Univerzitet Crne Goreapeg.ac.me/nastava/MEDEL_1.pdf · 2020-05-23 · Nervni sistem [1] • Nervni...

Medicinska elektronika ETF Podgorica

Univerzitet Crne Gore

Prof. dr Radovan Stojanović 2020

http://www.apeg.ac.me/rstojanovic.htm http://apeg.ac.me/medel/

http://www.apeg.ac.me/rstojanovic.htm

http://www.apeg.ac.me/rstojanovic.htm

http://apeg.ac.me/medel/


UVOD

• O kursu

– Teorijsko-praktičnog karaktera, akcenat na praktičan rad! Rešavanje realnih problema!

– Nacin ocjenjivanja

• 5 prisustvo

• 15 laboratorija

• 40 kolokvijum

• 60 završni

Bioelektrični procesi u

organizmu, elektrografija, ECG, EEG, EMG

Literatura 1. http://www2.masfak.ni.ac.rs/sitegenius/article.php?aid=5508

2. http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/PH709_Heart/PH709_Heart2.html

3. https://www.egr.msu.edu/classes/ece445/mason/Files/6-Biopotentials.pdf

4. https://www.researchgate.net/publication/226675211_Basic_ECG_Theory_Recordings_and_Interpretation

5. https://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography

6. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/ra/c3ra44657c/unauth#!divAbstract

7. https://imotions.com/blog/eeg/

http://www2.masfak.ni.ac.rs/sitegenius/article.php?aid=5508







http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/PH709_Heart/PH709_Heart2.html









https://www.egr.msu.edu/classes/ece445/mason/Files/6-Biopotentials.pdf






https://www.researchgate.net/publication/226675211_Basic_ECG_Theory_Recordings_and_Interpretation




https://en.wikipedia.org/wiki/Electrocardiography

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/ra/c3ra44657c/unauth#!divAbstract







https://imotions.com/blog/eeg/

https://imotions.com/blog/eeg/

Biolektrični procesi [1]

• Bioelektrični procesi igraju važnu ulogu u fiziologiji živih bića, naročito u medicini. Proučavanje bioelektričnih i biomagnetnih pojava u živoj materiji, posebno u ljudskom organizmu, od izuzetne je važnosti za razumevanje funkcionisanja organizma. U osnovi, postoje dva aspekta izučavanja elektriciteta i magnetizma u medicini:

• električni i magnetni efekti generisani u ljudskom organizmu (biostruje, biopotencijali, biomagnetna polja),

• primena elektriciteta i magnetizma na ljudski organizam u cilju dijagnostike.

• Medicina je napredovala zahvaljujući tehnici, ne klinici!

• Obično inženjeri i studenti pojačavaju električne pojave oko sebe, a ne u sebi! Ovaj kurs ima za cilj suprotno. Da proučavamo električne pojave u sebi ili da ih generišemo spolja prema našem tijelu, u cilju zaštite zdravlja sebe i drugih.

Bioelektrični procesi [1]

• Svaka funkcija ljudskog organizma ili njegovih djelova praćena je odgovarajućom promenom rasporeda naelektrisanja. Ta promena se može prostirati kroz nervni sistem u vidu električnog signala. U cilju obavljanja velikog broja funkcija organizma, mnogobrojni električni signali se neprekidno generišu i transportuju kroz nervni sistem.

• Princip biološkog generisanja elektriciteta je zaokupljao pažnju naučnika od Galvania i Volte, preko Nersta , da bi bio konačno objašnjen od strane Hodgkina i Huxleya . Mada još uvijek su veoma aktuelna istraživanja na ovu temu.

Bioelektrični procesi [1]

• Svaka funkcija ljudskog organizma ili njegovih delova praćena je odgovarajućom promenom rasporeda naelektrisanja. Ta promena se može prostirati kroz nervni sistem u vidu električnog signala. U cilju obavljanja velikog broja funkcija organizma, mnogobrojni električni signali se neprekidno generišu i transportuju kroz nervni sistem.

• Princip biološkog generisanja elektriciteta je zaokupljao pažnju naučnika od Galvania i Volte (kraj 18tog vijeka), preko Nersta (Nobel), da bi bio konačno objašnjen od strane Hodgkina i Huxleya (takodje Nobel).

• Selektivnim merenjem parametara specifičnog signala, bez unošenja bilo kakvog poremećaja u normalno funkcionisanje organizma, možemo dobiti korisne dijagnostičke informacije o pojedinim funkcijama organa organizma.

Bioelektrični procesi u ... [1]

• Selektivnim merenjem parametara specifičnog signala, bez unošenja bilo kakvog poremećaja u normalno funkcionisanje organizma, možemo dobiti korisne dijagnostičke informacije o pojedinim funkcijama organa organizma.

• Ljudski organizam takođe može (namjerno ili ne) biti izložen dejstvu spoljnog električnog ili magnetnog polja ili se kroz njega može propuštati električna struja. Proučavanje i registrovanje odgovora organizma, kao sredine specifičnih provodnih karakteristika, na dejstvo električne struje i uticaj električnog i magnetnog polja može se uspešno upotrebiti u dijagnostici i terapiji. Velikim brojem navedenih aspekata, koji su vezani za elektricitet i ljudski organizam, bavi se i medicinska elektronika.

Nervni sistem [1]

• Nervni sistem igra fundamentalnu ulogu u skoro svim funkcijama organizma. Mozak kao centralni kompjuter prima unutarnje i spoljne signale i šalje odgovore. Informacije se u oba smera prostiru u vidu električnih signala duž nerava. Ovaj efikasni komunikacioni sistem je u stanju da velikom brzinom upravlja sa više miliona informacija istovremeno.

• U morfološkom smislu nervni sistem se dijeli na dva osnovna dijela: centralni nervni sistem i periferni nervni sistem. Centralni nervni sistem (CNS) čine mozak i kičmena moždina, koja se nalazi u kičmenom kanalu. Periferni nervni sistem (PNS) se sastoji od moždanih nerava i kičmenih nerava.

https://s3-us-west-2.amazonaws.com/courses-images-archive-read-only/wp-content/uploads/sites/1164/2016/09/23211932/CNX_Psych_03_03_NervSystem.jpg

Nervni sistem...

• Ljudski nervni sistem je „računar“ zasnovan na sistemu i mreži neuronskih celija koje sakupljaju, prenose,

obrađuju i skladište informacije u obliku elektrohemijskih

signala.

Nervni sistem... [1]

• Osnovna strukturna jedinica nervnog sistema je neuron, nervna ćelija specijalizovana za prijem, interpretaciju i prenos električnih poruka. Mada ima više tipova, neuron se u osnovi sastoji od tela (some, perikariona), koje prima električne poruke od drugih neurona preko sinapsa lociranih na njemu ili njegovim dendritima i aksona, nervnog vlakna (može biti dugačko i do 1 m) koje prenosi električne signale drugim neuronima, mišićnim vlaknima ili žlezdama. Akson se pri kraju deli na grane, na čijem se kraju nalaze nervni završeci u obliku pločica. Akson može, u principu, da prenosi električne signale u oba smera. Međutim, signal se po pravilu prenosi od tela ka sinapsama. Sinapse, sa svoje strane, dozvoljavaju transport signala samo u smeru od sopstvenog neurona ka drugom neuronu. Akson je obično obavijen mijelinom, materijalom koji ima osobine izolatora. Mijelinizovana nervna vlakna malog dijametra (oko 10 μm), kakva su najčešće kod čoveka, omogućuju veliku brzinu prostranja signala od oko 100 m/s. Osim toga, s obzirom na mali dijametar, veliki broj ovakvih vlakana (oko 10.000) može biti upakovan u svežanj (nerv) poprečnog preseka od svega 1 – 2 mm2. Na taj način se na malom prostoru obezbeđuje veliki broj kanala za simultano provođenje

električnih signala.

Membranski potencijal [1]

• Kako neuroni proizvode električne signale, potencijalnu razliku?

• Membranski potencijal. Posjeduje svaka ćelija. Proizvod je različite koncetracije jona sa spoljne i unutrašnje membrane ćelije. Natrijum (Na+) i Hlorid (Cl–) joni imaju veću koncetraciju van i daju pozitivno naelektrisanje. Kalijum (K+) joni zajedno sa proteinskim anjonima su u većinu u unutrašnjem dijelu i daju negativno naelektrisanje.

• Resting potencijal od -30mV do -90mV pri „mirovanju“, obično -60mV.

• Medjutim joni se mogu kretati u oba pravca i mijenjati potencijalnu razliku.

Akcioni potencijal (AP) [1]

• Akcioni potencijal (AP) je fenomen velikih, brzih i reverzibilnih promena t membranskog potencijala, koji se javlja kao odgovor na dovoljan nivo depolarizacije. Akcioni potencijal je pojava koja se u svakodnevnom govoru naziva nervni impuls, razdraženje, nadražaj... Ćelije sposobne da generišu AP nazivaju se ekscitabilne ćelije, a to su 1. neuroni, 2. skeletni mišići, 3. glatki mišići i 4. srčani mišić.

• Mirovni membranski potencijal nervnih vlakana iznosi oko -60 mV. AP predstavlja brzu promenu membranskog potencijala koja se brzo širi duž nervnog vlakna. Resting potencijal označava se kao prvi stadijum AP, tzv. stadijum mirovanja.

• Njega sledi stadijum depolarizacije. Tada membrana iznenada postane vrlo propustljiva za natrijumove jone, dozvoljavajući tok ogromnog broja pozitivno naelektrisanih Na+ jona u unutrašnjost ćelije. To izaziva rast medjumembranskog potencijala od uobičajenih -60 mV prema prema pozitivnom smeru. Tokom nekoliko 10.000-tih delova sekunde pošto je membrana postala visokopermeabilna za Na+ jone, natrijumski kanali počinju da se zatvaraju, dok se kalijumski otvaraju više nego normalno. Brza difuzija K+ iz uspostavlja normalan resting potencijal, što se naziva stadijum repolarizacije.

https://sh.wikipedia.org/wiki/Potencijal

https://sh.wikipedia.org/wiki/Neuron

https://sh.wikipedia.org/wiki/Srce

https://sh.wikipedia.org/wiki/Mi%C5%A1i%C4%87no_tkivo

https://sh.wikipedia.org/wiki/Neuron

Akcioni potencijal (AP)...

