1. Класифікація медичних вп.

1.1. За призначенням:

• медичні ВП (діагностика та лікування людини);

• ВП для фізіологічних експериментів;

• ВП для визначення стану оператора;

• ВП для дослідження біологічних об'єктів;

• ВП для керування біологічним об'єктом.

1.2. За характером застосування:

• внутрішньопорожнинні ВП;

• вживлювані ВП (імплантовані);

• поверхневі (на шкірі);

• зовнішні (виносні) ВП;

• постійнодіючі;

• контрольні та сигналізуючі;

• ВП для досліджень у спеціальних умовах;

  • лабораторні та еталонні ВП (для калібрування).

1.3. За ступенем точності:

• за класом точності;

• відповідно до вимог для рішення конкретних задач.

1.4.За зв'язком чутливого елемента ВП з об'єктом вимірювання:

• контактні;

• безконтактні.

1.5. За принципом перетворення вимірюваного параметра в електричний сигнал:

• генераторні (активні);

• параметричні (пасивні);

• ВП з непрямим перетворенням вимірюваного параметра в електричний сигнал через коливання іншого виду.

Активні перетворювачі трансформують неелектричну енергію безпосеред­ньо в електричну (термоелементи, фотоелементи тощо). Для дії пасивних пе­ретворювачів потрібна допоміжна енергія, сам перетворювач її не використо­вує, а під дією неелектричної енергії змінює величину допоміжної (наприклад терморезистор). Існують пасивні перетворювачі, які фіксують зміну постійної зовнішньої енергії, що вводиться в біологічний об'єкт (БО), залежно від цього показника, (наприклад фотоелектричний перетворювач на кінці пальця пацієнта дає електричний сигнал, пропорційний інтенсивності світла через пульсацію судин, тканин). При використанні пасивних перетворювачів завжди необхідна постійна зовнішня енергія. Вивчення змін цієї енергії, залежно від досліджува­ного показника, дозволяє оцінити останній. Ці перетворювачі називають "опитувальними пасивними".

1.6. За фізичними явищами, які лежать в основі функціонування первинних перетворювачів:

• ВП без перетворення (хвилеводи, світловоди);

• ВП при зміні опору металевого проводника, при деформації або зміні температури (дротові, фольгові тензометри, електротермометри);

• ВП при зміні опору напівпровідника, при деформації або зміні температури(п'єзорезистивні, терморезистивні, транзисторні);

• ємнісні ВП;

• індуктивні ВП;

• п'єзоелектричні ВП;

• електронні ВП;

• електрохімічні ВП;

• фотоелектричні ВП;

• ВП з використанням ефекту радіоактивності;

• оптичні ВП;

• акустичні ВП.

Всі первинні перетворювачі ( здавачі) пристроїв за принципом дії медико-біологічної інформації (МБІ) поділяються на дві групи – біокеровані та енергетичні. Біокеровані змінюють свої параметри безпосередньо під впливом вимірюваної величини. Їх поділяють на активні ( генераторні) і пасивні ( параметричні). Генераторним називають такий перетворювач, у якому під впливом вимірюваної величини генерується електричний сигнал. До них належать п'єзоелектричні , термоелектричні, індукційні давачі. В параметричному здавачі під впливом вимірюваної величини змінюється будь-який його параметр. Якщо змінюється індуктивність, то давач індуктивний, якщо ємність - ємнісний, якщо омічний опір - резистивний. Енерге­тичні давачі створюють у досліджуваному органі немодульований енергетичний потік (світловий, електромагнітний, ультразвуковий і т.д.) з постійними в часі ха­рактеристиками. Вимірюваний параметр впливає на характеристики енергетично­го потоку і змінює його показання пропорційно своїм змінам. Енергетичні перетво­рювачі мають потребу в додатковому джерелі для створення енергетичного пото­ку. Найпоширенішими є ультразвукові та фотоелектричні перетворювачі.

