MEDICINOS TECHNIKA Pagrindai ir laboratorinių darbų metodikos ...

Julius GRIŠKEVIČIUSKristina DAUNORAVIČIENĖMEDICINOS TECHNIKAPagrindai ir laboratoriniųdarbų metodikos nurodymaiProjekto kodasVP1-2.2-ŠMM 07-K-01-023Vilnius „Technika“ 2012Studijų programų atnaujinimaspagal ES reikalavimus, gerinantstudijų kokybę ir taikantinovatyvius studijų metodus

VilniAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETASJulius GRIŠKEVIČIUSKristina DAUNORAVIČIENĖMEDICINOS TECHNIKAPagrindai ir laboratorinių darbųmetodikos nurodymaiVilnius „Technika“ 2012

J. Griškevičius, K. Daunoravičienė. Medicinos technika.Pagrindai ir laboratorinių darbų metodikos nurodymai.Vilnius: Technika, 2012. 113 p. [3,68 aut. l. 2012 10 23]Knygoje pateikiami medicinos technikos pagrindai, klasifikavimas, pagrindiniaiprojektavimo principai ir rekomendacijos, laboratorinių darbų atlikimometodikos, skirtos susipažinti su žmogaus kūno fiziologinių parametrų matavimometodais ir priemonėmis šiems metodams realizuoti. Kiekviename darbepateikiama teorinė dalis, matavimo prietaisai, darbų eiga ir literatūros sąrašas.Leidinys skirtas universitetinių pirmosios pakopos studijų studentams,studijuojantiems biomechanikos inžineriją, sporto inžineriją, mediciną, ir kitųsričių studentams.Leidinį rekomendavo VGTU Mechanikos fakulteto studijų komitetasRecenzavo: prof. dr. Rymantas Tadas Toločka, Kauno technologijos universitetasdoc. dr. Juozas Vincas Astrauskas, Vilniaus Gedimino technikosuniversitetasLeidinys parengtas ir išleistas už Europos struktūrinių fondų lėšas, jomis finansuojantVGTU Transporto inžinerijos, Biomechanikos ir Aviacinės mechanikosinžinerijos projektą „Studijų programų atnaujinimas pagal ES reikalavimus,gerinant studijų kokybę ir taikant inovatyvius studijų metodus“ pagal Lietuvos2007–2013 m. Žmogiškųjų išteklių veiksmų programos 2 prioriteto „Mokymasisvisą gyvenimą“ VP1-2.2-ŠMM-07-K priemonę „Studijų kokybės gerinimas,tarptautiškumo didinimas“. Projekto kodas Nr. VP1-2.2-ŠMM 07-K-01-023,finan savimo ir administravimo sutartis Nr. VP1-2.2-ŠMM-07-K-01-023.VGTU leidyklos TECHNIKA 1404-S mokomosiosmetodinės literatūros knygahttp://leidykla.vgtu.ltRedaktorė Zita MarkūnaitėMaketuotojas Romanas TumėnaseISBN 978-609-457-313-2doi:10.3846/1404-S© Julius Griškevičius, 2012© Kristina Daunoravičienė, 2012© Vilniaus Gedimino technikos universitetas, 2012

TurinysĮvadas ............................................................................................................41. Medicinos technikos pagrindai ................................................................61.1. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimai ................................................61.2. Medicinos technikos klasifikacija ..................................................91.3. Medicinos prietaisų konstravimo ypatumai .................................141.3.1. Medicinos prietaisų konstravimo principai .......................151.3.2. Funkcijų išskyrimas ir sujungimas ...................................171.3.3. Kalibravimas ir kompensavimas .......................................201.3.4. Patikimumas ......................................................................231.3.5. Sistemų gedimų ypatumai .................................................231.3.6. Medicinos įrangos projektavimo procesas ........................271.4. Šiluminiai reiškiniai medicinos aparatuose ..................................281.4.1. Šilumos perdavimas ..........................................................301.4.2. Aparatūrinio radiatoriaus skaičiavimas ............................341.4.3. Konstruktyvių elementų aušinimas ...................................371.4.4. Radiatoriaus konstrukcinių parametrų nustatymas ...........381.4.5. Šilumos atidavimas (iš prietaiso) ......................................401.5. Pagrindiniai medicinos technikos komponentai ...........................431.5.1. Medicinos prietaiso principinė schema .............................431.5.2. Medicinos prietaiso įvestys ...............................................491.6. Medicinos prietaisų charakteristikos ............................................521.6.1. Statinės medicinos prietaisų charakteristikos ...................541.6.2. Dinaminės medicinos prietaisų charakteristikos ...............572. Žmogaus fiziologinių parametrų matavimas .........................................612.1. Kokybinis klausos vertinimas audiometru.Orinio laidumo tyrimas audiometru .............................................612.2. Kardiologinio analizatoriaus MSC-Holterscharakteristikų analizė ..................................................................752.3. Pagrindinės elektromiografo charakteristikos,veikimo principas ir biosignalų matavimo būdai .........................882.4. Pažintis su linijinio / konvekcinio skenavimo diagnostineultragarso sistema ETS-ELU-01 ................................................1023

ĮvadasNuo XV amžiaus mokslo dėmesio centre buvo žmogaus kūnotyrinėjimas ir stebėjimas bei tam kuriami įrankiai. Dabartiniu metutyrimas rentgeno spindulių ir šiuolaikinės magnetinio branduoliniorezonanso (MBR) įrenginiais yra paprasčiausiai pirmųjų skrodimų iranatominių studijų pratęsimas, siekiant suprasti, kaip žmogaus kūnasiš tikrųjų funkcionuoja. Dabartiniai diagnostiniai instrumentai – oftalmoskopai,kraujo spaudimo monitoriai ir stetoskopai – yra panašiaiyra viduramžių apžiūros būdo tęsinys. Tyrimo stalai, pirštinės ir kitosmedicininės priemonės – tai tik naujesnės versijos tų įrankių, kuriebuvo naudojami per amžius. Medicinos technologija ir medicinos žiniosnuolatos viena kitą papildo. Pavyzdžiui, hipertenzija: nors kraujospaudimo matavimo įrankiai egzistavo jau daugiau nei 100 metų, tikpaskutiniaisiais 20 metų ji buvo susieta su ligomis, genetika ir gyvenimobūdu. Didėjant kraujo spaudimo matavimo svarbai, buvo ieškomanaujų technologijų tiksliems matavimams ir įrašams. Paplitusautomatiniams kraujo spaudimo monitoriams, tapo įmanoma koreliuotimatavimus, atliktus žmogaus valdomoje, izoliuotoje aplinkoje.Ultragarso aparatūra paprastai yra didelių matmenų ir sunki, tačiauVašingtono universiteto mokslininkai sukūrė pirmąją portatyvią ultragarsoaparatūrą, kuri telpa delne. Šiam tikslui pasiekti jie panaudojoišmanųjį telefoną ir USB pagrindu veikiantį ultragarso zondą.Šiuo įrenginiu paciento duomenis galima perduoti telefonu iš kartospecialistui. Prostatos terapija visą laiką buvo invazinis, skausmingasir ne visada efektyvus būdas. Mičigano universiteto mokslininkaisukūrė naują būdą gydyti prostatos auglius naudojant fokusuotusmikrobangų impulsus, kurie patekę į auglį sukuria mikroskopiniusdujų burbuliukus, kurie sprogdami ištirpina auglį. Šis smūgio bangosefektas vadinamas kavitacija, ir niekas iki šiol nemanė, kad ji gali būtikontroliuojama tokiu dideliu tikslumu. Paskutiniai vėžio gydymo metodaiapėmė arba chirurgiją, arba transplantaciją. Tačiau buvo sukurtanauja alternatyva, vadinama amputacija mikrobangomis, kurios metuplona adata įterpiama į auglį ir spinduliuojamos karštos mikrobangos4

priverčia jį žūti. Didelės rezoliucijos gama spindulių kameros tapovienu iš tikslesnių krūties vėžio diagnostikos įrankių. Duke universitetoinžinieriai, naudodami trimačio ultragarso vaizdinimą, kartu sudirbtinio intelekto programa kuria robotą, kuris galėtų atlikti pagrindineschirurgines operacijas be žmogaus įsikišimo. Dabartinė pažangananotechnologijų ir genetikos srityse atsirandant vis galingesniemssuperkompiuteriams gali sukurti tokią situaciją, kai dėl technologijųdaug kas žmogaus gyvenime pasikeis. Mokslininkai jau yra sukūrępaprasčiausias gyvybės formas iš prieš tai negyvos DNR medžiagos.Medicinos technika yra žmogaus kūno kaip ir kodėl tyrimų išplėtimas,kai vykstant moksliniams tyrimams, gali atsirasti visiškai naujųmedicininės diagnostikos, stebėjimo ir terapijos būdų. Įsivaizduokimegalimybę užauginti naujus organus kūno viduje. Kiti gyvi organizmaigali atauginti galūnes, kodėl to negali būti padaryti žmogus? O jei taiįmanoma, ar įvykus tokiems pokyčiams, žmogus liks žmogumi? Beabejo, ateities nuspėti neįmanoma, tačiau kad ji bus kitokia, nei mesįsivaizduojame, tai parodys laikas. Retrospektyvoje galima pastebėtiženklus, tačiau tai bus jau vėlu. Šiandieną technologijos tobulėja irkaip procesas nuolatos keičia žmogaus gyvenimą.Šių laboratorinių darbų tikslas:––praktiškai susipažinti su biomechanikos inžinerijos sritiesproblemomis,––praktiškai spręsti uždavinius, keliamus šių laboratorinių darbųtikslų.Rengiant šį leidinį naudotasi VGTU Biomechanikos katedrosdarbuotojų mokslinio darbo patirtimi. Šie metodikos nurodymai sudarytipagal Biomechanikos, Medicinos technikos studijų moduliųprogramas ir yra skirti VGTU Mechanikos fakulteto biomechanikosinžinerijos krypties studijų programai. Jie taip pat gali būti naudingiir kitų studijų programoms, pagal kurias rengiami specialistai dirbtikineziterapijos, medicinos technikos ir sporto inžinerijos srityse.5

1. Medicinos technikos pagrindai1.1. Pagrindinės sąvokos ir apibrėžimaiMedicinos prietaisas (MP) – tai instrumentas, aparatas, prietaisas,medžiaga ar kitas reikmuo, kuris gali būti naudojamas atskiraiarba kartu su kitu, įskaitant ir programinę įrangą, reikalingą, kaipnumatyta gamintojo:––ligai diagnozuoti, plitimui sustabdyti, eigai stebėti irpalengvinti,––traumai ar negaliai diagnozuoti, stebėti, gydyti, palengvinti arkompensuoti,––anatomijai ar fiziologiniam procesui tirti, pakeisti armodifikuoti,––pastojimui kontroliuoti.MP panaudojimas pagal paskirtį neveikia žmogaus organizmo išvidaus ar išoriškai farmakologinėmis, imunologinėmis ar metabolinėmispriemonėmis, tačiau jos gali būti naudojamos kaip pagalbinėsprietaiso veikimo priemonės.Medicinos prietaiso priedas – gaminys, skirtas naudoti kartusu prietaisu, kad jį būtų galima pritaikyti pagal gamintojo numatytąpaskirtį.In vitro diagnostikos medicinos prietaisas – reagentas, iš reagentopagamintas produktas, etaloninė medžiaga, patikrinimo medžiaga,rinkinys, instrumentas, aparatas, įranga arba įrangos komplektas,naudojamas atskirai arba kartu su kitais, gamintojo skirtasnaudoti iš žmogaus organizmo paimtiems ėminiams, įskaitant donorųkraują ir audinius, in vitro tirti, vien tik arba dažniausiai tik informacijaiapie fiziologinę arba patologinę būklę arba įgimtą anomalijągauti; saugai ir suderinamumui su potencialiais recipientais nustatyti;terapinių priemonių poveikiui stebėti.6

Ėminių talpyklos taip pat laikomos in vitro diagnostikos medicinosprietaisai. Ėminių talpyklos yra vakuuminiai arba nevakuuminiaiprietaisai, specialiai gamintojų numatyti iš žmogaus kūno invitro diagnostikos tyrimo tikslams paimtiems ėminiams laikyti irkonservuoti.Bendros laboratorinės paskirties gaminiai nėra in vitro diagnostikosmedicinos prietaisai, jeigu pagal charakteristikas gamintojo nėraspecialiai numatyti in vitro diagnostikai naudojamame tyrime.Aktyvusis medicinos prietaisas – bet koks medicinos prietaisas,kuriam veikti naudojamas elektros arba bet koks kitas energijos šaltinis,išskyrus energijos šaltinius, betarpiškai atsirandančius žmogausorganizme arba dėl gravitacijos.Trukmė:laikina – dažniausiai skirta nepertraukiamai naudoti mažiau kaip60 minučių;trumpalaikė – dažniausiai skirta nepertraukiamai naudoti ne ilgiaukaip 30 dienų;ilgalaikė – dažniausiai skirta nepertraukiamai naudoti ilgiau kaip30 dienų.Invaziniai prietaisai:––invazinis prietaisas – prietaisas, kuris visas arba jo dalis naudojamiįskverbti į kūną arba kokią nors angą arba kūno paviršių;––kūno anga – bet kuri natūrali kūno anga, taip pat išorinisakies obuolio paviršius arba pastovi dirbtinė anga, tokia kaipstoma;––chirurginis invazinis prietaisas – toks, kuris per kūno paviršiųįskverbiamas į kūną atliekant chirurginę operaciją.Prietaisai, kurie įskverbiami į kūną ne per kokią nors kūno angą,laikomi chirurginiais invaziniais prietaisais.7

Implantuojamasis prietaisas skirtas:––visas įdėti į žmogaus kūną arba––palikti kūne po procedūros (pakeisti epitelį ar akies paviršiųchirurginės intervencijos būdu).Bet koks prietaisas, skirtas įdėti į žmogaus kūną chirurginės intervencijosbūdu ir ten palikti po procedūros mažiausiai 30 dienų, taippat laikomas implantuojamuoju prietaisu.Daugkartinio naudojimo chirurginis prietaisas:Instrumentas, skirtas pjauti, gręžti, rėžti, gramdyti, suveržti,suspausti, sukabinti ar kitoms panašioms chirurginėms procedūromsatlikti, kuris nėra prijungtas prie kokio nors aktyviojo medicinosprietaiso ir kurį galima pakartotinai panaudoti atlikus reikiamasprocedūras.Aktyvusis implantuojamas medicinos prietaisas – bet koksaktyvusis medicinos prietaisas, kurį ketinama chirurginiu arba medicininiubūdu visiškai arba iš dalies implantuoti į žmogaus kūną arbamedicininės intervencijos būdu įdėti į natūralią žmogaus kūno angą irpo procedūros joje palikti.Aktyvusis gydymo prietaisas – bet koks aktyvusis medicinosprietaisas, kuris nepriklausomai nuo to, atskirai ar kartu naudojamassu kitais medicinos prietaisais, skirtas biologinėms funkcijomsar struktūroms palaikyti, modifikuoti, pakeisti ar atkurti, gydant arpalengvinant ligos eigą, sužeidimą ar negalią.Aktyvusis diagnostikos prietaisas – bet koks aktyvusis medicinosprietaisas, kuris nepriklausomai nuo to, ar naudojamas atskirai,ar kartu su kitais medicinos prietaisais, teikia informaciją nustatant,diagnozuojant, stebint ar veikiant fiziologinę būklę, sveikatos būklę,ligas ir įgimtas deformacijas.8

Prietaisas, pagamintas pagal užsakymą – aktyvusis implantuojamasmedicinos prietaisas, specialiai pagamintas pagal medicinosspecialisto raštu išdėstytus tam tikrų šio prietaiso konstrukcijossavybių nurodymus, už kuriuos jis atsako, ir yra skirtas naudoti tikkonkrečiam pacientui.Prietaisas, skirtas klinikiniams tyrimams – bet koks aktyvusisimplantuojamas medicinos prietaisas, kurį naudoja medicinos specialistas,atlikdamas žmogaus sveikatos tyrimus tinkamoje klinikinėjeaplinkoje.Prietaisas, skirtas medikamentams duoti – bet koks aktyvusisimplantuojamas medicinos prietaisas, skirtas duoti medikamentams,kurie turi būti registruojami laikantis vaistų registravimo tvarkos.Prietaisas, skirtas naudoti kartu su medikamentu – bet koksaktyvusis implantuojamas medicinos prietaisas, kurio nedalomojevisumoje yra medikamentas; toks prietaisas turi būti įvertintas ir patvirtintaspagal šio reglamento nuostatas.Eksploatavimo pradžia – medicinos prietaiso pateikimas medicinosspecialistams, kurie implantuos jį į žmogaus organizmą.1.2. Medicinos technikos klasifikacijaVisi į Europos ekonominę erdvę teikiami medicinos prietaisai turiatitikti Europos Sąjungos direktyvų, reglamentuojančių medicinosprietaisų saugą, reikalavimus, kurių pagrindinės nuostatos yra perkeltosį sveikatos apsaugos ministro įsakymų patvirtintas Lietuvos medicinosnormas (Medicinos prietaisų saugos techninius reglamentus).Medicinos prietaisai turi atitikti 1993 m. birželio 14 d. Tarybosdirektyvos 93/42/EEB dėl medicinos prietaisų (OL 2004 m specialusisleidimas, 13 skyrius, 12 tomas, p. 82), kurios nuostatos perkeltos įLietuvos nacionalinę teisę, t. y. Lietuvos medicinos normą MN 4:2009„Medicinos prietaisų saugos techninis reglamentas“, patvirtintą9

sveikatos apsaugos ministro 2001 m. vasario 8 d. įsakymu Nr. 101(Žin., 2001, Nr. 15-467), reikalavimus.Gamintojo informacija apie prietaiso saugų naudojimą ir kita atitinkamainformacija turi būti pateikiama valstybine kalba.Teikiami į rinką arba pradedami naudoti medicinos prietaisai turibūti pažymėti CE ženklu.Medicinos prietaisai pagal energijos rūšį yra: 1) mechaniniai,2) elektriniai, 3) šviesos, 4) ultragarso ir pan.Pagal paskirtį: 1) diagnostikai, 2) skirti gydyti (terapijai), 3) kiti,pvz., skirti moksliniams eksperimentams.Pagal MN 4:2009 medicinos prietaisai skirstomi į I, II A, II B irIII klases ir turi atitikti visus MN 4:2009 jiems keliamus reikalavimus[MN 4:2009].Klasifikavimo taisyklės taikomos atsižvelgiant į prietaisųpaskirtį:––jeigu prietaisas yra skirtas naudoti kartu su kitu prietaisu, taiklasifikavimo taisyklės taikomos kiekvienam prietaisui atskirai.Priedai klasifikuojami atskirai nuo kartu naudojamoprietaiso;––prietaisą valdanti ar jam naudoti turinti įtakos programinė įrangaautomatiškai priskiriama tai pačiai klasei kaip ir prietaisas;––jeigu prietaisas nėra skirtas naudoti tik ar daugiausia kokiojenors kūno dalyje, jis turi būti klasifikuojamas pagal svarbiausiąjąfunkciją;––jeigu dėl prietaiso veikimo ypatumų, kuriuos nustatė gamintojas,tam pačiam prietaisui tinka kelios taisyklės, taikomosgriežčiausios taisyklės, pagal kurias prietaisas priskiriamasaukštesnei klasei.10

1.1 lentelė. Medicinos prietaisų apibendrintoji klasifikacija pagal MN4:2009 9 priedąI klasė II a klasė II b klasė III klasėNeinvaziniai prietaisaiVisi neinvaziniaiprietaisai, išskyrus IIklasėsVisi neinvaziniaiprietaisai ar priemonės,turintys sąlytįsu pažeista oda,priskiriami I klasei,jeigu jie yra naudojamikaip mechaninisbarjeras eksudatųkompresijai ar absorbcijaiInvaziniai prietaisai,skirti naudotikūno angose, priskiriamiI klasei, jeiyra skirti naudotilaikinaiInvaziniai prietaisainaudojami trumpaiburnos ertmėje ikiryklės, ausies ertmėje– iki ausies būgnelioar nosies ertmėjeNeinvaziniai prietaisai,skirti kraujo,organizmo skysčiųar audinių, kitųskysčių ar dujomspernešti ar laikyti,kad jie galėtų būtiperpilami, vartojamiar įskverbiami įorganizmąNeinvaziniai prietaisai,kurie gali būtisujungti su aktyviuojumedicinos prietaisu,priklausančiu II aar aukštesnei klaseiVisi neinvaziniaiprietaisai ar priemonės,turintys sąlytį supažeista oda, priskiriamiIIa klaseivisais kitais atvejais,tarp jų ir prietaisaiar priemonės, kuriųpaskirtis – kontroliuotižaizdos mikroaplinkąInvaziniai prietaisai,skirti naudotikūno angose, priskiriamiIIa klasei,jei yra skirti naudotitrumpaiInvaziniai prietaisainaudojami ilgai burnosertmėje iki ryklės,ausies ertmėje– iki ausies būgnelioar nosies ertmėjeInvaziniai prietaisaiVisi neinvaziniaiprietaisai, skirtikraujo, kitų organizmoskysčių arbakitų į organizmąnumatomų perpiltiskysčių, biologineiir cheminei sudėčiaipakeistiVisi neinvaziniaiprietaisai ar priemonės,turintys sąlytį supažeista oda, priskiriamiIIb klasei,jeigu dažniausiai yranaudojami gydytižaizdoms, atsiradusiomspažeidusišorinį odos sluoksnįir neužgyjančiomssavaimeVisi invaziniaiprietaisai, skirtinaudoti kūno angose,priskiriami IIb klasei,jeigu yra skirtinaudoti ilgai11

I klasė II a klasė II b klasė III klasėChirurginiai invaziniai prietaisaiDaugkartinio naudojimochirurginiaiinstrumentaiChirurginiai invaziniaiprietaisai, skirtinaudoti laikinaiChirurginiai invaziniaiprietaisai, skirtinaudoti trumpaiChirurginiai invaziniaiprietaisai, skirtinaudoti laikinai irskirti tiekti jonizuojančiosiosspinduliuotėsenergiją,skirti biologiškaipaveikti arba galėtųbūti visiškai ar daugiausiaabsorbuotiImplantuojamieji prietaisaiImplantuojamiejiprietaisai ir ilgalaikionaudojimo chirurginiaiinvaziniai prietaisai,skirti dantimsVisi implantuojamiejiprietaisai irilgalaikio naudojimochirurginiai invaziniaiprietaisai1.1 lentelės tęsinysChirurginiai invaziniaiprietaisai, skirtinaudoti laikinaiir specialiai skirtiširdies ar centrinėskraujotakos sistemostrūkumamsdiagnozuoti, stebėtiar koreguoti esanttiesioginiam sąlyčiuisu tomis kūnodalimisChirurginiai invaziniaiprietaisai, skirtinaudoti trumpaiir specialiai skirtiširdies ar centrinėskraujotakos sistemostrūkumamsdiagnozuoti, stebėtiar koreguoti pertiesioginį sąlytį sutomis kūno dalimis,specialiai skirti naudotiper tiesioginįsąlytį su centrinenervų sistemaVisi implantuojamiejiprietaisai irilgalaikio naudojimochirurginiai invaziniaiprietaisai, skirtinaudoti per tiesioginįsąlytį su širdimi,centrine kraujotakosar centrinenervų sistemomis,skirti biologiškaipaveikti12

