ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Βιολογικά σήματα προέλευση, διάκριση, μεγέθη Μετρητικά συστήματα διαγράμματα, ηλεκτρονικά εξαρτήματα κατηγορίες ιατρικών συστημάτων Γεράσιμος Μπαλιούσκας ΕΕΔΙΠ Ιατρ. Φυσικής

Βιολογικά σήματα Ορισμός βιοσήματος Το βιολογικό σήμα είναι η χωροχρονική καταγραφή ενός βιολογικού γεγονότος Η ηλεκτρική, χημική και μηχανική δραστηριότητα που εμφανίζεται κατά την διάρκεια ενός βιολογικού γεγονότος παράγει συχνά σήματα που μπορούν να μετρηθούν και να αναλυθούν

Ενδογενή - εξωγενή Τα Β.Σ μπορεί να είναι: Ενδογενή (θερμοκρασία,πίεση,βιοηλεκτρικά δυναμικά) Εξωγενή (προέρχονται από απόκριση του βιολ. Συστήματος με εξωγενή τεχνητό ερεθισμό. Τεχνικές μέτρησης in-vivo και in-nitro

Διάκριση βιοσημάτων με βάση την απεικόνιση Μονοδιάστατα (1D) μεταβολή θερμοκρασίας, τυπικό ηλεκτροκαρδιογράφημα ,κλπ Δισδιάστατα (2D) εικόνες x-ray, υπερήχων, κλπ Τρισδιάστατα (3D) εικόνες CT, PET,κλπ

Προέλευση των βιοσημάτων Βιοηλεκτρικά σήματα Πηγή των ηλεκτρικών δυναμικών είναι η κυτταρική μεμβράνη

Προέλευση των βιοσημάτων Βιοχημικά σήματα Παρέχουν πληροφορίες για τα επίπεδα χημικών ουσιών στο σώμα Συγκέντρωση ιόντων (ασβέστιο,κάλιο,νάτριο) Καθορισμός επιπέδων γλυκόζης, λακτάσης κλπ.

Προέλευση των βιοσημάτων Εκβιομηχανικά Οι μηχανικές λειτουργίες όπως κίνηση,ένταση,πίεση,και ροή παράγουν βιολ.σήματα Πχ Οι μεταβολές στην πίεση αίματος καταγράφονται σαν μια κυμματομορφή.

Προέλευση των βιοσημάτων Βιοακουστικά Πολλά βιολογικά γεγονότα όπως η κίνηση παράγουν ακουστικό θόρυβο. Ροή του αίματος στις βαλβίδες και αγγεία, αναπνευστικό σύστημα, αρθρώσεις,μύες μπορούν να μας δώσουν τέτοιου είδους σήματα. Μετρούνται με ακουστικούς μετατροπείς και επιταχύμετρα.

Προέλευση των βιοσημάτων Βιοοπτικά Παράγονται από τις οπτικές ιδιότητες των βιολογικών συστημάτων. Μπορούν να προκληθούν χρησιμοποιώντας μια βιοϊατρική τεχνική Π χ. χρησιμοποίηση χρωστικών ουσίων,κυκλοφορία αυτών ή συγκέντρωσης σε διάφορα όργανα.

Μετρούμενα Μεγέθη Βιοσημάτων Διαφορά δυναμικού (Volts) οφειλόμενη σε ηλεκτρικές πηγές στο σώμα - της καρδιάς (ECG) - του εγκεφάλου (EEG) - των περιφερειακών νεύρων (ENG) - των μυών (EMG)

Μετρούμενα Μεγέθη Βιοσημάτων Πίεση ρευστών (mmHg) - αιματική πίεση στην καρδιά,αρτηρίες, φλέβες - πίεση ούρων στην ουροδόχο κύστη - πίεση αερίων στο γαστρεντερικό - πίεση αερίων στο αίμα και στον αέρα των πνευμόνων (O2, CO2,)

Μετρούμενα Μεγέθη Βιοσημάτων pΗ: - αίματος - γαστρικών υγρών Παροχή ρευστών: - αίματος (ml/s) - εισπνεόμενου/εκπνεόμενου αέρα (lit/min)

Μετρούμενα Μεγέθη Βιοσημάτων Απορρόφηση φωτός από ιστό Ρυθμός αναπνοής (breaths/min) Καρδιακή συχνότητα (beats/min) θερμοκρασία