• U nastajanju i nestajanju akcionih potencijala nervnih vlakana ključnu ulogu imaju voltažno-zavisni natrijumski kanali i voltažno-zavisni kalijumski kanali. Akcioni potencijal nastaje mehanizmom pozitivne povratne sprege circulus vitiosusa: rastuća voltaža uzrokuje otvaranje voltažno-zavisnih natrijumskih kanala. To omogućava brzu difuziju ogromne količine Na+ u ćeliju, što dodatno povećava vrednost MMP otvarajući tako još voltažno zavisnih natrijumskih kanala i još veću difuziju Na+ jona. Akcioni potencijali prenose se po principu sve-ili-ništa, što znači da se, ako su ispunjeni svi uslovi, prostire bez gubitka, sa konstantnom amplitudom, dok se, ako uslovi nisu ispunjeni, uopšte ne prostire. Formiraju se samo na inicijalnom segmentu neurona jer se tu nalazi sedam puta više Na+ jona nego drugdje.

• Film koji objašnjava nastajanje i širenje akcionog potencijala...

https://www.youtube.com/watch?v=iBDXOt_uHTQ

Elektrografija

• Kakva je onda razlika izmedju struje u ljudskom organizmu i struje u provodniku? • Struju u ljudskom organizmu čine joni a u provodniku elektroni. • električno registrovanje biostruja i biopotencijala u ljudskom organizmu, • Biopotencijali se, kako smo videli, javljaju u ćelijama, tkivima i organima kao

rezultat životnih funkcija (membranski potencijal). Promene ovih veličina se manifestuju kao kratkotrajni impulsi stalnog ili promenljivog znaka i nazivaju se akcioni potencijali ili potencijali dejstva. Potencijali pojedinih ćelija se sabiraju i formiraju zajedničku potencijalsku razliku, koja se može meriti između pojedinih tačaka organa ili tkiva. Registrovanje vremenskih promena ovih potencijala i njihova analiza daju vredne podatke o funkcionisanju pojedinih organa ili tkiva (mišića).

• Na ovaj način se mogu registrovati promene biopotencijala srca (elektrokardiografija - EKG), mišića (elektromiografija - EMG), i mozga (elektroencefalografija - EEG), mrežnjače ili retine (elektroretinografija -ERG), pomeranja oka (elektrookulografija - EOG) itd...

• Električno registrovanje neelektričnih parametara važnih za funkcionisanje ljudskog organizma

Elektrokardiografija - EKG

• Kardiovaskularni sistem (sistem organa za cirkulaciju čovjeka) – Primarna funkcija srca i krvnih

sudova je za transport kiseonika, hranljivih materija i nusprodukata metabolizma.

– Krv bogata kiseonikom i hranjivim materijama distribuira se tkivima preko arterijskog sistema, koji se grana u manje i manje krvne sudove od arterija, preko arteriola do kapilara (gde se odvija vecina razmene). Deoksigenirana krv i metabolički nusprodukti vracaju se iz kapilara preko venula, a zatim iz vena.

Elektrokardiografija - EKG

• Srce se može posmatrati kao dvostruka pumpa. Sastoji se od četiri komore, levog i desnog atrijuma i levog i desnog ventrikula. Desni atrijum prima krv iz tela kroz gornju šuplju venu, kontrahuje se i pumpa krv u desni ventrikul. Kontrakcijom desnog ventrikula pumpa se krv u plućni krvotok. U plućima se krv oksigenizuje, a zatim vraća u levi atrijum. Kontrakcija levog atrijuma potiskuje krv u levi ventrikul, koji se kontrahuje i pumpa krv u sistemski krvotok i to prvo kroz aortu, arterije i arteriole, zatim kroz kapilare svih organa i na kraju kroz vene odakle se vraća u desni atrijum.

• Video na našem

• Video Mayo Clinic

https://www.youtube.com/watch?v=jb3ehx-6PpI

https://www.youtube.com/watch?v=CWFyxn0qDEU

Elektrofiziologija srca

• Kontrakcija levog i desnog atrijuma je sinhronizovana, a isto tako i kontrakcija levog i desnog ventrikula. Ritmička aktivnost srca inicirana je i kontrolisana električnim signalom, koji se generiše u specijalizovanim mišićnim ćelijama. Ove ćelije formiraju sinoatrijski (SA) čvor, koji predstavlja prirodni pejsmejker. U SA čvoru se generiše akcioni potencijal (oko 72 puta u minutu) i prostire duž celog srčanog mišića po tačno definisanom putu, izazivajući depolarizaciju mišićnih ćelija.

Elektrofiziologija srca...

• Depolarizacioni talas putuje kroz mišićno tkivo atrijuma brzinom približno 1 m/s i izaziva simultanu kontrakciju levog i desnog atrijuma i pumpanje krvi u ventrikule. Iza toga nastaje repolarizacija i relaksacija mišića atrijuma. Depolarizacioni talas stiže do dela koji odvaja atrijume od ventrikula. Taj deo sačinjava uglavnom fibrozno vezivno tkivo, koje nije provodno.


• Jedina provodna struktura je atrioventrikulski (AV) čvor. Kada električni signal stigne do atrioventrikulskog čvora, on inicira dalje prostiranje depolarizacionog talasa duž provodnih vlakana (Hisovog snopa) i izaziva kontrakciju levog i desnog ventrikula praćenu pumpanjem krvi u sistemski, odnosno pulmonalni krvotok. Nakon toga dolazi do relaksacije mišića ventrikula i njihove, a zatim počinje novi ciklus.

• Video Mayo Clinic o električnim signalima srca

• Wikipedia

https://www.youtube.com/watch?v=pyI4Kz01ZR4

https://www.youtube.com/watch?v=pyI4Kz01ZR4

https://en.wikibooks.org/wiki/Biomedical_Engineering_Theory_And_Practice/Biomedical_Instrumentation/Electrocardiography

Elektrofiziologija srca... • Akcioni potencijal srca

– Počinje u SN

– Putuje duž srca sa kašnjenjem u svakoj tački

– ECG pretstavlja superpoziciju akcionih potencijala


• Očigledno je da su električna aktivnost srca i njegovo mehaničko kretanje usko povezani. Naime, svaki mišić srca može da se kontrahuje jedino pod dejstvom električne struje koja kroz njega protiče. To znači da praćenjem i registrovanjem vremenske promene potencijala mogu dobiti dragoceni podaci o mehaničkom funkcionisanju srca.


• Električni dipol je svako telo koje na krajevima ima -q i +q naelektrisanja iste apsolutne vrednosti. Moment dipola je vektor ql (q - apsolutna vrednost naelektrisanja, l - dužina dipola). U električnom polju oko dipola svaka tačka ima određenu vrednost potencijala. Površine, na kojima su vrednosti potencijala u svakoj tački iste, su ekvipotencijalne površine. U preseku ekvipotencijalnih površina i neke zamišljene ravni dobijaju se ekvipotencijalne linije, koje povezuju tačke istih vrednosti potencijala.


• Srce se može posmatrati kao dinamički dipol (tj. dipol koji u prostoru menja svoj položaj i moment). Potencijali pojedinih ćelija srca se mogu sabirati, pa je srce, posmatrano u celini, na jednom kraju (osnova srca) negativno naelektrisano, a na drugom kraju (vrh srca) pozitivno naelektrisano. To znači da se oko srca formiraju ekvipotencijalne površine sa vrednostima potencijala koje se mogu mjeriti na površini grudnog koša.


• Razlika potencijala između odabranih tačaka u kojima su postavljene elektrode odgovara položaju dipola srca u jednom trenutku. Usled mehaničke aktivnosti srca, pri kojoj se samo vrh srca pomera (kontrakcije i relaksacije atrijuma i ventrikula), položaj pozitivnog kraja dipola se neprekidno menja, pa samim tim i pravac i veličina samog dipola. To dovodi do promene vrednosti potencijala između elektroda. Zapis koji se dobija snimanjem promena vrednosti potencijala između dveju fiksiranih tačaka na telu u toku vremena naziva se elektrokardiogram (ili skraćeno EKG) ili na engleskom Electrocardiogram (ECG).


• Struktura srca se najčešće prikazuje u tri elektro-kardiografske ravni, koje su uzajamno normalne. To su frontalna, transverzalna i sigitalna ravan. Ove ravni su prikazane na slici, zajedno sa vektorom dipola srca. Vektor dipola srca leži skoro u frontalnoj ravni našeg tela. Za rutinska merenja električne aktivnosti srca odstupanje vektora dipola od frontalne ravni se može zanemariti i pretpostaviti da on leži u frontalnoj ravni.


• Tipičan elektrokardiogram dobijen snimanjem promene intenziteta jedne projekcije dipola srca na papir, koji se kreće brzinom v u naznačenom smeru, ima oblik prikazan na slici. U toku jednog ciklusa rada srca vektor dipola se menja tako da početak vektora zadržava isti položaj, dok vrh vektora opisuje tri krive PQ, QRS i ST, za koje se može uzeti da leže približno u istoj (frontalnoj) ravni. Promena položaja vrha vektora zapravo prati pomeranje vrha srca po pomenutim krivama pri kontrakciji atrijuma i ventrikula.

• Video

https://www.youtube.com/watch?v=HDyqXNHLjug

ECG Mjerenje... • Kako beležimo signale srca? Einthoven-ov trougao je zamišljena formacija tri cvora dva

ramena i pubisa. Iz njega se izračunavaju, bipolarni (Lead I, Lead II, Lead III) i unipolarni odvodi (aVF, aVL i AVR), koji se i nazivaju pojačani unipolarni odvodi po Goldbergeru.

I = LA - RA

II = LL - RA

III = LL - LA

Projekcije dipolnog vektora po osama E trougla.

ECG Mjerenje...

Projekcije dipolnog vektora po osama E trougla u vremenu

ECG Mjerenje... • Elektrode superpozicije

Prosti ECG LED I pojačavač

ECG Mjerenje...

• Torokalni (grudni) odvodi po Wilson-u (V1, V2, V3, V4, V5 ,V6), Ovi odvodi još se nazivaju i prekordijalni ili srčani ili grudni odvodi. Kod registrovanja ovih odvoda indiferntna elektroda se stavlja u čvor tri odvoda R; L; F; a diferntna (aktivna) postavlja se na odabranu tačku na grudnom košu.

• Na grudnom košu postoji 8 takvih tačaka a u praksi se koriste 6.

