Медицинская электроника

Медицинская электроника.

Медицинская электроника – разделы электроники, в которых рассматриваются особенности применения электронных систем для решения медико-биологических задач, а также устройство соответствующей аппаратуры.

Все медицинские приборы можно разделить на 2 группы:

1. Приборы для диагностики.

2. Приборы для терапии.

Цель приборов для диагностики: измерить какую-либо физико-биологическую величину и выдать её в удобной форме. Эти приборы контактируют непосредственно с телом человека.

Особенности организма как источника сигнала:

1. Все сигналы малой мощности, с малой амплитудой и слабым сигналом. Они требуют усиления, т.е. будут подвергнуты искажению.

2. Сопротивление тела человека имеет большое значение – около 10

   6 Ом.

3. Высокий уровень помехи. Плотность информации очень велика.

4. Частотный спектр выходных сигналов лежит в инфра-низкой области частот.

5. Наличие постоянного гальванического контакта с электрической схемой прибора.

Особенности изделий медицинской техники:

1. Тщательно выбираются входные цепи приборов (ограничивается область положения датчиков).

2. Схемы приборов усложняются за счёт цепей помехоподавления.

3. К изделиям медицинской техники предъявляются повышенные требования по электробезопасности.

Электродиагностическая аппаратура
Измерители электрических параметров		Измерители неэлектрических величин	Эндоскопы	Вспомогательные приборы
Измерители биопотенциалов	Реографы	Пульсометры Эл. манометры Эл. тонометры Рефлексометры Радиология	УЗИ Рент. томографы Магн. тонометры Биорезонансная диагностика	Электростимуляторы Дифференциаторы Интеграторы
ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, ЭГГ, ЭОГ

Измерители биопотенциалов. В начале XX века Эйнтховен изобрёл первый аппарат ЭКГ.

Рассмотрим амплитудный и частотный спектр сигналов, характеризующих электрическую активность различных органов человека.

Параметр	ЭКГ электрокардиография	ЭЭГ электроэнцефалография	ЭМГ электромиография	ЭГГ электрогастрография
Амплитуда, мВ	0,1 – 5	0,01 – 0,5	0,01 – 50	0,1 – 1
Частота, Гц	0,5 – 400	1 – 1000	1 – 10 тыс.	0,01 – 10

Электрический диполь – система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя l). Основная характеристика диполя – дипольный момент – вектор, равный произведению заряда на плечо диполя, направленный от отрицательного заряда к положительному. Обозначается . Измеряется в Кулон-метрах.

— потенциал в точке А

По Эйнтховену:

Кардиограмма представляет собой проекцию вектора дипольного момента сердца на направление соответствующего отведения, развёрнутую во времени.

Теория ЭКГ предполагает электрический диполь рассматривать в среде безграничного однородного диэлектрика. А это не человек. Теория ЭКГ на сегодняшний день не завершена. Блочная схема ЭКГ:

Модель эквивалентного токового генератора.

Эквивалентная схема возникновения биотока:

r – сопротивление источника

R – внешняя нагрузка

Сильный источник, слабая внешняя нагрузка => система работает в состоянии короткого замыкания:

но , тогда

Токовый диполь:

— дипольный момент токового диполя.

— потенциал в точке униполя, — удельное сопротивление среды.

Потенциал токового диполя:

G можно пренебречь.

Таких диполей на поверхности органа множество. Но можно выделить суммарный потенциал D₀.

— потенциал электрического мультитокового генератора.

Минусы: модель не учитывает конфигурацию тела и неоднородность среды.

Плюсы: модель учитывает сопротивление.

Измерители неэлектрических величин. Пример: термометр. Способы перевода неэлектрической величины в электрическую. Обобщённая схема измерителя неэлектрической величины электрическим методом.

Измерительная схема прибора представляет собой канал съёма информации, её преобразования и регистрации, образованный последовательной цепью измерительных преобразований, осуществляющих однозначную зависимость выходящего сигнала от входящего.

Датчики медико-биологической информации – фиксируют неэлектрические показания и переводят их в электрические.

