Transformarea Semnalelor Biologice cu Ajutorul Amplificatoarelor cu Circuite Integrale Specializate

Introducere

Corpul uman este un sistem ierarhizat ce dispune de sisteme de autoreglare integrate. Deşi majoritatea funcţiilor sunt îndeplinite de structuri organizate, acestea comunică unele cu altele prin diferite semnale pentru buna funcţionare a întregului organism.

Evidenţa experimentelor efectuate în ultimii ani , au aratat că diverşi parametri ai semnalelor biologice din corpul uman sunt de o importanţă majoră în diagnosticarea eventualor probleme de sănătate.

In investigarea medicală modernă, atât medicul cât si pacientul simt o “presiune” crescândă generată de cantitatea de măsurători la care e supus pacientul ,aceasta implicând de asemenea şi multă aparatură. Această presiune e resimţită şi de către specialiştii care produc această aparatura deoarece medicina devine tot mai exactă pentru ca actul medical sa fie din ce în ce mai bun.

Investigaţiile curente implică teste biochimice de sânge şi alte fluide, analiza semnalelor de la inimă, creier şi muşchi; chirurgia implică monitorizarea multor parametri, necesitând decizii rapide ce trebuie luate pe baza unor informaţii corecte; explorarea funcţiei respiratorii implică măsurarea simultană a unor parametri ca: flux, presiune, compoziţia gazelor. Toate acestea sunt atât de complexe încat avem nevoie de instrumente specifice necesare preluării şi prelucrării acestor semnale, ca apoi ele să poată fi interpretate şi analizate în vederea soluţionării problemei sau problemelor cu care se confruntă omul.

Măsurarea activităţii electrice, acţiunea electricităţii asupra materiei vii dar şi a celorlalţi parametri, au putut fi efectuate doar cu ajutorul unei aparaturi electronice din ce în ce mai variată. Aportul electronicii se manifestă nu numai în achiziţia semnalelor electrice existente in materia vie ci, cu ajutorul unor traductoare adecvate se pot detecta un număr foarte mare de parametri fizici şi chimici. Necesitatea acestei aparaturi specializate în detectare şi prelucrarea semnalelor din corpul uman reiese din dorinţa de uşurare a muncii, de exploatări rapide şi sigure, aceasta conferindu-i posibilităţile de realizare a scopurilor propuse. Folosind aparatura electronică, analizele sunt de obicei nedistructive, ţesutul, organul sau chiar celula putând fi exploatate în condiţii normale de activitate. Mărimile exploatate pot fi la nivele energetice extrem de reduse, deoarece datorită amplificatoarelor electronice există posibilităţi enorme de amplificare.

Pentru o mai bună înţelegere a funcţionării organismului uman şi în vederea organizării unor modele care să fie punctul de plecare în diagnosticarea pacienţilor se motivează tendinţa de preluare a semnalelor biologice sub formă electrică deoarece este relativ usor conversia acestor mărimi în semnale electrice cât şi faptul că acestea în contiuare se amplifică, prelucrează, transmit informaţii etc. Captarea şi prelucrarea semnalelor biologice ,extragerea informaţiilor utile în cerceterea biomedicală se face prin tehnici adecvate bazate pe o aparatură electronică adesea costisitoare , inclusiv calculatoare dedicate acestei activităţi.

Lucrarea este structurată pe patru capitole. Primul capitol este intitulat “Semnale biologice”, în care se prezintă tipurile de semnale biologice din corpul omenesc şi modurile de preluare ale acestora. Sunt analizate semnale cvasi-periodice şi neperiodice.

Al doilea capitol se referă la “Amplificarea semnalelor slabe din fizica medicală” şi este destinat descrierii procesului de amplificare, caracteristicile amplificatoarelor şi principalele tipuri de amplificatoare care sunt utilizate în prelucrarea semnalelor biologice

Capitolul trei prezintă tipuri caracteristice de circuite integrate specializate utilizate la amplificarea semnalelor biomedicale. Se descrie proiectarea şi realizarea unui amplificator de instrumentaţie cu circuit integrat INA 101. Se prezintă montajul construit experimental şi rezultatele măsuratorilor efectuate. S-a reuşit amplificarea unor semnale cu amplitudinea minimă de 20 µV şi frecvenţe de până la 1MHz ȋn funcţie de amplificarea necesară.

Capitolul 1 Semnale biologice

1.1 Generalităţi

Funcţionarea oricărui organism viu este însoţită de modificarea permanentă în timp a unor parametri biofizici şi biochimici. Determinarea şi înregistrarea acestor parametri a condus la rezultate stiinţifice importante, fiind elaborate o serie de metode de investigare bazate pe culegerea lor.