Karakteristični talasi, intervali i segmenti, ECG signala

• Talasi: P; Q; R; S; J, T; U.

P 0.2mV Q 0.1mV R 0.5-1.5mV S 0.2mV T 0.1-0.5mV

• Intervali:

P-Q (0.12-0.20s) QRS (0.06-0.10s) S-T (0.18-0.30s) Q-T (0.35-040s)

R-3 (0.5s-2s)

• Segmenti:

P-R (0.04-0.80s) S-T (0.12-016s)

ECG interpretacija...

• To je citava nauka, ljekara, ovdje dajemo par

primjera normalnog ECG-a i kod akutnog „ifarcta“

(neka od interpretacija, postoji ih više)

ELEKTRIČNI SIGNALI MOZGA - ELEKTROENCEFALOGRAM

Elektroencefalogram (ili skraćeno EEG) predstavlja snimak električne aktivnosti pretežno neurona u korteksu mozga. Mozak sadrži nekoliko milijardi neurona koji generišu i propuštaju električne signale. Ukupna električna aktivnost rezultira signalima, koji se mogu detektovati i zabeležiti izvan mozga. Električna aktivnost mozga se manifestuje kao slabi kompleksni električni signali, koji se mogu registrovati pomoću elektroda, čiji je mogući raspored prikazan na slici. Elektrode su najčešće u obliku malih diskova, napravljenih od srebrohlorida. Njihov raspored zavisi od dela mozga koji se želi ispitivati. Referentna elektroda je obično postavljena na jedno od dva uha (U1 ili U2 na slici).

ELEKTRIČNI SIGNALI MOZGA - ELEKTROENCEFALOGRAM

Amplitude potencijala u elektroencefalogramu su male i iznose oko 50 μV. Zbog toga je preciznost snimanja često ugrožena uticajem spoljnih električnih signala ili nevoljnim pokretima tela (pomeranje oka, na primer). Frekvencije signala su niske i različite. Prema vrednosti frekvencije signali se dele na spore (Δ - talasi; 0,5 - 4Hz), umereno spore (θ - talasi; 4-8 Hz), α - talase (8 - 13 Hz) i β talase (iznad 13 Hz).

EEG primjer

• 1. Oči otvorene. 2 minuta

• 2. Oči zatvorene. 2 minuta.

• Iz FFT-a vidimo razliku u alpha opsegu (8 – 12 Hz) . Manja je količina podataka kada su oči otvorene.

EMG i EOG in EEG

• Reprezentuju se kao fiziološke smetnje artifacti, npr, aktivnost misica brade, otvaranje zatvaranje ociju, pomjeranje ociju.

ELEKTRIČNI SIGNALI MIŠIĆA - ELEKTROMIOGRAM

Jedan od načina da se dobiju dijagnostičke informacije o funkcionisanju mišića je merenje njegove električne aktivnosti. Akcioni potencijal, prilikom svoje transmisije sa aksona na mišićna vlakna, izaziva mišićnu kontrakciju. Snimak promene potencijala mišića u toku kontrakcije i relaksacije naziva se elektromiogram, ili EMG. Mišić se sastoji od velikog broja mišićnih vlakana. Zavisno od vrste mišića, određen broj vlakana (od 25 do 2000) povezanje preko jednog nerva sa mozgom ili kičmenom moždinom, formirajući motornu jedinicu prikazanu na slici. Svako vlakno je u kontaktu sa jednom granom nerva preko nervnog završetka u obliku pločice (tzv. motorička pločica).


Snimanje akcionog potencijala jednog mišićnog vlakna prikazano je na slici. Referentna elektroda je u obliku metalne pločice, dok se za drugu elektrodu koristi mikroelektroda. U praksi se retko snima akcioni potencijal jednog mišićnog vlakna. Obično se registruje električna aktivnost velikog broja vlakana istovremeno, kada je i druga elektroda u obliku metalne pločice.


Na slici je prikazano merenje električne aktivnosti mišića noge pri hodanju. Pozitivna (crvena) i negativna (bela) elektroda postavljene su na mišić, dok crna elektroda služi za uzemljenje. Plavi zapis je apsolutni EMG mišića, dok crnii zapis predstavlja EMG u integralnom obliku.

EMG – NCV nervna provodljivost

Ispitivanje brzine nervne provodljivosti jeste električni test koji se

koristi za otkrivanje stanja nerava. U testu

brzine nervne provodljivosti (NCV), živac

se jednom elektrodom stimuliše, dok

ostale elektrode detektuju električni impuls „nizvodno“ od prve elektrode.

NCV test se obično vrši sa površinskim

elektrodama sličnim onim kod EKG. Jedna elektroda stimuliše živac vrlo

blagim električnim impulsom. Dobijena električna aktivnost beleži drugim elektrodama. Udaljenost između elektroda i vrijeme potrebno da električni

impulsi prođu između elektroda koriste

se za izračunavanje brzine prenosa impulsa (nervna provodljivosti ili NCV).

ELEKTRORETINOGRAFIJA (ERG)

• Elektroretinografija (skraćeno ERG), kao jedna od elektrofizioloških dijagnostičkih metoda u oftalmologiji predstavlja ukupni odgovor retine (mrežnjače) na svetlosnu stimulaciju celog polja. Tima ona zapravo govori o funkciji fotoreceptora i unutrašnjih nuklearnih slojeva retine. Pigmentne retinopatije i drugi nasledni degenerativni procesi. Leberove kongenitalne amauroze (za rano postavljanje dijagnoze ovog stanja). Retinoshize. Horoideremije. Kongenitalnog neprogresivnog noćnog slepila. Ahromatopsije, Ušerovog sindroma i drugih bolesti. Dijabetesna retinopatija sa makularnim edemom.

Maksimalni odgovor ERG talasa tokom prilagođavanje oka na tamu

Rezime (bitno za projektovanje)

Signal Amplituda (mV) Frekventni opseg (Hz)

ECG 1-5 0.05-100

EEG 0.001-0.01 0.5-40

EMG 1-10 20-2000

EOG 0.01-0.1 dc-10

Pojačavači za registrovanje biopotencijala (ECG, EEG, EMG…)

Reference (korišteni materijal): 1. Hsiao-Lung Chan, Ph.D. Dept Electrical Engineering, Chang Gung University, Taiwan

2. Joachim H. Nagel, Biopotential Amplifiers, 2000 by CRC Press LLC

3. Haemwaan Sivaraks and Chotirat Ann Ratanamahatana, Robust and Accurate Anomaly Detection in ECG Artifacts Using, Time Series Motif Discovery, Computational and Mathematical Methods in Medicine

Volume 2015, Article ID 453214, 20 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2015/453214

Opšte karakteristike biopotencijal pojačavača

• Fiziološki proces kojeg snimamo ne smije ni na koji način da utiče

pojačavač

• Mjereni signal ne smije da bude izobličen kako postavljanjem pojačavača tako i u njegovom konačnom prikazu.

• Pojačavač treba da osigura najbolje moguce razdvajanje signala i

smetnji.

• Pojačavač mora pružiti zaštitu pacijenta od opasnosti od električnog

udara

• Pojačavač mora biti zašticen od oštecenja koja mogu nastati usled

visokih ulaznih napona kao što se javljaju tokom primene

defibrilatora ili elektrohirurške instrumentacije.

• Pored gornjih postoji mnogo tehničkih zahtjeva koje treba da ispunjava pojačavač.

Biopotencijal pojačavač

• Blok dijagram bio pojačavača

Pacijent površina (koža),

ćelijski potencijal

Pretpojačavač 10-50

Filter 1 Izolacioni pojačavač 10-1000

Filter 2

Ulazna zaštita 10-50

Biopotencijal pojačavač...

• Frekvencija i amplituda nekih biosignala

Biopotencijal pojačavač (predpojačavač)

• Realni i idealni OP

Biopotencijal pojačavač (predpojačavač)...

• Diferencijalno i pojačanje srednje vrijednosti • Vo = A d V d + AcmVcm, Ad = Aol (open-loop gain)

• Idealno, A d = ∞ , Acm = 0

• CMRR = 20 log10 | A d / A cm | = ∞

• ili, = | Ad / A cm |


• Invertujući

• V o / V i = - ( RF / RI )

• Idealno, Rin = RI and Rout = 0


• Invertujući (realna situacija) • V o / V i = -( R2 / R1 )

• Idealno, Z i = ∞ and Z o = 0


• Neinvertujući (idealna situacija) • V o / V i = 1 + ( R2 / R1 )

• Idealno, Z i = ∞ and Z o = 0


• Diferencijalni pojačavač.


• Diferencijalni pojačavač...


• Diferencijalni pojačavač, 3 OP realizacija...

Biopotencijal pojačavač (filter 1)...

• Jedna od

Kombinacija, HP, BP

ili BP + BS


• Low-pass filter


• High-pass filter


• Band-pass aktivni filter

Biopotencijal pojačavač (filter 1)......

• Filteri 2-og reda LP

HP

BP

SP


• Sallen-Key low-pass i high-pass filter


• Twin T-notch filter

Biopotencijal pojačavač (smetnja 50Hz)

• Smetnje od 50Hz, eliminišu se sa Filter 1 (notch filter) i „Driven-right circuit“

Filter 1 BS

Biopotencijal pojačavač (smetnje)

50Hz

Biopotencijal pojačavač (smetnja 50Hz)...

• Praktična realizacija notch filtra, 50Hz, Filter 1 (BS)


• Driven „right-leg“ kolo


• Poremećaj ulazne impedanse...


• „right-leg“ driven kolo. Vraća veću amplitudu srednjeg signala na ulaz tako da se smanjuje njegovo pojačanje.

Vcm

Vcm


• „right-leg“ driven kolo, proračun.


• „right-leg“ driven kolo, obrazloženje proračuna.

Biopotencijal pojačavač..

• DC offset eliminacija.

Biopotencijal pojačavač (realna šema)


• Precizni instrumentacioni pojacavac u kolu ECG pojacavaca.

INA121 Instrumentacioni Pojačavač, Texas Instruments


• Zatvoren i otvoren prekidac P1, gornja sema

Prekidač P1 zatvoren Prekidač P1 otvoren

Biopotencijal pojačavač (opticko razdvajanje)

• Opticka izolacija na izlazu pojacavaca je potrebna da zastiti pacijenta od nezeljenih promjena na elektronici za registrovanje, koja moze da dodje pod visoki napon. Najcesce se izvodi optickim galvanskim odvajanjem, koje moze biti analogno I digitalno. Transformatori se redje upoterbljavaju jer je potrebno modulisati signal. Dat je primjer optickog razdvajanja baziranog na linearnom opto izolatoru.

