Изучение работы некоторых медицинских датчиков

Цель работы. Уяснить понятие «датчик», в соответствии с этим научиться систематизировать датчики по принципу их действия. Понять, какие физические явления лежат в основе работы того или иного датчика. Понять важность применения датчиков в медицине, их устройство и научиться работать с некоторыми из них. Получить представление о роли датчиков в процессах управления и контроля. Сопоставить понятие датчика с понятием рецептора. Оценить роль рецепторов в функционировании живого организма.

Актуальность. Для правильной диагностики и лечения необходимо достоверно знать суть процессов, происходящих в теле человека. Получение достоверного знания всегда связано с представлением о структуре и функциях изучаемого объекта. Медицина не является исключением. Если структурой тела человека занимаются такие науки, как анатомия и морфология, то закономерности функционирования структур изучает физиология. Вообще, взаимосвязь структуры и функции можно проследить в любой науке. Когда мы переходим к описанию той или иной функции, необходимо определить параметр, наблюдая за которым, мы будем судить об этой функции. После определения этого параметра надо научиться его измерять, чтобы понять, как реализуется та или иная функция. Именно необходимость измерения приводит к понятиям «датчик» или «электрод».

Таким образом, одним из основных назначений применения датчиков и электродов является необходимость измерить тот или иной параметр процесса или сделать его «видимым» для исследователя. Другим, не менее важным назначением датчиков является их использование в управлении и контроле, в том числе это касается и живого организма. Например, важнейшим обобщением физиологии является понятие гомеостаза. Очень многие функции организма автоматически поддерживаются в определенных границах, в частности такие функции, как температура тела, содержание сахара в крови, pH крови и др. Очевидно, что для удержания какого-либо параметра организма в определенных пределах необходимо его непрерывно измерять. В организме органы, осуществляющие этот процесс, называются рецепторами. Конечно, рецепторы существуют не только в целях поддержания гомеостаза, но и для управления. Например, тяжелая физическая работа вызывает увеличение функций внешнего дыхания и частоты сердцебиений. Первичным звеном, подающим сигнал о необходимости этого увеличения, также являются рецепторы.

Таким образом, в живом организме роль датчиков исполняют рецепторы, структура и функции которых изучаются в курсах физиологии.

Приборы и принадлежности: Генератор низкочастотного электрического напряжения, катушка индуктивности, стальной стержень, амперметр, измерительный микрофон, шумометр, генератор звуковых колебаний.

Теоретическая часть

Понятие электрода и его функции. Как уже отмечалось, для того, чтобы получить и зафиксировать информацию о состоянии медико-биологической системы, необходимо научиться измерять ее параметры. Мы уже знаем, что многие функции организма сопровождаются электрическими явлениями. В частности, согласно представлениям Эйнтховена, сердце в электрическом отношении можно представить дипольным электрическим генератором. Этот генератор создает на поверхности тела изменяющиеся во времени потенциалы. Следовательно, если мы хотим изучать электрическую активность сердца, нам надо научиться регистрировать эти потенциалы. Это становиться возможным, если мы создадим электрическую цепь, в которую так или иначе будет включено сердце. Сразу становится очевидным, что необходимо устройство, которое будет первичным звеном между телом и электрическими приборами. В данном случае единственной функцией этого устройства будет обеспечение хорошей (без искажений) передачи электрического сигнала от тела к электрическим приборам, т.е. замыканию цепи. Такие устройства называются электродами.

Итак, электроды – это проводники специальной формы, соединяющие внешнюю электрическую цепь с биологической системой. Эта внешняя цепь может быть измерительной, и тогда электроды служат для «съема» информации. Однако внешняя цепь может использоваться также для подведения внешнего электромагнитного воздействия на организм как в целях диагностики, так и лечения.

К электродам предъявляются определенные требования: они должны быстро фиксироваться (например, это необходимо при проведении массовых исследований), иметь высокую стабильность электрических параметров (в противном случае, электрод будет воздействовать на сигнал каждый раз другим способом), не раздражать биологическую ткань и т.д. Из самой функции электрода как устройства, соединяющего тело с электрическими приборами, следует требование минимизации потерь полезной информации на этапе тело - электрод. Такие потери возможны в особенности на переходном сопротивлении кожа-электрод. Чтобы уменьшить это сопротивление, стараются увеличить проводимость среды между электродом и кожей, используя различные электропроводящие пасты или марлевые салфетки, смоченные физиологическим раствором.

По своему назначению электроды для съема биоэлектрического сигнала подразделяются на следующие группы: 1) для кратковременного использования в кабинетах функциональной диагностики; 2) для длительного использования, например, при постоянном наблюдении за тяжелобольными; 3) для использования на обследуемых, находящихся на больших расстояниях или на подвижных обследуемых (спортивная, космическая медицина); 4) для экстренного применения, например, в условиях скорой помощи.

Понятие датчика и его функции. Далеко не все процессы в организме адекватно отражаются биоэлектрическими сигналами. Например, давление крови, температура, звуки сердца и т.д. В таких случаях использование электродов невозможно. Для этого применяются датчики (измерительные преобразователи).