ЭЭГ количество активных электродов равно количеству каналов усилителя; референтный остается один (см. рис.).

Электроды, находящиеся в левом полушарии, измеряют потенциал относительно левого уха, а находящиеся в правом – относительно правого. Описанная выше технология регистрации называется монополярным съемом.

Отличие биполярного от монополярного в том, что измерение проводится не между активным электродом и ухом, а между двумя активными электродами.

Усилитель, на вход которого подаются сигналы с референтного электрода и который измеряет потенциал, называют дифференциальным.

Дифференциальный усилитель играет вторую важную роль при регистрации потенциала – занимается подавлением синфазной помехи, основой которой является 50-ти герцовая сетевая помеха.

Третья функция усилителя – обеспечение необходимого коэффициента усиления. Обычно коэффициент усиления дифференциального усилителя варьируется в диапазоне 10-30.

ФНЧ выполняет две функции:

· Ограничение сигнала сверху;

· Усиление сигнала в определенное количество раз (20-40 раз).

ФНЧ строится на основе операционных усилителей. Благодаря этому просто реализовать помимо функции фильтрации сигнала его усиление.

ФВЧ выполняет две функции:

· Ограничение сигнала снизу;

· Усиление сигнала.

ФВЧ строится на основе операционных усилителей с тем же параметром усиления, как и ФНЧ.

Оконечный усилитель.

Обычно в схемах усиления оконечный усилитель может присутствовать либо отсутствовать. Для регистрации ЭЭГ его присутствие необходимо.

Необходим в том случае, если суммарного коэффициента усиления дифференциального усилителя, ФНЧ и ФВЧ недостаточно для достижения необходимого общего коэффициента усиления (К₀):

, где

 - напряжение, необходимое для АЦП,

 - min значение напряжения ЭЭГ, необходимое для представления в системе (точность представления ЭЭГ).

К₀=К₁*К₂*К₃*…

К₁, К₂, К₃ – коэффициент усиления каждого последующего каскада.

Коэффициенты К₁, К₂ К₃ выбираются исходя из параметров, используемых в схеме операционного усилителя.

Диапазоны выбора коэффициентов представлены выше. Исходя из выбранных значений, можем определить, необходим ли в схеме оконечный усилитель.

Если К₄>1, то в схеме необходим оконечный усилитель. Соответственно, функция этого усилителя – реализация дополнительного усиления для успешного проведения аналого – цифрового преобразования.

Блок АЦП

Основные функции:

1) Преобразование аналогового сигнала в цифровой вид;

2) Организация схемы цифрового переключения коэффициента усиления;

3) Организация выбора каналов для АЦП.

Первая функция выполняется одной микросхемой, которая может быть как независимой микросхемой АЦП, так и выполнять ряд других функций (например, фильтрация, цифро-аналоговое преобразование и т. д.). Одним из важных показателей аналого-цифрового преобразования является выбор разрядности АЦП. Как правило, разрядность АЦП зависит от динамического диапазона представляемого сигнала и точности представления сигнала. Для инженерных расчетов используется следующая формула для расчета разрядности:

где

- максимально возможная амплитуда представляемого сигнала,

- точность представления данного сигнала.

Например, для электроэнцефалографии U_max=1 мВ, =1 мкВ. Расчетное значение n округляется в большую сторону.

Для ЭЭГ n не должно быть меньше 10.

Вторым важным параметром, используемым при выборе микросхемы АЦП, является скорость преобразования или время, которое тратится на оцифровку одного значения.

Основным параметром, принимаемым во внимание при определении времени преобразования АЦП является частота дискретизации.

Для инженерных расчетов, исходя из критерия качества представляемого сигнала пользователю, целесообразно использовать соотношение:

.

Для определения времени преобразования АЦП необходимо пользоваться следующим выражением:

, где

f_в – верхняя полоса пропускания сигнала,

N – Количество каналов.

Организация выбора необходимого канала для оцифровки.

Существует два способа организации многоканального АЦП:

ü Для каждого канала используется своя схема АЦП, соответственно, для n каналов необходимо n микросхем АЦП. При этом оцифровка по всем каналам производится параллельно и процесс преобразования ускоряется. Недостаток: сильное усложнение и удорожание аппаратной части системы.

ü Использование одной микросхемы АЦП и коммутатора для переключения каналов.

N=2^m

 

 

Функцией коммутатора является выбор необходимого канала для оцифровки.