Vjezba #1: EKG registrovanje, prikaz i snimanje

• Potrebni elementi

– ECG Vernier Sensor, 3 elektrode

– Analog Vernier konektor

– Arduino

– Softver Arduino

– Matlab

EKG-BTA ARDUINO UNO

PC or LAPTOP with

MATLAB and

ARDUINO

Arduino

Gnd

+5V

Sig

Program

USB

2

https://www.vernier.com/product/ekg-sensor/

Vježba #1...:

• Spojiti set.. a) Napraviti program u Arduinu koji odabira signal sa frekvencijom

200Hz (5ms) i salje prema njegovom terminal emulatoru (ploteru) sa brzinom 57600 bps.

b) Prikazati na ploteru Arduina signal i komentarisati

c) Napraviti program u Arduinu koji odabira signal sa frekvencijom 5ms i salje prema MATLABU sa brzinom 57600 bps u formatu podesnom za Matlab

d) Na Matlabu napraviti program koji prihvata frame i prikazuje ga u grafičkom obliku.

e) Projektovati filter propusnik niskih učestanosti u Matlabu, 2-gog reda sa graničnom frekvencijom 20Hz i ilustrovati njegov rad u realnom vremenu na primjeru ECG signala.

f) Pogledati kod u fajlu Vježba1_MEDEL _kod

Vjezba #2: EMG registrovanje, prikaz i snimanje

• Potrebni elementi – ECG Vernier Sensor, 3 elektrode

– Dynamometer (Vernier)

– Analog Vernier konektor

– Arduino

– Softver Arduino

– Matlab

EKG-BTA ARDUINO UNO

PC or LAPTOP with

MATLAB and

ARDUINO

Gnd

+5V

Sig

USB

HD-BTA

+5V Gnd Sig

AD0 AD1

https://www.vernier.com/product/ekg-sensor/

https://www.vernier.com/product/hand-dynamometer/

Vježba #2...

• Spojiti set.. a) Napraviti program u Arduinu koji odabira signale EMG-a i

Dinamometra sa frekvencijom 200Hz (5ms) i salje ih prema Matlabu sa brzinom 57600 bps (koristiti gornju konfiguraciju).

b) Prikazati na ploteru Arduina signale i komentarisati

c) Napraviti program u Arduinu koji odabira signal sa frekvencijom 200Hz i salje prema MATLABU sa brzinom 57600 bps u formatu podesnom za Matlab

d) Na Matlabu napraviti program koji prihvata frame i prikazuje u grafičkom obliku oba signala.

e) Napraviti filter za filtriranje EMG signala za potrebe integralnog prikaza.

Vježba #2...

• Rezultat (Code)

http://apeg.ac.me/nastava/Vjezba2_MEDEL_kod.pdf

ELEKTRIČNO REGISTROVANJE NEELEKTRIČNIH PARAMETARA

Primena elektriciteta i magnetizma na ljudski organizam u cilju dijagnostike ili terapije. Električno registrovanje

neelektričnih veličina

1. Nemanja Filipovic, Monitoring i analiza vitalnih fizioloških parametara primjenom PDA uređaja, Glava 2, Magistarski rad

2. http://apeg.ac.me/medel/medel_pub.html 3. https://web.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042408-

101301/unrestricted/WPO_MQP-Final_04242008.pdf 4. http://www.ti.com/lit/an/slaa655/slaa655.pdf 5. https://www.researchgate.net/publication/320600049_Breathing_Rate_E

stimation_From_the_Electrocardiogram_and_Photoplethysmogram_A_Review

http://apeg.ac.me/nastava/PPG_Filipovic.pdf

http://apeg.ac.me/nastava/PPG_Filipovic.pdf

http://apeg.ac.me/medel/medel_pub.html

https://web.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042408-101301/unrestricted/WPO_MQP-Final_04242008.pdf














http://www.ti.com/lit/an/slaa655/slaa655.pdf





https://www.researchgate.net/publication/320600049_Breathing_Rate_Estimation_From_the_Electrocardiogram_and_Photoplethysmogram_A_Review





Transport kiseonika • Kiseonik je od vitalnog značaja za život. Bez kiseonika nema života ćelija. Vrijeme preživljavanja

nakon totalnog prestanka dopremanja kiseonika kod mišićnih ćelija je 2 sata, kod jetre i bubrega 10 minuta, oštećenja srca nastaju nakon 5 minuta, dok je kora velikog mozga najosjetljivija i može da izdrži bez kiseonika manje od jednog minuta . Dopremanje kiseonika do svake delije se obavlja aktivnošću respiratornog i sistema za cirkulaciju.

• Disanje je ritmički proces ubacivanja i izbacivanja vazduha u i iz pluća. Ovaj proces kontrolišu respiratorni neuroni smješteni u moždanom stablu.

• Sam mehanizam disanja zasnovan je na principu toka vazduha sa mjesta višeg ka mjestu nižeg pritiska. Respiratorni neuroni pobuđuju motorne neurone u kičmenoj moždini koji izazivaju grčenje dijafragme, grudnih i međurebarnih mišića. Grčeći se, ovi mišidi izazivaju podizanje grudnog koša, šireći pluća i smanjujudi pritisak u njima. Kada atmosferski pritisak postane veći od onog u plućima, vazduh ulazi u njih i to se naziva udisanjem a). Opuštanje pomenutih mišida izaziva spuštanje grudnog koša čime se povedava pritisak u njima. Kada taj pritisak prevaziđe atmosferski, vazduh izlazi iz pluća i nastupa izdisanje b). Kod sarijih ritam disanja je od 12-20 puta u sekundi, a kod djece zavisi od zivotne dobi gdje se moze kretati za novorodjenčad do 60 puta u sek.

https://courses.lumenlearning.com/boundless-biology/chapter/breathing/




Transport kiseonika...

• Proces disanja obezbjeđuje stalan priliv svježeg vazduha u pluća. U alveolama, funkcionalno najvažnijim i strukturno najzastupljenijem dijelu pluda, procesom difuzije vrši se razmjena gasova sa gustom mrežama kapilara koja ih okružuje. Prosječan čovjek ima oko 600 miliona alveola, koje obezbjeđuju površinu od oko 70 m2 za razmjenu gasova . Sam proces difuzije predstavlja kretanje čestica sa područja višeg ka području nižeg parcijalnog pritiska. Naime, vazduh u alveolama ima viši parcijalni pritisak kiseonika i niži parcijalni pritisak ugljen-dioksida od onog u krvi. Zbog toga CO2 difunduje iz krvi alveole a kiseonik iz alveola prelazi u krv.

Alveole

Transport kiseonika... • Gasovi se ne rastvaraju naročito dobro u krvi, koja se u najvedoj mjeri sastoji iz

vode. Zbog toga je neophodan drugi način transporta kiseonika, a to je uz pomodu hemoglobina sa kojim se za istu količinu krvne plazme može transportovati 65 puta više kiseonika nego što bi to bilo mogude bez njega. Ovaj respiratorni pigment se nalazi u eritrocitima. Jedno crveno krvno zrnce sadrži 265 miliona molekula hemoglobina. Izgrađen je od četiri jedinice hema, jedinjenja koje sadrži gvožđe, te četiri jedinice polipeptidnih lanaca globina. Tako jedan molekul hemoglobina može da veže četiri molekula kiseonika, odnosno osam atoma.

• Kao respiratorni pigment, hemoglobin kada je oksigenizovan mijenja boju u svijetlo crvenu, i tada se označava kao HbO2, dok mu je boja tamno crvena kada je deoksigenizovan i označava se sa Hb . Upravo ovu osobinu koristi oksiometrija za određivanje zasidenosti krvi kiseonikom i može se odrediti iz arterija (SaO2) i perifernih krvnih sudova (SpO2) kao prosti odnos:

• Hemoglobin povećava sposobnost transporta kiseonika oko 65 puta, ali se nešto O2 ipak rastvara u plazmi. Tako se u 100 mL krvi nalazi 19 mL vezanog i oko 0.3 mL rastvorenog kiseonika. Kada oksigenizovana krv dospije do kapilara, okolna tkiva obično imaju niži parcijalni pritisak kiseonika od onog u krvi. Tada O2 difunduje u međudelijski prostor a odatle u ćelije, dok ugljen-dioksid difunduje u krv.

Transport kiseonika... • Tkivima je obično dostupno od 550 do 650 mL/(min•m2) kiseonika, ali u njih ne prelazi sva ta

količina. Kod zdravog pojedinca, u normalnim uslovima, u tkiva obično difunduje od 115 do 165 mL/(min•m2) kiseonika .

• Stanja/bolesti koja mogu uticati na O2 nivo su:

– Chronic obstructive pulmonary disease (COPD), hronična obstruktivna bolest pluća, upala pluća, pušenje, gušenje, bronhitis...

– Astma

– Pucanje pluća (pneumothorax)

– Anemia

– Srčane bolesti

– Bubrežne bolesti

– COVID 19

– i mnoge druge....

• Osim hemoglobina, u mišidima postoji još jedan respiratorni pigment odgovoran za braonkasto-crvenu boju ovih delija, a to je mioglobin. On ima vedi afinitet prema kiseoniku, ali ga ne otpušta pod istim uslovima kao hemoglobin. Samo kada je parcijalni pritisak kiseonika u okolnim tkivima manji od 20 mmHg, kao npr. pri fizičkom vježbanju, difuzija može da se odigra. Na taj način mioglobin smanjuje potrebu za dostavom kiseonika mišidnim tkivima u ekstremnim uslovima, ali on može obezbjediti samo ograničene količine kiseonika i to u toku kratkog vremenskog perioda.

Transport kiseonika...

• Odredjivanje SpO2

• Polazna relacija je:

• Medjutim, nije lako utvrditi koncetraciju hemoglobina i oksidovanog hemoglobina da bismo izračunali na ovaj način.

• Stoga je potrebno koncetraciju i pojave vezane za nju pretvoriti u električne veličine.

• U praksi se to radi preko optičkog detektovanja Hb i HbO2, pa potom pretvaranja optičkih veličina u električne.