Βιοϊατρικά σήματα

Κατηγορίες βιοσημάτων Κατηγορίες βιοσημάτων Τα συνεχή σήματα (αναλογικά) Τα διακριτά σήματα (ψηφιακά) Τα συνεχή περιγράφονται από μια συνάρτηση η οποία παρέχει πληροφορία οποιαδήποτε χρονική στιγμή.(μεταβ.θερμοκρασίας,πίεση,διαφ.δυναμι-κού κλπ) Για την επεξεργασία τους χρησιμοποιούνται αναλογικά μετρητικά συστήματα

Κατηγορίες βιοσημάτων Κατηγορίες βιοσημάτων Τα διακριτά περιγράφονται από ακολουθία που παρέχει πληροφορία σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές.Είναι γνωστά ψηφιακά Για την επεξεργασία τους χρησιμοποιούνται ψηφιακά μετρητικά συστήματα

Αναλογικά-ψηφιακά σήματα (παραδείγματα)

Ψηφιακά-αναλογικά πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα : μεγάλη ταχύτητα λιγότερο ευαίσθητα στο θόρυβο προστασία προσωπικών στοιχείων (κρυπτογράφηση) εύκολη αναβάθμιση μικρό όγκο –χαμηλό κόστος

Μειονεκτήματα ψηφιακών Ψηφιακά-αναλογικά Μειονεκτήματα ψηφιακών Δεν επεξεργάζονται σήματα (αναλογικά) χωρίς την χρήση αναλογικών κυκλωμάτων Προκαλούν μικρή παραμόρφωση σήματος λόγω A/D μετατροπής . Άρα για επεξεργασία βιοσημάτων σχεδόν απαραίτητη η χρήση αναλογικών μετρ.συστημάτων

Λήψη και επεξεργασία βιολογικού σήματος

Αισθητήρες(sensors) Μετατροπείς(transducers) σήμα εξόδου αναλογικό (0-1 V) (ηλεκτρικό δυναμικό) Μετατροπείς Μετατρέπουν τις φυσικές ποσότητες σε ηλεκτρικές (θερμοκρασία,πίεση, ροή κλπ)

έχουν μεγάλο ενδιαφέρον γιατί: Ενισχυτής Προσδίδει την κατάλληλη ενίσχυση στο σήμα. έχουν μεγάλο ενδιαφέρον γιατί: τα βιολογικά σήματα είναι ασθενή τα σήματα συνυπάρχουν με θόρυβο τα βιολ. σήματα λαμβάνονται με ηλεκτρόδια

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Σχηματικό διάγραμμα ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ Σχηματικό διάγραμμα

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ με συνδεσμολογία αρνητικής ανάδρασης ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ με συνδεσμολογία αρνητικής ανάδρασης

ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ 14-pin και 8-pin

Συνδεσμολογία της αρνητικής ανάδρασης (β) Συνδεσμολογία της αρνητικής ανάδρασης (β)

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΕΛΕΣΤΙΚΟΥ ΕΝΙΣΧΥΤΗ καταγραφή βιοηλεκτρικών σημάτων

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΕΛ. ΕΝΙΣΧΥΤΗ (συγκριτής)

Εφαρμογές τελ. Ενισχυτή (διαφόριση)

Εφαρμογές τελ. Ενισχυτή (διευκρινιστής τάσης με κατώφλι)

Εφαρμογές τελ. Ενισχυτή (αναλυτής ενός καναλιού)

Τ.Ε σε εφαρμογή γεννήτριας παλμών ακουστικών συχνοτήτων Τη διάταξη του οργάνου αποτελεί κατά βάση ένας τελεστικός ενισχυτής με θετική ανάδραση Παράγει παλμούς συχνότητας 15 Hz – 20.000 Hz αυξομειούμενης έντασης. Χορηγούμε στο αυτί ήχους διαφόρων συχνοτήτων και σημειώνοντας την ελάχιστη ακουστή ένταση, έχουμε το ακουομετρικό διάγραμμα για τον έλεγχο της ακοής

ΘΟΡΥΒΟΣ Σαν θόρυβο ορίζουμε την παρουσία ανεπιθύμητων ηλεκτρικών σημάτων που συνυπάρχουν με το φαινόμενο που μελετάμε. Εξωτερικός θόρυβος (ατμοσφαιρικός,βιομηχανικός,κλπ) Εσωτερικός θόρυβος (θερμικός ,βολής,συχνότητας δικτύου,κλπ) Για περιορισμό θορύβου χρησιμοποιούμε κατάλληλα φίλτρα και ηλεκτρονικά εξαρτήματα.

