AchiziAchiziţţiaia şşiiprelucrareaprelucrarea

biosemnalelorbiosemnalelor

Semnale

Majoritatea semnalelor biomedicale din lumea realăsunt fie imprevizibile (din punct de vedere al schimbării parametrilor) şi zgomotoase, fie necunoscute, de aceea este destul de dificil a le clasifica.

În îndeplinirea funcţiilor sale, organismul genereazăo multitudine de semnale electrice şi magnetice. Aceste semnale sunt rezultatul activităţiielectrochimice a anumitor celule. Prin măsurareaselectivă a semnalelor dorite (fără a afectaorganismul), se pot obţine informaţii clinice utile despre funcţii particulare ale organismului.

Semnalele biomedicale sunt folosite pentru a extrageinformaţie din sistemele biologice investigate.

Traductorul este un dispozitiv care transformă o formă de energie a unui sistem într-o altă formă de energie .

Senzorul este un dipozitiv care răspunde unui stimul fizicsau chimic pe care-l converteşte într-un semnal electic, iarsenzorul poate fi asimilat cu un sistem de achiziţie de date.

CLASIFICARECLASIFICARE•• a) DUPA NATURA:a) DUPA NATURA:

–– ELECTRICE (ECG, EEG, EMG etc)ELECTRICE (ECG, EEG, EMG etc)–– NENE--ELECTRICE (ELECTRICE (presiunepresiune, , concentratieconcentratie etc)etc)

•• b) DUPA EVOLUTIE:b) DUPA EVOLUTIE:–– PERIODICE (ECG)PERIODICE (ECG)–– NEPERIODICE (EEG)NEPERIODICE (EEG)

Exemple de investigatii:

- relexul galvanic al pielii (RGP) datorat glandelorsudoripare ca răspuns la stimulii emoţionali (1mV, 5Hz)

- măsurarea potenţialelor de acţiune generat de membrana excitabilă a celulei nervoase sau musculare(100mV, 2kHz), electroneurograma (ENG) generata de nervfără penetrarea membranei celulare (5µV-10mV, 1kHz); electromiograma (EMG) generată de muşchi (5µV-5V, 500Hz)

-măsurarea potenţialelor inimii (electrocardiograma ECG); (10µ-5mV, 0,05-100Hz)

- măsurarea potenţialelor retinei (electroretinogramaERG), ca răspuns la un stimul luminos (0.25-1.5s, 0-200Hz)

- măsurarea potenţialelor ochiului (electrooculogramaEOG), (-7mV)

- măsurarea potenţialelor creierului, atunci când nu se efectuază o activitate specifică (electroencefalogramaEEG); (2-100µV, 100Hz), iar pentru potenţionale evocate (PE) ca răspuns al creierului la un stimul specific care poatefi:

- vizual (1-20µV, 1-300Hz)

- somatosenzorial(2-3000Hz)

-auditive (0.5µV, 100-300Hz )

- măsurarea semnalelor magnetice ale creierului(magnetoencefalo-grama),

- măsurarea semnalelor magnetice ale inimii(magnetocardiograma MCG),

Preluarea biosemnalelor - electrozi,

Masurari asupracomplexului QRS

S&H CANMUX Calculator

A

A

A

Amplificatoare

• Factorul de amplificare• Impedanta de intrare• Impedanta de iesire• Factorul de zgomot• Factorul de rejectie de mod comun CMRR

Filtrarea

ft frecv

amplificare

0

1

Filtru trece sus

ft frecv

amplificare

0

1

Filtru trece jos

ft1 frecv

amplificare

0

1

Filtru trece banda

ft2

CONVERSIACONVERSIAANALOG ANALOG -- NUMERICANUMERICA

a) ESANTIONAREAa) ESANTIONAREA•• DISCRETIZARE PE AXA OX (DISCRETIZARE PE AXA OX (-- timptimp --))

•• PERIOADA DE ESANTIONARE: TPERIOADA DE ESANTIONARE: Tee (s) (s) –– IntervalulIntervalul de de timptimp intreintre 2 2 ““citiricitiri”” consecutive ale consecutive ale semnaluluisemnalului

•• FRECVENTA DE ESANTIONARE : FRECVENTA DE ESANTIONARE : ffee (Hz)(Hz)–– Nr. de Nr. de ““citiricitiri”” in in unitateaunitatea de de timptimp (nr.cit / sec)(nr.cit / sec)

ffee = 1 / T= 1 / Tee (1)(1)

ESANTIONAREESANTIONARE

ESANTIONAREESANTIONARE

ESANTIONAREESANTIONARE

•• TEOREMA DE TEOREMA DE ESANTIONAREESANTIONARE (Shannon)(Shannon)

ffee >= 2 . >= 2 . FFmaxmax (2)(2)•• FrecventaFrecventa de de esantionareesantionare trebuietrebuie sasa fie fie

celcel putinputin egalaegala cu cu dubluldublul frecventeifrecventeimaximemaxime a a semnaluluisemnalului

•• FRECVENTA NYQUIST : 2.FFRECVENTA NYQUIST : 2.Fmaxmax (Hz)(Hz)