Fotopletizmografija (PPG)

• Fotopletizmografija (PPG) je optička metoda kojom se detektuje promjene volumena krvi u krvnim žilama. Sa svakim otkucajem srca, krv se pumpa u krvožilni sistem. Promjena u volumenu uzrokovana pulsom krvi se može detektovati osvjetljavanjem kože sa svjetlošću odgovarajuće odgovarajuće talasne dužine. Ona prolazi kroz tkivo i ovisno o volumenu krvi joj se mijenja absorbcija, tj refleksija. Svijetlost koja uspije proći/reflektovati kroz tkivo se detektuje fotodetektorom. PPG ima široku upotrebu u medicini, za sve pojave vezane sa mjerenjem koncetracije kiseonikom, a moze se koristiti za mjerenje krvnog pritiska i drugih pojava vezanih za srcani ritam. PPG je neinvazivna, jednostavna i cjenovno široko dostupna metoda mjerenja. PPG ima dvije moguće verzija: fotopletizmograf koji mjeri reflektovanu svijetlost i fotopletizmograf koji mjeri propuštanje svjetlosti. Obično se senzor montira na prstu ili uhu.

PPG... Oksigenizovani hemoglobin (HbO2) ima

vedi apsorpcioni koeficijent infracrvene

svjetlosti od deoksigenizovanog

hemoglobina (Hb), koji pak bolje upija

crvenu svjetlost od HbO2. Kao izvori

svjetlosti služe dvije svijetlede diode

(LED). Jedna emituje crvenu svjetlost

talasne dužine 660 nm, dok je druga izvor

infracrvene svjetlosti talasne dužine 940

nm. Ove talasne dužine su izabrane jer se

na njima apsorpcioni koeficijenti Hb i HbO2 međusobno najviše razlikuju. Nivo

zasidenosti kiseonikom se određuje iz odnosa apsorbovane crvene (RED dioda)

i infracrvene (IR diode) svjetlosti, a stepen

apsorpcije se detektuje fotodiodom. Ukupni signal detektovanog photo

napona ili struje na detektoru ima dati oblik i sadrži jednosmjernu DC i naizmjenicnu AC komponentu.

PPG...

• Izračunavanje SpO2.

• Definiše se normalizovani absorbcioni koeficijent 𝑅=(AC(RED)/DC(RED))/(AC(RED)=/DC(RED))

• Izračunava se koncetracija kao 𝑆𝑝𝑂2 % = A− 𝑅 ∗ B

• Dobra aproksimacija je: 𝑆𝑝𝑂2 % = 110 − 𝑅 ∗ 25.

• U mnogim slučajevima koristi se kalibraciona kriva.

Normalne vrijednosti SpO2 kod zdravih odraslih osoba iznose od 97% do 99% na sobnom vazduhu. „klinički prihvatljivo“ je i ispod 95% „ 90% smatra se „alarmom“.

PPG...

• Prmjer računanja SpO2 𝑅 =(𝐴𝐶/𝐷𝐶)𝑅𝑒𝑑/(𝐴𝐶/𝐷𝐶)𝐼𝑅 =4𝑚𝑉/(323𝑚𝑉)/25𝑚𝑉/(920𝑚)=0.455

DC(RED)

AC(RED) RED

IR

AC(IR)

DC(RED)

PPG... • Srčani ritam, Puls, (Heart Rate – HR) iz PPG signala.

• Za njegovo izračunavanje dovoljan je samo IR signal tj. IR predajna dioda i foto detektor (PD).

HR(in Hz)=1/((T1+T2+T3)/3), HR (in pulsa u min)=60* HR(in Hz)

T1 T1 T1

PPG...

• HR iz spektra signala

https://www.researchgate.net/publication/319912124_An_Ultra-low_Power_Robust_Photoplethysmographic_Readout_Exploiting_Compressive_Sampling_Artifact_Reduction_and_Sensor_Fusion






PPG… • Karakteristične tačke PPG signala. PPG talas se obično dijeli na dvije faze. Prva je anokratna ili rastuda faza, koja je prvenstveno povezana sa sistolom srca. Druga, opadajuda faza je posljedica dijastole i naziva se katokratna faza. U PPG signalu se često, ali ne i uvijek, javlja jedan segment koji se naziva dikrotni usjek i predstavlja indikator krutosti arterija, Postoje više načina klasifikacije PPG signala, npr. prema dikrotnom usjeku: 1. PPG signal sa izrazitim dikrotnim usijekom u opadajudem dijelu signala, 2. PPG signal bez razvijenog dikrotnog usjeka, ali u kojem se javlja horizontalna linija u opadajudem dijelu signala. 3. PPG signal u kojem nije prisutan dikrotni usjek, ali u kojem je dobro definisana promjena ugla opadajudeg dijela signala. 4. PPG signal u kojem se uopšte ne primjeduje dikrotni usjek. Oblik PPG signala kao i njegove prve i drufe derivacije govori o mnogim bolestima i porećemajima.

PPG…

Osim za mjerenje saturacije kiseonika u krvi i frekvencije rada srca, PPG signal može poslužiti i za mjerenje krvnog pritiska . Živini manometri predstavlja standard u kliničkoj praksi, ali se između dva uzastopna mjerenja mora napraviti pauza od najmanje 1-2 minuta, usljed čega brze i kratkotrajne promjene u krvom pritisku nije mogude detektovati. Zbog toga se sve više pažnje posveduje proučavanju kontinualnih i neinvazivnih metoda procjene krvnog pritiska na osnovu odgovarajudih fizioloških parametara indirektno povezanih sa njim. Jedan od tih parametara je i PTT interval

PPG Pojačavač...

• PPG pojačavač predtavlja optički pojačavač koji pojačava detektovanu svjetlost dvije talasne dužine IR i RED. Sastoji se od senzorskog kola, kola za semplovanje i holdovanje i filtra propusnika učestanosti i pojačavača. Takodje tu su i kola za generisanje tajminga i kola povratnih sprega za regulisanje pojačanja (Automatska regulacija pojačanja= AGC).

PPG Pojačavač (kompletna šema)

PPG Pojačavač... • HEART RATE POJAČAVAČ

– Puls a sa time IR komponentu PPG signala možemo detektovati pomoću IR emisione diode, photodetektora (koji može biti fotodioda, foto otpornik ili fototranzistor) kao i relativno prostog pojačavača. Na slici je prikazan senzor za detekciju pulsa Ilustrovan je jedan od “clip” senzora i pojačavač koji se može koristiti.

Vježba #3: Detektovanje PPG signala, prikaz, filtriranje i izračunavanje pulsa.

• Spojiti pojacavač čija je šema data dolje na Arduino set. Aktivirati program za akviziciju sa frekvencijom odabiranja 100Hz i slanje prema MATLAB-u.

• Posmatrati PPG.

• Izdvojiti DC i AC komponentu?

• Naći puls analizom signala u vremenskom domenu.

• Naći puls analizom signala u frekventnom domenu.

• Ilustrovati rezultate.

Vježba #4

• Obrada ECG, PPG, EMG signala – Iz Excel fajla sacuvati u txt formatu podesnom za MATLAB dati zapis

biomedicinskog signala. Paziti na frekvenciju odabiranja.

– Učitati signal u Matlabu. Prikazati ga u vremenskom domenu, po x osi vrijeme a po y osi amplitudu

– Filtrirati signal, ako je potrebno različitim filtrima (u Matlabu koristiti “butter” filter)

– Naći puls primjenom neke od metoda izračunavanja, tresholding ili položaj maximuma pika u odredjenom vrekventnom opsegu. Iz spektra koristiti PPG signal. https://www.researchgate.net/publication/266615741_PRIMJER_KORISCENJA_MIKROKONTROLERA_OPSTE_NAMJENE_U_MJERENJIMA_OSNOVNIH_FIZIOLOSKIH_PARAMETARA_NA_BAZI_FREKVENTNOG_SPEKTRA

– Prikazati spektar signala u frekventnom domenu.

– Isto ponoviti za PPG i EMG signal (EMG ne traziti puls)

https://www.researchgate.net/publication/266615741_PRIMJER_KORISCENJA_MIKROKONTROLERA_OPSTE_NAMJENE_U_MJERENJIMA_OSNOVNIH_FIZIOLOSKIH_PARAMETARA_NA_BAZI_FREKVENTNOG_SPEKTRA




Vježba #4/1

• Fajlovi 1. ECG_200Hz_Noisu (ECG signal obuhvacen sumom, DC offset, 200 Hz frekvencija

odabiranja)

2. ECG_200Hz_Volts (Filtrirani ECG signal)

3. PPG_128Hz_miliVolts (PPG, nefiltrirani, 128Hz frekvencija odabiranja)

4. PPG_200Hz_miliVolts (PPG, nefiltrirani, 200Hz frekvencija odabiranja)

5. EMG_Ch1_Ch2_512Hz_mV (EMG signal odabran sa 512Hz u mV)

6. ECG_1024Hz_I_II_II_mV (ECG odvodi I, II, III odabran sa 1024 Hz, filtriran)

7. ECG_512Hz_II_III_Resp_mV (ECG odvodi II i III, sa sumom i ritmom disanja, treca kolona)

8. ECG_PPG_ECG_200Hz (naizmenicni zapis ECG i PPG signala, ECG,PPG,ECG.... Odabranog sa 200Hz)

Krvni pritisak Literatura:

1. C3B Medical Electronics, https://www.robots.ox.ac.uk/~neil/teaching/lectures/med_elec/downloads.html#lecture

2. Biomedicinska instrumentacija, https://www.fer.unizg.hr/predmet/bioins/materijali#%23!p_rep_41931!_-150252 , FER, Zagreb

3. http://apeg.ac.me/medel/

4. Ostali resursi sa Interneta i iz literature

https://www.robots.ox.ac.uk/~neil/teaching/lectures/med_elec/downloads.html#lecture

https://www.fer.unizg.hr/predmet/bioins/materijali#%23!p_rep_41931!_-150252








Krvni pritisak (Blood Pressure BP)

• Kada lijeva komora izbaci krv u aortu, aortnii pritisak (ABP

Aortic Blood Pressure) raste. Maksimalni aortni pritisak posle

izbacivanja naziva se sistolički (sistolni) pritisak (SBP -

Systolic Blood Pressure), ili gornji. Kako se lijeva komora

opušta i ponovo puni, pritisak u aorti pada. Najniži pritisak u

aorti, koji nastaje prije nego što ventrikula izbaci krv u aortu,

naziva se dijastoličkim (dijastolni) pritiskom (DBP Diastolic

Blood Pressure), ili donji.