I klasė II a klasė II b klasė III klasėAktyvieji diagnostiniai prietaisaiVisi kiti aktyviejiprietaisai ar priemonėspriskiriami IklaseiAktyvieji diagnostiniaiprietaisai priskiriamiIIa klasei,jeigu jie yra skirti:tiekti energijai, kuriąžmogaus kūnasabsorbuos, išskyrusprietaisus, skirtusapšviesti pacientokūnui matomajamešviesos spektre;parodyti radioaktyviųjųmedikamentųpasiskirstymui gyvajameorganizme;tiesiogiai diagnozuotiarba stebėtigyvybiškai svarbiemsfiziologiniamsprocesamsNeaktyvieji prietaisai,skirti tik rentgenospinduliuotegautiems diagnostiniamsvaizdamsfiksuoti, priskiriamiIIa klaseiAktyvieji diagnostiniaiprietaisai,specialiai skirtistebėti gyvybiškaisvarbiems fiziologiniamsparametrams,kurių svyravimaigalėtų kelti tiesioginįpavojų pacientui,pvz., sukelti širdiesveiklos, kvėpavimo,centrinės nervųsistemos veiklossutrikimusAktyvieji prietaisai,skleidžiantysjonizuojančiąjąspinduliuotę ir skirtidiagnostikai ir gydomajaiintervencineiradiologijai, įskaitantir prietaisus, skirtuskontroliuoti ar stebėtitokius prietaisus arbatiesiogiai juos veiktiKraujo maišeliaiVisi prietaisai arpriemonės, skirtinaudoti tik dezinfekuoti,valyti,skalauti ar prireikuskontaktiniams lęšiamsdrėkinti, priskiriamiIIb klasei1.1 lentelės pabaigaVisi prietaisai arpriemonės, pagamintinaudojantnegyvybingus gyvūnųaudinius ar jųdarinius, priskiriamiIII klasei13

PavyzdysKraujospūdžio matuokliai turi atitikti MN 4:2009 „Medicinosprietaisų saugos techninio reglamento“ reikalavimus:––Kraujospūdžio matuokliai turi būti paženklinti CE ženklu,prie CE ženklo turi būti paskelbtosios (notifikuotos) įstaigos,atsakingos už įvertinimą, identifikavimo numeris.––Kraujospūdžio matuokliai turi būti paženklinti pagal MN4:2009 1 priedo 13 punkto reikalavimus, ant pakuotės turi būtinurodyta visa reikalinga informacija, kad prietaisu besinaudojantisasmuo galėtų identifikuoti prietaisą ir pakuotės turinį.––Teikiant medicinos prietaisus į Lietuvos rinką prie jų turi būtipridėta naudojimo instrukcija lietuvių kalba.1.3. Medicinos prietaisų konstravimo ypatumaiVienas iš pagrindinių reikalavimų, keliamų medicinos technikai,yra jos patikimumas, taip pat dominuojančią vietą užima šios aparatūrosjautrumas matavimams. Reikia pažymėti, kad šiuolaikinė medicinosaparatūra yra sudėtingesnė, t. y. didesnis kai kurių atsakingųelementų ir mazgų skaičius. O tai sukelia paties aparato arba mazgopatikimumo mažėjimą. Kalbant apie medicinos aparatūros patikimumą,reikia išskirti 2 ribinius atvejus:1. Eksploatavimo laikotarpiu turi būti išlaikytas aukštas aparatofunkcionavimo laipsnis (lygis). Visa tai susiję su tuo, kad turibūti užtikrinta žmonių sauga, nes bet kokios grandies gedimas(brokas) gali sukelti nepataisomų dalykų (pvz., pacientomirtį);2. Kiekvienas medicinos aparatas turi būti optimalus pagal kainąir nesudėtingas naudoti. Tai susiję su aukštu patikimumu, kurisrodo aukštą kainą, dideles sąnaudas naudojant ir prižiūrinttokį aparatą.Medicinos aparato patikimumas ir tikslumas yra vienareikšmiškaisusiję dalykai ir tam turi daug dėmesio skirti aukštos kvalifikacijosspecialistai juos konstruodami. Aparato kokybė – tai visuma14

teigiamų gaminio ypatybių, atitinkančių techninius reikalavimus,keliamus tam gaminiui. Kokybę apibūdina parametrai, nusakantysaparato paskirtį, aplinkos poveikį medicinos aparatui; darbo sąlygas(higienos, fiziologijos ir kt.); estetinio aparato vaizdo rodikliai; standartizavimorodikliai, nusakantys autorines teises ir pan. Kiekvienomedicinos aparato kokybę lemia pasirinkta jo struktūrinė schema, gamybossąlygos, surinkimo sąlygos, naudojimo sąlygos, darbo aplinka(terpė), senėjimas, nuovargio arba susidėvėjimo veiksniai.1.3.1. Medicinos prietaisų konstravimo principaiKonstruojant bet kokį medicinos aparatą, būtina įvertinti daugybęreikalavimų ir mažesnio ar aukštesnio laipsnio taisyklių, kuriosnusakomos keliomis grupėmis:1. Specialūs reikalavimai, keliami gaminio techniniams ir ekonominiamsparametrams;2. Visi reikalavimai turi būti įvertinti konstruojant arba kuriantgaminius, nepriklausomai nuo jų ypatumo. Svarbiausi iš jų yrašie:i) minimalios mokslinio tyrimo, konstravimo darbų ir gamybosišlaidos;ii) minimalių gabaritų ir tūrio reikalavimai;iii) minimalios masės reikalavimai (kad mažiau svertų);iv) mažiausių energijos nuostolių reikalavimai;v) reikalavimai, keliami optimaliam naudojimui.Šie paminėti reikalavimai turi būti įvykdyti konstruktorių, kurielaikosi šių konstravimo taisyklių: paprastumas, patikimumas, vienareikšmiškumas(1.2 lentelė).15

1.2 lentelė. Medicinos prietaisų konstravimo principinės taisyklėsPaprastumas Vienareikšmiškumas PatikimumasI. Darbo aplinkaAiškūs ir suprantami konstruktoriaussantykiai sutechnine gaminio užduotimi(valdymas, techninisaptarnavimas, kontrolė irremontas)Fizikiniai dėsningumaiKuo mažesnis konstrukciniųelementų kiekis aparatūroje;paprastos geometrijos formos,leidžiančios supaprastintigamybos technologiją irskaičiavimusValdymas, gaminio surinkimas,ryšys su kitais gaminiais,visa techninė dokumentacijair eksploatavimoinstrukcijaII. FunkcijosFizikinių efektų panaudojimas,leidžiančių nustatytipriklausomybę tarp įėjimo irišėjimo funkcijųIII. StruktūraAparato vienareikšmiškareakcija į žadinimo veiksnius(temperatūra, susidėvėjimas,apkrovų pokytis ir pan.)16Apsaugos sistemos parinkimas,priklausomai nuo aplinkosveiksnių, užtikrinančiosaparato patikimumąGaminio konstrukcijos irkomplektavimo galimassumažinimasAparato patikimumo užtikrinimas,įvertinant paklaidas,tolerancijas, medžiagų nuovargį,įtempimus ir pan.Naudodamasis šiomis 3 konstravimo taisyklėmis, konstruktoriusprivalo:1. Suprasti metodiškai konstravimo ir gamybos veiksniųvisumą;2. Turėti visą reikiamą informaciją apie konstrukcines medžiagasir specialistų rekomendacijas;3. Turi sudaryti aparato konstravimo principus, t. y. techninio gaminiostruktūrinę schemą.Dažniausiai konstravimo principai apima pagrindinius techniniogaminio struktūros variantus ir jų sudedamąsias dalis, įvertinančiastarpusavio sąveiką ir pokyčius. Konstruojant medicinos aparatūrą irmedicinos prietaisus, rekomenduotini šie konstravimo principai:1. Gaminio funkcijų paskirstymas;2. Gaminio funkcijų sujungimas;3. Gamino struktūros išskirtinių dalių įvertinimas, pvz., korpusosukonstravimas iš atskirų dalių turint tikslą palengvinti gaminiosurinkimą;

4. Gaminio struktūros sujungimas. Karkaso, korpuso, spausdintųplokščių, integralinių plokščių sujungimas į bendrąelementą;5. Jėgų ir momentų perdavimas. Pats artimiausias jėgos perdavimokelias.6. Mechaninių įtempimų ir deformacijų suderinamumas.7. Mechaninių jėgų kompensavimas.8. Jėgų pasiskirstymo nustatymas ir jų optimizavimas.9. Savaiminė apsauga, t. y. papildomas sistemos atsiradimasesant perkrovimui.10. Konstrukcijos su minimaliomis paklaidomis sukūrimas;11. Paklaidų mažinimas;12. Paklaidų kompensavimas;13. Invariantiškumas;14. Medžiagų parinkimas ir naudojimas gaminyje, atitinkantisgaminio funkcinius reikalavimus.1.3.2. Funkcijų išskyrimas ir sujungimasTechnikiniuose gaminiuose viena posistemės struktūra susidedaiš vieno arba kelių konstrukcinių detalių, kuri gali realizuoti ne vieną,o keletą funkcijų. Toks reiškinys vadinamas funkcijų sujungimu (pvz.,velenas ir guoliai). Tai veleno sukimosi funkcija, apkrovų priėmimasradialine kryptimi ir apkrovų priėmimas ašine kryptimi. Guolis daratlieka papildomą funkciją – priima trinties momentą ir atiduoda šilumą.Tokių funkcijų sujungimas visuomet lydimas keleto reikalavimų,būtent aparato konstrukcijos supaprastinimas, konstrukciniųelementų sumažinimas, miniatiūrizavimas, dinaminių charakteristikųpagerinimas, medžiagų efektyvus naudojimas. Tačiau sujungiantsistemoje keletą funkcijų, gali atsirasti tam tikrų trūkumų, kuriuosbūtina įvertinti konstruojant aparatą. Kai kurių elementų pavojinguspoveikius kitiems mazgams ar elementams, pvz.: kontaktinės plokštelėsperkaitimas hermetiškoje relėje gali pakeisti jos standumo koeficientąir dėl to gali atsirasti didžiulių paklaidų ar net avarinė būklė.Didesni reikalavimai gaminiui keliami siekiant išlaikyti nustatytus17

techninius parametrus, būtinus užtikrinti sistemos arba aparato sistemosfunkcionavimą. Todėl konstruojant medicinos techniką ne visadabūna tikslinga sujungti kelias funkcijas į vieną, nes tai gali atsilieptisistemos patikimumui ir tikslumui.Priešinga sujungimui funkcija yra išskyrimas, nusakantis vienosstruktūros išskaidymą į keletą funkcijų. Paprastai tokios struktūrosprivalo būti optimizuojamos, kadangi šios išskyrimo funkcijos dažniausiaitaikomos tiksliems aparatams, t. y. ten, kur būtinas aukštaspatikimumas ir tikslumas.Vienas iš svarbiausių medicinos aparatams keliamų reikalavimųyra tikslumo charakteristikų nepasikeitimas eksploatavimo laikotarpiu.Toks rodiklis vadinamas invariantiškumu, t. y. išėjimo dydžiainesikeičia veikiant išoriniams veiksniams arba atsiranda labai mažosantros eilės paklaidos. Invariantiškumas yra taikomas techninėmssistemoms kompensuoti geometrines paklaidas (tolerancijos, ribiniaimatmenys ir kt.). Atsirandančios geometrinės paklaidos kyla dėlnepašalintų technologinių gamybos paklaidų, taip pat ir surinkimo.Geometrinės ašies pokytis, atsirandantis dėl deformacijų, veikianttemperatūrai arba nenumatytoms apkrovoms, susidėvėjimas. Todėlkonstruktyvios sistemos invariantiškumas yra bent jau dalinis paklaidųpašalinimas veikiant įvairiems išoriniams veiksniams. Praktikojekiekvienas medicinos aparatas atlieka savo funkcijas toli gražu nevisiškai,kad ir kokio tikslumo jis būtų. Tačiau kiekvieno medicinosaparato funkcija nusakoma jo struktūra ir santykiu su darbo aplinkair jos veiksniais. Kiekvieną medicinos aparatą veikia įėjimo ir išėjimoparametrai (1.1 pav.).1.1 pav. Medicinos aparatas kaip sistema18

Tuomet įėjimo Ei,j parametrai ir išėjimo Ai,j dydžiai nusako šiomedicinos aparato funkcijas. Kiekviena įėjimo funkcija ΔEi,j turi įtakosišėjimui, kuri sudaro tam tikras paklaidas:∆E, ⇒ ∆Ai, j.(1.1)i jTačiau, be šių paklaidų, gali atsirasti nepageidaujamų daliniųpaklaidų, kurios gali kilti dėl išorinio žadinimo veiksnių(neišvengiamos):∆En⇒ ∆A. (1.2)Išėjimo paklaidos veikia matavimo parametrus. Jos vadinamosnepageidaujamomis papildomomis paklaidomis, atsirandančiomis dėlvisumos veiksnių.Vienas iš svarbiausių reikalavimų konstruojant medicinos aparatūrąyra tikslumo charakteristikų nustatymas (1.3 lentelė). Tam tiksluikonstravimo metu būtina numatyti ir konkretizuoti medicinos aparatotokias technines charakteristikas, kad jos būtų įgyvendinamos pagaminusgaminį. Tikslumo charakteristikos yra kaip medicinos aparatogerinimo rodiklis.n1.3 lentelė. Tikslumo charakteristikų nustatymasKonstruktoriniopagerinimo fazėsFunkcinių struktūrų paieškair techninių principųkonkretizavimasTechninio projektosukūrimasStruktūros ypatumaiFunkcinės ypatybės,geometrijos charakteristikosir medžiagoscharakteristikosBūdai pagerinti tikslumocharakteristikasKuriamo gaminio fizikiniųtechninių principų pokyčiaiir jų panaudojimas esantminimalioms paklaidoms–„– Reikalavimų kokybinissuderinamumasKiekviena medicinos aparato konstrukcija privalo būti kuriamaesant minimalioms paklaidoms. Kiekviena konstrukcija turės minimaliaspaklaidas tada, kai bus pagerinta tiek kiekybiškai, tiek kokybiškaimedicinos aparato struktūra (optimizuota). Svarbu tai, kad kiekviena19

konstrukcija esant minimalioms paklaidoms gali būti sukurta minimizuojantpaklaidos koeficientus ir kompensavimo koeficientus. Beto, medicinos aparato tikslumas gali būti pagerintas kalibruojant atskirusmazgus ir patį aparatą bei optimizuojant tolerancijų reikšmes.1.3.3. Kalibravimas ir kompensavimasTai technologinė operacija, kurios metu keičiant medicinos aparatocharakteristikas gali būti gerokai sumažintos arba visiškai panaikintosatsitiktinės paklaidos. Praktikoje tai atrodo taip – kalibruotojas,naudodamas kalibravimo įtaisą, keičia jo charakteristiką iki tol,kol tos charakteristikos reikšmės pasiekia numatytąsias.1.2 pav. Kalibravimo schema.1 – prietaisas, turintis realias charakteristikas (E 1 , E 2 ); 2 – matavimoįrenginys; 3 – rezultatų matuoklis; 4 – kalibruotojas; 5 – kalibravimoįrenginys; 6 – nustatytos reikšmės charakteristikaKalibravimas pirmiausia leidžia kompensuoti vidinius žalingusveiksnius. Ši operacija yra atliekama surinkimo metu arba po jo, tačiauji turi būti numatyta konstruojant bet kokį medicinos aparatą.20

Kiekvienas kalibravimo procesas privalo turėti bendrus ir specifiniuspožymius. Bendri kalibruotės požymiai yra tokie, kaip vienkartinėoperacija, kuri baigiasi gaunant medicinos prietaiso tiksluminę charakteristiką.Ši operacija turi būti lengvai atliekama prietaiso surinkimometu. Paprastai ši operacija būna statinė. Šio proceso metu kalibruotojasįvertina tiksluminę medicinos prietaiso charakteristiką iratitinkamai keičia ją tam, kad gautų reikiamą numatytą charakteristiką.Paskutiniu metu stengiamasi naudoti automatizuotus kalibravimoįrenginius. Kalibravimas – veiksmų visuma, kuri nurodytomissąlygomis nustato matavimo priemonės ar matavimo sistemos rodomųdydžių verčių arba verčių, kurias teikia matas ar pamatinė terpė,ryšį su etalonų sukurtomis atitinkamomis vertėmis ir su tam tikrujautrumu. Paprastai kalibravimui vykdyti naudojama dokumentacija,kurioje pažymimos nuokrypos nuo nustatytos reikšmės, jų seka, taippat įrenginiai, naudojami kalibruoti.Kompensavimas – tai metodas, nusakantis paklaidų kompensavimą,atsirandančių veikiant vidiniams ir išoriniams veiksniams. Tamtikslui naudojamas kompensatorius (uždaro arba atviro kontūro). Jieskiriasi tuo, kad pirmasis veikia reguliavimo principu, o antrasis –valdymo principu. Atviro kontūro kompensavimo principinė schemapateikta 1.3 pav.Vienas iš kompensatorių pavyzdžių yra termostatas, kuris naudojamastada, kada temperatūros svyravimai, atsirandantys dėl išoriniųveiksnių, sukelia labai dideles prietaiso paklaidas. Temperatūrospadidėjimas gali sukelti kvarcinio generatoriaus dažnio pokytį. Todėltemperatūros svyravimams pašalinti naudojamos papildomos priemonės(naudojant papildomą energiją, kuri gali būti tiekiama į kompensatorių,kuris elektriniu būdu reguliuoja tam tikrą temperatūrosintervalą per temperatūros keitiklį).Paprastai tiek kalibravimas, tiek kompensavimas taikomas tada,kai maksimalaus ir minimalaus skaičiavimų metodais arba tikimybiųmetodais yra gaunamas labai mažos tolerancijos matmenų grandinėje,kurių realizavimas techniškai neįmanomas arba yra neekonomiškas.Todėl tokiais atvejais sąmoningai padidinamos tolerancijos, kurios21

vėliau surinkimo procese yra kompensuojamos kalibruojant arba pašalinamosgamybos procese įvairių technologinių operacijų būdu (šlifuojant,skutant ir t. t.).1.3 pav. Kompensavimo schema:1 – prietaisas; 2 – matavimo įrenginys; 3 – rezultatų matuoklis;4 – stiprintuvas; 5 – kalibravimo įrenginys; 6 – numatytos reikšmėscharakteristika; 7 – papildomos energijos įrenginysTokių metodų privalumas yra tas, kad jie techniškai lengvai įgyvendinami,o trūkumas tas, kad reikalingos papildomos technologinėsoperacijos, reikalaujančios didesnių išlaidų. Kalibravimo ir kompensavimometodai paprastai taikomi aukšto tikslumo matavimo prietaisams.Juose kompensavimo principai remiasi įvairiais konstrukciniaiselementais, kuriais per didelės tolerancijos šalinamos naudojant tampriuselementus (pvz., spyruokles).22

1.3.4. PatikimumasPatikimumas – tai ypatybė apibūdinti numatytų funkcijų reikšmestam tikrame laiko intervale, laikantis nustatytų parametrų (darborežimų), eksploatacijos sąlygų, techninės priežiūros, saugojimo irtransportavimo. Techninis patikimumas – tai kompleksinė gaminioypatybė atlikti numatytas funkcijas paprastomis ir ekstremaliomiseksploatavimo sąlygomis, įvertinant vidines ir išorines apkrovas, kylančiasdėl nenumatytų veiksnių. Veiksnių, nusakančių gaminio patikimumą,klasifikacija pateikta 1.4 paveiksle.1.3.5. Sistemų gedimų ypatumaiVienas iš būdingų medicinos aparatų ypatumų yra gedimai.Gedimas – aparato negalėjimas atlikti savo funkcijų. Gedimamsšalinti aparatai remontuojami. Pagal techninius požymius gedimaiyra klasifikuojami taip:I. Pagal apimtį:1. Visiškas gedimas, t. y. toks, kuriam esant gaminio funkcionavimasnegalimas;2. Dalinis gedimas, dėl kurio vienas arba keli parametrai viršijanormatyvinius. Šiuo atveju galimas dalinis gaminio funkcionavimas,priklausomai nuo leidžiamų funkcijų pokyčio (leistinosnormos).3. Katastrofiškas gedimas – tai visiškas gedimas.4. Laipsniškas dalinis gedimas (sistema sugenda pamažu).23

1.4 pav. Sistemos patikimumą apibūdinantys veiksniaiII. Pagal pobūdį (pokytį):1. Staigus gedimas, dėl kurio vienas iš parametrų sugenda perlabai greitą laiką;2. Laipsniškas gedimas, dėl kurio tolygiai keičiasi sistemos parametraiarba vienas iš jų. Šiuo atveju žinant pokyčių charakteristiką,galima prognozuoti gedimo pradžią.3. Gedimas, atsiradęs dėl nuovargio, esant daugkartinių apkrovospokyčiams (pakinta sistemos parametrai; labai panašus įlaipsnišką).III. Pagal apkrovą:1. Priklausomas gedimas, atsirandantis sugedus vienamelementui.24

