Tempus Prezentare 1

8/16/2019 Tempus Prezentare 1

1/43

Instrumentație Biomedicală

și Senzori

Introducere

Iavorschi Anatolie


2/43

Conţinutul prezentării

• Introducere în Bioinstrumentaţie Medicală.

• Geneza biocurenţilor celulari.

• Semnalele biomedicale.

• Caracteristicile semnalelor biomedicale.


3/43

Introducere în Electronica Medicală


4/43

Introducere în Electronica Medicală • Dispozitive de diagnosticare:

• Dispozitive de tratament:


5/43

Introducere în Electronica Medicală • Dispozitive de diagnosticare:

ECG, EMG, EEG, Pulsoximetre, Tonometre ş.a.

• Dispozitive de tratament:

Stimulatoare electrice ale muşchilor, Stimulatoare cardiace,Defibrilatoare ş.a.


6/43

Semnalele pentru diagnostic

• Semnalele pentru diagnostic sunt semnalele biomedicale cesunt folosite pentru a extrage informaţia din sistemelebiologice investigate.

• Semnalele biomedicale prezintă evoluţia în timp a unuipotenţial, ce conţine informaţie despre activitatea electricăa unui anumit organ sau ţesut.

D ă l l l


7/43

După natura lor semnalele

biomedicale pot fi:

• Electrice: (se culeg cu electrozi)

Electrocardiograma, Electromiograma,Electroencefalograma, Electrooculograma,

Electroretinograma, Electroneurograma ş.a.

• Neelectrice: (se culeg cu traductori)

Variaţia în timp a presiunii arteriale,Fotopletismograma, Concentraţia de Oxigen în sânge,ş.a.


8/43


9/43

Manifestări electrice ale celulei vii

• Celula este unitatea structurală, funcţională şi geneticăfundamentală a materiei vii.

• Diferenţierea celulară este dată de funcţiile realizate în

organism.

• Astfel există: celule nervoase, musculare, osoase,conjunctive ş.a.


10/43


Structura celulei:


11/43


• Membrana celulară a celuleinervoase, musculare sauglandulare:

• Manifestările electrice ale celuleiau loc la nivelul membranei, deciele pot avea loc doar dacăinteriorul celulei este delimitat demediul extracelular, adică celulaeste întreagă.

• Membrana celulară este formată

dintr-un strat dublu de lipide ceeste întrerupt din loc în loc deproteine, care permit formareaunor pori.


12/43


• Datorită permeabilităţii selective la ioni (Na, K , ş.a.) membrana celularăsepară medii cu compoziţii chimice diferite şi este polarizată.

• Are o grosime de 7 – 15 nm.

• Este slab permeabilă pentru ionii

de Na+.

• Este uşor permeabilă pentru ionii

de K+ şi Cl-.

• O anumită distribuţie electrolitică

în mediul intra-extracelular,

influenţată de aport, metabolism şi eliminare, asigură neutralitateaelectrică a oricărui compartiment al ţesuturilor vii.


13/43


• Numărul anionilor şi al cationilor este acelaşi, atât înmediul celular cât şi în cel extracelular .

• 168 mEg anioni şi 167 mEg cationi în celulă

• 154 mEg anioni şi 154 mEg cationi în spaţiul extracelular


14/43


• Concentraţiile ionilor pentru o celulă musculară a unei broaşte.

• PM – coeficientul de permeabilitate pentru ionii M

• [M] – concentraţia ionilor M în Moli/litru


15/43

Canale Ionice în membrana celulară


16/43


• Sub aspect electric celula poate avea trei stăridiferite:

–Starea de polarizare (starea de repaos);

–Starea de depolarizare (potenţialul de acţiune);

–Starea de repolarizare (relaxarea celulei).


17/43

Starea de polarizare a celulei

• Corespunde repausului celular.

• Se caracterizează electric prin repartiţia sarcinilor pozitive pesuprafaţa celulei şi a sarcinilor negative pe interiorul ei. • Datorită gradientului de concentraţie,

Potasiul (K+) şi Proteinele tind să părăsească

celula, iar Sodiul (Na+) tinde să intre în celulă. • Datorită dimensiunilor moleculare mari ale

proteinelor acestea nu pot ieşi din celulă şi sunt dispuse pe faţainternă a membranei. Sarcina lor negativă determinăelectronegativitatea din interior.