Електроди - це провідники спеціальної форми, за допомогою яких частина електричного ланцюга, складена з проводів, з'єднується з іншою частиною, із не­металевим типом провідності (наприклад, з частиною тіла, органом, поверхнею шкіри, тощо). Електроди найчастіше використовують для отримання електрично­го сигналу, що реально існує в досліджуваному організмі. Вони просто виконують роль контакту в електричному ланцюзі, здійснюючи відведення електричного сиг­налу з тим або іншим ступенем втрат, залежним від якості контакту між електро­дом і тією частиною організму, з якою він стикається. Залежно від виду тканин (або органів), біоелектрична активність яких досліджується, розрізняють електро­кардіографію (ЕКГ) - дослідження електричної активності серця, електроенцефа-лографію (ЕЕГ) - дослідження біоелектричної активності мозку, електроміогра­фію (ЕМГ) - аналіз електричної активності м'язів, електроокулографію (ЕОГ) -дослідження змін потенціалу, обумовленого рухом очного яблука та електрогаст­рографію (ЕГГ) - аналіз варіації електричних сигналів, викликаних моторною діяль­ністю шлунка. В деяких випадках електроди можуть використовуватися не для реєстрації електричних потенціалів, реально наявних в живому організмі, а для підве­дення до організму деякої зовнішньої електричної дії. Така ситуація має місце, наприклад, в електроплетизмографїії (реографії), за допомогою якої досліджують­ся коливання інтенсивності кровотоку в органі або кровоносних судинах. Змінна напруга високої частоти (ЗО - 250 кГц) прикладається за допомогою електродів до досліджуваної ділянки тіла. Вимірюючи варіацію повного електричного опору (імпеданс) тканин, що включає активну і реактивну компоненту, можна судити про характер зміни кровонаповнення тканин.

Конструкції та характеристики електродів залежать від області їх застосу­вання.

За призначенням електроди можна поділити на чотири групи:

• для одноразового застосування (у кабінетах функціональної діагностики тощо);

• для тривалого безперервного спостереження за біоелектричними сигналами (в умовах палат реанімації, інтенсивної терапії);

• для динамічного спостереження (в палатах реабілітації, в спортивній медицині);

• для екстреного застосування (в умовах невідкладної терапії, швидкої допомоги).

Для короткочасного зняття грудних відведень ЕКГ застосовують так званий електрод-присмоктувач. Цей електрод оснащений гумовим балончиком, який дає можливість просто та достатньо надійно закріпити власне електрод в потрібному місці грудної клітки. Проте, такий електрод не можна використовувати для трива­лої реєстрації через недостатню герметичність та можливі крововиливи у шкіру та підшкірну клітковину.

Основними специфічними та метрологічними вимогами до біомедичних ВП є наступні:

• відсутність впливу на функціональні властивості організму (не повинні подразнювати шкіру та слизову оболонку);

• необхідна чутливість і точність;

• відсутність або мала величина гістерезису (усуває неоднозначність показань);

• стабільність характеристик у часі;

• обумовлена динамічна характеристика (частотний діапазон, мала постійна часу встановлення);

• висока перевантажувальна здатність;

• стійкість до хімічних і біологічних впливів;

• незначний вплив на роботу інших приладів;

• спрямованість дії (малий вплив зміни навантаження на параметри вихідного ланцюга);

• електробезпечність;

• безвідмовна робота, надійність;

• простота, технологічність конструкції;

• зручність експлуатації;

• уніфікованість і взаємозамінність;

• стійкість до агресивних середовищ;

• дизайн;

• масогабаритні показники;

• вартість.

Перераховані вище характеристики застосовуються для опису всіх перетворювачів, як медичних, так і промислових, але є кілька характеристик, що особливо важливі, коли перетворювачі застосовуються в медичній практиці Як правило, медичні сигнали мають меншу інтенсивність, ніж сигнали в промислово­му устаткуванні, тому в медицині потрібні чутливіші перетворювачі. Важливо також, щоб перетворювач не впливав на пацієнта, Крім того, перетворювачі, призна­чені для застосування в клініках, повинні бути легкодоступними для очистки, стерилізації.

Перетворювачі, призначені для тривалого використання (вживлювані в організм) мають бути виготовлені з хімічно нейтрального, такого, що не подраз­нює тканину матеріалу, щоб не викликати запалення або відторгнення організмом. Важливими також є маса та габарити перетворювача. Наприклад, перетворювач,що вимірює тиск у порожнині серця, повинен бути настільки малим, щоб його мож­на було ввести через судинну систему пацієнта. Надзвичайно важливо, щоб ме­дичні перетворювачі були дуже надійними, тому що дані, котрі отримуються з їх допомогою, відіграють вирішальну роль при встановленні діагнозу.