2. Nepriklausomas gedimas, nesusijęs su kito elemento gedimu.3. Gedimas esant leistinai apkrovai.4. Gedimas esant neleistinai apkrovai.IV. Gedimai, atsirandantys laikui bėgant:1. Gedimai pradinėje darbo fazėje. Atsitiktiniai gedimai, atsirandantysveikiant dideliam skaičiui nepriklausomų vienas nuokito veiksnių. Ši fazė apibūdinama gedimų pastovumu, veikiantypač dideliam veiksnių skaičiui.2. Gedimai dėl aparatūros senėjimo. Tai gedimai dėl nuovargio,radioelementų parametrų pokyčio, dėl susidėvėjimo ir pan.3. Sisteminiai gedimai, atsirandantys pagal žinomą darančių įtakąveiksnių priklausomybę.V. Pagal gedimo priežastis:1. Konstrukciniai gedimai, sukelti konstrukcijos netobulumo.2. Gamybos gedimai, atsirandantys dėl netobulų technologiniųprocesų arba netinkamos techninės priežiūros.3. Eksploatavimo gedimai, atsirandantys nesilaikant naudojimotaisyklių.VI. Gedimų požymiai:1. Neryškus gedimas, atsirandantis dėl kai kurių sistemos parametrųpokyčio;2. Ryškus gedimas, atsirandantis nustojus funkcionuoti gaminiuiarba dėl avarinio signalo.Mechaninių sistemų gedimai turi skirtingus ypatumus lyginantsu elektronikos sistemomis. Dauguma mechaninių sistemų konstrukciniųelementų naudojimo metu atitinka intensyvaus mechaninio susidėvėjimofazę, ypač veikiant žalingiems išoriniams veiksniams. Ypačaktualūs veiksniai, sukeliantys mechaninių sistemų susidėvėjimą, yraatsitiktiniai procesai, kurie yra vyraujantys (temperatūros, drėgmėssvyravimai ir pan.). Veikiant atsitiktiniams arba į mechaninės sistemos25

veiksniams, atsiranda atsitiktiniai gedimai, kurie gali kilti bet kuriuometu. Sistemose, kuriose numatytas profilaktinis remontas, atsitiktiniaigedimai po sistemos gedimo pradinėje naudojimo fazėje nusakosistemos patikimumą. Šiais atvejais sistemos pase tikslinga nurodytiatsitiktinių gedimų intensyvumo koeficientą arba procentą. Įvertinantmechaninių sistemų patikimumą arba gedimų tikimybę, elektroniniųsistemų gedimams nustatyti taikomi tie patys metodai. Teoriškai mechaninėssistemos patikimumas gali būti apskaičiuojamas:aR t ∏ R t , (1.3)()= ()i=1čia Ra – mechaninės sistemos arba jos posistemės nepertraukiamodarbo trukmės tikimybė.Viena iš pagrindinių mechaninės sistemos problemų įvertinantprietaiso mazgų patikimumą kūrimo metu yra duomenų rinkimasir nustatymas, kurie yra būtini skaičiuojant vieną arba kitą mazgą.Tokiu atveju taikomi kombinuoti patikimumo teorijos skaičiavimometodai. Veiksniai, veikiantys patikimumo įvertinimo kriterijus, galibūti tokie:1. Nedidelės standartizuotų detalių panaudojimo apimtys.2. Problemos įvertinant realias apkrovas.Kaip rodo praktika, daugeliu atvejų mechaninėse sistemose gedimaiatsiranda veikiant ne dviem, bet daugiau veiksnių. Pvz., spyruoklėsdirbdamos cikliniu režimu dėl nuovargio palyginti greitai sugenda,taip pat dėl nuovargio susidėvi riedėjimo ir slydimo guoliai beikrumpliaračiai. Visa tai sudaro papildomas paklaidas arba pagreitinaaparato gedimą. Todėl, siekiant prailginti tokių mechanizmų mechaniniųsistemų naudojimo laiką, besitrinantys detalių paviršiai paprastaikietinami įvairiais metodais. Pvz., grūdinant aukštojo dažnio srovėmis,veikiant paviršių intensyvaus lazerio srautu.a26

1.3.6. Medicinos įrangos projektavimo procesasDaugelis veiksnių daro įtaką biomedicinos įrangos projektavimuiir šie veiksniai skiriasi, priklausomai nuo kiekvieno prietaiso tipo.Tačiau apibendrintai galima suskirstyti pagrindinius reikalavimus, keliamussignalo, aplinkos, medicininiams ir ekonominiams faktoriams.(1.5 pav.). Reikia pastebėti, kad pasirinkto sensoriaus tipas paprastaiapibūdina reikalingą signalo apdorojimo įrangą, todėl prietaiso specifikacijaapima daugiau negu tik sensoriaus tipo pasirinkimą. Norintgauti galutinį projektą, reikia būti pasiruošusiam ir kompromisamsspecifikacijose. Reikia bandyti prototipus prieš priimant galutiniusprojekto sprendimus. Geras projektas dažniausiai yra daugelio kompromisų,priimtų kuriant prietaisą, rezultatas.1.5 pav. Apibendrinta medicinos įrangos projektavimo proceso schema27

1.4. Šiluminiai reiškiniai medicinos aparatuoseBeveik kiekviename elektronikos prietaise didžioji dalis sunaudojamosgalios yra paverčiama šiluma, kuri gali sukelti temperatūrinesapkrovas, o jos savo ruožtu neigiamai veikia prietaiso patikimumą.Vienas iš pagrindinių šilumos parametrų yra darbo temperatūrųintervalas, t. y. toks intervalas, per kurį prietaisas arba aparatas dirba.Šis intervalas aparato konstrukciniams elementams nusakomas temperatūromis,kurios yra leistinos jų paviršiuje. Darbo aplinkos temperatūrapriklauso nuo daugelio šiluminių apkrovų arba pokyčių tieknatūraliomis, tiek dirbtinėmis sąlygomis. Dažniausiai priimtas prietaisųtemperatūrų intervalas nuo – 30 °C iki 55 °C (rekomenduotinas).Kitas svarbus parametras yra aparato saugojimo temperatūrosintervalas. Šis intervalas viršija ankščiau minėtą darbo temperatūrųintervalą ir nusako aplinkos, kurioje yra saugomas, leistiną temperatūrųintervalą, t. y. temperatūrą, kuriai esant medicinos aparatasyra neeksploatuojamas. Jeigu aparatas turi šilumos šaltinį (transformatoriųir pan.), tai temperatūra aparato viduje visada bus aukštesnėuž aplinkos temperatūrą. Temperatūrų pokytis priklauso nuo aparatokonstrukcijos ir naudojamų radioelementų.∆T = T − T . (1.4)prLeistinos didžiausios temperatūrų reikšmės arba dydžiai skirtingoseaparato vietose yra nusakomi tokiomis charakteristikomis kaipnaudojimo laikas, tikslumas, apsaugos būdas, aplinkos temperatūrospokytis ir t. t. Šios charakteristikos turi būti tiksliai žinomos prieškonstruojant medicinos aparatus. Siekiant užtikrinti didelį medicinosaparatų patikimumą, būtina jį išlaikyti maksimaliai leistinojeaukštoje temperatūroje, atsižvelgiant į jame esančius radioelementusir kitas detales, jautrias temperatūrai, T` ≈ 60 °C. Esant germaniotranzistoriams, leistina T` ≈ 60 °C. Kiekviename elektroniniamemedicinos aparate vyksta sudėtingi termodinaminiai procesai, kuriefaktiškai negali būti aprašomi matematiniu būdu. Todėl, siekiant kuotiksliau įvertinti daugybę veiksnių, atsirandančių aparate, yra priimta28apl

šiluminius procesus modeliuoti. Modeliuojant elektronikos prietaisusarba jų mazgus, temperatūriniams laukams ir šilumos mainamsįvertinti gali būti naudojamas relaksacijos metodas ir temperatūriniųlaukų aprašymas netiesinėmis diferencialinėmis lygtimis. Norint medicinosaparatuose susieti termodinaminius ir elektrinius dydžius,taikomi įvairūs metodai. Vienas iš plačiausiai taikomų yra analogijosmetodas, kuris leidžia įvertinti daugybę veiksnių ir skaičiuoti nusistovėjusiustermodinaminius procesus. Modeliuojant termodinaminiusprocesus, naudojamos ekvivalentinės schemos (1.6 pav.).1.6 pav. Ekvivalentinės schemos, imituojančios šiluminius reiškiniusaparatūrojePerduodamas šilumos srautas Φ(t) elektrinėje schemoje imituojamasdydžiu I (srove). Įtampos kritimas U ir temperatūrų skirtumasΔT yra nusakomas varža R. Jeigu ΔT mažas, tai turi būti ir R mažas.Šilumos talpa (C) visuomet yra tuo didesnė, kuo geresnės šilumosšalinimo sąlygos. Šilumos srautas didėja mažėjant ΔT.Φ()=tQ∆Td( ∆T) + KS a ∆T, (1.5)dtI ()= t C dU dt + 1 R U , (1.6)29

čia Φ(t) – šilumos srautas, [W]; Q – šilumos kiekis, [J]; ΔT – temperatūrospokytis; t – laikas; Kš – šilumos perdavimo koeficientas;S – paviršiaus plotas; I – srovė; C – talpa; U – įtampos kritimas, [V];R – varža.1.4.1. Šilumos perdavimasVykstant šilumos perdavimui, dalyvauja 3 procesai:1. Šilumos laidumas;2. Šilumos spinduliavimas;3. Konvekcija;Priklausomai nuo konkrečių sąlygų, kuriomis naudojamas medicinosprietaisas, dominuojančiais procesais gali būti vienas arba du iššių trijų. Šilumos balanso lygtis gali būti išreikšta aprioriškai:Pa = Pa/ved . . −Paiaved. . (1.7)Nusistovėjusį termodinaminį procesą nusako šie parametrai:dQd( ∆T)= 0; dQ = 0; = 0. (1.8)dtNusistovėjusio proceso metu suteikiama medicinos prietaisuienergija beveik visiškai virsta šiluma. TodėlP = 0 , P = P .(1.9)a/ved . . a aiaved . .Šilumos laidumas nusako medžiagos savybę pernešti šilumą.Taikant pagrindinį šilumos laidumo dėsnį (Furjė dėsnis), šilumossrauto tankis q gali būti išreiškiamas:d( ∆Tq =− λ) =− λ grad ( ∆T) , (1.10)dxčia λ – šilumos laidumo koeficientas (1.4 lentelė).30

Šilumos laidumas yra medžiagos parametras, kuris priklauso nuomedžiagos struktūros, sudėties, tankio, temperatūros, slėgio ir kitųdydžių. Šis koeficientas susideda iš:λ = λe + λ τ , (1.11)čia λe – elektroninis šilumos laidumas; λ τ – laidumas dėl šilumos virpesių,svyravimų.Geri šilumos laidininkai yra elektrai laidžios medžiagos.Laidžiausi yra metalai, puslaidininkinės medžiagos – vidutinio laidumo,o nemetalinės medžiagos yra blogi šilumos laidininkai. Plastmasiųšilumos laidumo koeficientas λ = 0,25–0,8 W/Km, tai yra du kartusmažesnis negu plieno. Plastmasės yra šilumos izoliatoriai. Visokiepriedai ar plastmasių armavimas padidina λ. Oro ir vandens šilumoslaidumas yra mažas ir priklauso nuo temperatūros. Skaičiuojant šilumosperdavimą metalinėms plonoms sienelėms, šilumos pokyčiokryptimi statmenai sienelės kryptimi galima neįtraukti į skaičiavimus,tačiau plastmasinėms sienelėms būtina įvertinti.1.4 lentelė. Įvairių medžiagų šilumos laidumo koeficientasMedžiagaλAliuminis 99,9 % 225Geležis 99,9 % 60Auksas 99 % 310Varis 99 % 360Varis 99,9 % 390Žalvaris 110Gyvsidabris 10Sidabras, švarus 456Sidabras, techninis 410Cinkas 110Alavas 64Stiklas 0,8Žėrutis 0,36Guma 0,1731

1.4 lentelės pabaigaMedžiagaλTekstolitas 0,34Medis 0,1–0,3Popierius 0,13Polietilenas 0,51Kvarcas 10Vanduo, –10 °C 0,5Vanduo, +30 °C 0,61Vanduo, +50 °C 0,65Transformatorinė alyva 0,16Oras, 10 °C 0,025Oras, 30 °C 0,027Oras, 50 °C 0,028Oras, 70 °C 0,03Šilumos spinduliavimas. Esant šiluminei spinduliuotei energijosperdavimas vyksta dėl elektromagnetinių virpesių, kurių bangos ilgisyra 0,4–40 μm. Pvz., saulės 0,5 μm ir 0,8–40 μm, kaimo krosnies –~8 μm; šilumos spinduliuotė nusakoma tokiais pačiais dėsningumaiskaip ir bet kokia šviesos spinduliuotė. Šilumos spinduliai gali būti sugeriami,atspindintys ir pereinantys per kūną. Kūną veikiantys šilumosspinduliai A + R + D = 1, čia A – sugerties geba; R – atspindžiogeba; D – pralaidumo skvarba. Iš čia išplaukia trys ribiniai atvejai:1. Kai A = 1, R = D = 0, t. y. juodas kūnas tik sugeria.2. Kai R = 1, A = D = 0, t. y. tik visiškai atspindintis paviršius(veidrodinis kūnas).3. Kai D = 1, A = R = 0, kai spinduliai kiaurai pereina kūną, t. y.diaterminis kūnas.Sugerties ir atspindžio geba yra tiesiai proporcinga viena kitai(Kirchofo dėsnis). Atliekant techninius skaičiavimus taikoma sąvokaspinduliuotės geba, žymima ε. Ši geba priklauso nuo bangos ilgio,spindulių kritimo kampo, paviršiaus temperatūros ir jo kokybės.Gryniems metalams spinduliuotės geba yra maža, o organinėms medžiagomsir oksidams – didelė (1.5 lentelė). Metalų turintys dažai turi32

mažesnę spinduliuotės gebą, negu įprasti dažai. IR spindulių intervalebalti ir juodi dažai turi tą pačią spinduliuotės gebos reikšmę.1.5 lentelė. Įvairių medžiagų spinduliuotės gebaMedžiagaεAliuminis 0,04–0,65Varis 0,03–0,75Sidabras 0,02Plienas 0,6–0,85Cinkas 0,05–0,12Vanduo 0,96Asbestas 0,95Emalė 0,9Stiklas 0,94Guma 0,9Getinaksas 0,92Popierius 0,92Juodas lakuotas paviršius 0,96Baltas matinis lakas 0,92Aliejiniai dažai 0,9Aliuminio pudra 0,3Kitas šilumos spinduliuotės metu atsirandantis parametras yrašilumos varža, kuri nusakoma:1R = ; α11 = εCDf11, (1.12)S α11čia R – šilumos varža; S – paviršiaus plotas; α 11 – šilumos perdavimokoeficientas; CD – absoliučiai juodo kūno šilumos spinduliuotės koeficientas;f 11 – šilumos spinduliuotės temperatūrinė funkcija.Prietaisams sugerties gebą galima sumažinti padengiant paviršiųbaltais dažais arba anotuojant aliuminiu.33

1.4.2. Aparatūrinio radiatoriaus skaičiavimasKonstruojant medicinos prietaisus vienas iš pagrindinių blokųyra elektronikos blokai, turintys daugybę įvairių radioelementų,todėl jiems aušinti darbo metu turi būti numatytos priemonės, būtent– aktyvios ir pasyvios. Aktyvios – ventiliatorinio tipo, priverstinioaušinimo sistemos. Pasyvios – aparatūros korpusai, papildomimetaliniai radiatoriai. Radiatoriai plačiausiai naudojami elektroninėjeaparatūroje, juose šilumos nuvedimas susidaro dėl daugybės aušinimopaviršių, t. y. kuo paviršiaus (briaunuotų) plotas yra didesnis,tuo greitesnis ir efektyvesnis šilumos atidavimas. Prie radiatorių yratvirtinami įvairūs radioelementai (tranzistoriai, varžos, procesoriai).Žinoma, kad šilumos atidavimas iš aparato korpuso sienelės vykstadėl šilumos laidumo. Oras įkaista ir ataušta dėl tankio pokyčio, todėljis kyla ir leidžiasi. Toks reiškinys vadinamas laisvąja konvekcija.Šilumos srautas, dėl konvekcijos migruojantis tarp sienelės ir oro, galibūti išreiškiamas:Φa=α k S ∆ T , (1.13)čia αk – šilumos perdavimo koeficientas; S – paviršiaus plotas; ΔT –temperatūros pokytis.Šilumos varža apskaičiuojama:R = 1 S α . (1.14)kĮvertinant šilumos konvekcijos srautus ir skaičiuojant aparatūriniusradiatorius, vienas iš pagrindinių parametrų yra šilumos perdavimokoeficientas. Šis koeficientas priklauso nuo daugybės veiksnių:aparatūros korpuso sienelės temperatūros, aplinkos temperatūros, šilumoslaidumo λ, greičio, lyginamojo talpio Cx, dujų srauto tankio ρ,dinaminio klampio η, tūrio temperatūrinio koeficiento β, sienelėsaukščio h, sienelės formos ir konfigūracijos.34

Skaičiuojant radiatorius dažniausiai taikomi panašumo teorijosmetodai, pasitelkiant tam tikrus kriterijus, išreiškiamus tokiaisvienetais:a) Nuseto skaičius: NUkl= α λ .b) Grazgofo skaičius: Gc) Prandtlio skaičius: Prrl 2 gβ∆ T= .vvs= . αd) Reinoldso skaičius: Re = ν slv .kssLaisvosios konvekcijos metu Nuseto skaičius užrašomas:N C GPU x r rn= ( ) . Čia n – priklauso nuo dujų srauto tipo.2 7r ra) Laminarinio srauto atveju n= 025 , ; 5⋅ 10 < G P ≤210⋅ .b) Turbulentinio srauto atveju n= 033 . ; G P ≥2⋅10 7 .c) Jei dujų srautas oras, tai n= Tr≤ ⎛ ⎝ ⎜ 084 , ⎞3025 , ; ir ∆ ⎟ .l ⎠rr35

Esant laminariniam dujų srauto tekėjimui, nesutinkančiam pasipriešinimo,oro konvekcijos koeficientas, kai yra atmosferos slėgis:N = 054 , 4 G P .U r rSkaičiuojant parametrus ir apytikriai nustatant koeficientus, naudojamoslentelės iš žinynų, nes daugelis koeficientų priklauso nuoįvairių parametrų ir aplinkos (1.6 lentelė).1.6 lentelė. Koeficientų apskaičiavimo parametraiŠilumos perdavimokoeficiento α k priklausomybė,Formulė αesant laisvam irk nustatytiturbulentiniam dujų srautamsElementaiLaminarinistekėjimas, n = 0,25Turbulentinistekėjimas, n = 0.33Vertikali plokštelė ir aukščio hcilindrasHorizontalus skersmens dcilindras ir rutulysHorizontaliai stovinti plokštelė,kurios ilgis l mina) Esant šilumos srautui į viršų;b) Esant šilumos perdavimui įapačią⎛ ∆T⎞C1⎜ ⎟⎝ h ⎠⎛ ∆T⎞C1⎜ ⎟⎝ d ⎠025 ,025 ,025 ,⎛ ∆T⎞1,3C1 ⎜ ⎟⎝ lmin⎠025 ,⎛ ∆T⎞07 , C 1 ⎜ ⎟lmin⎝⎠CC22( ∆T) ,025( ∆T) ,032( )0301,3C2∆T( )030 ,07 , C 2∆T,Koeficientai C 1 ir C 2 , priklausantys nuo, oro / vandens temperatūros,pateikti 1.7 lentelėje.1.7 lentelė. Koeficientai C 1 ir C 2 priklausomai nuo temperatūrosKoeficientai 0 °C 20 °C 40 °C 60 °C 80 °C 100 °CC 1 – 1,38/109 1,34/149 1,31/178 1,29/205 1,27/227C 2 1,69/102 1,61/198 1,53/290 1,45/363 1,39/425 1,33/48036

1.4.3. Konstruktyvių elementų aušinimasElektronikos aparatūroje konstrukciniais elementais priimtavadinti integralines schemas, mikroschemas, tranzistorius, diodus,tiristorius, transformatorius ir kt. Siekiant užtikrinti ilgalaikį radioelementųdarbą ir jų patikimumą, radioelementams, ypač puslaidininkiams,yra nustatytos leidžiamos darbo temperatūrų ribos. Šiostemperatūros ribos iš esmės apibrėžiamos medžiagos savybėmis,konstrukcija. Pvz., puslaidininkiams radioelementams, pagamintiemsiš germanio, leidžiama darbo temperatūra 60÷100 °C, silicio pagrindo– 125÷200 °C. Radioelementų, turinčių padidintą šilumos spinduliuotę,darbo sąlygos charakteristikos gali būti pagerintos naudojantaušinimo priemones – radiatorius, papildomas briaunas, apkabas, lizdus.Puslaidininkiams elementams, neturintiems papildomo aušinamopaviršiaus, darbo paviršių temperatūros pokytis ΔT nusakomas:∆T = P ( R + R ), (1.15)e v ičia Rv – radioelemento vidinė šiluminė varža (numatyta gamintojo);Ri – išorinė šilumos varža tarp elemento korpuso ir supančios aplinkos;Pe – elektrinė galia.Galingų tranzistorių, turinčių metalinį korpusą, Rv = 0,5÷6,0 K/W;esant plastmasiniams korpusams Rv = 20÷60 K/W.Išorinė šilumos varža iš esmės priklauso nuo kontakto ploto,dar priklauso nuo lyginamojo slėgio ir sąlyčio paviršiaus kokybės.Radiatorių šilumos laidumo varža priklauso nuo medžiagos savybių.Išorinis šilumos laidumas priklauso nuo aušinamojo paviršiaus dydžio(ploto) ir aušinančios terpės charakteristikų. Norint tiksliai nustatytivisą šilumos varžą plokščiam arba tūriniam radiatoriui, skaičiuojamavarža šilumos laidumui, konvekcijai ir spinduliuotei:∑ R = Re + R + R . (1.16)r k s37

Tiksliam šilumos varžų skaičiavimui taikomos Beselio funkcijos,tačiau praktiškai skaičiuojant šiuos parametrus temperatūros skirtumasnusakomas iš dirbančio naudingo veiksmo koeficiento (nvk):⎛ Rk⎞∆T = Pe⎜R e + Rs+ ⎟,⎝ η ⎠1η = .Re+ Rs1+R1.8 lentelė. Parametro δ reikšmės priklausomai nuo nvkkη 0,96 0,9 0,85 0,8 0,7δ 4,5 2,1 1,25 0,7 0,4(1.17)Skaičiuojant radiatorius, aušinamo paviršiaus storis gali būti apytikriaitoks:ks = 2α δ. (1.18)λ1.4.4. Radiatoriaus konstrukcinių parametrų nustatymasSkaičiuojant šilumos atidavimą, yra svarbu apskaičiuoti radiatoriųpaviršiaus plotus (1.7 pav.).1.7 pav. Aušinimo radiatoriaus schema38

Konvekcijos skaičiuotė išoriniams paviršiams:( )S = 2 h b+l(1.19)is .Konvekcijos skaičiuotė vidiniams paviršiams:Svid = 2 nbh . (1.20)Šilumos spinduliuotės plotas apskaičiuojamas:S = S + bl. (1.21)Radiatoriaus pilnutinė šilumos varža nustatoma:si1∑ Rr=. (1.22)λ S + λ S + λ Ski i kv v kssNorint, kad esant mažiausiam radiatoriaus tūriui V = hbl, šilumosvarža būtų mažiausia, būtina optimizuoti parametrą a (padarytimažiausią). Esant labai mažam dydžiui a, αk yra mažas, o esant dideliama, koeficientas tampa didelis. Optimizavimo sąlygą nusako αk/asantykis.Kadangi šilumos atidavimo kriterijus nusakomas NU skaičiumi,tuomet optimizavimo sąlyga:λkλ= NUa a2 . (1.23)Esant vidutinei radiatoriaus darbo temperatūrai 60 °C, optimalushatstumas a tarp sienelių laisvosios konvekcijos atveju aopt =134 ,∆ T,hpriverstinio aušinimo atveju: aopt = 04 , v.39