Датчики:

1. Генераторные – генерируют энергию, не требуют источника питания (сопротивления, ёмкости, индуктивности).

2. Параметрические (пассивные) – необходимо дополнительное питание.

Характеристики датчика:

1. Функция преобразования

х – входная величина; у – выходная величина

2. Порог чувствительности – минимальная входная величина.

3. Динамический диапазон – диапазон измерения.

4. Время реакции – скачкообразно изменяют входную величину и оценивают время.

5. Числовые характеристики.

Датчики температуры.

Термопара.

Минусы: очень низкая чувствительность, неудобный диапазон

Плюсы: очень малые размеры и быстрая реакция.

Термометры сопротивления:

1. Проволочные

2. Полупроводниковые

Для 1 – высокая чувствительность и стабильность, большой диапазон.

Для 2 – малый размер, высокая чувствительность и быстродействие. Диапазон до 150⁰. Не стабильные.

Датчики механических перемещений.

1. На деформирующей способности датчика – используется прямой пьезоэффект. Генераторный

2. Тензометрический датчик (стабильность, чувствительность). Пассивный.

3. Датчики скорости (эффект Холла). Генераторный.

Датчики электромагнитных излучений.

ИК 10¹¹ – 10¹⁴ термопары, ИК фотоэлементы

ВС — УФ 10¹⁴ – 10¹⁶ фоторезисторы

Рентгеновское и гамма-излучения 10¹⁶ – 10²¹ фоторезистор Гейгера-Мюллера (фоторезистор + сцинтилляционный эффект).

Согласование измерительных преобразователей.

Принцип согласования: сопротивление входа второго преобразователя больше или равно сопротивлению выхода первого преобразователя. Идеальный преобразователь должен иметь максимальные входные и минимальные выходные сопротивления.

Существуют специальные приборы – повторители, предназначенные только для согласования сопротивления.

Типовые измерительные схемы датчиков.

1. Периодическая проверка нуля прибора (работоспособности). В схеме прибора создаётся цепь, которая подаёт на вход специальный калибровочный сигнал. Применение разностных измерительных схем. Если помеху нельзя исключить, то её можно измерить и вычесть.

2. Реализация дифференцирующих измерительных схем.

3. Применение компенсационных схем измерения (приборы, работающие по принципу весов). Неизвестная величина компенсируется известной и достигается состояние равновесия.

Преимущества: легче зафиксировать отсутствие величины, чем её измерить; не искажает температуру объекта; более точные.

Пример: термопара.

4. Частотно-кодовая модуляция сигнала.

Преимущества: быстродействие, запоминание, много каналов, повышает помехозащищённость, точнее в 10-и раз, устойчивей.

Электротерапевтическая аппаратура
Постоянный пол ток	Низкочастотный пол ток	Высокочастотный пол ток
Гальванизация, Аэрозольная терапия, Франклинизация	Электромодуляторы, Электросон, Электроэхопунктура, Магнитотерапия, Биорезонанс	УВЧ терапия УЗИ терапия ДЦВ терапия СВЧ терапия

Электростимуляторы. Импульсные методы воздействия.

Параметры импульса: амплитуда, частота, фаза, пауза = скважность, S = Т/t_и, субъективные параметры.

Порог возбуждения – минимальная амплитуда импульсного тока, вызывающая реакцию возбуждения. Зависит от длительности импульса и частоты.

Закон Вейса-Лапика:

Зависимость от частоты (с ростом частоты болевой порог растёт быстрее, чем порог возбуждения):

Использование электростимуляции для диагностики:

1. Лабильность – способность мышц воспроизводить ритм возбуждения без потери темпа.

2. Аккомодация – приспособление к колебаниям.

С ростом крутизны импульса порог возбуждения должен снижаться. Используются экспоненциальные импульсы с переменной частотой. При патологии зависимость другая.

Виды тока, использующегося для стимуляции:

1. Классические импульсы – прямоугольные, пилообразные, экспоненциальные.