Принцип работы

Все аналоговые каналы системы после оконечного усилителя заводятся на вход коммутатора, и происходит последовательный выбор с нулевого до n – го аналогового канала для передачи на вход АЦП. Выбор осуществляется с помощью адресных входов А₁…А_m, управляемых цифровым блоком. Таким образом, на адресные входы коммутатора последовательно передается цифровой код, равный 0, 1, 2, …, N, а на вход АЦП передаются аналоговые каналы.

Недостаток: невысокая скорость оцифровки из – за последовательного перебора каналов.

Преимущество: значительное упрощение схемы аппаратных средств.

Организация цифрового переключения коэффициента усиления.

Необходимый амплитудный диапазон прибора для регистрации биопотенциалов должен быть достаточно широк. Так как необходимо учитывать специфику различных пациентов, различных методик анализа. Например, для ЭЭГ амплитудный диапазон может варьироваться от 10 мкВ до 1 мВ. Задать один универсальный диапазон, который охватывал бы для корректного визуального представления всевозможные виды электроэнцефалограмм невозможно. Поэтому для выбора необходимого диапазона обычно используют ряд поддиапазонов. Например, для ЭЭГ: 10 мкВ, 20 мкВ, 50 мкВ, 100 мкВ, 200 мкВ, 500 мкВ.

Общий принцип функционирования цифрового переключения коэффициента усиления заключается в том, что пользователь выбирает с помощью программного обеспечения необходимый для отображения диапазон. Далее цифровой код, соответствующий этому диапазону поступает в прибор. Цифровой блок прибора посылает сигнал на схему переключения коэффициента усиления, которая масштабирует сигнал в зависимости от выбранного диапазона. Схема цифрового переключения коэффициента усиления основывается на микросхеме ЦАП.

Цифровой блок

 

 

Микропроцессор является ядром аппаратных средств электроэнцефалографа и выполняет следующие основные функции:

1) Прием, хранение, обработка и передача в ПК оцифрованных данных в блоке АЦП;

2) Прием и обработка управляющих запросов от ПК;

3) Синхронизированное управление всеми блоками аппаратных средств системы по специально разработанным протоколам их взаимодействия.

1. После включения питания прибора микропроцессор обращается к ПЗУ, где зашита программа функционирования всей аппаратной части системы. Выполняя последовательно команды этой программы, он активирует аналоговую часть, производит выбор необходимого диапазона усиления, выбирает необходимый для оцифровки аналоговый канал, запускает микросхему АЦП, считывает оцифрованные данные и сохраняет их либо во внутреннем, либо во внешнем ОЗУ. После оцифровки всех аналоговых каналов в течение заданного интервала дискретизации, он передает блок цифровых данных в ПК. В случае необходимости микропроцессор может провести обработку оцифрованных данных в реальном времени перед их передачей в ПК (для ЭЭГ, как правило, в процессоре реализуется цифровой фильтр для подавления сетевой помехи).

2. В процессе взаимодействия пользователя с прикладной программой возникает необходимость переключения некоторых параметров сигнала, например, диапазон усиления, ФНЧ, ФВЧ, а также ряда параметров других блоков системы: длительность и мощность фото- и фоностимуляторов. Все эти функции выполняются путем передачи некоторых кодовых последовательностей от ПК в микропроцессор, который обрабатывая их производит соответствующие действия.

3. Процессор управляет всеми блоками прибора согласно разработанному протоколу, который представляет собой последовательность и правила взаимодействия всех блоков системы между собой и с микропроцессором. Управление всеми блоками осуществляется с помощью цифровых двоичных кодовых последовательностей.

ПЗУ необходимо для постоянного хранения программ функционирования микропроцессора и протоколов его взаимодействия с другими блоками системы.

ОЗУ необходимо для временного хранения оцифрованных данных перед передачей их в ПК.

Схема сопряжения с ПК осуществляет преобразование передаваемого сигнала в вид, требуемый форматами данных ПК. Зачастую схема сопряжения совмещается со схемой гальванической развязки.

Гальваническая развязка необходима для защиты пациента от попадания на него высокого напряжения в случае пробоя электрических цепей ПК. Согласно ГОСТ гальваническая развязка должна выдерживать напряжение пробоя не менее 4 кВ в течение 1 мин.