1.4.5. Šilumos atidavimas (iš prietaiso)Prietaiso generuojama šiluma priklauso nuo galios pasiskirstymo,kurią prietaisas paverčia šiluma, taip pat nuo šilumos šaltinių išsidėstymomedicinos prietaise. Matematiškai šilumos ir aparato įkaitimolaipsnis aprašomas erdvinėmis temperatūros lauko koordinatėmis.Prietaiso darbo režimas laikomas normaliu tuo atveju, jeigu atskirųkonstrukcinių elementų temperatūra neviršija leistinų maksimaliųreikšmių. Tokiu būdu šilumos atidavimas aplinkai ar kitiems mazgamsyra nusakomas šilumos spinduliuote, šilumos laidumu ir konvekcijosreiškiniais. Šilumos atidavimas aparatūroje gali būti esantlaisvajai oro konvekcijai arba esant priverstinei oro konvekcijai. Patspaprasčiausias temperatūros aušinimo būdas yra naudojant laisvąjąoro konvekciją. Uždarytame aparatūros korpuse susiformuoja uždarigana sudėtingi oro srautai, nusakomi ertmės geometrija ir temperatūrųpokyčiu joje. Praktikoje šilumos atidavimas laisvosios konvekcijosatveju sudaro maždaug trečdalį visos šilumos atidavimo į aplinką.Paprastai siauruose plyšiuose a < 5 mm vyksta priverstinė konvekcija,priverstinis šilumos atidavimas, nevyksta laisvosios konvekcijosreiškinių, tik šilumos pernešimas. Esant normaliems tūriams tarpsienelių aparatūros viduje, šilumos pernešimas link išorinių sieneliųvyksta dėl konvekcijos ir tik iš dalies dėl spinduliuotės. Konstruojantmedicinos prietaisus, labai svarbu nustatyti, kokios galios Pr dydisgali būti iš prietaiso atiduotas į aplinką esant maksimaliai leistinaidarbo temperatūrai.Ventiliavimo charakteristikoms nustatyti taikomas ventiliacijoskoeficientas:2Se ψ = ⋅100, (1.24)∑ Sčia Se – efektyvusis pilnutinis oro kanalų skerspjūvio plotas; S – bendrasaparato korpuso ventiliuojamas plotas. Praktikoje ψ = 0,02÷0,25.Jo didinimas daugiau negu 0,25 yra neefektyvus.Perforuoto korpuso atveju šilumos laidumas apskaičiuojamas:40

*αK L =,⎡ 1 ⎤⎢1+ ⎥⎣⎢1 + 0,5 ψ ⎦⎥*α = αk +i( ψ 1)+αks.(1.25)Prietaisuose, turinčiuose sudėtingas elektronines schemas ir daugybęradioelementų, laisvoji konvekcija paprastai yra nepakankamair dažniausiai sukelia leistinos temperatūros normų viršijimą. Tokiaisatvejais taikoma priverstinė konvekcija naudojant ventiliatorius. Taippat šilumos pernešimas iš sienelės į aplinką vyksta dėl šilumos perdavimų.Šilumos srautas, kuris yra pernešamas naudojant priverstinękonvekciją, gali būti išreikštas:Φp=α k S ∆ T max . (1.26)Esant laisvajai konvekcijai, αk = 5 W/m²K ir esant priverstineiαk = 20÷120 W/m²K. Šilumos pernešimas priverstinės konvekcijosatveju yra nulemtas aušinimo kanalų tarp elementų parametrų.Siekiant suaktyvinti priverstinę konvekciją, dažnai prietaisuose naudojamaspriverstinis oro išsiurbimas. Priklausomai nuo ventiliatoriųišdėstymo aparatūroje, ventiliacija gali būti pritekėjimo ir ištekėjimo(įpučiamas ir ištraukiamas oras). Įpučiamosios ventiliacijos atvejuventiliatorius statomas apatinėje dalyje, o ištraukiamosios – viršutinėjeaparatūros dalyje. Daugeliu atvejų sudėtingose aparatūrose naudojamakombinuota ventiliacija, t. y. iki pusės aparatūros tūrio veikiaįpučiamoji, o kitoje – ištraukiamoji. Aparatūroje trys pagrindiniai parametrai– galios pasiskirstymas Pv, oro tūrio dydis V ir temperatūraΔT – susiejami išraiška:− PvV = 83 . ⋅10 4∆ T. (1.27)Aušinamo tūrio išeiga yra optimizuota ir apibrėžiama tam tikrųžinomų dydžių atsižvelgiant į ΔT (pagrindinis kriterijus nustatant41

tūrį V). Kuo didesnė šilumos srauto galia, tuo reikalingas didesnispučiamo oro debitas V*.Atsižvelgiant į tai, kad įkaitusio oro srautas aparatūroje kyla įviršų, aušinimo kanalai dažniausiai daromi vertikalia kryptimi. Orocirkuliacija aparatūroje suaktyvėja perforuojant korpuse skyles, išpjovasir pan. Efektyvus aušinimo srautai susiformuoja tik tuo atveju,jeigu tarp aparatūros dugno ir viršutinės sienelių yra išlaikomaspakankamas atstumas. Yra rekomenduojama staliniams prietaisamsatstumas tarp dugno ir sienelės viršutinės h min ≤ 30 mm, spintos formosaparatams h min ≤ 60 mm. Esant nepakankamiems šilumos srautųpernešimams, spintos formos aparatai įstatomi į specialias šachtas,kuriose vyksta priverstinis šilto oro išsiurbimas.Uždaro tipo aparatuose šilumos atidavimas vyksta dėl šilumoslaidumo ir juose apie 65 % galios yra atiduodama dėl spinduliavimo.Šio tipo aparatuose dėl konvekcijos ir spinduliuotės šilumos srautaspaprastai yra pernešamas iki 80 W/m². Siekiant pagerinti šilumossrautų atidavimą yra daromos specialios atskiros kameros. Gerinantšilumos srautų atidavimą ypač svarbu atkreipti dėmesį į bendrą aparatūroskonstruktyvių elementų išdėstymą, t. y. įvairių tvirtinimo rėmų,spausdintų montavimo plokščių ir radiatorių išdėstymą, oro kanalųišdėstymą, korpuso sienelių perforavimą. Ypač svarbus aparatūrojemontažinių plokščių išdėstymas horizontaliais ir vertikaliais paketais.Horizontaliai išdėstytų spausdintų plokščių aušinimas efektyvus tuoatveju, jeigu prietaiso aukščio / pločio santykis = 0,6. Jeigu korpusosienelės yra perforuotos, tada būtina horizontaliai išdėstytose spausdintomontažo plokštėse daryti oro aušinimo kanalus. Tipinėse konstrukcijosespausdinto montažo plokštės tvirtinamos paketo pavidalu.Tačiau vertikaliai išdėstytų plokščių atveju vyksta geresnė oro konvekcijalyginant su horizontaliai, tai leidžia suvienodinti temperatūrospasiskirstymą paketuose. Laisvosios konvekcijos atveju atstumas tarpplokščių turi būti ne mažesnis kaip 30 mm, o priverstinės konvekcijosatveju – 10÷15 mm.42

1.5. Pagrindiniai medicinos technikos komponentai1.5.1. Medicinos prietaiso principinė schemaMedicinos aparatūra apima daug skirtingų grandžių: mechanikos,elektros, elektronikos, optikos ir t. t. Visa aparatūra skirta terapijaiarba diagnostikai. Tačiau vienas pagrindinių medicinos technikosuždavinių – žmogaus fiziologinių parametrų nustatymas (matavimas).Šie parametrai gali būti pastovūs ir kintami laike. Pvz.: pastovūs –temperatūra, slėgis ir pan., kintami – širdies ritmas, pulsas, kvėpavimoparametrai ir pan. Svarbiausi yra kintami matuojami parametrai,nes jie susiję su fiziologiniais procesais, vykstančiais žmogaus organizmevisą laiką. Fiziologiniai parametrai, jų nustatymas ir nustatymobūdai yra be galo svarbūs ne tik diagnostikai, nustatant ligas, betir gydymo procese, stebint paciento būklės pokyčius. Visais atvejaisnukrypimai nuo normalios fiziologinės žmogaus būklės yra fiksuojamimedicinos aparatūra.Nepriklausomai nuo medicinos aparatūros sudėtingumo, kiekvienaiš jų turi tris pagrindines dalis: keitiklį, signalų arba duomenųapdorojimo sistemą bei registravimo ir rezultatų pateikimo sistemą(1.8 pav.).1.8 pav. Medicinos prietaiso principinė schema.1 – matuojamasis dydis; 2 – pirminis jutimo elementas; 3 – keitiklis;4 – signalo apdorojimas; 5 – atvaizdavimas; 6 – valdymas ir grįžtamasisryšys; 7 – galios šaltinis; 8 – duomenų perdavimas; 9 – duomenųsaugojimas; 10 – kalibravimo signalas; 11 – spinduliuotė, elektros srovėar kitas šaltinis43

Atskirais atvejais tokia aparatūra papildoma priverstinio stimuliavimoprietaisu, pavyzdžiui, dirgikliu. Organizmo stimuliacija (mechaninispoveikis, poveikis šviesa, narkozė, temperatūra ir pan.) sukeliaatitinkamą organizmo atsaką, dažnai tokį, kokio ir tikimasi, t. y.sukelia tam tikrus veiksnius, sąlygas, kurie padeda tiksliau nustatytiligas.Matuojamasis dydis – fizikinis dydis, savybė ar būsena, kuriąsistema matuoja. Matuojamojo dydžio prieinamumas yra labai svarbus,kadangi jis gali būti vidinis (kraujo spaudimas), gali būti paviršinis(elektrokardiogramos potencialas), gali sklisti iš kūno (infraraudonojispinduliuotė) ar gali būti gautas iš audinio pavyzdžio (kraujomėginys arba biopsija), pašalinto iš kūno.Medicinai svarbiausi matuojamieji dydžiai gali būti sugrupuoti įkelias kategorijas:––biopotencialai,––slėgis / spaudimas,––tėkmė,––dimensijos (vaizdai),––poslinkis (greitis, pagreitis, jėga),––impedansas,––temperatūra,––cheminės koncentracijos.Matuojamasis dydis gali būti lokalizuotas konkrečiame organearba anatominėje struktūroje. Dažniausiai visi šie gyvųjų organizmųsiunčiami signalai yra silpni, sudaro keletą milivoltų ar mikrovoltų(1.9 lentelė). Norint juos registruoti, stebėti ar perduoti, reikia stiprinti.Tuo tikslu naudojami stiprintuvai.44

1.9 lentelė. Medicininiai ir fiziologiniai parametraiParametras arbamatavimo metodikaBalistokardiografija 1(BCG)Matavimodiapazonas0–7 mg0–100 μmSignalo dažniųdiapazonas, Hzdc–40dc–40Standartinissensorius arbametodasAkselerometras,deformacijų jutiklisLVDTPūslės slėgis 1–100 cm H 2 O dc–10 DeformacijųjutiklinismanometrasKraujo tėkmė 1–300 ml/s dc–20 Tėkmėmatis(elektromagnetinisarba ultragarsinis)Kraujo art.spaudimastiesioginisnetiesioginis10–400 mmHg25–400 mmHgdc–50dc–60DeformacijųjutiklinismanometrasRankogalis,auskultacijaKraujo v. spaudimas 0–50 mmHg dc–50 Deformacijų jutiklisKraujo dujosP O2P CO2P N2P CO30–100 mmHg40–100 mmHg1–3 mmHg0.1–0.4 mmHgdc–2dc–2dc–2dc–2Specifiniselektrodas, tūrinisarba manometrinisKraujo pH 6,7–7,8 pH vienetai dc–2 Specifinis elektrodasŠirdies išeiga 4–25 l/min dc–20 Dye dilution, FickECG 0,5–4 mV 0,01–250 Odos elektrodaiEEGElektrokortikografijair smegenų gylisEGG5–300 μV10–5000 μV10–1000 μV0,5–80 mVdc–150dc–150dc–1dc–1Galvos odoselektrodaiSmegenų paviršiniaiar giluminiaielektrodaiOdos paviršiniaielektrodaiSkrandžio paviršiniaielektrodaiEMG 0,1–5 mV dc–10 000 Adatiniai elektrodaiAkių potencialaiEOGERGGalvaninis odosatsakas (GSR)50–3500 μV0–900 μVdc–50dc–50KontaktiniaielektrodaiKontaktiniaielektrodai1–500 kΩ 0,01–1 Odos elektrodai1Balistokardiografija – širdies veiklos tyrimas. Kūno judesių (balistinio efekto), kuriuos sukeliaširdies veikla, užrašymas45

Parametras arbamatavimo metodikaMatavimodiapazonasSignalo dažniųdiapazonas, HzŽarnyno pH 3–13 pH vnt dc–1Žarnyno spaudimas 0–100 cm H 2 O dc–10Žarnyno jėgos 1–50 g dc–1Nervų potencialai 0,01–3 mV dc–10 000FonokardiografijaPletizmografijaDinaminisdiapazonas 80 dB,slenkstis apytiksliai100 μPaKinta nuomatuojamo organo1.9 lentelės pabaigaStandartinissensorius arbametodaspH ir stibioelektrodai;DeformacijųjutiklinismanometrasPoslinkio sistema,LVDTPaviršiniai arbaadatiniai el.5–2000 mikrofonasdc–30Kraujotaka 0–30 ml dc–30Kvėpavimo funkcijosPneumotachografijaKvėpavimo dažnisOro tūris0–600 l/min2–50 įkvėpimų/min50–1000 ml/įkvėpimasdc–400,1–100,1–10Kūno temperatūra 32–40 °C dc–0,1Poslinkio kameraarba impedansokameraPoslinkio kameraarba impedansokameraPneumotachografas,galvos ir deferencinisslėgisDeformacijų jutiklisant krūtinės,impedansas, nosinistermistoriusAnkščiau paminėtiTermistorius,termoporaNorint apdoroti gyvojo organizmo siunčiamus neelektrinius signalus,juos būtina keisti į elektrinius. Tam naudojami įvairūs keitikliai,pavyzdžiui, termistorius, kurio varža keičiasi priklausomai nuotemperatūros; pjezokristalas, veikiamas jėgos, generuoja įtampą. Tarptiesioginių (jungiamų prie paciento) ir elektroninių prietaisų gali būtisudaryti trijų tipų ryšiai, kurie pavaizduoti 1.9 paveiksle.46

1.9 pav. Ryšiai tarp elektroninio prietaiso ir pacientoŠie ryšiai vienas nuo kito skiriasi informacijos perdavimokryptimis:––iš paciento į elektroninį prietaisą (1.9 pav., a).––abiem kryptimis (1.9 pav., b).––tik iš elektroninio prietaiso į pacientą (1.9 pav., c).Sensorius yra jutiklis, nors iš esmės tai keitiklis, kuris apibrėžiamaskaip įrenginys, transformuojantis vieną energijos formą į kitą.Sensorius keičia fizikinį matuojamą dydį į elektrinį signalą. Sensoriusturi reaguoti tik į esamą matuojamajame dydyje energijos formą, nereaguodamasį kitas. Sensorius turi sąveikauti su gyvąja sistema tokiubūdu, kad minimizuotų išgaunamą energiją ir taip pat būti minimaliaiinvazinis. Daugelis sensorių turi pirminį jautrųjį elementą, pvz.,diafragmą, kuri keičia slėgį į poslinkį. Kintamojo transformavimoelementas, pvz., deformacijų jutiklis, toliau keičia poslinkį į elektrinęįtampą. Kartais sensoriaus jautrumas gali būti pakoreguojamas plačiudiapazonu, keičiant pirminį jautrųjį elementą. Daugelis keitiklių turiturėti išorinį elektros energijos šaltinį.47

Signalo stiprinimas – paprastai sensoriaus išvestis negali būtitiesiogiai sujungta su displėjumi. Tam tikslui reikalinga signalą apdorotiarba tik sustiprinti ir nufiltruoti ar paprasčiausiai atitaikyti sensoriausimpedansą su displėjumi. Dažnai sensoriaus išvestis yra paverčiamaskaitmeniniu formatu ir apdorojama specialiais skaitmeniniaisgrandynais ar mikrokompiuteriu. Pvz., signalo filtravimas sumažinanepageidaujamus sensoriaus signalus. Taip pat filtravimas gali suvidurkintipasikartojančius signalus triukšmui sumažinti ar paversti laikosrities informaciją dažnio srities informacija.Žmogaus kūno parametrai retai būna deterministiniai. Daugelismatuojamų dydžių kinta laike, net ir užfiksavus visus valdomus faktorius.Net ir esant panašioms būsenoms, daugelis medicininių matavimųnormaliems pacientams svyruoja. Įgimtas nepastovumas yradokumentuotas molekuliniais ir organų lygmenimis ar net visamkūnui. Daugelis vidinių anatominių variacijų sukuria aiškius išoriniuspacientų skirtumus. Didelės fiziologinių matavimų tolerancijosribos yra iš dalies daugelio fiziologinių sistemų sąveikos rezultatas.Fiziologinėse sistemose egzistuoja daugybė grįžtamųjų ryšių sistemųir daugelis šių tarpusavio sąveikų yra prastai suprantamos arba ne ikigalo ištirtos. Kaip metodas kovoti su šiuo nepastovumu yra priimtiempirines statistines ir tikimybines pasiskirstymo funkcijas. Tuometpavieniai matavimai yra lyginami su šiomis normomis.Beveik visi biomedicininiai matavimai priklauso nuo tam tikrosenergijos, suteiktos gyvam audiniui, ar energijos, atsirandančios dėlsensoriaus veikimo pasekmės. Rentgeno ir ultragarso diagnostikosmetodika ir elektromagnetiniai ar Doplerio ultragarsiniai kraujo tėkmėmačiaipriklauso nuo išoriškai pridėtos energijos, sąveikaujančiossu gyvu audiniu. Šios įvairovės energijos saugius lygius yra sunkunustatyti, kadangi nėra iki galo suprasti daugelis audinio pažeidimomechanizmų. Audinio šildymas yra vienas iš poveikių, kuris turi būtiapribotas, kadangi netgi grįžtamieji fiziologiniai pokyčiai gali veiktimatavimus. Tam tikrais atvejais buvo pastebėti audinių pažeidimaimolekuliniu lygmeniu net ir itin žemais energijos lygmenimis.48

1.5.2. Medicinos prietaiso įvestysMedicinos prietaiso įvestys gali būti suskirstytos į tris kategorijas.Pirmoji yra norima įvestis – tai matuojamieji dydžiai, kuriuos matuotiinstrumentas (prietaisas) ir yra suprojektuotas. Matuojamuosiusdydžius gali veikti įvairaus pobūdžio trikdžiai, atsitiktiniai ir priklausantysnuo prietaiso veikimo principo. Tokie dydžiai yra antrojiįvesčių kategorija, vadinama interferuojančia įvestimi. Jeigu erdvinėar laikina matuojamojo dydžio izoliacija yra nepakankama, interferuojantiįvestis gali būti netgi to paties dydžio kaip ir norima įvestis.Trečiai kategorijai priklauso nepageidaujami dydžiai, kurie netiesiogiaiveikia išvestį keisdami paties instrumento darbą, t. y. modifikuojantiįvestis. Modifikuojanti įvestis gali paveikti norimos arba interferuojančiosįvesčių apdorojimą. Kai kurie nepageidaujami dydžiai galibūti tiek modifiikuojantys, tiek interferuojantys.Kaip pavyzdys, 1.10 paveiksle pateikta schema, kurioje elektrokardiografijosužrašymo sistemos norima įvestis yra elektrokardiogramosįtampa vEKG, atsirandanti tarp dviejų ant kūno paviršiauselektrodų.1.10 pav. Elektrokardiogramos užrašymo schema49

Viena interferuojanti įvestis yra 60 Hz triukšmo įtampa, indukuota(atvaizduota užtušuotoje srityje) aplinkos kintamosios srovės(AC) magnetinių laukų. Norima ir interferuojanti įvestys yra sujungtosnuosekliai, todėl abi komponentės atsiranda diferencinio stiprintuvoįvestyje. Taip pat skirtumas tarp kondensatoriais sujungtų poslinkiosrovių, tekančių per kiekvieną elektrodą ir kūną į žemę, sukuriainterferuojančią įtampą skersai Zkūno tarp dviejų elektrodų ir dvi interferuojančiasįtampas skersai Z 1 ir Z 2 (elektrodų impedansas arbavarža). Modifikuojančios įvesties pavyzdys – paciento kabelių orientacija.Jeigu kabelių plokštuma yra lygiagreti su kintamosios srovėsmagnetiniu lauku, magnetinio lauko indukuota interferencija lygi 0.Jei plokštuma yra statmena, interferencija bus maksimali.Labiausiai interferuojančių ir modifikuojančių įvesčių įtaka galibūti sumažinama arba pašalinama keičiant pagrindines instrumentokomponentes arba pridedant naujas komponentes, skirtas (kompensuoti)nepageidaujamoms įvestims atsverti. Pastaroji alternatyva yralabiau mėgstama ir yra ekonomiškai pagrįsta, kadangi rezultatas paprastesnis.Deja, įrangos projektuotojai labai retai gali eliminuoti nepageidaujamasįvestis nuo tikrojo šaltinio.Viena iš nepageidaujamų įvesčių kompensavimo metodikų yrabūdingas nejautrumas (angl. inherent insensivity). Jeigu visi instrumentokomponentai yra jautrūs tik norimoms įvestims, tuomet interferuojantysir modifikuojantys neveiks. Pvz., elektrokardiografo pavyzdyjeelektrodų laidų susukimas sumažina magnetinio srauto linijųskaičių, kurios kerta užtušuotą plotą. Indukuoto triukšmo įtampa yraproporcinga kilpos plotui.Neigiamo grįžtamojo ryšio metodika taikoma tuomet, kai negalimaišvengti modifikuojančios įvesties, pagerintas instrumentodarbas reikalauja strategijos, kuri padarytų išvestį mažiau priklausomąnuo perdavimo funkcijos. Neigiamas grįžtamasis ryšys paimadalį išvesties bet kuriuo laiko momentu ir grąžina jį į instrumentoįvestį. Šis nuo išėjimo priklausantis signalas yra atimamas iš įvesties50

ir skirtumas tampa efektyvia sistemos įvestimi. Grįžtamojo ryšioelementas apibrėžia išvestį šiai įvesčiai. Aišku, ši strategija neveikia,jeigu grįžtamasis ryšys irgi yra paveiktas modifikuojančių įvesčių.Paprastai grįžtamojo ryšio įrenginys turi mažiau galios, dėl to jis yratikslesnis ir tiesiškesnis. Reikia mažesnės įvesties signalo galios šiaigrįžtamojo ryšio schemai, dėl to jis mažiau apkraunamas. Didžiausiastrūkumas naudojant šį grįžtamojo ryšio principą yra tas, kad gali atsirastidinaminis nestabilumas.Dar viena įvesčių kompensavimo metodikų yra signalo filtravimas.Filtras atskiria signalus priklausomai nuo jų dažnio. Daugelisfiltrų tai atlieka susilpnindami dalį signalo, kuris yra viename ar keliosedažnio juostose. Bendresnis filtro apibrėžimas būtų „įrenginysarba programa, kuri atskiria duomenis, signalus ar medžiagą pagaltam tikrą kriterijų“. Filtrai gali būti sumontuoti instrumento įvestyje,tam tikroje instrumento vietoje arba išvestyje. Žmogaus jutimoapribojimai gali būti naudojami nepageidaujamoms signalo komponentėms,sklindančioms iš displėjų, nufiltruoti. Filtrai įvestyje užblokuojainterferuojančius ir modifikuojančius signalus, tačiau nekeičianorimos įvesties. Daugelis projektuotojų nenaudoja įvesties filtrų, kurieyra elektriniai grandynai, tačiau vietoj to naudoja mechaninius,pneumatinius, terminius ar elektromagnetinius principus nepageidaujamiemsaplinkos faktoriams kompensuoti. Pvz., instrumentai dažnaiyra sumontuoti ant tamprių elementų, kad izoliuotų virpesius, kuriegali veikti jautrius įrangos komponentus. Dažnai naudojamas elektromagnetinisekranavimas. Elektroniniai filtrai dažnai yra inkorporuotiįrangos tarpinėje grandyje. Tam, kad palengvintų dažnių skirtumaispagrįstą filtravimą, norimo ir / arba nepageidaujamo signalųposlinkiui į kitą dažnių juostą naudojami maišytuvai ir moduliatoriai.Skaitmeniniai kompiuteriai naudojami filtruoti signalams remiantisšablonų atitikimo metodika ir įvairiomis laikinės srities charakteristikomis.Išvesties filtravimas yra įmanomas, tačiau sudėtingas.51