EsantionareEsantionare corectacorectaShortcut to St.exe.pif

b) CUANTIZAREAb) CUANTIZAREA•• DISCRETIZAREA INTENSITATII: AXA OYDISCRETIZAREA INTENSITATII: AXA OY•• INTERVALUL INTRE VINTERVALUL INTRE VMAXMAX SI VSI VMINMIN ESTE IMPARTIT ESTE IMPARTIT

IN IN ““NN”” TREPTE DE AMPLITUDINE TREPTE DE AMPLITUDINE

•• VALOAREA UNEI CUANTE (VALOAREA UNEI CUANTE (treptetrepte de de amplampl.): .):

V = (V V = (V MaxMax -- V V minmin ) / N) / N (3)(3)•• REL. NUMARUL DE TREPTE REL. NUMARUL DE TREPTE –– NR. DE BITI: nNR. DE BITI: n

N = 2N = 2 nn (4)(4)

CuantizareaCuantizarea

1.5. CONVERTOARE A1.5. CONVERTOARE A--N (CAN)N (CAN)

•• FRECVENTA MAXIMA DE FRECVENTA MAXIMA DE ESANTIONARE (100 Hz ESANTIONARE (100 Hz -- 1 MHz)1 MHz)

•• NUMARUL DE BITI (8, 10, 12, 16)NUMARUL DE BITI (8, 10, 12, 16)•• DOMENIUL DE INTRARE DOMENIUL DE INTRARE

((--10/+10 V,10/+10 V,--1/+1 V, 1/+1 V, --0.01/+0.01 V)0.01/+0.01 V)•• NUMARUL DE CANALE NUMARUL DE CANALE

(MULTIPLEXARE)(MULTIPLEXARE)

Digitizarea

Conversia analog –numericaEsantionarea

Memorarea analogica

Conversia analog – numerica

Memorarea numerica

Prelucrarea numerica

UtilizareaUtilizareacalculatoarelorcalculatoarelorîîn echipamentele n echipamentele electronice pentru electronice pentru monitorizarea pacientilormonitorizarea pacientilor

MonitorizareaMonitorizarea are ca obiectiv detectarea (cât mai precoce posibil) a perturbărilor funcţionale ce afectează starea subiectuluisupravegheat, spre a se putea lua măsuri terapeutice eficiente.

Monitorizarea este posibilă datorită exprimării activităţiiorganismului uman prin fenomene cu caracter electric, mecanic, magnetic. Aceste semnale sunt rezultatul activităţii electrochimicea anumitor celule. Prin măsurarea selectivă a semnalelor dorite(fără a afecta organismul), se pot obţine informaţii clinice utile despre funcţii particulare ale organismului.

Activitatea electrică este culeasă cu electrozi, amplificată, convertită analog/numeric şi achizitionată de un calculator (EKG, EMG, EEG)

Activitatea neelectrică este transformată în activitate electrică (cu ajutorul traductoarelor), convertită analog/numeric şiachizitionată de un calculator (activitatea respiratorie, temperatura, pulsul)

Supervizor uman

Monitor

Stimulator

CAN ElectroziTraductori

Pat nr.1 Monitor

Stimulator

CAN ElectroziTraductori

Pat nr.2 Monitor

Stimulator

CAN ElectroziTraductori

Pat nr.n

…..

Statiacentrala

Centrul local

de calcul

Organizarea generală a unei secţii de terapie intensivă

Presiunea arterialătraductor fotorezistiv

Activitastea respiratorietermistor nazal

elecrocardiogramaderivaţie toracică

Stimulator cardiac

temperaturatermistor Prag alarmă

Temperatură

Prag alarmăritm/amplitudine

Prag alarmăritm/amplitudine

Monitor fiziologicEKG,Puls

temperatura

alarmă

pulsalarmă

alarmăFrecvenţarespiraţiei

EKG

Frecvenţacardiacă

audio

Cablare spre staţia centrală

Instrumentaţia de pat în terapia intensivă

MonitorizareaMonitorizarea :

•realizează analiza continuă a parametrilor vitali

•realizează urmărirea obiectivă a efectelor tratamentului

•solicită intervenţia medicului la schimbarea semnificativă a parametrilor vitali

•este necesară în sălile de operaţie

•presupune existenţa unor nivele de prealarmare şi a unornivele de alarmare

•este bină să poată asigura memrarea istoriei evoluţieiparametrilor

Dispozitive de monitorizare ambulatorie

Monitorul Holter – dispozitiv ceinregistreaza ECG pe o perioada de 24 sau 48 ore. Limitarea se datoreazasuportului pe care este memoratsemnalul (caseta magnetica, memorieelectronica) sau bateriei ce asigurafunctionarea sistemului. Dispozitivuleste mobil si este purtat de pacient siculege prin electrozi (numarul lordepinde de fabricant) semnalul. Pacientul poate sa tina si un jurnal in care sa noteze timpul la care a simtitpertubari functionale. La incheiereaperioadei de inregistrare a semnalului, acesta este vizualizat de medical specialist si sunt trase concluzii.