• Normalni (gornji) SBP je <120 mmHg, a (donji) DBP <80

mmHg. Razlika između SBP i DBP je aortni pulsni pritisak

(PBP - Pusle Blood Pressure), koji se obično krece između 40

i 50 mmHg. Srednji aortni pritisak (MBP) je prosečni pritisak

(geometrijska sredina) tokom ciklusa aortnog pulsa, MBP=

(SBP+DBP)/2.

Krvni pritisak…

• Kada se arterijski pritisak mjeri SFIGMOMANOMETAROM (tj.

aparatom sa manzetnom za mjerenje krvnog pritiska) na nadlaktici,

SBP i DBP, predstavljaju pritisak unutar brahijalne arterije, koji je

malo drugačiji od pritiska koji se nalazi u aorti, ili pritiska u drugim

raširenim arterijama.

• Kako impuls pritiska putuje niz aortu i u arterije koje se granaju,

karakteristične su promene sistoličkog i dijastoličkog pritiska, kao i

srednjeg pritiska. Sistolni pritisak raste i dijastolički pritisak pada, pa

se pulsni pritisak povecava kako puls pritiska odmiče od aorte.

• To se dešava zbog reflektivnih talasa od grananja žila i smanjene

arterijske usklađenosti (povecane krutosti žila), jer impuls pritiska

prelazi iz aorte u sistemske arterije. Postoji samo neznatno

smanjenje srednjeg arterijskog pritiska jer impuls pritiska krece niz

mrežu arterija, zbog relativno slabog otpora velikih arterija.

Krvni pritisak…

• Mehanizam krvnog pritiska : https://www.youtube.com/watch?v=sJop3D4YSr4

• https://www.researchgate.net/publication/281383702_Multimodal_image_registration_for_the_characterization_of_the_hypertrophic_cardiomyopathy_and_the_cardiac_asynchronism/figures?lo=1

• “Cardac cycle” pokazuje kako je krvni pritisak sinhronizovan sa drugim talasima kao sto je EKG.

https://www.researchgate.net/publication/281383702_Multimodal_image_registration_for_the_characterization_of_the_hypertrophic_cardiomyopathy_and_the_cardiac_asynchronism/figures?lo=1








https://www.youtube.com/watch?v=sJop3D4YSr4

















Krvni pritisak…

• Ilustracija i mjerenje

Krvni pritisak…, ABP

https://www.cvphysiology.com/Blood%20Pressure/BP002

https://www.cvphysiology.com/Blood Pressure/BP002

https://www.cvphysiology.com/Blood Pressure/BP002

Krvini pritisak, granice

Krvni pritisak…

• Nacini mjerenja

– Direktni (invazivni)

• Stavljanje katetera u krvni sud

• Tacan metod, ali invazivan i dosta neprijatan i rizican

– Indirektni

• Askultatorni nacin mjerenja (asculatatory)

• Oscilometrijski nacin mjerenja (oscilometric) metod

• PTT (Pulse transmit time)

• Niza tacnost

Krvni pritisak…

• Korotkov metod (Riva-Rocci) mjerenja. Klasicno mjerenje. Pomocu stetoskopa i mazetne, i pumpe. Osluskuje se ton stetoskopom, kada zapocinje ton, vrijednost je identicna gornjem, a kada nestaje donjem krvnom pritisku.

Krvni pritisak… • Oscilometrijski metod se

zasniva na mjerenju oscilacija pritiska tokom njegovog padanja. Naime pri padanju pritiska, poslije pumpanja manzetnom, desavaju se oscilacije pritiska manje amplitude, koje se izdvajaju i obradjuju. Znaci, tada ne osluskujemo stetoskopom, nego oscilacije se mjere senzorom pritiska.

A Benmira, A Perez-Martin, I Schuster, I Aichoun, S Coudray, F Bereksi- Reguig & M Dauzat (2015): From Korotkoff and Marey to automatic non-invasive oscillometric blood pressure measurement: does easiness come with reliability?, Expert Review of Medical Devices, DOI: 10.1586/17434440.2016.1128821

Krvni pritisak…, samomjeraci

• Rade na oscilometrijskom principu

Blok sema mjerenja krvnog pritiska (osilometrijski metod)

Krvni pritisak, oscilometrijski metod, mjerno kolo

Diferencijalni pojacavac slijede dva filtra, nisko-propusni i propusnik opsega izdvajajuci: baseline signal, vb and a fluctuations signal vf.

Krvni pritisak…, PTT • (PTT Pulse transmit time) je alternativa klasičnim indirektnim metodama, ne sadrzi manzetnu

niti mehanicke djelove. PTT je vrijeme koje impulsu je BP impulsnu potrebno da putuje od jednog arterijskog mjesta do drugog. Ono je obrnuto proporcionalno vrednosti BP, tj SPB=F(PTT). Obično se PTT pocinje R talasom EKG signala i dolazak, na prst ili uho, obično se detektuje iz fotopletizmografskog (PPG) signala, u tački njegovog maksimalnog nagiba, ili maksimuma. Ovaj metod je pogodan, ali manje tacan od prethodnih, ali je znacajan za buduca istrazivanja.

https://www.researchgate.net/publication/261466432_A_single_chip_solution_for_pulse_transmit_time_measurement/stats





Vjezba #5

• Mjerenje i ilustracija oscilometrijskom metoda mjerenja krvnog pritiska. Vernier set.

https://www.vernier.com/manuals/bps-bta/

https://www.youtube.com/watch?v=wbI64nAUmlw








Respiratorni sistem (sistem organa za disanje)

Literatura: Literatura:

1. C3B Medical Electronics, https://www.robots.ox.ac.uk/~neil/teaching/lectures/med_elec/downloads.html#lecture

2. Biomedicinska instrumentacija, https://www.fer.unizg.hr/predmet/bioins/materijali#%23!p_rep_41931!_-150252 , FER, Zagreb

3. http://apeg.ac.me/medel/

4. Ostali resursi sa Interneta i iz literature












Respiratorni sistem

• Sistem disanja je pneumatski sistem, mehanicki, koji

radi na principu vazdusnih pritisaka.

• Kao sto je srce pumpa za fluid, krv, Dijafragma je pumpa

za vazduh koja naizmjenicno stvara negativni i pozitivni

pritisak u zatvorenoj komori (torakalna šupljina).

• Torakalna šupljina usisava vazduh u i prosledjuje ga na

dva elastična “mjehura” (pluca), kao i izbacuje.

• Pluca su spojena sa spoljnim okruženjem preko

prolaznih puteva (nosne šupljine, grkljan, traheja, bronhi

i bronhiole)

Respiratorni sistem - organi

Nosna

supljina

Gornji grkljan

Donji grkljan

Traheja

Bronhi

Bronhiole

Pluca

Diafragma

Sistem disanja…

• Kao sto se vidi, isti prolaz za disanje se koristi za unosenje hrane ili tecnosti u stomak, ali taj proces regulise poseban raspored ventila, koji prekida disanje kada unosimo hranu ili tecnost. Pluca shvatite kao mjehur koji se ispunjava vise puta u minuti i vazduh iz njega se prenosi na mnogo sicusnih vazdusnih komora poznatih kao plucne anveole.

• Kako funkcionisu pluca pogledajte na videu:

• https://www.youtube.com/watch?v=8NUxvJS-_0k

• https://www.youtube.com/watch?v=Cy1lfZAIojs

https://www.youtube.com/watch?v=8NUxvJS-_0k







https://www.youtube.com/watch?v=Cy1lfZAIojs



Sistem disanja…

• Pojednostavljeno gledano, resipratorni sistem se sastoji od grudi, pluca i vazdusnih puteva.

• Funkcija mu je razmena gasova iz atmosfere uzima O2 (kiseonik) a u atmosferu iz organizma vraca CO2 (ugljendioksid).

• Razmena gasa se vrsi preko alveola. I to na principu difuzije razlike pritisaka.

• Difuzija iz pluca u krv (prenos kiseonika)

• Difuzija iz krvi u pluca (prenos ugljen dioksida)

Sistem disanja - mjerenja

• Stanje sistema organa za disanja se moze utvrditi pomocu nekoliko metoda – tehnika

• Mehanicko-elektricne metode

– Spirometrija

– Fluoroscencija

– Ritam disanja

– Ostale metode primijenjene na torzo i nazalni sistem .

• Imaging

– X-Ray, CT, MRI

Spirometrija

• Spirometrija je ispitivanje ventilacione funkcije pluća, odnosno ispitivanje nekih statičkih i dinamičkih plućnih volumena i kapaciteta, koje se u medicini redovno obavlja u okviru dijagnostike, terapije i praćenja rezultata lečenja plućnih bolesti. Princip rada je dat na donjim slikama, kao i jedan savremeni spirometar.