Kai interferuojantys ir / arba modifikuojantys signalai negali būtinufiltruoti, gali būti naudojami papildomi interferuojantys signalainepageidaujamos išvesties komponentams panaikinti arba vadinamospriešingos įvestys (angl. opposing filters). Šios papildomos įvestysgali būti tokios pačios kaip ir tos, kurias norime panaikinti. Iš esmėsjos yra neišvengiamos ir pridėti priešingi signalai gali būti labaiskirtingi.1.6. Medicinos prietaisų charakteristikosSiekiant pirkėjams palengvinti įrangos palyginimą ir įvertintinaujos įrangos projektus, reikia tam tikrų kiekybinių įrangos darbokriterijų, kurie turi aiškiai apibrėžti, kaip gerai įranga matuoja norimąįvestį ir kaip išvestis priklauso nuo interferuojančių ir modifikuojančiųįvesčių. Instrumento darbo charakteristikos skirstomos paprastai įdvi klases, priklausomai nuo įvesties signalų dažninio pagrindo.Statinės charakteristikos – aprašo instrumento darbą nuolatinėssrovės (DC) arba labai žemojo dažnio įvestims. Išvesties savybės plačiamspektrui pastovių įvesčių parodo instrumento matavimo kokybę,įvertinant netiesinius ir statistinius reiškinius. Kai kurie sensoriai irinstrumentai, pvz., pjezoelektriniai įrenginiai, reaguoja tik į laike kintančiussignalus ir neturi statinių charakteristikų.Dinaminės charakteristikos reikalauja naudoti diferencialinesir / arba integralines lygtis matavimo kokybei aprašyti. Kadangi dinaminėscharakteristikos paprastai priklauso nuo statinių charakteristikų,netiesiškumas ir statistinis nepastovumas paprastai yra ignoruojamidinaminėmis įvestimis, kadangi diferencialines lygtis yra sunkuišspręsti. Pilnutinės charakteristikos yra aproksimuojamos statinių irdinaminių charakteristikų suma.Kiekvienam aparatui būdingos amplitudės, fazės ir dažniocharakteristikos. Tai yra pagrindinės charakteristikos, kurios turibūti pateiktos projektavimo metu. Jeigu sistemą laikysime tiesinearba linijine, tai ir keitiklis joje bus linijinis, tuomet tokią sistemą52

galima aprašyti tiesinėmis diferencialinėmis lygtimis su n-ojo laipsniokoeficientais:Tam, kad keitiklis būtų tiesinis, būtina sąlyga, kad jis būtų sudarytasiš tiesinių elementų, t. y. tokių, kurių parametrų reikšmės yražinomos (mechaniniai parametrai – masė, standumo koeficientas,slopinimo koeficientas; elektriniai parametrai – induktyvumas, talpumas,varžos). Visi šie parametrai nekinta laike, pvz., srovė, tekantiper varžą, elektromechaninėje sistemoje proporcinga įtampai; analogiškaimechanikoje – spyruoklės deformacija proporcinga veikiančiaiį ją jėgai.Tiesinės sistemos turi labai daug privalumų prieš netiesines sistemasir pasižymi šiomis savybėmis:––Serija įėjimo signalų duoda seriją išėjimo signalų, kurie yra kaipsignalų suma. Ši savybė vadinama superpozicijos principu.––Įėjimo signalų formos tame pačiame laiko mastelyje atitinkaišėjimo signalo formą. Šių signalų formos yra tos pačios, t. y.neiškreiptos, turi tą patį proporcingumo koeficientą, masteliodaugiklį, fazių skirtumą ir vėlinimo dydį. Ši savybė vadinamaproporcingumo efektu.––Tiesinė sistema yra kaip spektro analizatorius. Šioje sistemojesignalas gali būti aprašytas trigonometrine eile su kartotinėmisharmoninėmis dedamosiomis. Kiekviena harmonika arba josdedamoji, atitinkanti signalo tam tikrą dažnį, pereina per keitiklįtokiomis sąlygomis: nepakitus formai; tuo pačiu dažniu;įėjimo ir išėjimo signalų amplitudės skiriasi savo dydžiais.––Tiesinės sistemos turi filtravimo galimybes.––Atsitiktinės formos įėjimo signalai esant normaliniam pasiskirstymuiatitinka išėjimo signalus taikant normalinio pasiskirstymodėsnį.Tiesinėje sistemoje nėra reiškinių, kurie būdingi netiesinėms sistemoms,t. y. išėjimo signalai yra tiesiniai.53

1.6.1. Statinės medicinos prietaisų charakteristikosKiekvienas aparatas turi turėti naudojimo instrukciją su techninėmischarakteristikoms ir saugos reikalavimais. Išskiriamos tokiospagrindinės charakteristikos:Matavimų intervalas – tai reikšmių aibė, apimanti matuojamąjįdydį (pvz., dažnį). Kitaip tariant, tai matuojamų dydžių ribinės reikšmėsnuo minimalios iki maksimalios. Pavyzdžiui, širdies ritmas yranuo 0 iki 250 dūžių per min.Jautris (angl. resolution) – tai aparato ypatybė fiksuoti mažiausiasfiziologinio parametro reikšmes. Dažniausiai medicinos prietaiso jautrispriklauso nuo registravimo sistemos gebos (matavimo, skiriamosiosgebos). Rezoliucija – mažiausias matuojamojo dydžio prieaugis,galimas tiksliai išmatuoti. Jeigu matuojamasis dydis prasideda nuo 0,naudojamas terminas slenkstis (angl. threshold). Rezoliucija išreiškialaipsnį, kuriuo beveik lygios dydžio reikšmės gali būti atskirtos.Tikslumas (angl. accuracy) – tai prietaiso gebėjimas tiksliai nustatytimatuojamojo parametro realias reikšmes. Tikslumas taip patreiškia ir mažas paklaidas. Paklaida – nuokrypis nuo realios reikšmės.Koks ryšys tarp tikslumo ir paklaidos? Kuo didesnis tikslumas – tuomažesnės paklaidos. Vieno išmatuoto dydžio tikslumas yra tikrosiosvertės ir išmatuotos vertės skirtumas, padalintas iš tikrosios vertės.Šis santykis paprastai išreiškiamas procentais. Kadangi tikroji vertėgali būti retai žinoma, priimta tikroji vertė ar atskaitos reikšmė turibūti surandama standartuose. Tikslumas paprastai kinta normaliamematuojamo dydžio intervale, paprastai sumažėja, kai visas vertėsmastelis sumažėja daugiaintervalėje įrangoje ir kinta kartu su norimo,interferuojančio ir modifikuojančio signalų dažniais. Kai kurie įrangosgamintojai nurodo tikslumą tik tam tikru laiko periodu.54

Preciziškumas (angl. precision) – išreiškia rodmenų tikslumą.Displėjus, rodantis 2,434 V, yra tikslesnis nei displėjus, rodantis 2,43 V.Didelio preciziškumo įranga ne visada reiškia didelį tikslumą.Matavimo priemonės kalibravimas – veiksmų visuma, kurinurodytomis sąlygomis nustato matavimo priemonės ar matavimosistemos rodomų dydžių verčių arba verčių, kurias teikia matas arpamatinė terpė, ryšį su etalonų sukurtomis atitinkamomis vertėmis.Kalibravimą atlieka akredituotos kalibravimo laboratorijos.Medicinos aparato kalibravimas – tai procedūra, kurios metumatavimo aparatas nustatomas taip, kad jo reikšmės kiek galima atitiktųrealias matuojamas reikšmes ar dydžius. Kartais kalibruotėsatliekamos sulyginant tos pačios klasės matavimus tarpusavyje. Tokiematavimo aparatai vadinami etalonais.Stabilumas – tai aparato ypatybė išlaikyti numatytą matavimotikslumą bėgant laikui, kurio metu neįvyksta jokių nuokrypių nuo kalibruotėssąlygų (nustatytos reikšmės). Stabilumas praktikoje lydimasaparato dreifo, t. y. laipsniškas tikslumo mažėjimas po kalibruotės.Aukšto stabilumo aparatas po kalibruotės nustatytame laike išlaikostabilų tikslumą. Atkuriamumas (angl. reproducibility) – įrangosgebėjimas duoti tą pačią išvestį vienodoms įvestims tam tikrą laikotarpą. Atkuriamumas nereiškia tikslumo.Dažnių intervalas – tai dažnių juosta, kada aparatas sugebatiksliai atkartoti matuojamus dydžius nustatytame dažnių intervale.Paprastai medicinos aparatai turi sekti, fiksuoti žemuosius ir aukštuosiusdažnius. Matuojamosios reikšmės turi tilpti į nustatytą intervalą.Pvz., kardiografo dažnių juosta yra 0,1–200 Hz.Aparato triukšmo lygis – kiekvienas aparatas turi tam tikrąleistinų triukšmo normą, kurie vienaip ar kitaip gali turėti įtakos (iš-55

kreipti) matavimo rezultatams, dažniausiai sukelia nepageidaujamuspokyčius, iškreipiančius matuojamo signalo formą ir dydį.Aparato naudojimo paprastumas – vienas iš svarbiausių praktikojereikalavimų. Paprastumas gali pasireikšti keitiklio ar jutikliopaprastu / patogiu pritvirtinimu prie paciento kūno, taip pat svarbu irpaprastas aparato valdymas, dezinfekavimas, sterilizavimas ir t. t.Sauga – tai aparatūros ypatybė užtikrinanti visą funkcionavimąlaikantis saugos taisyklių ir reikalavimų. Kiekvienas elektrinis aparatasturi vieną ar kitą elektros apsaugos klases.Biomedicinos sensoriai ir įranga paprastai keičia neelektriniusdydžius į įtampą arba srovę, todėl reikia pakalbėti apie bendrą įvestiesimpedanso koncepciją. Tai būtina, kad galėtume tinkamai įvertintilygį, kuriuo įranga trikdo matuojamą dydį.Įėjimo impedansas (pasipriešinimas) – kiekvienai norimai išmatuotiįvesčiai Xd 1 egzistuoja kita implicitinė įvestis Xd 2 tokiu būdu,kad šių įvesčių sandauga turi galios dimensiją.2X d1P = Xd1Xd2= = ZxXd2 2. (1.28)ZGalia P yra energijos perdavimo iš matavimo terpės tempas. Šisandauga atitinka momentinį santykį, kuriuo energija yra perduodamaper audinio-sensoriaus sąveiką. Apibendrintas įėjimo impedansasZx yra stacionaraus sinusinio įvesties pastangų dydžio (įtampa, jėga,slėgis) fazės vektoriaus ekvivalento santykis su stacionariu sinusiniuįėjimu (srovė, įtampa, srautas):ZXXxd1x =d 2. (1.29)56

Norėdami minimizuoti P matuodami Xd 1 , turime padaryti apibendrintąįėjimo impedansą kiek įmanoma didesnį, o tai pasiekiamaminimizuojant srauto kintamąjį. Daugelis įrangos veikia matuodamosminutines srauto kintamojo vertes, todėl jis negali būti sumažintasiki 0. Kita vertus, matuojant Xd 2 , reikia nedidelio įėjimo impedanso Pminimizuoti. Matuojamos įrangos sukeltas apkrovimas priklauso nuoįėjimo impedanso |Zx| dydžio palyginus su šaltinio impedansu |Zs|norimam įėjimui. Deja, biologinių šaltinių impedansas dažnai nėražinomas, kintantis ir sunkiai išmatuojamas ir valdomas. Įrangos projektuotojasturi atkreipti dėmesį į įėjimo impedanso maksimizavimąpastangų dydžiui matuoti. Kai matuojamasis dydis yra srauto kintamasis,o ne pastangų kintamasis, daug patogiau yra naudoti admitansą(tariamas laidumas) Yx = 1/Zx negu impedansą.1.6.2. Dinaminės medicinos prietaisų charakteristikosTik keletas medicininių matavimų, tokių kaip kūno temperatūra,yra pastovūs arba lėtai kintantys dydžiai. Daugelis medicinos prietaisųturi apdoroti signalus, kurie kinta laike, t. y. laiko funkcijos. Šipriklausanti nuo laiko medicininių signalų ypatybė reikalauja nagrinėtiprietaiso dinamines charakteristikas. Diferencinės arba integralinėslygtys yra reikalingos susieti ištisinės sistemos dinaminį įėjimąsu dinaminiu išėjimu. Daugelis techninių prietaisų gali būti aprašytipaprastosiomis tiesinėmis diferencinėmis lygtimis su pastoviaisiaiskoeficientais. Kiekvieną medicinos prietaisą matematiškai galima atvaizduotitokia supaprastinta schema (1.11 pav.).1.11 pav. Medicinos prietaiso supaprastintas modelis57

Įėjimas x(t) yra susijęs su išėjimu y(t) tokia bendrąja diferencialinelygtimi:na d yn ndt+ + + ()= + + + ()m... a dy ayt b d x b dx1 0 m ... bxt ,dtm 1 0 (1.30)dt dtčia konstantos ai (i = 0, 1, ..., n) ir bj (j = 0, 1, ..., m) priklauso nuofizikinių ir elektrinių sistemos parametrų.Įvedę diferencinį operatorių Dk ≡ dk ( )/dtk galime (30) lygtį perrašytitaip:n( ) ()= m + + +( ) ()aD n + ... + aD 1 + a0 y t bmD ... b1D b0 xt.(1.31)Išraiškoje (30) galime laisvai pakeisti diferencinį operatorių DLaplaso operatoriumi s, galime gauti lygtį, susiejančią transformacijasY(s) su X(s). Tai ir yra tiesinė diferencinė lygtis, kadangi priimamostiesinės savybės ir koeficientai ai, bj nėra laiko ar įėjimo x(t)funkcijos. Lygtis yra paprastoji, nes turi tik vieną nepriklausomąkintamąjį y. Tokios savybės reiškia, kad prietaiso signalo įgijimo iranalizavimo metodai nekinta kaip funkcija laike ar nepriklauso nuoįėjimo dydžio.Daugelis praktikoje naudojamų prietaisų gali būti aprašyti nulinės,pirmosios arba antrosios eilės diferencialinėmis lygtimis, taigin = 0, 1, 2, o įėjimo išvestinės paprastai neegzistuoja, todėl m = 0.Tiesinio prietaiso arba sistemos perdavimo funkcija matematiškaiišreiškia priklausomybę tarp įėjimo signalo ir išėjimo signalo. Jeiguyra žinoma perdavimo funkcija, tuomet išėjimas gali būti randamasbet kokiam įėjimui.( )bmD m bD bn( ) = + ... + 1 + 0aD n + ... + aD 1 + a0y Dx D. (1.32)Operacinė perdavimo funkcija yra santykis y(D)/x(D) ir šissantykis yra diferencinio operatoriaus D funkcija. Toks perdavimo58

funkcijos pavidalas yra naudingas trumpalaikiams įėjimams (angl.transient inputs). Tiesinės sistemos trumpalaikių įėjimų, kurie įvykstakartą ir nepasikartoja, išėjimas paprastai išreiškiamas tiesiogiai kaiplaiko funkcija, y(t), kuri yra diferencialinės lygties sprendinys.Dažninė perdavimo funkcija tiesinei sistemai yra gaunama pakeičiantD kompleksiniu dažniu jω:Y( jω)X jωmbmjωb jωbn( ) = ( ) + ... + 1( )+ 0an( jω) + ... + a1( jω)+a0,(1.33)čia ω yra kampinis dažnis, radianais per sekundę.Įėjimo signalas paprastai būna harmoninis x(t) = Ax sin (ωt).Išėjimas y(t) yra sinusinė to paties dažnio funkcija, tačiau amplitudėir fazė priklauso nuo ω, t. y. y(t) = B (ω) sin [ωt + φ (ω)]. Dažninėperdavimo funkcija yra kompleksinis kintamasis, turintis dydį, kurisyra išėjimo ir įėjimo dydžių santykis, ir fazės kampą, kuris yra lygusišėjimo ir įėjimo fazių skirtumui. Daugelio prietaisų fazės kampas yraneigiamas. Paprastai nėra išreiškiamas sistemos išėjimas kiekvienamdažniui, kadangi žinoma, kad jis yra sinusinis su tam tikru dydžiu irfaze. Vietoj to dažnai yra naudojamas amplitudės santykis ir fazėskampas kaip dažnio funkcijos atskirai.LiteratūraBronzino, J. D. (editor in chief). 1999 & 2000. The Biomedical EngineeringHandbook. Volume I and Volume II. CNC Press.Chan, A. Y. K. 2008. Biomedical Device Technology: Principles and Design.Springfield (Ill.): Charles C. Thomas, 582 p.Cooper, R. A. 1995. Rehabilitation Engineering Aplied to Mobility andManipulation. Pittsburg, USA.Fries, R. 2006. Reliable Design of Medical Devices. Boca Raton (Fla.): CRC/Taylor & Francis. 473 p.59

Iniewski, K. (ed.) 2009. Medical Imaging: Principles, Detectors,and Electronics. XVII vol. Hoboken (N. J.): Wiley. 305 p. ISBN9780470391648.Jurkonis, R.; Marozas, V.; Luko evičius, A. 2007. Ultragarsinė medicininėdiagnostika: mokomoji knyga. Kauno technologijos universitetas, Signalųapdorojimo katedra. Kaunas: Technologija. 95 p. ISBN 9789955253372.Kalet, I. J. 2009. Principles of Biomedical Informatics. Vol. XXV. London:Academic Press/Elsevier. 475 p. ISBN 9780123694386.Mariūnas, M.; Šešok, A. 2003. Biotechninių ir medicinos sistemų diagnostika:vadovėlis. Vilnius: Technika. 222 p. ISBN 9986-05-647-0.Mariūnas, M.; Šešok, A. 2007. Reabilitacinių ir organizmo funkcijų atkūrimosistemų projektavimas: vadovėlis. 287 p. ISBN 9789955281665.Mariūnas, M.; Šešok. A. 2009. Biotechninių sistemų ir medicinos diagnostikosmetodai. Vilnius: Technika.Webster, J. G. 2010. Medical Instrumentation: application and design.Hoboken (N.J.): John Wiley & Sons. 7013 p.60

2. Žmogaus fiziologinių parametrųmatavimas2.1. Kokybinis klausos vertinimas audiometru. Oriniolaidumo tyrimas audiometruDarbo tikslas: susipažinti su klausos vertinimo būdais, audiometrijosprincipais.Priemonės: audiometras AS15, audiometrinės ausinės, pacientomygtukas.Teorinė dalisKlausa – sugebėjimas girdėti. Ją turi daugybė gyvūnų, skiriasitik girdėjimo dažnių intervalai. Žmogus gali pasakyti, iš kurios pusėssklinda garsas dėl to, kad į vieną ausį ateina stipresnis garso bangossignalas, o į kitą – silpnesnis. Ir tam nebūtina taikyti laiko intervalųskirtumo, per kurį signalas pasiekia skirtingu laiku, kad išgautumestereoskopinį girdėjimą. Tačiau mokslininkai seniai ginčijasi, kaipgali žmogus išgirsti tokį trumpą intervalą, papuolantį į skirtingas ausis,kai žmogaus smegenų neuronų dažnis yra gerokai mažesnis, neiturėtų būti, kad būtų galima užfiksuoti garso signalo atėjimo laikoskirtumus tarp dviejų ausų.Garsas – tai bet kokios medžiagos (oro, medžio, vandens ar kt.)vibravimas garso virpesių dažniu. Ausis visą laiką turi būti pasiruošusipriimti virpesius nuo paties tyliausio lapų šlamėjimo iki pačiosgarsiausios automobilio sirenos. Sveikų žmonių ausis įprastomis sąlygomissuvokia garso virpesius nuo 16 iki 20 000 Hz. Klausos organaisžmogus gauna daug ir įvairios informacijos apie jį supantį pasaulį.Žmogaus garso analizatorius sudaro specializuota garso svyravimųpriėmimo, garso pojūčių formavimo ir garso formų atpažinimo sistema.Tad ausis turi būti anatomiškai prisitaikiusi atlikti garso priėmimoir perdavimo funkciją.61

Šį organą sudaro 3 dalys (2.1 pav.):––Išorinė ausis;––Vidurinė ausis;––Vidinė ausis.2.1 pav. Ausies sandara62

