Федотов А.А., Акулов С.А.
Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга
Учебное пособие
МОСКВА
Радио и связь
2013
Рецензент: д.т.н., профессор Мелентьев В.С.
Федотов А.А., Акулов С.А. Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга. – М.: Радио и связь, 2013. – 250 с.
В учебном пособии рассматривается структурное построение и
основные особенности функционирования измерительных преобразователей биомедицинских сигналов, использующихся в современных системах клинического мониторинга состояния организма человека. Основное
внимание уделено построению измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца, артериальной пульсации крови и электрического импеданса биологических тканей, являющихся основными
элементами большинства диагностических систем клинического мониторинга. Приводятся примеры практического использования рассматриваемых измерительных преобразователей биосигналов в составе существующих инструментальных средств клинического мониторинга.
Учебное пособие предназначено для бакалавров и магистрантов,
обучающихся по направлению «Биотехнические системы и технологии»,
а также будет полезно всем специалистам, работающим в области современного медицинского приборостроения и биомедицинской инженерии.
© А.А. Федотов, С.А. Акулов, 2013
© Радио и связь, 2013
Содержание книги
Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга
Предисловие
ГЛАВА 1. Медицинские системы клинического мониторинга
1.1. Общие принципы клинического мониторинга
1.2. Биомедицинские сигналы и их характеристики
1.3. Основные сведения об измерительных преобразователях биомедицинских сигналов
ГЛАВА 2. Измерительные преобразователи артериальной пульсации крови
2.1. Общие сведения и классификация измерительных преобразователей артериальной пульсации крови
2.2. Фотоплетизмографические измерительные преобразователи артериальной пульсации крови
2.3. Сфигмографические измерительные преобразователи артериальной пульсации крови
2.3.1. Основы сфигмографического метода регистрации артериальной пульсации крови
2.3.2. Датчики давления
2.3.3. Структурное построение сфигмографического измерительного преобразователя сигнала артериальной пульсации крови
ГЛАВА 3. Измерительные преобразователи биоэлектрической активности сердца
3.1. Классификация и структура измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца
3.2. Особенности функционирования измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца
ГЛАВА 4. Измерительные преобразователи электрического импеданса биологических тканей
4.1. Измерительные преобразователи электрического импеданса неоднородных проводников
4.2. Особенности измерения электрического импеданса биологических тканей
4.3. Методы построения измерительных преобразователей биоэлектрического импеданса
4.3.1. Измерительные преобразователи на основе потенциометрического метода измерения
4.3.2. Измерительные преобразователи электрического импеданса на основе мостовых методов измерения
4.3.3. Измерительные преобразователи электрического импеданса на основе резонансных методов измерения
4.3.4. Измерительные преобразователи электрического импеданса, построенные на основе анализа переходной функции
4.4. Анализ построения измерительных преобразователей биоэлектрического импеданса
ГЛАВА 5. Клинические системы мониторинга параметров сердечного ритма
5.1. Основные принципы мониторинга параметров сердечного ритма
5.2. Методы математического анализа параметров сердечного ритма
5.3. Методы компьютерной обработки биосигналов в системах мониторинга параметров сердечного ритма
5.3.1. Основы цифровой фильтрации биомедицинских сигналов
5.3.2. Методики детектирования характеристических точек биомедицинских сигналов
5.4. Структурное построение аппаратуры автоматизированного анализа сердечного ритма
Глава 6. Мониторинг параметров давления крови и величины сердечного выброса
6.1. Прямые инвазивные методы измерения давления крови
6.2. Косвенные методы измерения давления крови
6.3. Структурное построение аппаратуры мониторинга параметров давления крови
6.4. Мониторинг величины сердечного выброса
6.4.1. Инвазивное измерение величины сердечного выброса
6.4.2. Неинвазивная оценка величины сердечного выброса
Глава 7. Респираторный мониторинг
7.1. Принципы мониторинга функции внешнего дыхания
7.2. Диагностические показатели газообмена крови
7.3. Мониторинг степени насыщения гемоглобина крови кислородом
7.3.1. Спектрофотометрическая оксиметрия
7.3.2. Методика пульсовой оксиметрии
7.3.3. Особенности структурного построения пульсоксиметров
7.3.4. Источники погрешностей при пульсоксиметрии
7.4. Мониторинг напряжения кислорода в крови
7.5. Мониторинг дыхательных газов. Методика и аппаратура капнометрии
7.6. Мониторинг частоты дыхания
Заключение
Библиографический список
ПРЕДИСЛОВИЕ
Появление в последние годы в клинической практике многочисленной аппаратуры мониторного контроля физиологических
показателей открывает большие возможности в совершенствовании методик медицинской диагностики. Именно в этой области
медицины наиболее важным является непрерывный контроль и
прогнозирование развития состояния пациента на фоне проведения лечебных процедур. Особенностью современных систем клинического мониторинга, используемых в анестезиологии, реаниматологии и интенсивной терапии, является применение “интеллектуальных” технических средств, позволяющих получать результаты оценки физиологических показателей пациента в готовом
для восприятия виде.
