Pracownia Sygnałów Biologicznych/Zajecia 1 - Historia wersji

Jarekz o 19:10, 5 maj 2024

2024-05-05T19:10:03Z

Jarekz o 14:51, 29 lut 2024

2024-02-29T14:51:37Z

Jarekz: /* Uruchamianie wzmacniacza */

2022-03-08T14:51:22Z

Uruchamianie wzmacniacza

Jarekz: /* Czas na krótkie podsumowanie */

2022-03-01T14:57:43Z

Czas na krótkie podsumowanie

Jarekz: /* Przetwornik analogowo cyfrowy */

2021-03-02T07:59:03Z

Przetwornik analogowo cyfrowy

Jarekz: /* Filtry analogowe */

2021-03-02T07:58:32Z

Filtry analogowe

Jarekz: /* Blok wzmacniaczy */

2021-03-02T07:57:22Z

Blok wzmacniaczy

Jarekz: /* Blok wzmacniaczy */

2021-03-02T07:51:12Z

Blok wzmacniaczy

Jarekz: /* Bezpieczeństwo pomiarów sygnałów bioelektrycznych */

2021-03-02T07:49:30Z

Bezpieczeństwo pomiarów sygnałów bioelektrycznych

Jarekz: /* Wprowadzenie */

2021-02-17T13:33:44Z

Wprowadzenie

@@ Linia 2: / Linia 2: @@
 __NOTOC__
-[https://brain.fuw.edu.pl/edu/index.php/Pracownia_Sygna%C5%82%C3%B3w_Bioelektrycznych Strona pracowni]
+[[Pracownia Sygnałów Bioelektrycznych]]/Wprowadzenie
 ==Wprowadzenie==

← poprzednia wersja		Wersja z 14:51, 29 lut 2024
Linia 1:		Linia 1:

	__NOTOC__		__NOTOC__
		+
		+	[https://brain.fuw.edu.pl/edu/index.php/Pracownia_Sygna%C5%82%C3%B3w_Bioelektrycznych Strona pracowni]

	==Wprowadzenie==		==Wprowadzenie==

@@ Linia 361: / Linia 361: @@
 == Oprogramowanie używane na zajęciach ==
 === Uruchamianie wzmacniacza ===
@@ Linia 368: / Linia 372: @@
 ** Kliknąć w ikonkę &bdquo;start wzmacniacz&rdquo; na pulpicie &mdash; w ciągu kilkunastu sekund powinien się pojawić napis &bdquo;serial&rdquo; na wyświetlaczu wzmacniacza.
 * Aby wyłączyć wzmacniacz, klikamy ikonkę &bdquo;stop wzmacniacz&rdquo;.
 === Svarog ===