Išorinę ausį sudaro kaušelis, išorinė klausomoji landa ir būgneliotemplė. Išorinės ausies elementai naudojami garsui nukreipti į minėtąbūgnelio plėvę – membraną, visiškai uždengiančią išorinę landąpačiame jo gale. Vidurinė ausis, susidedanti iš tarpusavyje sujungtųklausomųjų kaulelių (plaktuko, priekalo ir kilpos – kaulelio prie vidinėsausies), perduoda svyravimus vidinei ausiai, kurią sudaro sraigė,priešangė ir pusapvaliai kanalai – periferinė vestibuliarinio aparatodalis. Sraigėje garso virpesiai transformuojasi į nervinius impulsus,toliau klausos nervu keliaujančius į smegenis.Ausies kaušelis šiek tiek koncentruoja garso energiją, patenkančiąį išorinę landą. Pastaroji sudaro savotišką rezonatorių ~2,7 cm ilgiovamzdelį, iš vieno galo dengiamą būgnelio plėvės. Jei bangos ilgioketvirtis yra lygus rezonatoriaus ilgiui, įvyksta rezonansas. Būtenttai paaiškina žmogaus klausos jautrumo maksimumą esant ~3 kHzdažniui.Vidurinė ausis transformuoja garsinius oro svyravimus į skystosvidinės ausies terpės svyravimus. Jei garso bangos tiesiogiai kristų įovaliąją vidinės ausies angą, tai dėl skirtingų oro ir vandens banginiųvaržų į vidinę ausį patektų tik 0,1 % jų energijos. Vidurinės ausieskaulelių darbo principas yra panašus į sverto ir leidžia padidinti poveikiojėgą. Būgnelio plėvė sudaro ploną (apie 0,1 mm) pertvarą, kuriyra daug plonesnė nei bangos ilgis. Todėl jos judėjimo dažnis sutampasu oro dalelių virpėjimo dažniu. Minimaliąją girdimumo ribą atitinkaplėvelės poslinkis, kuris yra tik ~10–11 µm, t. y. mažesnis nei atomospindulys. Maksimaliąją ribą, kai jau jaučiamas skausmas, atitinkantisplėvės poslinkis yra ~1 µm. Ausies būgnelio plėvės plotas (0,7 cm²)yra kur kas didesnis nei ovaliosios vidinės ausies angos (0,03 cm²).Todėl vidurinė ausis atlieka slėgio transformatoriaus funkciją, jį padidindamamaždaug 20 kartų. Kita vertus, žmogaus ausis blogai girdipo vandeniu, nes dėl skirtingų vandens ir oro banginių varžų faktiškaivisas garsas atsispindi nuo būgnelio plėvelės. Vidurinė ausis atliekadar vieną svarbią funkciją – apsaugo vidinę ausį nuo pernelyg dideliųmechaninių apkrovimų priimant labai stiprius garsus. To pasiekiama63

didinant kilpos judėjimo sudėtingumą, kai garso intensyvumas yradidelis.Žmogaus ausis pasižymi dažnio analizatoriaus savybėmis, diskretiniusuvokimu dažnio ir dinaminio diapazono atžvilgiu (analoginisgarso signalas paverčiamas dvejetainio tipo elektrinių impulsųseka). Visos šios operacijos vyksta vidinėje ausyje, vadinamoje sraige.Sraigėje yra pagrindinė (baziliarinė) membrana, susidedanti iš dideliokiekio tarpusavyje silpnai sujungtų pluoštų. Išilgai pagrindinės membranosišsidėsčiusios nervinės šaknelės, kurių kiekviena (o jų daugiaukaip 20 000) susižadina nuo pagrindinės membranos pluoštų prisilietimoir siunčia į smegenų klausos centrą elektrinius impulsus. Tenatliekama sudėtinga šių impulsų analizė, dėl kurios žmogus nustatoperduodamą pranešimą.Kiekvienas pagrindinės membranos pluoštas rezonuoja tam tikrupastoviu tam pluoštui dažniu. Sudėtingas garsas, susidedantis išdaugelio dažninių dedamųjų, sukelia tam tikrų pluoštų, atitinkančiųdažnines dedamąsias, svyravimus. Klausos analizatoriaus dažninėskiriamoji geba nedidelė, o klausos analizatoriaus rezonatoriaus pralaidumojuosta monoauralinės (vienausės) klausos atveju esant 300 Hzdažniui yra apie 50 Hz, 1000 Hz dažniui – 60 Hz, 3000 Hz – 150 Hz.Šios pralaidumo juostos vadinamos kritinėmis klausos juostelėmis.Klausos dažnių juosta ribojama 16–20 000 Hz dažniais. Šiamediapazone žmogus įsimena tik kelis šimtus dažnio lygių (gradacijų), ošių gradacijų skaičius staigiai mažėja, mažėjant garso intensyvumui,ir vidutiniškai sudaro ne daugiau kaip 100–150. Gretimų lygių dažniaividutiniškai skiriasi ne mažiau kaip 4 %. Žmogus netiesioginiu būdugali pajusti dažnio pokytį iki 0,3 % esant vidutiniams dažniams, pavyzdžiui,jeigu lyginami du tonai, einantys tiesiogiai vienas po kito.Pagal dviejų tonų dažnių mušimus galima pajusti garso dažnių skirtumusiki herco dešimtųjų dalių.Medicinos šaka, tirianti klausą, jos pažeidimo priežastis, sutrikimoformas, gydymo, profilaktikos ir reabilitacijos būdus yra vadinamaaudiologija (lot. audio – girdžiu; gr. logos – mokslas).64

Garso suvokimas ir matavimas. Optimali vidinės ausies konstrukcijair didelis vidinės ausies plaukinės sistemos jautrumas leidžiažmogui girdėti 1–3 kHz dažnių diapazone garsą, kurio intensyvumasyra tik I 0 = 10 –12 W/m². Maksimalus garso intensyvumas, kurį galipriimti žmogaus ausis, yra artimas 1 W/m². Taigi dinaminis garsosignalų priėmimo intensyvumo diapazonas yra labai didelis, jis netviršija regos diapazoną.Jei pagrindinės membranos pluoštas virpėdamas nepasiekia artimiausiosnervinės galūnėlės, žmogus tokio garso negirdi. Tačiau vostik pluoštas paliečia nervinę galūnėlę, didėjant jo svyravimų amplitudei,įvyksta sudirginimas. Nervinė galūnėlė tuoj pat pradeda siųstielektrinius impulsus į smegenų klausos centrą ir garsas išgirstamas.Toks šuolinis perėjimas iš girdimos būsenos į negirdimą ir atgal vadinamasgirdimumo slenksčiu. Girdimumo slenksčiai turi gana didelędispersiją, pirmiausia dėl pakitimų, susijusių su amžiumi, taippat dėl darbo sąlygų. Tarp skausmo slenksčio ir girdimumo slenksčioyra keletas šimtų elementarių jutimo šuolių, o esant žemiesiems iraukštiesiems dažniams jų yra gerokai mažiau, negu viduriniuose. Dėlklausos pojūčio diskretumo pagal dažnį ir amplitudę yra apie 22 000elementarių gradacijų per visą klausos jutimo diapazoną, kurį iš apačiosriboja girdimumo slenkstis, o iš viršaus – skausmo slenkstis, irkuris apima dažnių diapazoną nuo 20 iki 20 000 Hz.Laisvai pasirinkto garso garsio matavimas remiasi žmogaus gebėjimupalyginti dviejų garsų stiprio vienodumą ar santykį. Sprendžiantpraktinius uždavinius garso garsį priimta apibūdinti garsio lygiu, matuojamufonais. Tonui, kurio dažnis ν = 1 kHz, garsumo lygis fonaisskaitiškai lygus garso slėgio lygiui decibelais. Laisvai pasirinktamgarsui garsio lygis nustatomas parenkant to paties garsumo toną, kuriodažnis ν = 1 kHz. Toniniams impulsams, kurių trukmė ilgesnėkaip 200 ms, girdimumo slenkstis nustatomas taip pat kaip ir nuolatiniamtonui. Esant impulsų trukmėms t < 200 ms, girdimumo slenkstispriklauso nuo impulso trukmės santykio su 200 ms ir apibrėžiamas išraiškaIgs= Iimp⋅200 / t. Du trumpi impulsai suvokiami kaip vienodogarsumo, jeigu ta sandauga yra vienoda abiem impulsams.65

Esant trumpiems besikartojantiems impulsams garsumo lygiskrenta, didėjant pasikartojimo dažniui, ir esant pasikartojimo dažniui,lygiam 200 Hz, impulsų girdimumo slenkstis lygus nuolatinio tonogirdimumo slenksčiui. Todėl matuojant garso garsį, signalo trukmėturi viršyti 200 ms. Kad būtų galima įvertinti harmoninio tono garsiolygius, naudojamasi suvidurkintomis pagal daugelį tiriamųjų vienodogarsio kreivėmis (2.2 pav.), patvirtintomis tarptautiniame standarte.2.2 pav. Vienodo garsio kreivės klausant abiem ausimisJei tam tikro garso garsis yra lygus n fonų, tai reiškia, kad garsasturi tokį patį garsį kaip ir garsas, kurio dažnis ν = 1 kHz, o intensyvumasyra n decibelų didesnis nei girdimumo slenkstis. Žemojodažnio garsai (mažesni nei 1000 Hz) esant šiam garsiui turi didesnį intensyvumąnei aukštesnio dažnio garsai (1000–3000 Hz). Šnabždesiogarsio lygis yra apie 10–20 fonų, laikrodžių tiksėjimo – 20–30 fonų,kalbos – 40–50 fonų, garsios kalbos – 70–80 fonų, o lėktuvo variklio– apie 100–110 fonų. Girdimumo ribą didelių intensyvumų srityjelemia skausmo slenksčių egzistavimas. Žmogaus vidutinė diferencinėgarso garsio geba yra apie 1 fonas. Kai yra klausos patologija, ji galikeistis. Tai naudojama diagnozuojant klausos pažeidimus.66

Binauraliniu efektu vadinamas girdėjimo dviem ausimis efektas.Jis pasireiškia kaip stereoakustinis (stereofoninis efektas). Binauralinęklausą lemia dvi pagrindinės sąlygos. Žemiesiems dažniams pagrindinisfaktorius yra laiko momentų, kuriais garsas patenka į kairę ir įdešinę ausį, skirtumas, o aukštiesiems dažniams – intensyvumo skirtumas.Stereoakustinis klausos efektas pasireiškia tuo, kad žmogus„jaučia“ skersinius garso šaltinio matmenis, taip pat jo „gylį“, t. y.garso šaltinio matmenis išilgai linijos, kurios kryptimi ateina garsobangos. Klausytojas pagal garsą lengvai atskiria vieno ar kito instrumentobuvimo vietą orkestre, „jo koordinates“, t. y. klausa dviemausimis sukuria akustinę perspektyvą. Šio sugebėjimo fizikinis pagrindasyra tas, kad paprastai viena ausis yra toliau nuo garso šaltinio,negu kita (2.3 pav.).2.3 pav. Garso lokalizacija67

Sklisdamas greičiu c, garsas pasiekia tolimesnę ausį laiko tarpu∆t= ∆s c vėliau ir mažesniu intensyvumu. Žemesnių nei 300 Hzgarsų lokalizacija neryški ir faktiškai galima tik dėl garsų obertonų.Esant 300–800 Hz garso dažniams pagal užlaikymo trukmę ausis pajėgiatskirti fazių skirtumą kairiojoje ir dešiniojoje ausyse. Akivaizdu,kad kuo didesnė šio užlaikymo vertė, tuo didesnį kampą sudaro garsošaltinio kryptis su vidutine galvos linija. Daro įtaką ir ekranuojantisgalvos poveikis, nes galvos matmenys yra artimi šių dažnių bangosilgiui. Esant didesniems dažniams, dėl garso „šešėlio“ aplink žmogausgalvą garso intensyvumo skirtumai gali sudaryti 30 dB. Klausossistema gali pajusti 1 dB eilės slėgio skirtumus ir aptikti vos 30 μsvėlavimą. Tai atitinka apie 3° garso šaltinio nukrypimą nuo vidurinėslinijos. Apskritai žmogaus klausos organas leidžia nustatyti garsošaltinio kryptį 14° tikslumu. Taigi, fizikinio erdvinio tūrio suvokimasyra galimas dėl unikalių klausos sistemos laiko analizavimo galimybių.Garso bangos atėjimo krypties nustatymo tikslumas galvosvertikalioje plokštumoje neviršija 20°. Toks pat nustatymo tikslumaspasiekiamas klausantis viena ausimi. Gebėjimas lokalizuoti garso šaltinįkinta esant įvairiai klausos patologijai. Tai naudojama klinikinėjeaudiometrijoje prikurtimo formų diferencinei diagnostikai.Audiometrija – tai klausos parametrų arba klausos aštrumo tyrimasspecialiu aparatu. Paprastai nustatomi girdimumo kreivės slenkstiniaitaškai skirtingiems dažniams. Klausos praradimas apibrėžiamaskaip skirtumas tarp gautų rezultatų ir normos. Grafikas, parodantis šįskirtumą dB, priklausomai nuo garso dažnio, vadinamas audiograma.Tai pagrindinis dokumentas, parodantis žmogaus klausos profilį.Audiogramos formoje, rekomenduotoje Tarptautinės StandartųOrganizacijos, abscisėje nurodomas testuojamųjų tonų dažnis hercais(nuo 125 iki 8000 Hz), o ordinatėje – klausos lygis (angl. hearing level– HL) decibelais (nuo – 10 iki 120 dBHL). 0 (nulis) dBHL atitinkasveikų žmonių klausos jautrumo ribų vidurkį.Audiometrijos pagrindinis tikslas – nustatyti esamą klausos pažeidimą.Tai reiškia, kad svarbu nustatyti:1) priežastį,68

2) pažeidimo lygį,3) pažeidimo vietą.Šiems veiksniams nustatyti taikomi skirtingi audiometrijos testai.Kai kalbame apie klausos praradimą, pirmiausia tai reiškia nepakankamumątam tikroje klausos sistemos dalyje (2.4 pav.):––išorinėje ausyje (1);––ausies būgnelyje (2);––vidurinėje ausyje (3);––sraigėje, vidinėje ausyje (4);––klausos centre smegenyse, kur garsas suvokiamas (5).2.4 pav. Klausos sistemos galimos pažeidimo vietosKlausos sutrikimai susiję su nepakankamu išorinėje ausyje, ausiesbūgnelio srityje ir vidurinėje ausyje vadinami laidumo sutrikimais, okiti klausos sutrikimai – suvokimo sutrikimais. Dar yra klausos sutrikimų,apimančių tiek laidumo, tiek suvokimo nepakankamumą, kurievadinami mišriais sutrikimais.Prieš parenkant audiometrijos būdą arba net kelis būdus, būtinanustatyti sutrikimo kilmę ir pobūdį, t. y. koks jis yra – mišrus, laidumoar suvokimo. Audiometrijos testai taip pat turi būti derinami sudaugeliu kitų medicininių testų.Pats svarbiausias klausos tikslas suvokti / išgirsti kalbą. Todėlaudiometrija taip pat matuoja galimybę suvokti / išgirsti tam tikrointensyvumo ir dažnių intervalo normalią kalbą.69

Klausos lygis (klausos jautrumo riba, girdos riba) audiogramoježymimas sutartiniais simboliais: a) orinis laidumas (nemaskuojant):dešinė ausis ο, kairė ausis ×; b) orinis laidumas (maskuojant): dešinėausis ∆, kairė ausis . Kaulinis laidumas atitinkamai žymimas simboliais:a) b). Grafike orinis laidumas žymimas (simboliai jungiami)ištisine, o kaulinis – brūkšnine linijomis.Žmogus sugeba skirti labai mažus garso aukščio pokyčius.Optimaliojoje klausos zonoje (1000–4000 Hz) garso aukščio skiriamoji(diferencinė) geba lygi 0,3 %. Tai reiškia, kad 3 Hz pakituspradiniam 1000 Hz tono dažniui, žmogus, kurio klausa normali, jaugirdi kitokio aukščio toną. Diferencinė geba visiems tonams nėra vienoda.50–100 Hz diapazone ji lygi 1 %. Esant klausos patologijai šigeba gali kisti. Tai taikoma klinikinėje audiometrijoje diferencineidiagnostikai.Klausos jautrumas nėra pastovus, jis keičiasi. Klausos analizatoriusoptimaliai prisitaiko prie esamo garsumo. Ši klausos savybėvadinama klausos adaptacija. Tyloje klausos jautrumas didėja, ausisprisitaiko išgirsti patį tyliausią garsą. Adaptacija apsaugo ausį nuostiprių ir ilgalaikių garsų poveikio. Jeigu ausį stiprus garsas dirginailgesnį laiką, pasireiškia klausos nuovargis. Pavyzdžiui, žmogui išbuvusapie 1,5 val. 100 dB triukšme, klausos jautrumas visiškai grįšį pradinį lygį tik maždaug po 1,5 paros. Tokiam triukšmui veikiantnuolatos, klausos jautrumas gali nebeatsinaujinti.Kompiuteriai vis plačiau naudojami audiometriniams matavimams.Kompiuteriu patogu kontroliuoti testuojamąjį akustinį stimuląir analizuoti paciento atsakymus. Klausos jautrumo ribos, nustatytosįprastu ir kompiuteriniu audiometru, gerai koreliuoja.Audiometras AS15Tai medicinos diagnostikos tikslams naudojamas prietaisas(2.5 pav.), leidžiantis pagal priimtus standartinius klausos rodikliusišmatuoti žmogaus klausos kokybę, t. y. orinį laidumą. Prietaisassukonstruotas pagal paskutinius medicinos technikos projektavimoreikalavimus ir labai plačiai naudojamas nustatant klinikines klausos70

charakteristikas. Atliekami standartinių žmogaus klausos dažniųmatavimai ir išreiškiami decibelais atžvilgiu žmogaus klausos ribosslenksčio 2x10–5 Pa.2.5 pav. Audiometro vaizdas – a) priekinis skydelis, b) galinis skydelis:1, 2, 3, 6, 9 – šviesos diodai, 4–5 – įjungimo jungikliai, 7–8 – garso lygionustatymo jungikliai, 10–11 – ausies pasirinkimo jungikliai,12 – kairės ausies prijungimo jungtis, 13 – dešinės ausies prijungimojungtis, 14 – paciento reakcijos jungiklis, 15 – metodo pasirinkimojungiklis, 16 – saugikliai A ir B, 17 – elektros srovės tinklo prijungimojungtis, 19 – tinklo srovės įjungimo jungiklis, 20 – prietaiso darbinioįžeminimo jungtis71

Prietaisas analogiškas techniniams tikslams naudojamiemstriukšmomačiams, kur matavimo objektas yra triukšmo šaltinis, kuriotriukšmo lygis paverčiamas elektriniais signalais ir toliau stiprinamasir analizuojamas pasitelkiant standartinius filtrus ir matavimo stiprintuvus,sugraduotus decibelais. Rezultatai pateikiami analoginiamearba skaitmeniniame indikatoriuose, apdorojami standartinėmis programomisir atspausdinami kompiuteriniais spausdintuvais. Palygintisu leidžiamais triukšmo slėgio lygiais, gauti rezultatai leidžia spręstiapie akustinę aplinkos būklę, kuri šiuo metu pasauliniu mastu labaipavojinga žmonių sveikatai.Visos audiometro darbo fazės matomos priekiniame ir galiniamejo skydeliuose, pateiktuose 4 ir 5 paveiksluose. Šviečiantis indikatorius1 rodo paciento reakciją į nustatytą toną ir šis indikatoriussujungtas su jungikliu 14, kurį paspaudžia pacientas. Indikatorius2 užsidega, kai į ausines siunčiamas garso signalas aktyvuojamas 10–11 jungikliais. Indikatorius 3 parodo dažnio reikšmę, o jungikliai 4 ir5 didina arba mažina dažnių reikšmes. Šviesos diodas 6 žymi garsointensyvumą, o jungikliai 7–8 reguliuoja garso intensyvumo didėjimąarba mažėjimą. 9 – tiriamosios ausies indikaciniai šviesos diodai,o 10–11 – jungikliai, kuriais pasirenkama tiriamoji ausis. Jungiklis15 parenka tyrimo metodą – impulsinį, rankinį ar reversinį. SaugikliaiA ir B (pažymėti 16) yra atitinkamai 250 mA/110V, 125 mA/220V.Darbo eiga:1. Prie audiometro prijungiamos ausinės, įjungiamas aparatas.Įsitikinkite, ar viskas teisingai sujungta, ir įjunkite prietaisą.2. Uždėkite tiriamajam ausines: raudonai pažymėtą – ant dešinėsausies, mėlynai – ant kairės. Atlikite audiogramų matavimusnaudodami standartinį ausinių išdėstymą.3. Pirmiausia nustatykite tyrimo metodą (jungiklis 15), garsolygį (7, 8) ir dažnio sritį (4, 5) (patariama pradėti nuo 60 dB iki1000 Hz). Pamažu didinant garso stiprumą nuo 0 dB iki tiriamasisišgirsta, nustatomi skirtingų aukščių garso girdimumoslenksčiai.72

4. Pakartokite matavimus, sukeitę ausines vietomis.5. Kai pacientas išgirsta garsą, spaudžia mygtuką. Tyrėjas tuometu pažymi tašką audiogramoje.6. Nubraižomos orinio girdimumo slenksčių audiogramos. Josišsaugomos ataskaitoje.Kontroliniai klausimai:1. Kas yra audiograma? Kokius pagrindinius parametrus jiapima?2. Kokia yra klausos dažnių juosta?3. Apibūdinkite garsį, jo savybes, lygius.4. Kas yra binauralinis efektas?5. Kokiomis savybėmis pasižymi klausos jautrumas? Kokia yratriukšmo įtaka vertinant klausą?Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Darbo priemonės.3. Matavimo sistemos principinė schema.4. Darbo eigos trumpas aprašas.5. Audiogramos ir jos parametrų analizė.6. Išvados.LiteratūraBronzino, J. D. 2000. The Biomedical Engineering Handbook. SecondEdition. CRC Press, IEEE Press. 850 p.Carr, J. J.; Brown, J. M. 2000. Introduction to Biomedical EquipmentTechnology.Interacoustics. Audiometro AS 15 techninis pasas.Lietuvos higienos norma HN 33:2006 Akustinis triukšmas. Leidžiami lygiaigyvenamojoje ir darbo aplinkoje. Matavimo ir vertinimo bendriejireikalavimai. Vilnius, 2006.Stasiūnas, A. 2001. Klausos neuroninis tinklas. Kaunas: Technologija.Vonlanthen, A. 2000. Hearing Instrument Technology.73