Синкоп – режим пачек импульсов (сдвоенные, строенные). Амплитуда менее 50 мА, частота до 150Гц.

2. Токи Бернара (диадинамические).

3. Синусоидально-модулированные токи.

4. Интерференционные токи.

48. Медицинская электроника. Медицинская физика

48. Медицинская электроника

Одно из распространенных применений электронных устройств связано с диагностикой и лечением заболеваний. Разделы электроники, в которых рассматриваются особенности применения электронных систем для решения медико-биологических задач, а также устройства соответствующей аппаратуры, получили название медицинской электроники.

Медицинская электроника основывается на сведениях из физики, математики, техники, медицины, биологии, физиологии и других наук, она включаетв себя биологическую и физиологическую электронику.

В настоящее время многие традиционно «неэлектрические» характеристики (температуру, смещение тела, биохимические показатели и др.) при измерениях стремятся преобразовать в электрический сигнал. Информацию, представленную электрическим сигналом, удобно передавать на расстояние и надежно регистрировать. Можно выделить следующие основные группы электронных приборов и аппаратов, используемых для медико-биологических целей.

1. Устройства для получения (схема), передачи и регистрации медико-биологической информации. Такая информация может быть не только о процессах, происходящих в организме (в биологической ткани, органах, системах), но и о состоянии окружающей среды (санитарно-гигиеническое назначение), о процессах, происходящих в протезах, и т. д. Сюда относится большая часть диагностической аппаратуры: балли-стокардиографы, фонокардиографы и др.

2. Электронные устройства, обеспечивающие дозирующее воздействие на организм различными физическими факторами (такими как ультразвук, электрический ток, электромагнитные поля и др.) с целью лечения: аппараты микроволновой терапии, аппараты для электрохирургии, кардиостимуляторы и др. 3. Кибернетические электронные устройства:

1) электронные вычислительные машины для переработки, хранения и автоматического анализа медико-биологической информации;

2) устройства для управления процессами жизнедеятельности и автоматического регулирования окружающей человека среды;

3) электронные модели биологических процессов и др. Одним из важных вопросов, связанных с устройством

электронной медицинской аппаратуры, является ее электробезопасность как для пациентов, так и для медицинского персонала. В электрической сети и в технических устройствах обычно задают электрическое напряжение, но действие на организм или органы оказывает электрический ток, т. е. заряд, протекающий через биологический объект в единицу времени.

Сопротивление тела человека между двумя касаниями (электродами) складывается из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи.

Основное и главное требование – сделать недоступным касание аппаратуры, находящейся под напряжением. Для этого прежде всего изолируют части приборов и аппаратов, находящихся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппаратуры.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА Герой романа Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина» изобрел прибор, способный создавать узкий параллельный световой пучок, несущие большую энергию и вызывающий серьезные разрушения на значительных расстояниях. Физики не раз убедительно

1.

 Медицинская физика. Краткая история

1. Медицинская физика. Краткая история Медицинская физика – это наука о системе, которая состоит из физических приборов и излучений, лечебно-диагностических аппаратов и технологий.Цель медицинской физики – изучение этих систем профилактики и диагностики заболеваний, а

3. Медицинская метрология и ее специфика

3. Медицинская метрология и ее специфика Технические устройства, используемые в медицине, называют обобщенным термином «медицинская техника». Большая часть медицинской техники относится к медицинской аппаратуре, которая в свою очередь подразделяется на медицинские

47. Электроника

47. Электроника Электроника – это понятие, широко распространенное в настоящее время. Электроника основывается прежде всего на достижениях физики. Сегодня без электронной аппаратуры невозможны ни диагностика заболеваний, ни эффективное их лечение.Термин «электроника»

Карьера в области медицинской электроники | Work

Автор Кэролайн Хейли Обновлено 30 августа 2018 г.

Инженерия медицинской электроники и другие связанные с ней профессии множатся по мере старения населения и развития технологий. В медицинской электронике есть несколько профессий: от биомедицинских инженеров до техников-электронщиков и ремонтников медицинского оборудования. Хотя они подпадают под одно и то же понятие, у них разные обязанности, зарплата и требования к образованию.