Фотостимуляторы

Фотостимулятор представляет собой либо газоразрядную лампу, либо светодиодную линейку, выполненных в виде лампы, либо светодиодные очки. Управление фотостимулятором осуществляется микропроцессором. Необходим для подачи световых импульсов в процессе регистрации ЭЭГ. Импульсы подаются сериями с определенной частотой, длительность и количеством в серии. После каждой серии идет фаза отдыха в несколько секунд. Основными параметрами фотостимулятора являются:

Частота следования импульсов. Обычно значение частоты задается врачом с помощью программного обеспечения и находится в диапазоне 2-25 Гц;

Длительность светового импульса задается программно и находится в диапазоне 50 мкс-10 мс;

Мощность излучения (интенсивность). Эти параметры зависят от конкретной реализации.

Фоностимулятор

Конструктивно выполняется либо в виде наушников, либо в виде выносной колонки. Импульсы фоностимулятора представляют собой «щелчки» определенной длительности, частоты следования, тона и амплитуды (мощности звука). Управление фоностимулятором производится с помощью микропроцессора, а параметры задаются программно. Основные параметры фоностимулятора:

ü Частота следования импульсов 2-25 Гц;

ü Длительность импульса 50 мкс-10 мс;

ü Тональность (частота тона) 20-30 Гц;

ü Громкость (амплитуда) звука 30-120 дБ.

Программное обеспечение для электроэнцефалографических исследований

Общая структура программного обеспечения состоит из:

Ø Визуализации процесса (сигнала), который необходим для анализа;

Ø Базы данных для записи, хранения, чтения и обработки данных;

Ø Перечня методов обработки сигнала, которые лежат в основе анализа;

Ø Перечня отчетных форм с числовыми и текстовыми результатами анализа.

При анализе очередного пациента врач вносит его общие паспортные данные в базу данных системы (ФИО, возраст, пол, дата обследования). После этого запускается процесс регистрации сигнала, который может быть выполнен двумя способами:

- либо в виде мониторинга;

- в режиме перепрорисовки.

После того как врач удостоверится что регистрируется «чистый» сигнал без помех и артефактов, то он запускает процесс записи сигнала либо в операционную память, либо на диск в базу данных. После записи пациент уходит, а врач проводит анализ записываемого сигнала, используя как визуальную оценку, так и различные методы математической обработки.

После анализа врач формирует отчетную форму, в которой могут присутствовать численные характеристики, графики, гистограммы, а также текстовое описание и заключение. Как сам сигнал, так и отчетная форма сохраняются в базе данных.

Методы анализа ЭЭГ

Для ЭЭГ основными видами обработки являются:

1) Построение спектра мощности сигнала с целью получения АЧХ ЭЭГ. Данный метод дает представление о присутствии частотных ритмов в сигнале, амплитуде этих ритмов и доминировании одного ритма над другим. Спектр мощности обычно строится на основе преобразований Фурье.

2) Картирование или топографическое картирование представляет собой цветовую модель распределения потенциала по поверхности головы человека. Основой для построения карты являются амплитудные значения электроэнцефалограмм, распределенные по ритмам (), рассчитанные в точках наложения электродов на голову пациента. Весь возможный амплитудный диапазон представляется в виде цветной шкалы, где каждый цвет отражает некоторый амплитудный диапазон сигнала (например, 0-5 мкВ – темно – синий, 5-10 мкВ – синий и т. д.). В соответствии с данной шкалой производится расцвечивание каждой точки модели головы. Амплитуда каждой точки рассчитывается ранее с помощью специального алгоритма.

3) Корреляционный анализ. К нему относится реализация автокорреляционной и кросскорреляционной функций. Автокорреляционная функция позволяет оценить периодичность электроэнцефалограммы в течение выбранного врачом времени. Кросскорреляционная функция позволяет оценить степень связности электроэнцефалограмм двух различных каналов.

 

Электромиография

Медицинские основы метода

ЭМГ занимается анализом нервной и мышечной активности человека. Спектр методик, анализирующих мышечную активность, называют электромиографией, а те методики которые исследуют нервы называют электронейромиографией (ЭНМГ).

В процессе выполнения двигательной функции происходит сокращение мышечных волокон. Причиной сокращения являются электрические импульсы, поступающие по нервам и нервным стволам от головного мозга к каждому отдельному мышечному волокну. В случае нарушения двигательных функций поступление импульса по цепочке мозг нерв мышца затруднено или отсутствует. Целью ЭМГ является выявление причины нарушения прохождения импульса по указанной цепочке.