@@ Linia 290: / Linia 290: @@
 ====Czas na krótkie podsumowanie====
-Jak przekonamy się już niedługo w trakcie praktycznej części zajęć, parametry współczesnej aparatury umożliwiają wykrywanie bardzo słabych sygnałów bioelektrycznych. Nawet najlepsza aparatura nie zapewni nam wystarczającej jakości sygnałów jeśli nie będziemy przestrzegać pewnych reguł. Elektrody pomiarowe są pierwszym i bardzo ważnym elementem układu pomiarowego. Całkowita impedancja pomiędzy skórą a elektrodą, mająca kluczowy istotny wpływ na jakość rejestrowanego sygnału, od impedancji skóry oraz impedancji samej elektrod. ta ostania z kolei wynika z jej kształtu, wielkości i materiałów z jakich została wykonana elektroda, zatem od czynników na które nie mamy wpływy. Od nas jednak będzie zależało, jak długo parametry elektrod pozostaną na wysokim poziomie. &bdquo;Brutalne&rdquo; obchodzenie się z elektrodami doprowadzi do ich szybkiego zużycia. Ważne jest również to, aby wszystkie elektrody stosowane do pomiaru danej czynności bioelektrycznej były w tym samym stopniu zużyte. Na przykład, rejestrując sygnał EEG najprawdopodobniej zastosujemy elektrody Ag-AgCl. Jak już wspomniano, warstwa chlorku srebra stosunkowo szybko ulega zniszczeniu. Jeśli do badania czynności elektrycznej mózgu zastosujemy elektrodę z wytartą warstwą chlorku srebra, powstanie na tej elektrodzie potencjał DC o wielkości 700 mV. Z koli na elektrodzie, która tę warstwę będzie miała nienaruszoną potencjał DC wyniesie ~200 mV. Pomiędzy tymi elektrodami wytworzy się zatem różnica potencjałów o wielkości około 0.5 V!
+Jak przekonamy się już niedługo w trakcie praktycznej części zajęć, parametry współczesnej aparatury umożliwiają wykrywanie bardzo słabych sygnałów bioelektrycznych. Nawet najlepsza aparatura nie zapewni nam wystarczającej jakości sygnałów jeśli nie będziemy przestrzegać pewnych reguł. Elektrody pomiarowe są pierwszym i bardzo ważnym elementem układu pomiarowego. Całkowita impedancja pomiędzy skórą a elektrodą, mająca kluczowy istotny wpływ na jakość rejestrowanego sygnału, od impedancji skóry oraz impedancji samej elektrody. Ta ostania z kolei wynika z jej kształtu, wielkości i materiałów z jakich została wykonana elektroda, zatem od czynników, na które nie mamy wpływy. Od nas jednak będzie zależało, jak długo parametry elektrod pozostaną na wysokim poziomie. &bdquo;Brutalne&rdquo; obchodzenie się z elektrodami doprowadzi do ich szybkiego zużycia. Ważne jest również to, aby wszystkie elektrody stosowane do pomiaru danej czynności bioelektrycznej były w tym samym stopniu zużyte. Na przykład, rejestrując sygnał EEG najprawdopodobniej zastosujemy elektrody Ag-AgCl. Jak już wspomniano, warstwa chlorku srebra stosunkowo szybko ulega zniszczeniu. Jeśli do badania czynności elektrycznej mózgu zastosujemy elektrodę z wytartą warstwą chlorku srebra, powstanie na tej elektrodzie potencjał DC o wielkości 700 mV. Z kolei na elektrodzie, która tę warstwę będzie miała nienaruszoną potencjał DC wyniesie ~200 mV. Pomiędzy tymi elektrodami wytworzy się zatem różnica potencjałów o wielkości około 0.5 V!
 ===Blok wzmacniaczy===

@@ Linia 332: / Linia 332: @@
 -->
 ===Przetwornik analogowo cyfrowy===
+-->
 ===O bezpieczeństwie pomiarów sygnałów bioelektrycznych raz jeszcze===

@@ Linia 328: / Linia 328: @@
 * W celu eliminacji zakłóceń, dokonuje się różnicowego pomiaru sygnału bioelektrycznego.
 ===Filtry analogowe===
 ===Przetwornik analogowo cyfrowy===