• Scoaterea Sodiului şi a Calciului din celulă prin pompe active şiintrarea unei cantităţi mici de Potasiu contribuie şi mai mult la

scăderea sarcinilor pozitive din interior.


18/43

Starea de polarizare a celulei

• Potasiul extracelular este atras de celulă de către sarcinilenegative ale Proteinelor şi se expune pe exteriorul membraneicelulare şi determină electropozitivitatea pe exterior.

• Astfel se stabileşte un echilibru de potenţiale.

• Membrana în stare de repaus se mai numeşte şi membrană depotasiu.

• Potenţialul de repaus este diferenţa de potenţial dintre mediulintracelular şi cel extracelular.

• Se mai numeşte şi potenţial de membrană.

• Are o valoare constantă şi diferă la diferite

celule: între – 50 mV şi – 100 mV.


19/43

Starea de depolarizare a celulei

• Atunci când celulei în repaus i se aplică un stimul electric (sau de altă

natură), ea trece, sub aspect electric, din starea de polarizare în stareade depolarizare sau de activare.

• Sub influenţa stimulului ionii de Sodiu invadează rapid celula.

• Conductanţa sodiului creşte atât de rapid încât nici un alt electrolit nu

poate trece de membrana în momentul iniţial al activării. • Creşterea concentraţiei de Sodiu (Na+) în celulă deplasează potenţialul

membranei celulare de la nivelul de -90 mV până la -60 mV, nivelnumit “nivel critic ” sau “de prag”, declanşând astfel potenţialul deacţiune.

• Potenţialul membranei trece rapid de la -90 mV la -60 mV apoi la 0 mVşi chiar până la +30 mV.


20/43

Starea de depolarizare a celulei

• Declanşarea potenţialului de acţiune este faza “Zero” apotenţialului şi este caracterizată prin următoarele:

– Intrare masivă a Sodiului (Na+) în celulă;

– Amplitudine în jur de 120 mV;

– Viteză mare de desfăşurare (dv/dt); – Atât amplitudinea cât şi viteza de propagare sunt dependente de

concentraţia de Sodiu care intră în celulă;

– Producerea unei răsturnări a potenţialului de membrană celulară

(overshoot), prin care interiorul celulei devine electropozitiv iarsuprafaţa electronegativă.


21/43

Potenţialul de acţiune şi fazele lui

• Faza 0 – Declanşarea potenţialului de acţiune

• Faza 1 – Repolarizarea rapidă

• Faza 2 – Repolarizarea lentă

• Faza 3 – Repolarizarea terminală

• Faza 4 – Starea de repaus


22/43

Starea de repolarizare a celulei

• Este faza de refacere, sau recuperare, a distribuţiei ionice şia potenţialului electric de repaus.

• Repolarizarea se desfăşoară în trei etape:

– Repolarizarea Rapidă; – Repolarizarea Lentă;

– Repolarizarea Terminală.


23/43

Repolarizarea Rapidă

• Începe odată cu epuizarea stimulului.

• Se caracterizează prin inactivarea canalelor sodice rapide,astfel încât foarte puţin sodiu mai reuşeşte să intre în celulă.

• Se deschid canalele lente ce permit intrarea Calciului (Ca2+)

şi a Clorului (Cl-

) în celulă. • Reprezintă faza 1 a potenţialului de acţiune unde curba

coboară până la zero.


24/43


25/43


26/43

Repolarizarea Terminală.

• În cazul celulelor miocardice contractile se întrerupe doarla apariţia unui alt stimul care declanşează potenţialul deacţiune.

• În cazul celulelor dotate cu automatism faza a 4-a nu meieste potenţialul de repaus.

• În aceste celule se produce o depolarizare lentă diastolicăcare aduce potenţialul membranei la nivelul de prag,ceea ce declanşează potenţialul de acţiune.

• Depolarizarea lentă diastolică este favorizată decatecolamine, sub influenţa cărora Sodiul (Na+) intrăspontan în celulă.


27/43

Potenţialul de acţiune şi fazele lui

• Faza 0 – Declanşarea potenţialului de acţiune

• Faza 1 – Repolarizarea rapidă

• Faza 2 – Repolarizarea lentă

• Faza 3 – Repolarizarea terminală

• Faza 4 – Starea de repaus


28/43

Stările de excitabilitate

• Desfăşurarea potenţialului de acţiune situiază celula, dinpunct de vedere al excitabilităţii, în trei stări diferite:

– Perioada refractară absolută;

– Perioada refractară relativă;

– Perioada supranormală.