Технология проведения обследования

Существует два основных вида регистрации миограммы:

1. Анализ интерференционной ЭМГ;

2. Анализ стимуляционной ЭМГ.

Интерференционная ЭМГ регистрируется двумя путями: накожно и игольчато. Электроды для регистрации накожной ЭМГ представляют собой две хлорсеребряные пластины размером не более 20 5 мм, одна из которых референтная, а другая активная.

 

Накожный электрод                                Игольчатый электрод

Пластины устанавливаются на участки тела человека, которые подлежат анализу. Для регистрации игольчатой ЭМГ применяется специальный электрод, выполненный в виде иглы, внутри которой находится тонкая проволока, являющаяся активной частью электрода. Далее слои диэлектрика, а поверхность иглы является референтной частью электрода.

Методика анализа ЭМГ

1. Общий анализ интерференционной ЭМГ выполняющийся накожно представляет собой визуальную оценку суммарной активности всех волокон какой-либо большой мышцы.

2. Анализ потенциалов двигательных единиц (ПДЕ) выполняется игольчато и анализируется активность отдельных мышечных волокон. ПДЕ представляет собой колебание с количеством фаз 2-8, амплитудой 50-500 мкВ и длительностью 1-12 мс.

 

 

 

3. Турн – амплитудный анализ может выполняться как накожно, так и игольчато. Процедура выполнения следующая: пациенту предлагается максимально напрячь мышцу и удержать ее в таком состоянии в течение нескольких секунд. Затем записанный участок миограммы подвергается анализу, при котором подсчитывается количество фаз, называемых турнами и определяется средняя амплитуда этих турнов. После чего строится график зависимости количества турнов от среднего значения амплитуды на участке сигнала. Обычно записанный сигнал разбивается на некоторое (10-20) количество участков и для каждого подсчитывается значение турнов и амплитуды. В итоге на графике на пересечении значения амплитуды и количества турнов ставится крестик (см. рис.).

Общие правила реализации стимуляционных методик

Стимуляционные методики проводятся с помощью подачи на участок нерва пациента электрического импульса и регистрации ответа нерва на данный импульс.

1. Определение скорости проведения импульса по двигательным нервам (СПИ). Выбирается нерв для исследования. Для каждого нерва известны места, где он находится близко к поверхности кожи. Для каждой такой точки производится стимуляция ее электрическим импульсом и регистрируется ответ на стимуляцию называемый М – ответ. Выглядит он следующим образом:

 

               

 

Амплитуда М – ответа 1-50 мВ, длительность 10-25 мс, количество фаз 2-4. После регистрации М – ответа производится измерение его латентного периода (времени между подачей стимула и началом ответа). Врач с помощью сантиметра измеряет расстояние между текущей точкой стимуляции и предыдущей точкой (или между точкой стимуляции и точкой регистрации).

 [М/c].

2. Анализ F – волны. При проведении стимуляции электрический импульс распространяется по нерву как в сторону точки наложения электродов на мышцу, так и в сторону головного мозга. Мозг, получив импульс, формирует ответ, называемый F – волной, которая распределяется по нерву в обратную сторону и доходит до точки регистрации.

 

 

Амплитуда F – волны 20-200 мкВ, длительность 5-10 мс. Измеряется латентный период М – ответа и F – волны. После этого врач сантиметром измеряет расстояние от точки установки стимулируемого электрода до точки вхождения нерва в мозг (до затылка).

- формула Кемура.

3. Исследование нервно – мышечной проводимости. Выбирается одна точка стимуляции и устанавливается стимуляционный электрод, подаются серии из десяти импульсов с перерывом в 30 секунд. Частота стимуляции с каждой серией увеличивается. Обычно первая серия следует с частотой 3 Гц, вторая – 5 Гц, 10 Гц, 15 Гц, 20 Гц, 30 Гц и 50 Гц.

Смысл проведения методики заключается в истощении нерва электрическими стимулами, и исследование насколько быстро восстанавливается нерв после истощения. Измеряется амплитуда каждого М – ответа в каждой серии импульсов и формируется таблица амплитуд, являющаяся результатом обследования по данной методике.