Monitor de evenimente – Dispozitive mobile, de mici dimensiuni, ce sunt purtate de pacient pe perioade mai mari de timp (tipic o luna) si care memoreaza ECG-ul doar atunci cand pacientulsemnaleaza un eveniment (de regula o tulburare de ritm) siactioneaza un buton. De cele mai multe ori sunt memorate si catevasecunde inainte de apasarea butonului. ECG-ul memorat estetransmis prin intermediul telefonului catre un centru de monitorizare. Exista modele ce pot achizitiona mai multe inregistrari.

Monitor transtelefonic – Dispozitive ce transfera continuu, pe linietelefonica ECG-ul. Nu memoreaza semnalele. Este folosit pentrupacienti cu “pacemaker” fiind associate si cu defribilatoare.

Inregistratoare in bucla – Dispozitive capabile sa inregistreze intr-o memorie circulara in mod continuu, o perioada mai mare de timpsemnalul ECG. Analizeaza permanent ECG-ul si la semnalarea unuieveniment se face memorarea. Memoria circulara serveste la inregistrarea unei perioade de timp anterioare evenimentului. Se poate declansa inregistrarea si la comanda data de pacient printr-un buton special. Transferul informatiei catre dispecerat se face de regula printr-un sistem intermediar, ce poate comunica (prin underadio sau infrarosu) cu inregistratorul si cu un telefon.

Pentru situatii in care dispozitivul trebuie purtat perioade mai lungiexista variante de mici dimensiuni ce sunt implantate sub piele. Bateriile unor astfel de dispozitive asigura functionarea timp de un an de zile.

Exemplu de sistem functional

The Vitaphone Service Center http://www.vitaphone.de/en/medical-service-center/)

Sistem de telemedicina din Germania organizat din 1999, cefoloseste ca mediu de comunicatie reteaua de telefonie mobila, precum si sistemul GPS pentru detectactarea precisa a locului in care se afla pacientul. Sistemul ofera atat trimiterea datelorcolectate de la pacient (ECG si in viitor presiunea arteriala, determinari de glucoza) catre un dispecerat medical cat siposibilitatea comunicarii intre operatorii dispeceratului sipacient. Functionarea dispeceratului este asigurata de personal medical ce atunci cand este cazul poate comunica cu specialistiin cardiologie si boli interne pentru a fi luate deciziile cele maibune.

Forta sistemului consta in:

-existenta unui dispecerat unic, deservit de personal medical (asistenti) ce este specializat in problemele curente ale pacientilor abonati (boli cardiovasculare, HTA, diabet). Odatasesizat dispeceratul, pacientul este gasit in baza de date si avandprofilul medical in fata i se pot comunica (bolnavului sauinsotitorului) masurile de urgenta ce trebuiesc luate. Dispecerulia legatura cu medical specialist care ia decizii optime avandtoate datele la dispozitie, antecedente cat si starea curentatransmisa prin telefon (deocamdata doar date ale ECG).

-detectarea GPS a pozitiei pacientului face ca salvarea (chematade catre personalul medical, doar cand este realmente necesar) sa ajunga in cel mai rapid timp la pacient (pregatita pentruinterventii urgente primare)

-cresterea increderii pacientului, datorita usurintei cu care poatesolicita comunicarea cu dispeceratul (apasarea unui buton de petelefonul mobil), il face pe acesta sa anunte orice anomaliesesizata si sa nu considere ca este o situatie tranzitorienesemnificativa. Decizia finala este luata de dispeceratul medical si nu de pacient.

-folosirea pentru system de telefoane mobile specializate cu butoane dedicate si usor accesibile.

-achizitia si trasmiterea ECG se realizeaza foarte simplu, utilizandu-se un dispozitive de mici dimensiuni:

1. Vitaphone 100 IR dispozitiv cat un card bancar de grosime8mm, cu doua butoane. Dispozitivul se pune pe pielea pieptului, in zona inimii, se actioneaza butonul de achizitie si apoi butonulde transmisie. Transmisia catre telefonul mobil se face prin IR.

2. Vitaphone 2300 telefon mobil specializat, capabil sainregistreze digital 3 canale ECG si sa afiseze informatia. Electrozii sunt situati pe spatele telefonului, acesta trebuie pus pe pielea pieptului, in zona inimii, achizitia datelor fiinddeclansata la apasarea unui buton. Telefonul detecteaza sipozitia GPS a pacientului.

3. Vitaphone loop 3100 BT dispozitiv capabil sa inregistrezeintr-o memorie circulara (de 40 minute), 3 canale ECG si satransmita datele prin bluetooth (pe o raza de 10m) catre un telefon mobil la aparitia unui eveniment. Dispozitivul estesufficient de mic (85g) pentru a nu incomoda pacientulsupravegheat si culege ECG prin electrozi plasati pe piele.

CONCLUZII

Prin monitorizare personalul medico-sanitar estedegrevat de activităţi de rutină, sistemele de monitorizarealarmând în momemtul schimbării semnificative a parametrilorvitali.

Este posibilă o corectă apreciere a necesităţilorterapeutice şi o urmărire obiectivă a efectelor tratamentului