@@ Linia 307: / Linia 307: @@
 <br/>
 Zwykle powyższy spadek napięcia wynosi od około 100 do 1000 &mu;V, w niekorzystnych warunkach może jednak osiągnąć wartość nawet 100 mV! W zaproponowanej konstrukcji aparatury pomiarowej napięcie wejściowe do wzmacniacza mierzone jest względem pływającej masy, w związku z czym sygnał bioelektryczny zostanie zniekształcony artefaktem sieciowym, powstałym w wyniku spadku napięcia na elektrodzie na impedancji <math>R_m</math>, przez którą płynie prąd ''I''. Proszę zauważyć, iż prąd powstały w wyniku sprzężeń z siecią nie płynie przez elektrodę pomiarową, co wynika z bardzo dużej impedancji wejściowej wzmacniacza.<br/>
-Następny pomysł na poprawienie jakości aparatury pomiarowej, to nie wzmacnianie napięcia, tylko różnicy napięć, poprzez zastosowanie wzmacniacza różnicowego (wstawić link do Wikipedii). Wzmacniacz taki posiada dwa wejścia, nie zmieniające fazę sygnału (oznaczone symbolem &bdquo;+&rdquo;) oraz wejście odwracające fazę. Osoby bardziej zainteresowane wzmacniaczami różnicowymi zachęcamy do przestudiowania pozycji Nadachowski M. (1985), Horowitz P. (2009). Teoretyczne zastosowanie wzmacniacza różnicowego w układzie zaprezentowanym na rysunku <xr id="fig:wzmacniacz_2">rys. %i</xr> można opisać w następujący sposób. Elektroda pomiarowa o impedancji <math>R^1_{es}</math> rejestruje sygnał bioelektryczny <math>V_1</math>, którego amplituda wyznaczana jest względem elektrody masy, mającej potencjał <math>V_m</math> (związany z zakłóceniami sieciowymi). Na wejściu wzmacniacza, do którego podłączona jest elektroda <math>R^1_{es}</math>, dostajemy napięcie: <br/>
+Następny pomysł na poprawienie jakości aparatury pomiarowej, to nie wzmacnianie napięcia, tylko różnicy napięć, poprzez zastosowanie [https://pl.wikipedia.org/wiki/Wzmacniacz_różnicowy| wzmacniacza różnicowego]. Wzmacniacz taki posiada dwa wejścia, nie zmieniające fazę sygnału (oznaczone symbolem &bdquo;+&rdquo;) oraz wejście odwracające fazę. Osoby bardziej zainteresowane wzmacniaczami różnicowymi zachęcamy do przestudiowania pozycji Nadachowski M. (1985), Horowitz P. (2009). Teoretyczne zastosowanie wzmacniacza różnicowego w układzie zaprezentowanym na rysunku <xr id="fig:wzmacniacz_2">rys. %i</xr> można opisać w następujący sposób. Elektroda pomiarowa o impedancji <math>R^1_{es}</math> rejestruje sygnał bioelektryczny <math>V_1</math>, którego amplituda wyznaczana jest względem elektrody masy, mającej potencjał <math>V_m</math> (związany z zakłóceniami sieciowymi). Na wejściu wzmacniacza, do którego podłączona jest elektroda <math>R^1_{es}</math>, dostajemy napięcie: <br/>
 <br/>
 <math>U^1_{we} = V_1 - V_m </math> <br/>

@@ Linia 293: / Linia 293: @@
 ===Blok wzmacniaczy===
-[[Plik:czlowiek_w_polu_elektrycznym.png|250px|thumb|right|<figure id="fig:czlowiek_w_polu_elektrycznym"></figure>Sprzężenie człowieka z siecią elektryczną jest głównym, zewnętrznym źródłem zakłóceń zakłóceń pomiaru sygnału bioelektrycznego.]]
+[[Plik:czlowiek_w_polu_elektrycznym.png|250px|thumb|right|<figure id="fig:czlowiek_w_polu_elektrycznym"></figure>Sprzężenie człowieka z siecią elektryczną jest głównym, zewnętrznym źródłem zakłóceń pomiaru sygnału bioelektrycznego.]]
 [[Plik:wzmacniacz_1.png|250px|thumb|right|<figure id="fig:wzmacniacz_1"></figure>Schemat połączenia badanej osoby z pierwszymi konstruowanymi wzmacniaczami do rejestracji sygnałów bioelektrycznych.]]
 [[Plik:wzmacniacz_2.png|250px|thumb|right|<figure id="fig:wzmacniacz_2"></figure>W celu eliminacji zakłóceń, napięcie wejściowe na wzmacniaczu nie wyznacza się względem ziemi, lecz względem wspólnej dla człowieka i wzmacniacza masy (nazywanej masą pływającą), izolowanej od standardowej ziemi. w wyniku sprzężenia pojemnościowego ciągle jednak przez pacjenta a nastepnie przez elektrodę masy płynie pewien prąd.]]