Параметры ЭМГ – сигнала

Амплитудный диапазон сигнала 50 мкВ до 100 мВ. Частотный диапазон от 2 Гц до 10 кГц. Количество каналов 1, 2 или 4 (1 – для стимуляции, а 2 и 4 – для интерференционной миограммы; 2 – для однотипных сигналов (левая и правая нога), 4 - реже).

Структурная схема аппаратных средств электромиографа

Структурная схема электромиографа аналогична электроэнцефалографу со следующими изменениями:

1) отсутствуют блоки фото- и фоностимуляции;

2) добавляется блок электростимулятора.

 

 

Электростимулятор представляет собой формирователь электрических импульсов, двуполярных, прямоугольной формы. Параметры импульса следующие: амплитуда 0-500 В (в случае использования стимулятора по напряжению) либо от 0 до 100 мА (в случае использования стимулятора по току). Длительность импульса может быть от 10мкс до 5мс. Частота следования импульсов от 0,1Гц до 50Гц.

Стимуляционный электрод представляет собой конструкцию в виде корпуса с ручкой для удобства удерживания на теле пациента и двух контактов (+ и -).

Блок озвучивания ЭМГ. В процессе регистрации ЭМГ многие врачи параллельно с визуальной оценкой ЭМГ анализируют ее на слух, поэтому данный блок необходим для преобразования ЭМГ в звуковой сигнал, который поступает на выносную колонку.

Программное обеспечение (ПО)

Общая структура ПО для ЭМГ аналогична ЭЭГ. Отличие в том, что в ЭМГ отдельно реализуется каждая методика и итоговый результат анализа формируется на основе комплексной оценки всех проведенных для данного пациента методик.

На основе программной реализации методик автоматизировано формируется таблица расчетных значений основных параметров ЭМГ (длительность, латентность, амплитуда, скорость проведения импульса).

Для некоторых методик помимо таблиц строятся различные графики и гистограммы, наглядно представляющие результаты оценки состояния нервно - мышечной системы. Практически для всех методик имеется прямое соответствие между полученными числами и графическими результатами и различными патологиями и вариантом нормы. Поэтому большинство разработчиков ПО реализуют алгоритмы сравнения полученных результатов с нормативными и реализуют автоматизированные справочные системы, подсказывающие пользователю обнаружена или нет какая – либо патология.

Вызванные потенциалы

Медицинские основы метода

Вызванный потенциал (ВП) – это сигнал, формируемый головным мозгом в случае воздействия на пациента какого – либо внешнего раздражения. Для получения ВП обычно используют 3 вида раздражителей:

ü зрительный;

ü слуховой;

ü соматосенсорный (электрическая стимуляции нервов).

Регистрация м анализ ВП дает информацию о реакции головного мозга на эти раздражители и позволяет с неврологической точки зрения оценить зрительные, слуховые и двигательные функции человека.

Технология проведения обследования

Для реализации зрительных ВП используется два вида стимуляторов:

- обычный Фотостимулятор, оснащенный газоразрядной лампой или светодиодной линейкой;

- монитор для шахматного паттерна. Шахматный паттерн – поле, состоящее из клеток двух цветов, расположенных в шахматном порядке и внешним раздражением пациента считается смена цветов клеток на противоположные.

Для проведения слуховых ВП применяется либо колонка, либо наушники (предпочтительнее). Раздражением считается звуковой щелчок определенной громкости и тона.

Соматосенсорные ВП регистрируются с помощью электростимулятора, который формирует электрические импульсы определенной силы и длительности. Эти импульсы подаются на участки нервов обследуемого.

Так как ВП является сверхнизкоамплитудным сигналом, то с помощью одного импульса зарегистрировать ВП на фоне шума и помех невозможно, поэтому техника проведения метода заключается в подаче большого количества (50-1000) импульсов (однотипных) следующих с определенной постоянной частотой. Ответ, получаемый на каждый такой импульс подвергается процедуре когерентного накопления, смысл которой заключается в усредненном суммировании регистрируемых в ответ на импульс сигналов. Согласно теории усредненного суммирования постоянно появляющийся сигнал своей амплитуды не меняет, а некоррелированные шумы и помехи уменьшают свою амплитуду в  раз, где  - количество суммирований или стимулов.

Структурная схема аппаратной части прибора для регистрации ВП

Существует два вида регистрируемых ВП:

ü коротколатентные (20Гц - 3кГц);

ü длиннолатентные (0,5Гц – 50Гц).

Как <