Măsurări în Biomedicină și Ecologie

1. Specificitatea măsurărilor în biomedicină şi ecologie

1.1.Procesul de măsurare

“Când puteţi măsura un fenomen şi îl exprimaţi prin numere, aveţi deja o sumă de cunoştinţe în privinţa sa, în caz contrar cunoştinţele voastre sunt slabe şi nesatisfăcătoare ”

Prin această remarcă Lord Kelvin:

- consideră măsurarea ca o succesiune de operaţii ce constau în stabilirea unei relaţii bijective între un fenomen şi un ansamblu de numere;

- ne provoacă, ne îndeamnă la o mai bună cunoaştere a fenomenelor de măsurat.

Dar cum se poate obţine această cunoaştere, dacă nu tot prin măsurări-

Pentru considerarea măsurărilor ca un pas în procesul de cunoaştere şi utilizarea lor în toate domeniile activităţii umane, este necesar de a lărgi noţiunile de metrologie clasice, fără însă a pierde din rigoarea caracteristică acestora.

În orice proces de măsurare intervin cel puţin trei elemente:

a) obiectul supus măsurării;

b) metoda de măsurare;

c) instrumentaţia.

a) O clasificare a mărimilor după tipul relaţiilor care pot fi definite pe mulţimea fenomenelor cărora le sunt asociate (algebră Boole) este în:

- mărimi măsurabile;

- mărimi reperabile;

- indicatori.

Pentru mărimile măsurabile se poate stabili:

- relaţie de echivalenţă (relaţie binară care satisface axiomele de reflexivitate, simetrie, tranzitivitate) şi o relaţie de ordine totală (>; =; <);

- o operaţie internă (asociativă şi comutativă - adunarea) şi o relaţie externă (înmulţirea printr-un scalar).

Putem exemplifica aici cu masa, lungimea, unghiurile, capacitatea unui condensator (mărimi măsurabile aditive) şi concentraţia (mărime măsurabilă neaditivă prin juxtapunere).

Pentru mărimile reperabile nu pot fi definite adunarea algebrică şi înmulţirea cu un scalar. În cadrul acestor mărimi se defineşte prin convenţie o scară de reperaj (scara Mohr pentru durităţi, scara Richter pentru intensitatea cutremurelor).

Indicatorii sunt mărimi pentru care se caută să se asocieze o valoare fără a se putea defini (cel puţin după cunoştinţele actuale) relaţii de echivalenţă şi de ordine totală.

Exemple: durerea, moralul unui grup, nivelul de învăţământ într-un anumit loc, riscul unei epidemii în agricultură, iminenţa unui cutremur. Deşi determinarea indicatorilor se face în urma unor măsurări precise, ea este foarte subiectivă, datorită dependenţei de o modelare. Multe din măsurările din ecologie şi biomedicină se referă la indicatori.

b) Metoda de măsurare constă în descrierea ansamblului de operaţii care permit realizarea cuantificării unei mărimi (măsurări).

Avem astfel:

- metode directe;

- metode indirecte.

În general, măsurările directe se efectuează prin compararea nemijlocită cu o mărime de referinţă de aceeaşi speţă şi presupun utilizarea unor etaloane primare sau secundare.

În cazul măsurărilor indirecte, intervin unul sau mai multe moduri de interacţiune ale unor mărimi cu altele, în vederea cuantificării. Astfel se măsoară o mărime ce constituie un efect al mărimii de interes (sensorul nu este sensibil la măsurandul propriu-zis, ci la una sau mai multe din consecinţele lui). De exemplu, măsurarea unei temperaturi poate utiliza:

- modificarea rezistenţei electrice a unei componente;

- radiaţia în microunde sau în infraroşu.

De cele mai multe ori măsurările indirecte sunt mai puţin precise decât cele directe.

Pentru exemplul considerat (temperatura) în cazul măsurării modificării rezistenţei, trebuie luate precauţii împotriva sensibilităţilor parazite, ştiut fiind că modificarea rezistenţei poate avea loc şi datorită altor factori, de exemplu umiditatea. În plus, deşi indirectă, această măsurare presupune, în general, introducerea sensorului în mediul a cărui temperatură se măsoară şi deci poate fi invazivă.

În a doua situaţie dificultăţile efectuării măsurărilor sunt legate de starea suprafeţei corpului, de natura materialului (la aceeaşi temperatură, intensitatea radiaţiei diferă de la un material la altul). Cu toate aceste probleme care conduc la complicarea instrumentaţiei şi/sau scăderea preciziei, măsurarea se poate face fără contact (prin radiaţie în infraroşu), deci este neinvazivă.