Spirometrija - staticki i dinamicki parametri

TLC Ukupni kapacitet pluća: zapremina vazduha u plućima pri maksimalnom udahu (TLC = VC + RV). TV Disajni volumen: zapremina vazduha koja se izdahne u toku jednog disajnog pokreta pri mirnom disanju. RV Rezidualni volumen: zapremina vazduha koja ostaje u plućima posle maksimalnog izdisaja ERV Ekspiratorni rezervni volumen: maksimalna zapremina vazduha koja se može izdahnuti iz pluća posle mirnog ekspirijuma. IRV Inspiratorni rezervni volumen: maksimalna količina koja može da se udahne posle mirnog inspirijuma IC Inspiratorni kapacitet: zapremina vazduha koju čini zbir IRV i TV IVC Inspiratorni rezervni kapicetet: maksimalna zapremina udahnutog vazduha nakon maksimalnog inspirijuma. VC Vitalni kapacitet: zapremina vazduha (u L ili ml) koja se može izdahnuti iz pluća posle najdubljeg udisaja. VT Tidal volumen: zapremina vazduha koja ulazi ili izlazi iz pluća tokom mirnog disanja (označava se sa TV ili VT) FRC Funkcionalni rezidualni kapacitet: zapremina vazduha koja ostaje u plućima na kraju ekspirijuma. RV/TLC% Rezidualni volumen izražen u procenatima TLC VA Alveolarni volumen vazduha VL Stvarna zapremina pluća, uključujući i zapreminu vazduha u disajnim putevima. FVC Forsirani vitalni kapacitet: brzi forsirani ekspirijum posle maksimalnog inspirjuma FEVt Forsirani ekspiratorni kapacitet (vreme): generički termin koji ukazuje na zapreminu vazduha koja se izdiše pod prinudnim uslovima u prvim T sekundama. FEV1 Forsirani ekspiracijski volumen u sekundi: Volumen vazduha koji je izdahne iz pluća na kraju prve sekunde forsiranog izdisaja (ekspirijuma) FEFx Forsirani srednji ekspirujumski protok: meri se iz srednjeg dele spirometrijske krive forsiranog eksoirijuma FEFmax Maksimalni trenutni protok vazduha ostvaren tokom FVC manevara FIF Forsirani inspiratorni protok: PEF Maksimalni ekspirijumski protok: izmeren protok vazduha nakon najveće prisilne ekspiracije MVV Maksimalni kapacitet ventilacije: zapremina vazduha koji u određenom periodu tokom ponovljenog maksimalnog napora

Spirometrija – dinamicki parametri

Isdisanje, Udisanje Detekcija nekih bolesti pomocu spirometrije

Vjezba #6

• Zapremina i kapacitet pluca. Vernier

sistem kojeg mamo u laboratoriji, kao i mjerenje

protoka

https://www.vernier.com/product/spirometer/

htti://www.youtube.com/watch?v=u8eUsIMSaVQ

https://www.graftonps.org/site/handlers/filedownload.ashx?moduleinstanceid=2959&dataid=2585&FileName=Lab%2017H%20-%20Lung%20Volume%20and%20Capacities.pdf

https://www.vernier.com/product/spirometer/

https://www.youtube.com/watch?v=u8eUsIMSaVQ

























Pletizmografija

• Za proučavanje vaskularnog tonusa u medicini koristi se posebna tehnika nazvana pletizmografija. Tijekom ove metode bilježe se fluktuacije u volumenu čovjekovog tijela, zasebnog organa ili dijela zbog napunjenosti krvlju

Ritam disana • Respiration rate (RR) je jedan od vitalnih

znaka. Izracunava se pomocu broja udisaja izdisaja u min.

• tachypnea, bradypnea, apnoea, COVID su bolesti koje se odrazavaju na ritam disanja i zahtijevaju hitnu intervenciju.

Tehnika za odredjivanje ritma disanja

• Najprostija tehnika, koliko udisaja u jedinici vremena.

RR mjerenja…

RR mjerenja…

https://www.atsjournals.org/doi/full/10.1164/rccm.201711-2233CI








RR mjerenja… • Postoje razlicite metode, od mjerenja protoka pa do mjerenja kamerom. Dolje je dat pregled metoda.

• Carlo Massaroni, Andrea Nicolò, Daniela Lo Presti, Massimo Sacchetti, Sergio Silvestri and Emiliano Schena, Contact-Based Methods for Measuring Respiratory Rate, Sensors 2019, 19, 908

RR mjerenja…

Carlo Massaroni, Andrea Nicolò, Daniela Lo Presti, Massimo Sacchetti, Sergio Silvestri and Emiliano Schena, Contact-Based Methods for Measuring Respiratory Rate, Sensors 2019, 19, 908

RR mjerenja… Carlo Massaroni, Andrea Nicolò, Daniela Lo Presti, Massimo Sacchetti, Sergio Silvestri and Emiliano Schena, Contact-Based Methods for Measuring Respiratory Rate, Sensors 2019, 19, 908

RR mjerenja…

Carlo Massaroni, Andrea Nicolò, Daniela Lo Presti, Massimo Sacchetti, Sergio Silvestri and Emiliano Schena, Contact-Based Methods for Measuring Respiratory Rate, Sensors 2019, 19, 908

RR mjerenja, primjeri

https://blogs.ubc.ca/conphyusedgrad/2017/11/10/thermistor-airflow-sensors/

Primjena termistora u mjerenju ritma disanja.












Vježba #7

• Obrada signala ritma disanja (RR) i krvnog pritiska primjenom Matlab-a (256 znaci frekvencija

odabiranja 256 Hz, ostala legenda podataka data je u zaglavlju excel ili txt fajlova)

1. medel data 1_256 (Vitalni aprametri, snimljeni pri Running_5.5 km/h)

2. medel data 2_256 (Vitalni parametri, snimljeni pri walking 2.2 km/h)

3. medel data 3_256 (Vitalni parametri, snimljeni pri Biking veliko opterecenje)

4. medel data 4_256 (Vitalni parametri, snimljeni pri Biking manje opterecenje)

5. medel data 5_125 (Vitalni aprametri sa ECG, PLETH (PPG), RR i ABP signalom)



8. medel data 8 (Holter krvnog pritiska, podaci poslije srcanog udara)

9. SensorValues_oscilometrics_1Khz (Signal pritiska pri mjerenju sa oscilometrijskim metodom, y osa u relativnim jedinicama, tako da se gorni i donji pritisak prikazuju u formi N1 i N2)

1. medel data 1_256 (vitalni paprametri, snimljeni pri Running_5.5 km/h). Ilustrovati chest_ecg i wrist_ppg u vremenskom domenu, primijeniti filtriranje (low pass ili high pass u odnosu na procjenu kako se moze napraviti bolji kvalitet signal) i odrediti RR (ako je moguce). Na jednom od dijagrama nacrtati PPG i ECG i uociti zavisnost njihovog oblika od accelerometarskog signala, tj. od kretanja.

2. medel data 2_256 (Vitalni parametri, snimljeni pri walking 2.2 km/h). Ilustrovati chest_ecg i wrist_ppg u vremenskom domenu, primijeniti filtriranje (low pass ili high pass u odnosu na procjenu kako se moze napraviti bolji kvalitet signal) i odrediti RR (ako je moguce). Na jednom od dijagrama nacrtati PPG i ECG i uociti zavisnost njihovog oblika od accelerometarskog signala, tj. od kretanja.

3. medel data 3_256 (Vitalni parametri, snimljeni pri “Biking” veliko opterecenje). Ilustrovati chest_ecg i wrist_ppg u vremenskom domenu, primijeniti filtriranje (low pass ili high pass u odnosu na procjenu kako se moze napraviti bolji kvalitet signal) i odrediti RR (ako je moguce). Na jednom od dijagrama nacrtati PPG i ECG i uociti zavisnost njihovog oblika od accelerometarskog signala, tj. od kretanja.

4. medel data 4_256 (Vitalni parametri, snimljeni pri “Biking” manje opterecenje). Ilustrovati chest_ecg i wrist_ppg u vremenskom domenu, primijeniti filtriranje (low pass ili high pass u odnosu na procjenu kako se moze napraviti bolji kvalitet signal) i odrediti RR (ako je moguce). Na jednom od dijagrama nacrtati PPG i ECG i uociti zavisnost njihovog oblika od accelerometarskog signala, tj. od kretanja.

5. medel data 5_125 (Vitalni aprametri sa ECG, PLETH (PPG), RR i ABP signalom). 'RESP' znaci respiration signal, PLETH – PPG signal, dok su ‘II', V', 'I' 'III' ECG odvodi, ABP – Aortic BP, NU normalised units. Nacrtati PLETH i RESP signal (koji postoji u fajlu) za trajanje 1min ili manje (ako je signal kraci), odrediti iz njih RR i HR. Nacrtati ECG signal i ABP, ako postoji, iz ABP odrediti gornji (SBP) i donji (DBP) pritisak. Takodje odrediti srednju vrijednost ABP u odredjenom vremenskom intervalu, npr. 1h, 12h ili 24h.



8. medel data 8 (Holter krvnog pritiska, podaci poslije srcanog udara). Cerebral Vasoregulation (regulacija pritiska kod starijih sa poslije srcanog udara – moze biti i mozdani). Date,Time,Status,Sys.,Dia.,MAP,HR su datum, vrijeme, status (greska ili ne), gornji, donji, srednji krvni pritisak i puls respektivno. Nacrtati dijagram pritiska u vremenskom intervalu. Odrediti maksimalne i minilane po katagorijama (Sys, Dia…itd). Odrediti srednji u toku dana ili mjeseca i druge statisticke paarmetre po izboru.

9. SensorValues_oscilometrics_1Khz (Signal pritiska pri mjerenju sa oscilometrijskim metodom, y osa u relativnim jedinicama, tako da se gorni i donji pritisak prikazuju u formi N1 i N2, forma brojeva). Dizajnirati MATLAB program koji iz oscilometrijskog signal, primjenom filtera i metodologije na slajdu 112 daje procjenu gornjeg i donejg krvnog pritiska. Signal odabiranja je 1Khz.

Vježba #7, zadaci

Mjerenje koncetracije glukoze u krvi

Literatura: 1. https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/4/4659.html

2. The Progress of Glucose Monitoring—A Review of Invasive to Minimally and Non-Invasive Techniques, Devices and Sensors, Wilbert Villena Gonzales , Ahmed Toaha Mobashsher and Amin Abbosh, Sensors 2019, 19, 800; doi:10.3390/s19040800

3. PSoC-Stat: A single chip open source potentiostat based on a Programmable System on a Chip, Prattana Lopin, Kyle V. Lopin, PLOS ONE | https://doi.org/10.1371/journal.pone.0201353 July 25, 2018

4. https://hackaday.io/project/11719-open-source-arduino-blood-glucose-meter-shield/log/39412-basic-glucose-meter-schematic

5. http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001560A.pdf

6. http://www.ece.utep.edu/courses/web1305/EE1305/modules/module_6.html

7. Body temperature and clinical thermometry, CHARMAINE CHILDS, Handbook of Clinical Neurology, Vol. 157 (3rd series), Thermoregulation: From Basic Neuroscience to Clinical Neurology, Part II, A.A. Romanovsky, Editor, https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64074-1.00029-X

https://www.maximintegrated.com/en/design/technical-documents/tutorials/4/4659.html









https://hackaday.io/project/11719-open-source-arduino-blood-glucose-meter-shield/log/39412-basic-glucose-meter-schematic


























http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00001560A.pdf






http://www.ece.utep.edu/courses/web1305/EE1305/modules/module_6.html








UVOD • Ne treba govoriti o značaju regulisanju dijabetesa, jer je to jedan od

najvecih ubica današnjice. • Mjerači glukoze u krvi i drugi kucni medicinski uređaji danas su mali,

prenosivi i jednostavni za upotrebu.Tokom poslednjih nekoliko godina, trend merenja glukoze ide u pravcu da se maksimizira udobnost pacijenata, smanjujuci volumen potrebnog uzorka krvi, kao i po mogucnosti da ti instrumenti budu sto manje invazivni. Veličina uzorka krvi sada je dovoljno mala, da eliminiše potrebu za krvlju iz prstiju i u velikoj mjeri smanjuje bol povezan sa svakodnevnim testiranjem.

