Предисловие

Общеизвестно, что средства измерения являются основой построения аппаратов и систем электрофизиологической и фотометрической медицинской техники. В силу этого вопросам повышения точности и надежности измерений отводят значительную роль в обеспечении технического прогресса приборов медико-биологического назначения, и именно изучение измерительных устройств представляет благодатное поле для привития будущим специалистам комплексных инженерных навыков в области анализа и проектирования законченных электронных функциональных устройств медицинского назначения, включая сенсоры, устройства усиления и нормализации электрических сигналов датчиков и устройства отображения информации.

Биообъекты генерируют различные физические и физиологические сигналы, непригодные для восприятия и переноса информации в пространстве и во времени. Для преобразования их в удобную форму применяют первичные преобразователи. Обычно первичные преобразователи выдают электрические сигналы, которые имеют ряд существенных преимуществ перед сигналами другой физической природы — они могут быть переданы на очень большие расстояния, их можно эффективно преобразовывать простыми техническими средствами, скорость их распространения близка к скорости света. Эти сигналы получили название первичный сигнал. В некоторых случаях, например, при передаче на небольшие расстояния, первичный сигнал непосредственно передается по линии связи. Для передачи на большие расстояния первичный сигнал преобразуют в высокочастотный сигнал. Принимающая сторона полученный сигнал преобразует еще раз к виду, удобному для дальнейшей обработки. В итоге вместо истинных значений мы можем наблюдать только искаженные реальными приборами и окружающей средой значения исходящей от объекта наблюдения физической величины.

Термин «измерительный преобразователь» (ИП) употребляется в настоящее время достаточно широко и в разных смыслах. В данной книге термин измерительный преобразователь употребляется в смысле сенсора или чувствительного элемента, то есть под измерительным преобразователем понимается устройство, выполняющее элементарное измерительное преобразование, выполняемое на основе определенного физического принципа: емкостной, магнитоупругий, пьезоэлектрический преобразователь и т. д. Для обозначения совокупности измерительных преобразователей с выходом в виде электрического тока или напряжения и объединенных в один конструктивный узел, выносимый на объект исследования, используют термин «датчик».

Существуют различные способы классификации ИП, среди которых можно выделить два основных: по физическому или химическому явлению, лежащему в основе измерительного преобразования, или по физической или физиологической величине, измеряемой с помощью датчика. При написании данного учебника использовался первый принцип классификации, а в некоторых случаях приводятся примеры конкретных устройств для измерения биологических и физиологических параметров, выполненных на основе рассматриваемого типа измерительных преобразователей.

По глубокому убеждению авторов, подготовка инженеров напрямую связана с умением проводить адекватный качественный анализ электронных схем. Поэтому в учебном пособии большое место отведено схемотехнике ИП, подробно рассмотрены как общие подходы к включению измерительных преобразователей в усилительно-измерительный тракт, так и входных цепи измерительных преобразователей конкретного типа.

В заключениях глав приводится список контрольных вопросов и задач, которые помогут более глубоко понять физические и схемотехнические особенности построения датчиков для биомедицинских исследований, а также помогут получению специальных навыков при решении практических задач.

Целью преподавания дисциплины «Изготовление биотехнических и медицинских аппаратов и систем» является изучение основ и принципов построения современной медицинской техники, проектирования технической и программной частей, изучение наиболее распространенных узлов и элементов медицинской техники в современной диагностической и терапевтической аппаратуре, применение микропроцессорных систем в медицине. Основными задачами изучения являются приобретение знаний и формирование профессиональных навыков в следующих видах профессиональной деятельности:

  • — анализ состояния научно-технической проблемы путем подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников в сфере биотехнических систем и технологий;
  • — определение цели, постановка задач проектирования, подготовка технических заданий на выполнение проектных работ в сфере биотехнических систем и технологий медицинского и экологического назначения;
  • — проектирование устройств и приборов, биомедицинского и экологического назначения с учетом заданных технических требований;
  • — разработка проектно-конструкторской документации в соответствии с методическими и нормативными требованиями.

Обучающиеся должны освоить:

трудовые действия

— по выполнению расчета блоков медицинских приборов и анализа их работы;

  • — работы с типовыми пакетами прикладных программ, применяемых при проектировании аппаратов, приборов и систем медицинского назначения;
  • — сбора и анализа медико-биологической и научно-технической информации в сфере биотехнических систем и технологий;

необходимые знания

  • — основных требований к узлам медицинской электронной техники, методов их расчета с использованием современной элементной базы;
  • — базовых элеменов аналоговых устройств;
  • — современных схемных решений, применяемых при практической реализации медицинских электронных приборов, аппаратов и систем;
  • — основных принципов построения и работы устройств усиления и преобразования аналоговых сигналов;
  • — основных характеристик аналоговых электронных устройств;

необходимые умения

  • — использования полученных знаний при организации медицинского эксперимента с применением технических средств; эффективной организации обработки и представления экспериментальных данных;
  • — разработки функциональных узлов в зависимости от формы представления информации и целевого назначения;
  • — работы с типовыми пакетами прикладных программ, используемыми при проектировании аппаратов, приборов и систем медицинского назначения;
  • — выполнения расчета и проектирования деталей, компонентов и узлов биотехнических систем;
  • — осуществления поиска и анализа научно-технической информации по методам расчета и проектирования деталей, компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники.

В процессе изучения курса у студентов формируются следующие компетенции:

  • — способность учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей профессиональной деятельности;
  • — способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования деталей, компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники;
  • — готовность выполнять расчет и проектирование деталей, компонентов и узлов биотехнических систем, биомедицинской и экологической техники в соответствии с техническим заданием с использованием средств автоматизации проектирования;
  • — способность разрабатывать проектную и техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы в предметной сфере биотехнических систем и технологий.

Материалы, представленные в учебном пособии, изучаются после знакомства студентов с основными типовыми решениями по построению аналоговых и цифровых узлов обработки и преобразования сигналов.

В учебном пособии рассмотрены основные типы измерительных преобразователей, используемых в биомедицинских приложениях, и медицинские электроды. Описать в небольшом объеме книги все известные типы измерительных преобразователей, а также изложить вопросы теории и методов расчета этих преобразователей не представляется возможным. Поэтому в учебнике рассмотрены физические основы наиболее известных методов преобразования физических и физиологических сигналов в электрический сигнал, используемых в медико-технических приложениях.

Хотя издание в первую очередь ориентировано на подготовку специалистов, изучающих разработку медицинской аппаратуры, оно может быть рекомендовано и при изучении смежных дисциплин в области вычислительной техники, промышленной автоматики, приборостроения, робототехники и радиоэлектроники, а также другим специалистам соответствующих специальностей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >