Материал: Метода
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Г. А. МАШЕВСКИЙ
МЕДИЦИНСКИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРГАНИЗМА
Учебное пособие
Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
2020
1
УДК 615.47 ББК 53.433
М38
Машевский Г. А.
М38 Медицинские диагностические приборы для регистрации неэлектрических характеристик организма: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ
«ЛЭТИ», 2020. 98 с.
ISBN 978-5-7629-2658-4
Содержит описание медицинских диагностических приборов для регистрации неэлектрических характеристик организма, принципов их работы, структуры, а также рассмотрение образцов, представленных на рынке.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 201000.62 «Биотехнические системы и технологии».
УДК 615.47 ББК 53.433
Рецензенты: вед. научн. сотрудник отдела экологической физиологии ФГБНУ «ИЭМ», д-р биолог. наук Н. Б. Суворов; кафедра
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
ISBN 978-5-7629-2658-4 |
© СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2020 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение................................................................................................................... |
4 |
1. МЕДИЦИНСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ |
|
ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРГАНИЗМА....................................... |
5 |
1.1. Теоретические основы оптических методов исследования |
|
состояния организма человека ................................................................... |
5 |
1.2. Фотометрические приборы для фотоплетизмографии |
|
и пульсовой оксиметрии ........................................................................... |
11 |
1.3. Фотометрические приборы для проведения капнометрии .................... |
29 |
2. МЕДИЦИНСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ |
|
МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРГАНИЗМА .............................. |
44 |
2.1. Приборы для инвазивного измерения давления крови |
|
и параметров пульсовой волны ................................................................ |
44 |
2.2. Приборы для измерения механических параметров |
|
дыхательной системы ................................................................................ |
47 |
3. АКУСТИЧЕСКИЕ МЕДИЦИНСКИЕ ПРИБОРЫ, |
|
АППАРАТЫ И СИСТЕМЫ ............................................................................. |
69 |
3.1. Приборы для исследования слуховой системы |
|
(аудиометры и импедансометры)............................................................. |
69 |
3.2. Приборы для измерения давления крови |
|
с акустическими датчиками...................................................................... |
82 |
Список литературы ............................................................................................... |
97 |
3
ВВЕДЕНИЕ
В современной медицинской практике при постановке диагноза важное место занимает использование различных технических средств диагностического назначения. К настоящему времени было создано огромное количество различных диагностических систем, работающих на различных физических принципах и позволяющих контролировать большую часть проявлений жизнедеятельности организма.
Традиционно диагностическую технику делят на два основных класса: предназначенную для измерения электрических характеристик организма и для измерения неэлектрических характеристик организма. В настоящем учебном пособии будет рассмотрен второй класс.
К медицинским диагностическим системам, предназначенным для измерения неэлектрических характеристик организма, относят достаточно большое количество разнородной техники, физика работы которой может значительно отличаться (например, предназначенные для измерения оптических или механических характеристик организма). В настоящем пособии будут рассмотрены системы, которые получили сегодня наибольшее распространение.
4
1. МЕДИЦИНСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОРГАНИЗМА
1.1. Теоретические основы оптических методов исследования состояния организма человека
Сегодня оптические методы нашли широкое применение в клинической медицине как в рамках диагностических систем, так и в клинико-диагности- ческих лабораториях. Их важнейшим достоинством является пренебрежимо малое влияние на физиологические процессы в организме, что позволяет проводить исследования непосредственно in vivo, а также неинвазивный характер данных исследований.
При всем многообразии существующих методов фотометрических исследований (прямая фотометрия, нефелометрия, турбодиметрия, люминесцентная флюориметрия и т. п.) все они базируются на физических процессах, протекающих при взаимодействии света с оптически прозрачной средой. Если подать некоторый поток излучения на слой вещества, то будут наблюдаться процессы преломления, поглощения, отражения и рассеяния. В результате исходный поток Ф0 окажется разделен на пять потоков (рис. 1.1).
Протекание данных |
процессов |
может |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
быть охарактеризовано рядом коэффициентов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Ф0 |
|
|
|
|
||||
поглощения α = Фп/Ф0, где Фп – величина по- |
|
|
|
|
|
|
|
Ф2 |
|||
Ф4 |
|
|
|
|
|||||||
тока, поглощенного веществом; τr = |
Ф1/Ф0 – |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Ф1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
направленного пропускания; τd = Ф2/Ф0 – рас- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Ф3 |
|
|
|
|
|
|||||
сеянного пропускания; ρr |
= Ф3/Ф0 – зеркаль- |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ного отражения; ρd = Ф4/Ф0 – рассеянного отражения. Принципиально важным является то, что значения данных коэффициентов будут зависеть исключительно от свойств самого вещества. Таким образом, зная их значения, можно получить информацию о состоянии вещества.
На практике в зависимости от условий измерения соотношение между составляющими исходного потока может быть различным. В том случае, если Ф2 + Ф3 + Ф4 ≈ 0, т. е., когда процесс ослабления потока связан исключительно с его поглощением в веществе, в качестве метода исследования мож-
5