Sisteme de amplificare și de înregistrare a biosemnalelor

Schema generala a unui sistem de inregistare a biopotentialelor electrice este prezentata in figura 1. Stimulatorul genereaza impulsurielectrice destinate stimularii tesutului excitabil. Impulsurile electrice se deosebesc intre ele prin forma (rectangulara, triunghiulara, trapezoidala etc.), amplitudine, durata si frecventa de repetitie.

Sistemul biologic este stimulat prin intermediul unor electrozi nepolarizabili de stimulare iar biopotentialele electrice aparute sunt culese printr-o a doua pereche de electrozi nepolarizabili de culegere.

Este preferabil ca sistemul biologic studiat sa se afle intr-o incinta ecranata electric, avand pereti metalici sau din sarma impletita legata la pamant (numita camera Faraday ), pentru ca perturbatiile electrice exterioare sa nu poata induce curenti in electrozii de culegere (si sa dea nastere, astfel, artefactelor de inregistrare).

Artefactele pot aparea si ca urmare a culegerii unor biopotentiale produse de tesuturi sau organe, altele decat acela care este obiectul investigatiei. Inregistrarea pe electrograma a impulsului stimulator poarta numele deartefact de stimulare ; alte artefacte sunt asa numitele zgomote electrice, produse de eventualele contacte imperfecte intre electrozii de culegere si sistemul biologic.

Inlaturarea acestor artefacte se face prin filtrare electronica, avand ca rezultat eliminarea prin neamplificare a tensiunilor alternative cu frecvente ce nu sunt caracteristice biopotentialelor investigate. Prin filtrare se incearca "extragerea din zgomot" a semnalului util.

Semnalul filtrat urmeaza sa fie amplificat cu ajutorul unui amplificator electronic, in componenta caruia intra rezistori, condensatori, bobine, diode, tranzistori, circuite integrate etc. Amplificatorul are doua borne de intrare, o rezistenta de intrare si doua borne de iesire (ce vor fi legate la o rezistenta de iesire).

Una dintre cele doua borne de intrare si una dintre cele de iesire sunt legate la pamant (la masa ) (figura 2).

Printre caracteristicile amplificatoarelor, cea mai importanta este fidelitatea, adica proprietatea de a amplifica un semnal fara a-i modifica forma. Alti parametri ai amplificatoarelor sunt :

-castigul in voltaj, care, exprimat in decibeli, este de 10 ori logaritmul zecimal al raportului dintre tensiunea semnalului la iesire si tensiunea semnalului la intrarea amplificatorului, adica 10 log (Vies/Vint)

-castigul in putere, egal cu 10 log (Pies/Pint) db, unde P reprezinta puterea electrica

-raportul semnal-zgomot care, exprimat si el in decibeli, este egal cu 10 log (Vsemnal util/Vperturbatii)

-banda de transfer, care este banda de frecvente pentru care castigul este identic pentru toate frecventele semnalului amplificat . Cunoasterea acestei caracteristici este esentiala pentru asigurarea fidelitatii amplificarii semnalului, nu numai in cazul in care semnalul cules este o tensiune alternativa de o anumita frecventa, ci si in cazul unui semnal avand o forma oarecare (cum sunt semnalele biologice).

In general, in alcatuirea unui amplificator intra doua etaje succesive: un preamplificator de voltaj urmat de amplificatorul propriu-zis de putere. Reglarea dupa dorinta a castigului final se face prin intermediul unui potentiometru care asigura cuplarea acestor doua etaje (figura 3).

Tipuri de sisteme de inregistrare a semnalelor electrice amplificate

Etajul de inregistrare din schema prezentata in figura 1 poate fi un inregistrator grafic (inscriptor), un osciloscop, un sistem acustic sau un suport magnetic.

Inregistratoarele grafice cu inscriere analogica dispun de un varf inscriptor, care lasa urme pe o banda de hartie ce se misca cu o anumita viteza. Principalele tipuri constructive de inscriptoare analogice sunt :

-inscriptoare cu cerneala, la care varful inscriptor este o penita sau un creion cu fibra (carioca);

-inscriptoare cu jet de cerneala, la care un jet rectiliniu de cerneala este proiectat pe hartie sub diferite directii sau la care jetul porneste pe o singura directie dar este deviat de campuri electrostatice inainte de a ajunge la hartie;

-inscriptoare cu hartie carbon, la care varful inscriptor preseaza o hartie de tip indigo suprapusa pe hartia de inregistrare;

-inscriptoare cu hartie termosensibila, la care varful inscriptor este incalzit, lasand urme pe hartia care are proprietatea de a-si schimba culoarea la cald;

-inscriptor cu hartie fotosensibila, unde rolul varfului inscriptor este jucat de o raza de lumina;

-inscriptor prin puncte, unde nu exista un singur varf inscriptor mobil, ci mai multe varfuri fixe, dar care preseaza succesiv hartia inregistratoare (figura 4).