Работа в области разработки медицинской электроники

Инженер-биомедик : Инженеры-биомедики несут ответственность за производство продуктов и процедур для решения медицинских проблем. Они работают над проектами биомедицинской электроники, проектируя, создавая и оценивая системы и продукты, такие как медицинское оборудование, искусственные органы, инструменты, используемые во время хирургии, и информационные системы. Большинство биомедицинских инженеров работают полный рабочий день на производстве, в университетах, больницах и исследовательских центрах компаний и учреждений. Вы можете стать инженером-биомедиком, получив степень бакалавра в области биомедицинской инженерии или биоинженерии, или вы можете получить степень бакалавра в смежной инженерной области, такой как химическая или электротехническая инженерия.

Зарплата инженера-разработчика медицинской электроники находится на более высоком уровне для карьеры в области медицинской электроники. По данным Бюро статистики труда США, средний или средний диапазон заработной платы инженеров-биомедиков в 2017 году составлял 88 040 долларов. Прогнозируется, что к 2026 году занятость инженеров-биомедиков вырастет на 7 процентов, что сопоставимо со средним показателем для всех профессий. Потребность во все более сложных медицинских технологиях и приложениях для медицинских устройств в сочетании с медицинскими потребностями стареющего населения будет стимулировать будущий спрос на инженеров-биомедиков.

Директор по биомедицинской инженерии : Директора по биомедицинской инженерии выполняют все функции, связанные с проверкой безопасности, ремонтом и обслуживанием оборудования, а также проводят обучение и техническое руководство для персонала, осуществляющего уход за пациентами. Работа обычно требует ученой степени и более трех лет управленческого опыта.

По данным Salary.com, средняя зарплата директора по биомедицинской инженерии составляла 111 032 долларов США по состоянию на июль 2018 года, но обычно диапазон составляет от 95 826 долларов США и 129 650 долларов США , в зависимости от образования, сертификатов и многолетнего опыта.

Мастер по ремонту медицинского оборудования

Мастер по ремонту медицинского оборудования устанавливает, обслуживает и ремонтирует оборудование для ухода за пациентами. Обычно они работают в течение дня, но ожидается, что они будут на связи в выходные и по вечерам. Работа часто связана со стрессом, так как ремонтники могут работать с жизненно важным медицинским оборудованием, иногда в срочном порядке. Работодатели обычно предпочитают соискателей со степенью младшего специалиста в области технологий или инженерии. Ремонтникам также может понадобиться степень бакалавра, в зависимости от их специализации.

Средняя заработная плата ремонтника медицинского оборудования по состоянию на 2017 год составляла 48 820 долларов США . С прогнозируемым увеличением числа пожилых людей медицинские работники рекомендуют больше медицинских тестов, в которых используется новое сложное оборудование. Кроме того, некоторые медицинские учреждения экономят деньги, приобретая восстановленное оборудование, и им потребуются услуги мастеров по ремонту оборудования. Тем не менее, по прогнозам, занятость ремонтников медицинского оборудования вырастет только на 4 процента до 2026 года, что медленнее, чем в среднем по всем профессиям.

Техник по биомедицинской электронике

Техник по биомедицинской электронике устанавливает, тестирует, калибрует и ремонтирует биомедицинское оборудование, а также обучает пользователей и поддерживает безопасные операции. Эти специалисты обычно тесно сотрудничают с инженерами-электриками в нескольких местах, включая заводы и научно-исследовательские лаборатории. Техникам-электронщикам обычно требуется степень младшего специалиста, чтобы получить работу.

В мае 2017 года средняя заработная плата инженера-электронщика составляла 63 660 долларов , по данным Бюро статистики труда США. Прогнозируется, что занятость техников-электронщиков вырастет на 2 процента до 2026 года, что значительно медленнее, чем в среднем по всем рабочим местам.