@@ Linia 33: / Linia 33: @@
 === Bezpieczeństwo pomiarów sygnałów bioelektrycznych ===
-W trakcie rejestracji sygnałów bioelektrycznych rejestrowane są zmiany pola elektrycznego lub magnetycznego powstałe w wyniku czynności odpowiednich tkanek czy narządów. Badana osoba nie jest prześwietlana promieniowaniem jonizującym, ani też nie podawane są jej żadne radiofarmaceutyki. W związku z tym uważa się, że pomiar sygnałów elektrycznych nie niesie ze sobą żadnych skutków ubocznych dla pacjenta. Jednakże, sygnały o tak niskiej amplitudzie jak sygnały bioelektryczne, wymagają wzmocnienia, zanim zostaną dalej przetworzone i przeanalizowane. Wzmacniacze wchodzące w skład aparatury pomiarowej najczęściej zasilane są z sieci elektrycznej 220 V/50 Hz. Blok zasilający aparaturę pomiarową oczywiście posiada zabezpieczenia uniemożliwiające porażenie pacjenta prądem z sieci elektrycznej (w dalszej części skryptu dowiemy się co to za zabezpieczenia), aczkolwiek w przypadku niewłaściwego obchodzenie się ze sprzętem może dojść do przepływu przez badaną osobę prądu z sieci elektrycznej. W Tabeli I zaprezentowano skutki biologiczne przepływu przez człowieka prądu o różnych natężeniach.
+W trakcie rejestracji sygnałów bioelektrycznych rejestrowane są zmiany pola elektrycznego lub magnetycznego powstałe w wyniku czynności odpowiednich tkanek czy narządów. Badana osoba nie jest prześwietlana promieniowaniem jonizującym, ani też nie podawane są jej żadne radiofarmaceutyki. W związku z tym uważa się, że pomiar sygnałów elektrycznych nie niesie ze sobą żadnych skutków ubocznych dla pacjenta. Jednakże, sygnały o tak niskiej amplitudzie jak sygnały bioelektryczne, wymagają wzmocnienia, zanim zostaną dalej przetworzone i przeanalizowane. Wzmacniacze wchodzące w skład aparatury pomiarowej najczęściej zasilane są z sieci elektrycznej 230 V/50 Hz. Blok zasilający aparaturę pomiarową oczywiście posiada zabezpieczenia uniemożliwiające porażenie pacjenta prądem z sieci elektrycznej (w dalszej części skryptu dowiemy się co to za zabezpieczenia), aczkolwiek w przypadku niewłaściwego obchodzenie się ze sprzętem może dojść do przepływu przez badaną osobę prądu z sieci elektrycznej. W Tabeli I zaprezentowano skutki biologiczne przepływu przez człowieka prądu o różnych natężeniach.
 {| class="wikitable"

@@ Linia 10: / Linia 10: @@
 * Elektromiogram (gr. elektron ''elektryczny'', mys/myos ''mięsień'', gramma ''litera/pismo'', w skrócie EMG), czyli zapis czynności elektrycznej mięśni.
 * Elektrookulogram, w skrócie EOG, czyli zapis czynności elektrycznej związanej z ruchem oka.
-* Reakcja skórno-galwaniczna (reakcja elektryczna skóry, ang. ''galvanic skin response'', GSR).
 * Elektroencefalogram (gr. elektron ''elektryczny'', enkephalos ''mózg'', gramma ''litera/pismo'', w skrócie EEG), czyli zapis czynności elektrycznej mózgu.
@@ Linia 23: / Linia 23: @@
 * Puls (ang. ''pulse rate'', PR).
 * Ciśnienie tętnicze (ang. ''blood pressure'', BP).
 Nie są to jednak sygnały o naturze elektrycznej i nie będziemy się nimi zajmowali na tych zajęciach.