1 PriedasAudiogramų pavyzdžiai.1 pavyzdys2.6 pav. audiogramoje pateiktos kaulinio, orinio laidumo ir diskomfortokreivės. Klausos praradimas kaulinio laidumo 40 dB ir daugiauabiem ausims. Orinio laidumo – abiem ausims skirtingai, betvidutiniškai daugiau nei 30 dB ir mažiau kaip arba lygu 90 dB. Tarpastarp orinio ir kaulinio laidumo kairėje ausyje apie 20 dB rodo, kadklausos sutrikimas yra vidurinėje ausyje. Diskomforto kreivė rodo,kokiu garso lygiu žmogui garsas jau nepakeliamas ir visiškai nepriimtinasar nepatogus klausyti. Diskomforto kreivė atliekama gana retai,nes praktikoje pacientams reguliuojant klausos aparato garsą nepatogusgarso lygis nustatomas aplinkoje tikrinant paciento reakciją, pvz.,iš didelio aukščio ant metalinio pagrindo mestos žirklės.2.6 pav. Kaulinio, orinio laidumo ir diskomforto kreivės2 pavyzdys2.7 paveiksle audiogramoje pateikti kaulinio ir orinio laidumotyrimo rezultatai. Klausos praradimas abiejose ausyse ryškus esantaukštiesiems dažniams apie 90 dB, tai reiškia, kad žmogus negirdi74

yškiai kalbos, priebalsių. Tarp kaulinio ir orinio laidumo vėlgi pastebimastarpas, nors ir ne toks žymus, rodo vidurinės ausies sutrikimusbūgnelio srityje. Mechaninės ausies grandys neatlieka savo funkcijų,todėl atsiranda orinio laidumo nesklandumų.2.7 pav. Kaulinio ir orinio laidumo tyrimo rezultatai2.2. Kardiologinio analizatoriaus MSC-Holterscharakteristikų analizėDarbo tikslas: susipažinti su elektrokardiografine (EKG) monitoravimosistema, pagrindinėmis charakteristikomis ir parengtimi.Priemonės: EKG monitoravimo MSC-Holters sistema, elektrodųkomplektas.Teorinė dalisHolters monitoravimo sistema nuosekliai užrašo paciento pulsą irritmo parametrus per ilgesnį, nei trunka įprasta EKG procedūra, periodą(24 val. ar daugiau), taip pat esant skirtingoms būsenoms, pavyzdžiui,esant rimties būsenai arba kasdienės veiklos metu, sportuojantir pan. Šios sistemos paskirtis – tirti širdies veiklos nukrypimus (pvz.,aritmijas ir pan.).75

2.8 pav. Holters monitoravimo sistemaHOLTERS monitoringo ir analizės sistemą sudaro (2.8 pav.):Mobilioji dalis:––skaitmeninis užrašymo įrenginys;––elektrodų komplektas.Sistemos papildomos dalys:––kompiuteris;––monitorius;––spausdintuvas.Holters monitoriai paprastai komplektuojami su 3–7 elektrodais.Elektrodų laidai sujungiami į specialaus įrašančio įrenginio lizdą.Registruojantis įtaisas kabinamas pacientui per petį arba tvirtinamasprie apjuosto diržo. Prietaisas nuolat įrašinėja paciento širdiesritmą į atitinkamą laikmeną. Pacientas gali nevaržomai atlikti kasdieniusdarbus (valgyti, tvarkytis, vaikščioti, miegoti ir pan.), tačiaunaudojant Holter monitorių draudžiama maudytis, naudoti kasdieniuselektros prietaisus, tokius kaip elektrinis šepetėlis, skustuvas ir pan.,taip pat reikia vengti magnetinių laukų poveikio, metalo detektoriųir t. t. Šios saugumo priemonės užtikrina informacijos patikimumą,sistemos veiklos sklandumą ir procedūros efektyvumą. Nors Holtersmonitoravimo sistema pati seka širdies veiklos parametrus, pacientaspapildomai turi registruoti savo savijautą kalendoriuje, t. y. turi pažymėtidienas ar valandas, kada svaigsta galva, būna silpna, pasireškiakrūtinės skausmai ir pan.76

Norint nustatyti nereguliarius širdies sutrikimus ir nustatyti jųkilmę, prireikia ne vienos savaitės, o ištiso mėnesio. Miniatiūrinisįrašymo įrenginys gali būti implantuojamas pacientui po oda netoliraktikaulio. Toks monitorius gali įrašinėti paciento širdies veiklą iki18 mėnesių (2.9 pav.).2.9 pav. Implantuojamas monitoriusMSC-Holters kardiologinis analizatoriusEKG įrašymo sistemos pagrindinė dalis – lengvas R-300 Holterkasetinis įrašymo įrenginys (2.10 pav.).2.10 pav. Įrašymo įrenginys: 1 – dangtelis, 2 – paciento (elektrodų)prijungimo jungtis, 3 – LCD laikrodis, 2 – laikrodžio reguliavimomygtukai, 5 – įrašymo indikatorius, 6 – patikros jungtis, 7 – įrašymomechanizmas, 8 – įrašymo galvutės užraktas / fiksatorius, 9 – 9 V baterija,10 – įrašančioji galvutėElektrodai išdėstomi ir tvirtinami pacientui prie krūtinės ir sujungiamisu Holters įrašymo įrenginiu. Jie tvirtinami ant švarios odos,stengiantis užtikrinti kuo geresnį kontaktą tarp elektrodo ir odos.Paprastai elektrodus tvirtina gydytojas arba medicinos personalas77

pagal gydytojo nurodymus. Šios konkrečios sistemos atveju dažniausiainaudojama elektrodų išdėstymo schema, parodyta 2.11 paveiksle.Įrenginys įjungiamas, mygtukais 2 nustatomas laikrodis 1 ir kabinamaspacientui patogioje vietoje maišelyje arba tvirtinamas specialudiržu. Pacientas nustatytą laiką (24–48 val.) būna su monitoriumi, kurisįrašinėja jo širdies elektrinį aktyvumą. Praėjus nustatytam laikui,monitorius grąžinamas gydytojui, kuris analizuoja EKG ir pateikiaišvadas.Pagrindinės R-300 Holters techninės charakteristikos:1) 4 kanalai, 4 juostos įrašymo takeliai;2) Matmenys 15,24x8,89x2,84 cm;3) Svoris – 0,340 kg;4) Darbinė temperatūra yra nuo + 5 iki +45 °C;5) Aplinkos temperatūra naudojantis aparatu yranuo –40 iki +70 °C;6) Paviršiaus medžiagos – sustiprintas plastikas;7) Darbo laikas – 1000 val.8) Įrašymo greitis – 1 mm/s;9) Maitinimas – 9 V keičiamos baterijos;10) Dažnių sritis – nuo 0,05 iki 100 Hz.2.11 pav. 7 elektrodų išdėstymo schema78

2. Principinė EKG matavimo Holters monitoriumi schema.3. Sistemos komponentų aprašas ir veikimo principas.4. Holters monitoriaus tobulinimo idėjos ir išvados.LiteratūraBronzino, J. D. 2000. The Biomedical Engineering Handbook. SecondEdition. CRC Press, IEEE Press. 850 p.Cameron, J. R.; Skofronick, J. G.; Grand, R. M. 1992. The Physics of theBody. Medical Physics Publishing.Carr, J. J.; Brown, J. M. 2000. Introduction to Biomedical EquipmentTechnology.Frankiewicz, Z. 1994. System holterowski z możliwością analyzyzałamka P elektrokardiogramu, Zeszyty Naukowe Politechniki ŚląskiejElektronika. Z. 1. 1232: 126.Pileckas, E.; Valužis, A. 1990. Medicininė elektronika. Davikliai irelektrodai. Kaunas: KTU.Pilkington, T. C. (ed.); Plonsey, R. (ed.). 1982. Engineering Contributions toBiophysical Electrocardiography. New York: IEEE Press. 248 p.Rauno, G. 2007. Modelling of Cardiac Dynamics and IntracardiacBioimpedance. Tallinn: Tallinn University of Technology Press.Venslauskas, M. 1996. Biofizika (įvadas). Vilnius: VDU. 210 p.Webster, J. G. 1996. Medical Instrumentation. Application and Design.Third Edition. John Wiley and Sons, INC. 550 p.Žemaitytė, D. M. 1997. Širdies ritmo autonominis reguliavimas:mechanizmai, vertinimas, klinikinė reikšmė. Palanga [i. e. Kaunas]: KMAleidykla. 328 p.Симоненко, В. Б.; Широков, Е. А. 1998. Основы кардионеврологии.Москва: Воентехлит. ISBN 5-900053-12-1.80

2 priedasDarbas su MSI 8800 Holters programa1. Atverti programą MSI 8800 Holters, paspaudus ant ženkliuko(2.12 pav.).2.12 pav. Programos piktograma2. Atsidarys langas, kuriame atsiras programos paleidimo piktograma(2.13 pav.).2.13 pav. Programos paleidimo piktograma3. Atsidarius programos langui, duomenis iš kasetės perkelkiteį kompiuterį. Vadovaukitės nurodytais žingsniais (2.14 pav. ir2.15 pav.).2.14 pav. Duomenų perkėlimas iš kasetės81

2.15 pav. Duomenų perkėlimasUžpildoma įrašo laiko ir datos lentelė (2.16 pav.).2.16 pav. Datos ir laiko duomenų užpildymas82

Nurodomi visi reikalingi paciento, kurio įrašas įkeliamas, duomenys(2.17 pav.)2.17 pav. Paciento duomenų įvedimasKasetės duomenys įkeliami į programą, vėliau juos galima peržiūrėtiir atlikti analizę (2.18 pav.).2.18 pav. Duomenų peržiūrėjimas83

4. Atidarykite įrašą, pasirinkite paciento duomenis pagal nurodytusžingsnius (2.19 pav. ir 2.20 pav.).2.19 pav. Išsaugoto įrašo atidarymas2.20 pav. Išsaugoto įrašo duomenų bylos atidarymas84

5. Pasirinkite norimų peržiūrėti duomenų tipą (2.21 pav.).2.21 pav. Norimų duomenų tipo peržiūrėjimas6. Pasirinkite peržiūrimų duomenų laiko intervalą (2.22 pav.).2.22 pav. Peržiūrimų duomenų laiko intervalo pasirinkimas85

2.23 pav. Užrašyta elektrokardiogramaNorint peržiūrėti visą pasirinkto intervalo duomenų įrašą reikianaudotis rodyklėmis perstumiant duomenų atkarpas iš dešinės į kairę,o norint grįžti – iš kairės į dešinę. Taip pat galima padidinti kiekvienądominančią EKG įrašo atkarpą spragtelint ant jo – įrašo atkarpa atsidaroatskirame lange.7. Atlikite peržiūrimų duomenų sutrumpintą analizę (2.24 pav.).2.24 pav. Duomenų analizės santrauka86

2.25 pav. Duomenų analizės santraukos grafikas8. Palyginkite duomenis, uždėdami įrašus vienus ant kitų(2.26 pav. ir 2.27 pav.).2.26 pav. Duomenų palyginimas87

2.27 pav. Elektrokardiogramos atkarpų palyginimas9. Taigi, galima atlikti visų tipų EKG įrašo analizę naudojantisprogramos ataskaitomis skiltyje Reports. Išbandykite.2.3. Pagrindinės elektromiografo charakteristikos, veikimoprincipas ir biosignalų matavimo būdaiDarbo tikslas: susipažinti su elektromiografu, elektromiogarmų(EMG) registravimo būdais, atlikti matavimus pagal užduotis ir atliktiEMG įrašo analizę.Priemonės: elektromiografinė sistema Nicolet VikingQuest, paviršiniaijutikliai, stimuliatorius.Teorinė dalisElektromiografija (EMG) yra raumenų ar raumens skaiduloselektrinio aktyvumo, susijusio su raumenų susitraukimu, matavimas.Pasaulyje gausu elektromiografinių sistemų. Jos gali būti nešiojamosiosarba stacionarios, su keliais ar keliolika kanalų, pritaikytos pagalpaskirtį ir t. t.88

Laboratoriniam darbui pristatoma 2 kanalų amerikiečių firmosNicolet elektromiografinė VikingQuest sistema. Šios sistemos konfigūracijapateikta (2.28 pav.):––Pagrindinis blokas su matavimo ir stimuliavimo plokštėmis;––Kompiuteris su diskeliai ir kompaktinio disko diskasukiais;––2 kanalų stiprintuvas (2.29 pav., a);––Klaviatūra (tik sumontuotai ant vežimėlio sistemai);––Monitorius (tik sumontuotai ant vežimėlio sistemai);––Spausdintuvas;––Kojinis jungiklis;––Stimuliatorius (2.29 pav., b).Pagrindinės elektromiografo techninės charakteristikos pateiktos2.1 lentelėje.2.28 pav. EMG sistemos konfigūracija:1 – pagrindinis elektromiografo blokas su funkciniais valdymo mygtukais;2 – kompiuteris; 3 – 2-jų kanalų stiprintuvas; 4 – klaviatūra;5 – monitorius; 6 – spausdintuvas, 7 – stimuliatorius;8 – elektrodai; 9 – įžeminimo elektrodas89

2.29 pav. EMG sistemos atskiros dalys:a – dviejų kanalų stiprintuvas, b – stimuliatoriaus daviklis.1 – stimuliatoriaus daviklio korpusas su stiprumo valdymo reguliatoriumiir lygio indikatoriumi; 2 – stimuliatoriaus daviklio galvutė su elektrodais;3 – elektrodas; 4 – stimuliatoriaus daviklio galvutėsu DIN standarto lizdais2.1 lentelė. Elektromiografo techninės charakteristikosEil.Nr.Techninė charakteristikaDydis1. Stiprintuvo matavimo dažnis ne mažiau kaip 100 kHz2. Minimalus jautrumas 1 μV/padalai – 10 mV/padalai3. Didžiausia įėjimo įtampa 2 V4. Sinfazinio triukšmo slopinimas 110 dB5. Juostinis filtas 50 Hz6.Žemųjų dažnių filtras 1, 2, 10, 20, 30, 150, 500 Hzslopinimas oktavoje6–12 dB15, 30, 100, 250 Hz,Aukštųjų dažnių filtras7.1,5, 2, 3, 10 kHzslopinimas oktavoje12 dB8. Įėjimo varža ne mažesnė kaip 100 MΩ90

Elektromiogramos registruojamos paviršiniais elektrodais(3 pav., b), uždedamais ant odos virš raumens, arba adatiniais ar vieliniaiselektrodais (2.30 pav., a), smeigiamais į raumenį. Bendrų EMGsignalų dažniai svyruoja nuo 1 iki 2000 Hz. Matuojant paviršiniaiselektrodais medianinis dažnis būna apie 30–140 Hz.2.30 pav. EMG registruoti naudojami elektrodai:adatiniai elektrodai (a); paviršiniai elektrodai (b)EMG signalų sekoms būdingas dažnių intervalas nuo kelių hercųiki vieno kiloherco, o biopotencialų amplitudės svyruoja nuo mikrovoltųdalių iki kelių tūkstančių mikrovoltų. Todėl norint tiksliai išmatuotitam tikro raumens EMG signalus būtina pasirūpinti įvairaustriukšmo mažinimu, geru įžeminimu (tai padeda atsikratyti pašalinioelektrinio triukšmo), tinkamu elektrodo vietos paruošimu ir elektrodopritvirtinimu (padeda atsikratyti neraumeninių elektrinių signalų).Naudojami įžeminimo elektrodai (2.31 pav.). Taip pat būtinas tinkamaspirminis diferencinis signalų stiprinimas ir apdorojimas (toliaudidinantis signalų ir triukšmo santykį).2.31 pav. Įžeminimo elektrodasElektromiografine VikingQuest sistema gali atlikti:––Nervų laidumo tyrimą (NCS);––H-bangos ir susitraukimo reflekso tyrimus;––Pasikartojančios stimuliacijos tyrimą;91

––Kiekybinę elektromiogramą (EMG), įskaitant IPA;––Vienos skaidos elektromiografiją;––Somatosensorinių sukeltųjų potencialų (SEP) tyrimą;––Monitoravimą operacijos metu (IOM);––Monitoravimą operacijos metu su apdorota elektroencefalograma(EEG) (IOM su/PEEG);––Ataskaitas MSW programa, naudojant Microsoft® Office2000 – Small Business Office Edition.Elektromiografinė VikingQuest sistema valdoma funkciniaisklavišais, valdymo pulto klavišais arba klaviatūra (2.32 pav.).VikingQuest valdymo pultas yra bazinio įrenginio priekinėje dalyje.Jį sudaro klaviatūros klavišai, programiniai klavišai ir sukamosiosrankenėlės. Valdymo pultas veikia pagrindinės VikingQuest programosrežimais, įskaitant visus tyrimus, nustatymus ir informaciją apiepacientą. Tačiau jis neveikia Windows NT režimais arba Report MSW(ataskaitų) programoje, t. y. bet kokiu režimu, kuris neturi mėlynosspalvos ekrano fono. Šiais režimais funkcijoms pasirinkti ir komandomsįvesti naudojama pelė arba klaviatūra2.32 pav. Sistemos funkciniai ir pagrindinės plokštės klavišai92

Prieš pradedant aiškinti EMG matavimo būdus pravartu sužinotibūtinus kiekvienam matavimui elektrodų tipus: aktyvus arba aktyvūs,referentinis, įžeminimo ir jeigu reikia stimuliavimo / dirginimo.Aktyvūs elektrodai tvirtinami aktyviausiame tiriamojo raumens taške.Referentiniai elektrodai veikia kaip atraminiai, signalas registruojamasjų atžvilgiu. Įžeminimo elektrodai sumažina EMG realizavimotriukšmą. Stimuliavimo elektrodai suteikia stimulą raumenimssusitraukti.EMG matavimo būdai gali būti skiriami pagal jutiklių tipą: paviršiniaiarba invaziniai matavimai (2.33 pav.). Taip pat raumenųaktyvumas gali būti matuojamas atsižvelgiant į tyrimo tikslą, pvz.,nervo aktyvumo, raumens skaidulos EMG įvertinimą ir t. t. Taip patEMG matavimai gali būti statiniai (registruojant EMG esant stabiliaipadėčiai) ir dinaminiai (pvz., judesio metu). Dar raumenų aktyvumasregistruojamas stimuliuojant tam tikrą raumens tašką ar nervą.2.33 pav. Apatinių galūnių blauzdos raumenų EMG matavimai:paviršiniu būdu (a); invaziniu būdu (b)EMG aktyvumas gali būti matuojamas monopoliniu arba bipoliniubūdu. Monopolinis EMG registravimas: vienas elektrodas tvirtinamasant tiriamojo raumens pilvelio, o kitas, referentinis elektrodas,tvirtinamas toliau nuo aktyviojo elektrodo vietos. Tarp šių dviejųelektrodų įrašomas sustiprintas signalas. EMG signalai dažniausiaimatuojami bipoliniu būdu, kai elektrodų poros yra išdėstomos lygiagrečiaisu raumenų skaidulomis (2.34 pav.). Bipoliariniu būdu abu93

elektrodai tvirtinami ant tiriamojo raumens pilvelio arti vienas kito(apie 1–2 cm), referentinis elektrodas tvirtinamas toliau nuo raumens,signalai registruojami tarp kiekvieno iš aktyvių elektrodų ir referentinioelektrodo.2.34 pav. Elektrodų išdėstymas matuojant dilbio raumens EMGbipoliariu būduPaviršiniai elektrodai tvirtinami virš tiriamojo raumens. Pacientoprašoma raumenį pamažu įtempti, ir užrašoma raumens susitraukimokreivė. Įvertinama jos amplitudė ir prisoti nimas, t. y. ar yra tarpų tarpatskirų motorinio vieneto veikimo potencialų (MVVP). Tai neinvazinisir neskaus mingas tyrimas, todėl dažniausiai atliekamas vaikams.Suaugusiesiems asmenims šis metodas taikomas retai, nes yra nepakankamaiinformatyvus, bet jį kartais tenka rinktis gydytojams, kurietiria žmogaus imunodeficito virusu infekuotus ligonius. Kasdienėjepraktikoje raumenų veikla paviršiniais elektrodais registruojama, kaireikia vienu metu įvertinti kelių raumenų ar jų grupių aktyvumą diferencijuojanttremoro tipus, ieškant distonijos pažeistų raumenų, taippat atliekant raumenų nuovargio tyrimus, nustatant MV skaičių.Standartinis suaugusiųjų raumenų pokyčių tyrimas yra adatinėEMG. Jos metu adatinis elektrodas įduriamas į raumenį.Registruojamas elek trinis aktyvumas įdūrimo metu, esant ramybėsbūsenai ir pamažu didi nant raumens įtempimo jėgą. Visus elektriniųprocesų metu kylančius potencialus galima stebėti aparato ekrane irįvertinti klausant per garsiakalbį.94

Frontalinis vaizdasAdatiniams elektrodams Paviršiniams elektrodams2.35 pav. Adatinių ir paviršinių elektrodų tvirtinimo vietų žemėlapis,vaizdas iš priekio95

Vaizdas iš nugarosAdatiniams elektrodams Paviršiniams elektrodams2.36 pav. Adatinių ir paviršinių elektrodų tvirtinimo vietų schema, vaizdasiš nugarosDarbo eiga1. Sujunkite sistemą arba įsitikinkite, kad atitinkami komponentai(stimuliatorius, stiprintuvas, spausdintuvas ir t. t.) yra teisingaisujungti.2. Įjunkite sistemą.3. Sukurkite naują paciento profilį arba iškvieskite jau esamą.96

4. Pasirinkite tiriamą sritį (raumenį) arba tyrimą ir jonustatymus.5. Paruoškite ir instruktuokite tiriamąjį, jei būtina.6. Pasirinkite tirti raumenį ir uždėkite tinkamai elektrodus (pagal2.35 ir 2.36 pav.).Pritvirtinkite elektrodus ant paciento, priklausomai nuo testo,kurį norite atlikti, rūšies sąlygų. Prieš tvirtindami elektrodą, tiriamojoodą toje vietoje patepkite specialia pasta. Prijunkite elektrodusprie stiprintuvo. Juoduoju (–) įėjimo jungikliu paleista neigiama įtampaekrane sukelia kylantį nuokrypį kaip ir teigiama įtampa, paleistaraudonuoju (+) įėjimo jungikliu. Juodą įėjimo jungiklį naudokite kaipaktyvų elektrodą, o raudoną, kaip pagalbinį ar neaktyvų elektrodąesant neigiamoms sąlygoms.ElektrodasĮžeminimasJuodas (–) [aktyvus įrašymas]Raudonas (+) [referentinis įrašymas]DIN [įrašymas]Stiprintuvo kanalo jungtisŽalias įkišamasis jungiklisJuodas įkišamasis jungiklisRaudonas įkišamasis jungiklisDidelis įkišamasis jungiklis7. Pasirinkite EMG užrašymo laiką. Padalinkite jį į laiko intervalusir kiekviename intervale atlikite veiksmus atpalaiduodamiir laipsniškai įtempdami raumenį, po to vėl atpalaiduodami.8. Registruokite EMG ir išsaugokite duomenis.9. Dabar peržiūrėkite ir įvertinkite duomenis arba išsaugokite irperžiūrėkite vėliau.10. Vėliau savarankiškai atlikite EMG analizę ir pateikite rezultatusataskaitoje.Kontroliniai klausimai1. Kokie yra EMG elektodų tipai? Eektrodų tvirtinimo vietos.2. Kokios svarbiausios elektromiografo techninėscharakteristikos?97