29/43

Perioada refractară absolută

• Corespunde depolarizării.

• În această perioadă nici un stimul, cât de mare nu ar fi el, nuproduce un răspuns din partea celulei.

• Corespunde timpului necesar ca canalele de conducţie

ionică să treacă din starea activă în starea de repaus, pentruca membrana celulară să fie capabilă să răspundă unuistimul extern.

• Prelungirea perioadei refractare după încetarea stimului

reprezintă funcţia de filtrare a acestuia.


30/43

Perioada refractară relativă

• Corespunde existenţei unui număr suficient de canale înstarea de repaus care nu conduc dar sunt gata să conducăionii la apariţia unui stimul de o intensitate normală.

• Această perioadă corespunde repolarizării terminale cândpotenţialul membranei ajunge la minus 60 mV.


31/43

Perioada supranormală

• Această perioadă se situiază la începutul şi sfârşitul diastoleielectrice.

• În această perioadă chiar şi un stimul de o intensitate slabă

poate declanşa potenţialul de acţiune.


32/43

Răspunsul potenţialului de membrană la stimulare


33/43

Circuitul electric echivalent al membranei

• Starea de repaus: – RK+ = 1 k

– VK+ ≈ -91 mV

– RNa+ = 150 k

– VNa+ ≈ 62 mV

– C = 1 ... 10 F/cm2

– UM = -90 mV


34/43

Circuitul electric echivalent al membranei

• La stimulare: – RNa+ ≈ 390

– UM ≈ 20 mV

• La Repolarizare:

– Scade brusc RK+

– Creşte RNa+

– Se restabileşte UM


35/43

Geneza biocurenţilor în organe şi ţesuturi • Organele şi ţesuturile manifestă o activitate electrică.

• Biocurenţii sunt rezultanta globală a activităţii electrice acelulelor individuale componente a organelor sauţesuturilor.

• Activitatea electrică globală a unui organ poate fi înregistrată cu ajutorul dispozitivelor electronice specialecare culeg aceste semnale cu ajutorul electrozilor, leprelucrează şi le redau într-o anumită formă.

• Semnalele activităţii electrice a unui anumit organ se mainumesc şi electrograme.

l l l CG


36/43

Exemplu: semnalul ECG


37/43

Investigaţii bazate pe semnalele electrice

• Măsurarea potenţialelor de acţiune: – Generat de membrana excitabilă a celulei nervoase;

– Electroneurograma (ENG) generată de nerv fără penetrareamembranei celulare;

– Electromiograma(EMG) generată de muşchi, ş.a.

• Măsurarea potenţialelor inimii – Electrocardiograma(ECG);

• Reflexul galvanic al pielii (RGP) datorat glandelorsudoripare ca răspuns la stimulii emoţionali;


38/43


• Măsurarea potenţialelor creierului:• Când nu se efectuiază o activitate specifică

Electroencefalograma (EEG);

• Ca răspuns la un stimul specific (Potenţiale Evocate):

• Vizual;• Somatosenzorial;• Auditiv.

• Măsurarea semnalelor magnetice ale creierului(Magnetoencefalograma);


39/43


• Măsurarea potenţialelor retinei ca răspuns la un stimulluminos – Electroretinograma (ERG);

• Măsurarea potenţialelor ochiului – Electrooculograma(EOG);

• Măsurarea semnalelor magnetice ale inimii – Magnetocardiograma (MCG);

• Măsurarea semnalelor asociate cu creşterea oaselor şibiofeedback.


40/43

Semnale Biomedicale şi caracteristicile lor

• Electrocardiograma (ECG) 0,5 – 4 mV 0,01 – 250 Hz

• Electroencefalograma (EEG) 5 – 300 V 0 – 150 Hz

• Electrogastrograma (EGG) 10 – 10000 V 0 – 1 Hz

• Electromiograma (EMG) 0,1 – 5 mV 0 – 10 kHz

• Electrooculograma (EOG) 50 – 3500 V 0 – 50 HZ

• Electroretinograma (ERG) 0 – 900 V 0 – 50 Hz

• Potenţialele nervoase 0.01 – 3 mV 0 – 10 kHz


41/43

Comparaţia caracteristicilor biosemnalelor


42/43

Vă mulţumim pentru atenţie!!!


43/43

Tempus Prezentare 1

Documents

Transcript of Tempus Prezentare 1