Значительное повышение технического уровня развития современных диагностических систем за счет совершенствования
аппаратной реализации и технологий производства делает системы
клинического мониторинга незаменимыми в повседневной практике. При этом наряду с прогрессом развития инструментальных
средств, весьма существенную роль в настоящее время начинают
играть компьютерные методы обработки биомедицинской информации, в частности, методы цифровой фильтрации биомедицинских сигналов.
Неотъемлемыми элементами систем клинического мониторинга являются первичные и вторичные преобразователи биомедицинских сигналов, обеспечивающие преобразование происходящих в организме человека физиологических процессов в диагностическую информацию. В настоящей работе рассмотрены основные технические принципы построения измерительных преобразователей биомедицинских сигналов, являющихся основными
компонентами систем клинического мониторинга, и определяющих основные характеристики и эффективность проводимой диагностики, а также технические параметры создаваемой на их основе диагностической аппаратуры. Учебное пособие содержит примеры практического использования рассматриваемых измерительных преобразователей биосигналов в составе существующих инструментальных средств клинического мониторинга.
В первой главе рассмотрены общие принципы клинического мониторинга, приведены характеристики аппаратных средств
мониторинга, применяемых в анестезиологии, реаниматологии,
интенсивной терапии, формулируются требования к составу диагностической аппаратуры. Рассмотрены основные подходы к получению информации о состоянии живого организма с помощью
регистрации и анализа биомедицинских сигналов. Описаны основные характеристики измерительных преобразователей и методы
определения погрешностей измерений физиологических показателей.
Во второй главе приведено описание структурного построения и принципов функционирования измерительных преобразователей артериальной пульсации крови, построенных на различных физических принципах преобразования артериальной пульсации крови в информационный сигнал. Приведены основные особенности схемотехнической реализации измерительных преобразователей артериальной пульсации крови, при этом основное внимание уделяется фотометрическим и сфигмографическим измерительным преобразователям артериальной пульсации крови.
Третья глава посвящена рассмотрению измерительных
преобразователей биоэлектрической активности сердца. Приведена классификация измерительных преобразователей биоэлектрической активности сердца, подробно рассмотрены источники погрешностей, возникающих при регистрации биосигнала, обусловленных влиянием основных методических и инструментальных факторов.
В четвертой главе рассмотрены измерительные преобразователи электрического импеданса биологических тканей. Проанализированы различные методы построения измерительных преобразователей биоимпеданса, описаны особенности измерения электрического импеданса биологических тканей.
Пятая глава содержит изложение принципов построения
средств измерения и методов оценки параметров сердечного ритма
и их использование в клинической практике. Рассмотрены методы
математического анализа параметров сердечного ритма, методики
компьютерной обработки биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга параметров сердечного ритма, а также
структурное построение аппаратуры автоматизированного мониторинга сердечного ритма.
Шестая глава учебного пособия посвящена рассмотрению
методов и средств мониторинга артериального давления крови и
оценки величины сердечного выброса. Рассмотрены методы прямого и косвенного измерения параметров давления крови, построение мониторной аппаратуры измерения артериального давления.
Проанализированы методы построения инструментальных средств
оценки величины сердечного выброса.
В седьмой главе рассмотрены методики и средства респираторного мониторинга. Основное внимание уделено анализу
средств контроля газов крови и газообмена. Подробно изложены
принципы пульсоксиметрии, рассмотрено построение аппаратуры
и методик ее использования в клинической практике.
Несомненно, дальнейшие исследования в области развития
измерительных преобразователей биомедицинских сигналов принесут новые результаты, важные как для решения задач построения более совершенной диагностической аппаратуры, так и для
решения актуальных проблем диагностики состояния человека.
Материалы данного учебного пособия могут рассматриваться как первая ступень в изучении проблемы создания инструментальных средств регистрации и обработки биомедицинских сигналов и информации с целью совершенствования аппаратуры мониторинга состояния пациентов.
Учебное пособие посвящается светлой памяти научного руководителя авторов, заслуженного работника высшей школы РФ,
профессора, доктора технических наук Калакутского Льва Ивановича.
Скачать книгу Измерительные преобразователи биомедицинских сигналов систем клинического мониторинга. Москва, издательство Радио и связь, 2013
|