3. Kokius žinote EMG registravimo būdus? Kuo jie tarpusavyjeskiriasi?4. Triukšmo mažinimo būdai EMG.Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas ir priemonės.2. Pasirinkto raumens aktyvumo matavimo schema.3. Registravimo metodo aprašymas. Elektrodų uždėjimo vietųnurodymas.4. Užregistruota EMG kreivė, jos charakteristikos ir analizė.5. Išvados.LiteratūraBronzino, J. D. 2000. The Biomedical Engineering Handbook. SecondEdition. CRC Press, IEEE Press. 850 p.Cameron, J. R.; Skofronick, J. G.; Grand, R. M. 1992. The Physics of theBody. Medical Physics Publishing.Carr, J. J.; Brown, J. M. 2000. Introduction to Biomedical EquipmentTechnology.De Luca, C J. 2002. Surface Electromyography: Detection and Recording.DelSys Incorporated.Kumar, Sh. 2001. Biomechanics in Ergonomics. Taylor&Francis. BritishLibrary Cataloguing in Publication Data. ISBN 0-7484-0704-9.Pileckas, E.; Valužis, A. 1990. Medicininė elektronika. Davikliai irelektrodai. Kaunas: KTU.Saplinskas, J. 2004. Griaučių raumenys, molekulės, judėjimas. VUleidykla.Venslauskas, M. 1996. Biofizika (įvadas). Vilnius: VDU. 210 p.Webster, J. G. 1998. Medical Instrumentation. Application and Design.Third Edition. John Wiley and Sons, INC. 550 p.Бадалян, Л. О.; Скворцов, И. А. 1986. Клиническая электронейромиография:руководство для врачей. Москва: Медицина. 367 p.Гехт, Б. М. 1990. Теоретическая и клиническая электромиография.Ленинград: Наука.98

3 priedasDarbas su VikingQuest programa1. Atidaryti programą VikingQuest, paspaudus ant josženkliuko.2. Atsidaro langas su galimų veiksmų sąrašu. Pasirinkite RunTest.3. Iš galimų tyrimų sąrašo pasirinkite EMG (2.37 pav.). Arba jeiguatsidaro kitoks langas, spauskite įrankių juostoje ženkląStudies.2.37 pav. Tyrimo pasirinkimo langas4. Aprašykite naują pacientą. Veiksmų eilė pateikta 2 paveiksle.99

2.38 pav. Naujo paciento bylos sukūrimo arba jau esamo paciento bylospaieškos langas2.39 pav. Žmogaus pusės, raumens ir tyrimo pasirinkimo meniu100

5. Įeikite į naujo paciento bylą. Pasirinkite žmogaus pusę – kairęar dešinę – ir raumenį, kurio aktyvumą norite įvertinti(2.38 pav.).6. Jeigu esate pasirengę, pradėkite tyrimą, spustelėję 2.39 pav.pateikto lango apačioje esantį EMG mygtuką.7. Nustatykite norimos realizacijos laiką (2.40 pav.). Nustatykitenorimą mastelį, keisdami amplitudės ir laiko skales.2.40 pav. EMG užrašymo langas8. EMG užrašoma pagal susikurtą metodiką, pavyzdžiui: atpalaiduojantpasirinktą raumenį, vėliau jį pamažu įtempiantir galiausiai vėl atpalaiduojant. Tinkama EMG išsaugojama(2.41 pav.).Norint pakartoti EMG įrašymą duomenų saugoti nereikia, oEMG užrašymo lange (2.40 pav.) spaudžiamas dešinysis klavišas irpasirenkamas naujas tyrimas New test. Kreivė pakartotinai užrašomair, jeigu ji tinkama, išsaugoma.101

9. Norint gauti EMG rezultatus kuriama ataskaita. Yra keli ataskaitosvariantai.2.41 pav. EMG įrašasNorint gauti grafinio pavidalo EMG įrašą, jį galima tiesiog atspausdintiarba sukurti ataskaitą, kurioje būtų pateikta kreivė.2.4. Pažintis su linijinio / konvekcinio skenavimodiagnostine ultragarso sistema ETS-ELU-01Darbo priemonės: ETS-ELU-01 elektroninis skeneris.Darbo tikslas: susipažinti su ultragarsinės aparatūros ypatybėmisir veikimo principu. Išanalizuoti vaizdo apdorojimo operacijasultragarso skeneryje.Bendros žinios:Ultragarsu vadinamos 0,02–200 MHz dažnio mechaninės bangos.Jos skirstomos į: žemojo dažnio 60–80 kHz (skleidžia delfinai,102

šikšnosparniai ir įvairus dirbtinis triukšmas) ir aukštojo dažnio (80–100 MHz), kuriuos dažniausiai sukuria dirbtiniai šaltiniai (turintyselektrinių virpesių generatorių). Medicinos diagnostikoje dažniausiainaudojamas 1–30 MHz dažnio ultragarsas.Elektromechaninių ultragarso šaltinių ir imtuvų veikimas pagrįstaspjezoelektriniu efektu (2.42 pav.).2.42 pav. Atvirkštinio (a) ir tiesioginio (b) pjezoelektrinio efekto schemosAtvirkštinis pjezoelektrinis efektas naudojamas ultragar so šaltiniuose.Jo esmė: pjezoelektrinio kristalo darbinių matmenų kitimas,veikiant elektriniu lauku ir sustiprintas rezonansu, sukuria kietajamekūne ar skystyje ultragar sinę bangą (UB). Toks UB generatorius paprastaibūna sudarytas iš (2.42 pav., a):1. medžiagos, pasižyminčios geromis pjezoelektrinėmis savybėmis,plokštelės;2. elektrodų (laidaus sluoksnio pavidalo);3. elektros srovės generatoriaus.103

Prie elektrodų prijungus kintamąją elektros įtampą, plokš telėpradeda virpėti ultragarsiniu dažniu (generuojama UB).UB imtuvas veikia tiesioginio pjezoelektrinio efekto principu:veikiant mechanine ultragarso banga atsiranda kristalo deformacija,dėl kurios generuojamas kintamasis elektrinis laukas (galima užfiksuotiprijungtu voltmetru; 2.42 pav., b). 2.43 paveiksle pavaizduotaUB generacija.2.43 pav. Ultragarso bangos generacija, kai judantis objektas kontaktuojasu skysčiu: (a) stacionarus objektas (kairėje) kontaktuoja su skysčiu;(b) objektas juda link skysčio, sukeldamas aukštesnio slėgio lokalinę sritį;(c) objektas juda priešinga kryptimi, o ultragarso slėgio banga sklindatoliau į dešinę; (d) objektas toliau svyruoja apie (a) dalyje nurodytą padėtį,generuodamas bangas, kurios sklinda skystyjeUltragarso banga (UB), kaip ir garso banga (GB), apibūdinamabangos ilgiu, dažniu, greičiu, tik garso bangos ir ultragarso bangosgreičiai yra apytiksliai lygūs (cGB ≈ cUB), bet UB ilgis daug mažesnisnegu garso bangos (λUB

Kai UB susiduria su kietu objektu, ji veikia jį tam tikra spinduliuotėsjėga, kuri tiesiogiai priklauso nuo UB galios. Tai įgalina išmatuotibangos pernešamą energiją. Paprastai diagnostikoje taikomųUB jutiklių spinduliuotės jėga yra labai maža, todėl diagnozuojantreikalingi ypač didelio jautrio instrumentai.UB intensyvumas skaičiuojamas kaip ir garso bangos, tačiau UBpasižymi daug didesniu intensyvumu, negu GB (10, 100, 1000 W/cm²).Pavyzdžiui, ultragarso jutiklis, kurio skersmuo 4 cm², skleidžiama1 W galios banga bus 0,25 W/cm² (2500 W/m²) intensyvumo. Dėl šiospriežasties ultragarso bangos daug plačiau taikomos medicinoje negugarso bangos.Ultragarso sklidimas skysčiais ir biologiniais audiniais beisąveika su medžiaga. Taikymas medicinojeUltragarso banga, sklisdama medžiagoje, sukelia labai įvairiusvyksmus:1. Mechaninius (medžiagų mikrostruktūros deformacijas, galinetgi suardyti medžiagą; kavitaciją, jonizaciją, disociaciją;UB smulkina įvairias terpes ir kt.).2. Fizikinius-cheminius (mikrovibracijas ląsteliniu ir tarpląseliniulygmenimis; ardo biomakromolekules; pažeidžia pačiasbiologines membranas ir jų laidumą; turi šiluminį poveikį;ardo ląsteles ir mikroorganizmus).Visa tai lemia platų ultragarso taikymą medicininėje diagnostikojeir terapijoje (ultragarsinė fizioterapija). Visi ultragarsiniai metodaipagrįsti UB sąveika su įvairiais skysčiais ir biologiniais audiniais: dėlto juose keičiasi ultragarsinės spinduliuotės savybės ir forma, todėlsvarbu tai žinoti.Pavyzdžiui, įdėto į vandenį ultragarsinio jutiklio skleidžiamasultragarso pluoštas, esant 3 MHz dažniui, 1500 m/s greičiui ir0,5 mm bangos ilgiui, bus formos, parodytos 2.44 pav., a. Kaip matytiiš paveikslo, pluošto forma ir plotis priklauso nuo jutiklio skersmens:kelių centimetrų gylyje pluoštas yra tokio pat pločio kaip ir105

jutiklio skersmuo, tačiau tolstant nuo jutiklio jis platėja. Norint gautigerą ultragarsinį vaizdą, būtina, kad ultragarso pluoštas būtų kuosiauresnis. Deja, tik mažinant jutiklio skersmenį, pakankamai siauropluošto gauti negalima. Tai matyti ir 2.44 pav., b: perpus sumažinusjutiklio skersmenį, pluoštas bus siauras tik kelis centimetrus, o toliaujis išplinta.2.44 pav. Apytikslės ultragarso pluošto vandenyje formų diagramos:nesufokusuoto 10 mm skersmens jutiklio (a); 5 mm sufokusuoto (b)ir 10 mm nesufokusuoto (c)Pavyzdžiui, norint gauti siaurą šviesos pluoštą, naudojami lęšiaiar įgaubti veidrodžiai. Panašiai ir ultragarso pluoštas fokusuojamasplastikiniais lęšiais arba įgaubto (o ne plokščio) paviršiaus jutikliais.Abiem atvejais rezultatas bus geresnis, kaip parodyta 2.44 pav.,c (pluoštas tolygiai platėja tolstant nuo jutiklio). Norint detaliau ištirtikokią nors žmogaus organizmo sritį, pavyzdžiui, širdį, paprastainaudojami fokusuojantys ultragarso zondai (1–3 MHz), kurių pagrindiniselementas yra ultragarsinis jutiklis (2.45 pav.). Jutiklis sukuriaultragarso impulsą ir priima atsispindėjusį, be to, prijungus elektroninį(ar skaitmeninį) osciloskopą tuos impulsus galima stebėti. Laikoatstumas tarp impulsų leidžia nustatyti, kokiame gylyje yra objektas,o keičiant jutiklio padėtį galima gauti duomenų apie objekto formą irpadėtį. Paprastai jutikliu matuojamas UB intensyvumas prieš objektąir už jo, po to sudaromas šešėlinis objekto atvaizdas.106

Tai leidžia stebėti įvairių organų darbą, pavyzdžiui, smegenų veikląechoencefalografu, kurio jutiklis dedamas prie kaukolės, o po toregistruojama atsispindėjusio nuo galvos audinių garso signalo amplitudėspriklausomybė nuo laiko. Iš tikrųjų ultragarso bangos sklindagana lėtai, todėl, esant būdingiems organų dydžiams, kūne nėra sunkuišmatuoti sklidimo trukmės, o tai ir leidžia akustiniams vaizdamsformuoti taikyti įvairius ultragarso ir impulsinius meto dus.2.45 pav. Tipinė ultragarsinio jutiklio schemaAkivaizdu, kad organizmo skysčiais, tokiais kaip šlapimas,kraujo plazma, ultragarsas sklis panašiai kaip ir vandeniu. Juose ultragarsosilpimo koeficientas, kuris apibrėžiamas kaip bangos intensyvumo(išreikšto decibelais) mažėjimas per ilgio vienetą, yra labaimažas, o sklidimo greitis – apie 1500 m/s. Silpimo koeficientas biologiniameaudinyje yra daug didesnis negu vandenyje ir jis tiesiškai didėja,didėjant ultragarso dažniui. 1 MHz dažnio banga audinyje turės1 dB/cm silpimo koeficiento vertę, o 10 MHz – 10 dB/cm. Kiekvienuatveju tinkamiausias ultragarso dažnis parenkamas atskirai, nes jispriklauso nuo audinio tipo ir gylio, į kurį turi įsiskverbti banga. Jeitiriamoji sritis yra maža, pavyzdžiui, skenuojant akį, tada naudojamapakankamai aukšto dažnio (10 MHz) ir mažo ilgio (0,15 mm) banga,kuri užtikrina labai gerą skiriamąją gebą (ji lemia sistemos gebėjimąišskirti smulkias detales vidaus organų akustiniame vaizde).Skenuojant pilvo ertmės organus, pasirenkamas 3 MHz ar žemesnisdažnis, kuris užtikrina gerą įsiskverbimą į šių organų audinius.107

Kraujyje ir minkštuosiuose organizmo audiniuose (raumenyse,kepenyse, inkstuose) bangos sklidimo greitis skiriasi nuo vandenskeliais procentais, o tai reiškia, kad šių organų matmenys gali būtinustatomi pakankamai tiksliai. Kai ultragarso banga susiduria su kauliniuaudiniu, kuris turi labai didelę banginę varžą, beveik visa garsoenergija atsispindi.Skirtinga įvairių organizmo audinių ultragarso sugertimi ir atspindžiudėl jų skirtingų akustinių savybių – audinio tankio ir banginėsvaržos (ρ, Z) – remiasi ultragarsinės diagnostikos metodas – vidausorganų vaizdinimas ultragarsu. Pavyzdžiui, ultragarsui pereinant iškepenų į inkstus, atsispindės tik labai maža bangos dalis, nes šių organųtankiai ir greičiai juose yra panašūs. Tačiau riebaluose bangosgreitis ir tankis yra mažesni negu atitinkami dydžiai kepenyse, todėldidesnė bangos energijos dalis nuo šių audinių ribos atsispindės.Beveik visa ultragarso bangos energija atsispindi oro ir biologinioaudinio riboje, nes oro tankis yra daug mažesnis negu audinio,be to greitis ore yra tik 330 m/s. Todėl norint išvengti atsispindėjimonuo išorinių audinių, o esant aukštiesiems dažniams – ir didelės orosugerties, tarp ultragarso bangų šaltinio ir spinduliuojamojo objektotepamas tam tikras tirštas tepalas (gelis), suderinantis banginės varžospožiūriu šaltinį ir imtuvą su išoriniais organizmo audiniais.Aprašytaisiais būdais atspindžių raštai formuoja vidaus organųvaizdą monitoriaus ekrane. Atspindėtą signalą apdorojant kompiuteriu,galima gauti tikslią informaciją apie organų dydį ir paskuidiagnozuoti įvairius susirgimus ankstyvomis stadijomis. Reikia pastebėti,kad ultragarso metodai yra mažiau pavojingi, negu tyrimaijonizuojančiąja spinduliuote. Kita vertus, ultragarso bangų greitis yrapakankamai didelis, kad būtų galima sukaupti ir atkurti visą informacijąpilno kadro pavidalu 80 ms laikotarpiu. Kitaip sakant, atsirandagalimybė stebėti judančių elementų dinamiką. Ši galimybė su labaimaža žalingo poveikio tyrimo metu tikimybe, ekonomiškumu ir pakankamuaparatūros paprastumu ir lemia tai, kad ultragarso metodaitaip plačiai taikomi medicinos diagnostikoje.108

Medicinoje naudojamos ultragarsinės aparatūros veikimoprincipaiMedicinoje naudojama ultragarsinė aparatūra turi aukštadažnįgeneratorių ir specialų pjezoelektrinį keitiklį, kuris yra ultragarsobangų šaltinis. Keitiklių skleidžiamos bangos veikia švitinamą organą.Paprastai keitikliai įmontuojami į korpusą, kurio forma priklausonuo to, kokia kūno dalis bus švitinama. Ultragarso keitiklis turidu pagrindinius mazgus, t. y. pjezokeitiklį ir gaubtelį, kuris apsaugopjezokeitiklį nuo mechaninių pažeidimų ir palaiko akustinį kontaktątarp keitiklio paviršiaus ir švitinamojo objekto, kad kuo daugiau ultragarsoenergijos patektų į apšvitinamą objektą. Medžiaga, iš kuriosjis gaminamas, turi būti atspari korozijai, įvairiems medikamentamsir dezinfekuojančioms medžiagoms. Tinkamiausi yra titano lydiniai.Apsauginis elementas ir pjezokeitiklis turi būti labai kokybiškaisuklijuoti, nes dėl to taip pat sumažėja energijos perdavimo nuostoliai.Klijuoti geriausia epoksidine derva. Gaminami keitikliai ir be apsauginioelemento. Jų kristalo kraštuose yra 0,1–0,3 mm storio kraštelis,kuris išlenda iš keitiklio kapsulės. Todėl keitiklis ir švitinamasisobjektas gali gerai kontaktuoti. Tokie keitikliai labai patvarūs.Keitikliai dirba dviem režimais – nepertraukiamuoju ir impulsiniu.Nepertraukiamasis režimas yra tada, kai ultragarsas nuolat generuojamas.Tuo atveju aparatūroje naudojami du kristalai – vienasultragarso bangoms generuoti, kitas atsispindėjusioms ultragarso bangomspriimti.Dažniausiai naudojamas impulsinis režimas. Jo esmė yra ta, kadultragarsas generuojamas 1–5 μs trunkančiais impulsais kas 1 ms.Pauzės metu tas pats keitiklis priima grįžusius nuo objekto atsispindėjusiusultragarso virpesius. Dėl tokio režimo tas pats kristalas galidirbti kaip ultragarso bangų siųstuvas ir imtuvas.109

ETS-ELU-01 elektroninio skenerio pagrindinės savybės irfunkcinės galimybėsETS-ELU-01 elektroninis skeneris (2.46 pav.) yra bendros paskirties– turi linijinio ir konvekcinio elektroninio skenavimo funkcijas iružtikrina puikią vaizdo kokybę.2.46 pav. ETS-ELU-01 elektroninis skenerisKonvekcinis keitiklis suteikia galimybę plačiau apžvelgti tolimasir ryškiai vaizduoti artimas sritis. Linijinis skenavimas užtikrina artimųsričių plačią apžvalgą ir aukštą vaizdo kokybę gilumoje.ETS-ELU-01 nėra sudėtinga eksploatuoti, todėl užtikrina aukštąpersonalo darbo našumą. Prietaisas turi daug skaičiavimo funkcijų.Šias funkcijas atlieka du mikroprocesoriai, kurie valdomi klaviatūrosir valdymo rankenos. ETS-ELU-01funkcijos:––matuoja atstumus;––apskaičiuoja plotą ir apskritimo ilgį;––matuoja greitį (M-režimu);––atlieka akušerinių parametrų apskaičiavimą.110

2.47 pav. Objekto vaizdas ekrane įjungus prietaisą:1 – pilkosios skalės langelis; 2 – mastelio tinklelis; 3 – B echogramųatvaizdavimo zona; 4 – stebėjimo zonos rodyklė; 5 – skenavimo kryptiesrodyklė; 6 – darbo informacijos laukas; 7 – fokuso taško padėties rodyklėŠis elektroninis skeneris gali būti naudojamas: bendram abdominaliniamvaizdavimui, akušeriniam ir ginekologiniam vaizdavimui,pediatriniam vaizdavimui, onkologiniam vaizdavimui ir kt.Elektroniniame skeneryje yra ultragarsiniai jutikliai, tai––linijinis 3,5 MHz, 95 mm;––konvekcinis 3,5 MHz, R = 60 mm;––skenavimo kampas – 470;––rektalinis, linijinis 5 MHz, 57 mm, skersmuo 17 mm;––linijinis 5 Mhz, 57 mm.Vaizdo ekrane režimai: B, B+M.Ultragarso spindulio fokusavimas: priimant – aštuoniose zonose,siunčiant – vienoje iš keturių zonų pasirinktinai.Stiprinimas: 90 dB, reguliuojamas aštuoniose zonose.Ultragarso skiriamoji geba (100 mm gilumoje):––išilginė 1,0 mm, visiems jutikliams;111

––skersinė 2,0 mm, linijiniam 3,5 MHz;––skersinė 3,0 mm, konvekciniam;––skersinė 1,5 mm linijiniam, 5 MHz;––skersiniam 1,5 mm rektaliniam, 5 MHz.Vaizdo skiriamoji geba 512×512 taškų. Maitinimas 220 V,50 Hz.Darbo eiga:1. Įjungti prietaisą, t. y. nustatyti jungtuką „Tinklas“ („Сеть“) įpadėtį „1“. Įjungus užsidega šviesos indikatorius.2. Įsitikinkite, kad ekrano informacijos laukelyje rodomas teisingasultragarsinio jutiklio indeksas ir darbo dažnis. Naudojamaslinijinis 5 MHz dažnio ultragarsinis jutiklis.3. Keletą kartų nuspauskite mygtuką „Fokusas“ ir įsitikinkite,ar fokuso taško rodyklė juda išilgai masteliu tinklelio dešinėjepusėje nuo echogramos vaizdo.4. Nuosekliai įjunkite γ korekcijos jungiklius. Stebėkite vaizdąekrane.5. Įsitikinkite, ar persislenka ryški balta linija išilgai mastelioskalės ekrano dešinėje, judinant rankenėlę „paslinkimas“.Paspauskite jungiklį „×2“ ir stebėkite, kaip padidėjo echogramosfragmento vaizdas.6. Paspauskite jungiklį „B“, o po to nuosekliai jungiklius ir ir stebėkiteekrane skenavimo ir zondavimo krypties pasikeitimą.7. Paspaudę jungiklį „stebėkite“, kaip gaunamas negatyvinis irpozityvinis atvaizdas.Kontroliniai klausimai1. Kas yra ultragarsas?2. Kuo pasižymi pjezoelektrinis efektas?3. Kokiose srityse ir kam naudojamas ultragarsas?4. Kaip veikia medicinoje naudojama ultragarsinė aparatūra?112

Ataskaitos turinys1. Darbo tikslas.2. Darbo priemonės.3. Medicinoje naudojamos ultragarsinės aparatūros veikimoprincipai.4. Ultragarsinio skenerio funkcinės galimybės.5. Aprašyti vaido apdorojimo operacijas skeneryje.6. Apibendrinimas.LiteratūraSmailys, A. 1985. Ultragarsas medicinoje. Vilnius: Mokslas.Vekteris, V.; Kasparaitis, A.; Kanapėnas, R. 2000. Matavimų teorija irpraktika. Vilnius.113