Ηλεκτροκαρδιογράφημα με θόρυβο Ηλεκτροκαρδιογράφημα με θόρυβο

A/D Μετατροπέας Η διαδικασία ονομ. αναλογική σε ψηφιακή μετατροπή σήματος. αποτελείται από δύο βήματα Δειγματοληψία Μετατροπή σήματος συνεχούς χρόνου σε σήμα διακριτού χρόνου αριθμός δειγμάτων σε διαστήματα Τ (Τ ονομ. την ταχύτητα δειγματοληψίας)

A/D Μετατροπέας Κβαντισμός και κωδικοποίηση μετατρέπονται τα δείγματα σε διακριτές τιμές

D/A Μετατροπέας Μετατροπή ψηφιακού σήματος σε αναλογικό

Εφαρμογές D/A Καθοδήγηση μέσω Η/Υ μηχανικών εξαρτημάτων (π.χ μοτέρ,χειρ.βραχίονες)

ΣΧΗΜΑΤΙΚΟ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΟΥ

ΚΥΚΛΩΜΑ ΔΙΠΛΗΣ ΑΝΟΡΘΩΣΗΣ

Τροφοδοτικά-Μπαταρίες

Το ηλεκτρονικό όργανο μέτρησης δεν λειτουργεί Το ηλεκτρονικό όργανο μέτρησης δεν λειτουργεί Σημεία ελέγχου από το χρήστη έλεγχος σύνδεσης μηχανήματος στην τροφοδοσία ενδεικτική φωτεινή λυχνία μηχανήματος διακόπτης on-off μηχανήματος ηλεκτρική ασφάλεια μηχανήματος ύπαρξη τάσης στο ρευματολήπτη ύπαρξη ηλεκτρικού ρεύματος στο κτήριο ενημέρωση τεχνικού βιοϊατρικής τεχνολογίας

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΔΙΑΓΝΩΣΗ Βιο-ηλεκτρικά σήματα Ηλεκτροκαρδιογράφος Ηλεκτροεγκεφαλογράφος Διαγνωστικής απεικόνισης Ακτινολογικό μηχάνημα Ακτινοσκοπικό μηχάνημα Μαστογράφος Ψηφιακός αγγειογράφος Σύστημα μέτρησης οστικής πυκνότητας Τομογραφία εκπομπής Ποζιτρονίου PET συνέχεια

Τομογραφία εκπομπής SPECT Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός NMR Αξονικός Τομογράφος CT Μαγνητικός τομογράφος MRI Συσκευές υπερήχων Σπινθηρογράφος Ενδοσκόπια Αναλυτής αερίων Αιματολογικές μετρήσεις Φυγόκεντροι Συσκευές ηλεκτροφόρησης Μετρητής ραδιενέργειας

Φορετές συσκευές Σύστημα US-Bone Lifebelt Aubade Noesis Τηλεϊατρική Τηλεδιάγνωση και Τηλεσυμβούλευση Τηλεπαρακολούθηση Τηλεεκπαίδευση Τηλεδιαχείρηση Κατ οίκον φροντίδα Επείγοντα περιστατικά

ΘΕΡΑΠΕΙΑ Συσκευές εξωσωματικής κυκλοφορίας Μηχανή καρδιάς πνευμόνων Μηχανή καρδιάς πνευμόνων Τεχνητός νεφρός Εμφυτέυσιμα συστήματα Καρδιακοί βηματοδότες Βοηθήματα ακοής LASER Ευφυή συστήματα Παροχής φαρμάκων Μηχανική αποκατάστασης

ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΕΞΩΣΩΜΑΤΙΚΗΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΣ 1.Μηχανή καρδιάς - πνευμόνων

Μηχανή καρδιάς -πνευμόνων

Χαρακτηριστικά της μηχανής να οξυγονώνει το αίμα να αυξάνει την πίεσή του στο επίπεδο της σωματικής Τροφοδοτεί δύο κυκλώματα κυκλοφορίας α. του σώματος β. της ίδιας της καρδιάς

Ψύκτης του αίματος Διατήρηση της θερμοκρασίας χαμηλά έχουμε μείωση του ρυθμού του μεταβολισμού Η υποθερμία που επιτυγχάνεται προκαλεί καρδιακή μαρμαρυγή αποτέλεσμα να σταματήσει η παλμική κίνηση της καρδιάς