• Precizni rezultati postizu se koristenjem test traka, elektronike i naprednih algoritama za merenje. Postoje mjeraci za jednokratna mjerenja i oni koji kontinuirano prate , implantabillni. Takodje, prema stepenu invazivnosti mogu biti invazivni I neinvazivni Kontinuirani brojila se prepisuju samo na recept i koriste potkožni elektrohemijski senzor za merenje u programiranom intervalu.

• Mjeraci za jednokratnu upotrebu su najcesce elektrohemijski ili optički (reflektometri) za merenje nivoa glukoze u jedinicama mg/dL ili mmol/L.

• Vecina merača glukoze u krvi su elektrohemijskog tipa.. Elektrohemijske test trake imaju elektrode na kojima se dovodi i odrzava precizan napon i vrsi mjerenje struje. Obicno su dvoelektrodni ili troelektrodni. Merenje struje pune skale test trake je u opsegu od 10 µA do 50 µA sa rezolucijom manjom od 10 nA. Temperatura okoline se mora meriti jer su test trake zavisne od temperature, takodje i samo mjerenje koncetracije glukoze je temperaturno osjetljivo.

UVOD

Elektrohemijski samo mjerac glokoze u krvi

Mjerac na bazi opticke-reflektometrije

Optičko-refleksometrijske test trake koriste boju za određivanje koncentracije glukoze u krvi. Konstantna struja prolazi kroz dve svetleće diode (LED) koje naizmenično trepere na obojenoj test traci. Fotodioda detektuje intenzitet reflektirane svjetlosti, koji zavisi od boje test trake i od količine glukoze u krvi. Obicno traka sadrzi odredjeni subtrat sa kojima reaguje kap krvi mijenjajuci boju u z Struja fotodiode se obično pretvara u napon pomoću pojacavaca i mjeri A/D konvertorom . Struja pune skale iz fotodioda kreće se od 1 µA do 5 µA sa rezolucijom manjom od 5nA. Temperatura okoline igra ulogu pri ovoj metodi.

Elektrohemijski mjeraci

• Vecina test traka se razlikuju medjusobno od proizvodaca I imaju

razlicite reagense na radnoj elektrodi. Takodje se razlikuju i po broju

elektroda. Najjednostavnija konfiguracija je traka sa 2-je elektrode

(slika 1), sa strujom mjerenom na radnoj elektrodi i zajedničku

uzemljenu elektrodu. Na jednoj test traci može biti više kanala;

dodatni kanali se koriste za referentno merenje, početno otkrivanje

krvi ili da se osigura da je krv zasitila mesto reakcije.

Elektrohemijski mjeraci..

• Drugi napredniji dizajn je konfiguracija na slici 2, takozvana 3 elektrodna konfiguracija. CE=pomocna elektroda, WE=radna elektroda, a RE=referentna elektroda. Napon na referentnoj elektrodi je VM, na radnoj VB+VM, tj VRE-VWE=-VM=CONST. Posto je napon constantan, mijenja se struja IS u zavisnosti od koncetracije glukoze.

Slucaj kada je VM= -500 mV, Accu-Check mjerac, trake. 3 trake su koristene za po mjerenju., tj jedna kap je mjerena 3 puta u trenutku. A) Zavisnost struje IS od vremena, vidi se da ova struja postaje konstantna poslije 7 sekundi. Normalno moze se naci i srednja vrijednost struje u vremenskom intervalu, kao sto je ovdje slucaj za interval od 4.8 do 5, B) Zavisnost usrednjene struje IS od koncetracije sa odredjenim koeficijentom R (R2 = 0.98). Vidi se da je promjena struje linearna u odnosu na koncetraciju.


Elektrohemijski mjeraci… Detaljnija sema 3-elektrodnog sistema (4)

• Blok sema sistema koji mjeri koncetraciju glukoze. Maxim electronics (1).


mmol/L mg/dl mmol/L mg/dl mmol/L mg/dl

0.06 1 6.7 120 16.0 288

0.28 5 7.0 126 16.6 300

0.55 10 7.2 130 17.0 306

1.0 18 7.5 135 18.0 325

1.5 27 7.8 140 19.0 342

2.0 36 8.0 145 20.0 360

2.2 40 8.3 150 20.8 375

2.5 45 8.9 160 22.2 400

2.8 50 9.0 162 23.0 414

3.0 54 9.4 170 24.0 432

3.3 60 10.0 180 25.0 450

3.9 70 10.5 190 26.4 475

4.0 72 11.0 196 27.7 500

4.4 80 11.1 200 30.0 540

4.7 85 12.0 216 33.3 600

5.0 90 12.5 225 38.8 700

5.5 100 13.9 250 40.0 720

6.0 106 14.4 260 44.4 800

6.1 110 15.0 270 50.0 900

Mjerenje glukoze (jedinice)..

Mjerenje glukoze referentne vrijednosti

Normalne vrijednosti ujutru, nataste 3.5-6.4 mmol/L HbA1c se odnosi na glikozilirani hemogolobin. Nastaje kada hemoglobin, inače protein koji se nalazi u eritrocitima čija je glavna uloga da prenosi kiseonik kroz telo, vezuje glukozu i postaje glikoziliran. Merenjem ovog parametra može se govoriti o srednjim vrednostima šećera tokom dužeg vremenskog perioda. Naučno je dokazana povezanost viših vrednosti HbA1c sa povećanim rizikom za razvoj dijabetičarskih komplikacija

MJERENJE TEMPERATURE

• Kontaktni senzori

• Bezkontaktni

MJERENJE TEMPERATURE…

1. http://www.ti.com/lit/ml/slyw051/slyw051.pdf

2. https://www.omega.co.uk/technical-learning/infrared-temperature-measurement-theory-application.html

3. http://www.ti.com/lit/an/sboa323/sboa323.pdf?&ts=1589466670930

4. http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21895a.pdf 5. https://www.te.com/global-en/trends/connected-life-health-

tech/medical-sensor-technology-and-applications/body-temperature-measurement.html

6. https://www.electronics-tutorials.ws/io/io_3.html 7. https://www.sensortips.com/temperature/infrared-temperature-

sensor/ 8. https://medium.com/@chawlamahima76/heartbeat-and-body-

temperature-monitoring-using-arduino-cf0a339b50f

http://www.ti.com/lit/ml/slyw051/slyw051.pdf







https://www.omega.co.uk/technical-learning/infrared-temperature-measurement-theory-application.html













http://www.ti.com/lit/an/sboa323/sboa323.pdf?&ts=1589466670930









http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/21895a.pdf







https://www.te.com/global-en/trends/connected-life-health-tech/medical-sensor-technology-and-applications/body-temperature-measurement.html























https://www.electronics-tutorials.ws/io/io_3.html







https://www.sensortips.com/temperature/infrared-temperature-sensor/







https://medium.com/@chawlamahima76/heartbeat-and-body-temperature-monitoring-using-arduino-cf0a339b50f























MJERENJE TEMPERATURE

• Temperatura ljudskog tijela u razlicitim ambijentalnim uslovima

Kola za mjerenje...

• Primjer kola sa NTC, proracun dat u (1), obratiti paznju.

Potrebno je mjeriti temperaturu tijela sa NTC otpornikom cija je zavisnost data jednacinom R=Ro x exp(B x (1/T-1/To)). Poznato je: B=50 Ro(T=25)=4.7K RE=4.7K RA=10K Odrediti RB, RC I RD tako da pri T=25oC VAD3=2.5V, a pri T=45oC , VAD3=3.75V, Kolika se rezolucija postize upotrebom 10 bitnog A/D konvertora, kod ARDUINA. Napraviti kalibracionu krivu T=F(N), gdje je N ocitana vrijednost 10bitnog A/D konvertora. Funkcija F treba da bude MATLAB funkcija T=Temp(N), gdje je N ucitana vrijednost A/D konvertora, a T odgovarajuca temperatura. Ilustrovati .

Vjezba #8 - A

D1

Potrebno je mjeriti temperaturu tijela sa obicnom diodom cija je zavisnost napona direktne polarizacije data jednacinom VD=VD(25oC)+ALFA(T-To), pri cemu je VD=0.6V (T=To=25oC ) ALFA=-2.2mV/oC RE=4.7K RA=10K Odrediti RB, RC I RD tako da pri T=25oC VAD3=2.5V, a pri T=45oC , VAD3=3.75V. Kolika se rezolucija postize upotrebom 10 bitnog A/D konvertora, kod ARDUINA. Napraviti kalibracionu krivu T=F(N), gdje je N ocitana vrijednost 10bitnog A/D konvertora. Funkcija F treba da bude MATLAB funkcija T=Temp(N), gdje je N ucitana vrijednost A/D konvertora a T odgovarajuca temperatura. Ilustrovati .

Vjezba #8 - B

Napon direktne polarizacije diode zavisi od temperature po aproksimativnoj jednacini VD=VD(25oC)+ALFA(T-To). To se koristi za mjerenje temperature. Poznato je VD=0.6V (T=To=25oC ) i ALFA=-2.2mV/oC Odrediti R3 I R1 tako da kroz diodu tece struja ID=2mA pri T=25oC. Odrediti VAD pri T=45oC . Kolika se rezolucija postize upotrebom 10 bitnog A/D konvertora, kod ARDUINA. Napraviti kalibracionu krivu T=F(N), gdje je N ocitana vrijednost 10bitnog A/D konvertora. Funkcija F treba da bude MATLAB funkcija T=Temp(N), gdje je N ucitana vrijednost A/D konvertora a T odgovarajuca temperatura. Ilustrovati .

VAD

Vjezba #8 - C

Univerzitet Crne Goreapeg.ac.me/nastava/MEDEL_1.pdf · 2020-05-23 · Nervni sistem [1] • Nervni...

Documents

Transcript of Univerzitet Crne Goreapeg.ac.me/nastava/MEDEL_1.pdf · 2020-05-23 · Nervni sistem [1] • Nervni...