Οξυγονωτές Οξυγονωτής δίσκων Στήλη φυσαλίδων Οξυγονωτής μεμβράνης

ΤΕΧΝΗΤΟΣ ΝΕΦΡΟΣ

ΤΕΧΝΗΤΟΣ ΝΕΦΡΟΣ(φίλτρα)

ΤΕΧΝΗΤΟΣ ΝΕΦΡΟΣ (φίλτρα)

Μεμβράνες φίλτρου αιμοκάθαρσης Η λειτουργική ικανότητα των μεμβρανών καθορίζεται από τις αρχές της διάχυσης,διήθησης και απορρόφησης Μέσου διάχυσης καθαιρούνται κυρίως ουσίες μικρού μοριακού βάρους Η υπερδιήθηση δηλαδή ο όγκος των υγρών που απομακρύνονται, ελέγχεται μέσω διαμεμβρανικής πίεσης .

Χαρακτηριστικά των φίλτρων Αποτελούνται από μια δέσμη τριχοειδικών ινών-σωληνίσκων,από πολύ λεπτή μεμβράνη υλικών όπως: κυτταρίνη,(πολυσακχαρίτης),συνθετικές μεμβράνες(πολυσουλφόνη,πολυακριλονιτρίλη)συνθετικά τροποποιημένη κυτταρίνη. Το υλικό,το μέγεθος των πόρων διαμορφώνουν διαφορετικά φυσικοχημικά χαρακτηριστικά, διαπερατότητας και αλληλεπίδρασης με το αίμα

Τεχνητός νεφρός Σχηματικό διάγραμμα σύνδεσης Τεχνητός νεφρός Σχηματικό διάγραμμα σύνδεσης

Αισθητήρες-μετατροπείς μηχανήματος τεχνητού νεφρού Πίεσης (αρτηριακής και φλεβικής mm/Hg) Θερμοκρασίας διαλύματος (37 C) Αγωγιμότητας διαλύματος (νάτριο,κάλιο,ασβέστιο pH κλπ) Ροής διαλύματος (500 ml/min) Ροής αίματος (250 ml/min) Διαρροής αίματος στο διάλυμα Εισόδου αέρα στο αίμα Αρνητική πίεση διαλύματος

Ασθενής στη διάρκεια της αιμοκάθαρσης

Περιτοναϊκή κάθαρση

Η περιτοναϊκή κάθαρση αναφέρεται στη μεταφορά ύδατος και διαλυτών ουσιών ανάμεσα στα τριχοειδή του περιτόναιου και του ειδικού διαλύματος που εισάγεται στην περιτοναϊκή κοιλότητα Το ρόλο της μεμβράνης αναλαμβάνει το περιτόναιο Το διάλυμα εισάγεται στην περιτοναϊκή κοιλότητα μέσω μόνιμου καθετήρα

Ενδοσκόπια

Ενδοσκόπια (εύκαμπτα) Εύκαμπτο ρινο-φαρυγγο-λαρυγγοσκόπιο Εύκαμπτο βρογχοσκόπιο Εύκαμπτο δωδεκαλακτυλοσκόπιο Εύκαμπτο γαστροσκόπιο Εύκαμπτο ουρητηροσκόπιο Εύκαμπτο κολονοσκόπιο Εύκαμπτο χοληδοχοσκόπιο

Ενδοσκόπια Άκαμπτα για ΩΡΛ νευροχειρουργική αρθροσκόπηση λαπαροσκόπηση ουρολογικές επεμβάσεις

Ηλεκτροκαρδιογράφος Ηλεκτροκαρδιογράφος είναι ένα ευαίσθητο όργανο (βολτόμετρο) που καταγράφει μέσω ηλεκτροδίων τις διαφορές δυναμικού στην επιφάνεια του σώματος.

Ηλεκτροκαρδιογράφημα Καταγράφει τα ηλεκτρικά δυναμικά, όπως φτάνουν στην επιφάνεια του σώματος, καθώς ταξιδεύουν από τον φλεβόκομβο στις κοιλίες. Χρησιμότητα ηλεκτροκαρδιογραφήματος: Διάγνωση αρρυθμιών, ισχαιμίας και εμφράγματος, μεταβολικές διαταραχές, υπερτροφίας κοιλοτήτων της καρδιάς.

Ερεθισματαγωγικό σύστημα της καρδιάς

Λήψη ηλεκτρικού δυναμικού

Ηλεκτρικό δυναμικό κυττάρων

Διάγραμμα καρδιογράφου

http://users.uoi.gr/gmpaliou