Медицинские электронные устройства — Henkel Adhesives

Язык субтитров

Надежная диагностика, эффективное лечение и повышенный комфорт пациентов всегда были главными целями отрасли здравоохранения. В течение десятилетий клеи и электронные материалы Henkel облегчали разработку и производство передовых медицинских устройств, разработанных для оптимизации диагностики и улучшения результатов лечения пациентов.

Более широкий доступ к здравоохранению, самоконтроль и стремление к менее инвазивным устройствам и процедурам бросают вызов традиционной медицинской электронике. С ростом расходов на здравоохранение новаторы в области медицинских носимых устройств и электронных устройств разрабатывают новые решения для удаленной диагностики и составления отчетов врачами — все они предназначены для более эффективного управления ресурсами при одновременном улучшении ухода за пациентами.

Компания Henkel предлагает ряд высоконадежных электронных и проводящих материалов, подходящих для использования в широком спектре медицинских машин и устройств — от биологических датчиков до имплантируемых микроэлектронных сборок и передового диагностического оборудования.

Henkel предлагает светоотверждаемые клеи, разработанные с акцентом на более безопасные ингредиенты, для использования в медицинских устройствах, в том числе носимых. Они проходят испытания в соответствии с протоколами Henkel, основанными на стандартах биосовместимости ISO 10993 (ISO 10993-5,-10,-11,-4,-6). Для получения дополнительной информации об этих клеях нажмите здесь.

Связаться с нами

Применение медицинских электронных устройств

Медицинские электроды

Компания Henkel разработала высоконадежные решения из электропроводящих материалов с учетом уникальных требований к медицинским электродам, включая электроды TAB ECG, TENS, заземляющие электроды и электроды для дефибрилляции. Медицинские решения Henkel, от материалов для датчиков до кожных клеев, отличаются производительностью, надежностью и комфортом. Благодаря последним инновационным материалам Henkel, «сухому электродному клею», можно добиться длительного износа, стабильного качества сигнала и сокращения отходов материала. Эти достижения стали возможными благодаря новым разработкам в технологии печатной электроники, которые открывают новые возможности медицинских электронных устройств.

Ассортимент материалов Henkel для медицинских электродов помогает производителям устройств:

• Повышение комфорта пациентов
• Предложение для длительного ношения и удаленного мониторинга
• Повышение надежности и качества сигнала
• Производство экономичных электродов

Язык субтитров

Smart Health Patch

Smart Health Patch для удаленного мониторинга пациента могут непрерывно измерять частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, ЭКГ и многие другие функции человеческого организма. В этих пластырях используется сенсорная технология на коже, миниатюрное оборудование и передача данных для повышения качества и комфорта лечения пациентов. Патч-технология позволяет медицинским работникам повысить качество обслуживания благодаря доступности долгосрочных медицинских данных, а также снизить количество госпитализаций и расходы.

Инновационные материалы для сухих электродов, проводящие чернила, защитные покрытия и безвредные для кожи клеи, чувствительные к давлению, от Henkel предлагают полный набор материальных решений для создания новых интеллектуальных медицинских устройств и одноразовых медицинских изделий, которые производятся в больших объемах и надежно доставляются в -функциональность приложения.

Резюме по недавнему варианту использования Covid-19 со ссылкой на пресс-релиз pdf ( 465 КБ )

Язык субтитров

Управление глюкозой

Проводящие чернила Henkel позволяют производить тест-полоски для определения уровня глюкозы, которые облегчают самоконтроль уровня глюкозы в крови (SMBG). Эти проводящие материалы являются основным компонентом функции определения уровня глюкозы, которая напрямую влияет на самочувствие пациента.

Непрерывное управление уровнем глюкозы (CGM) становится все более эффективным и внедряемым. CGM измеряет уровень глюкозы в крови и отображает дату на считывающем устройстве. Это позволяет пациентам тщательно контролировать уровень глюкозы для более своевременных инъекций инсулина. Проводящие сенсорные материалы и безопасные для кожи клеи от Henkel являются ключевыми факторами, позволяющими создавать надежные накожные пластыри CGM.

Датчики влажности

Рост гериатрической популяции наряду с ростом расходов на здравоохранение побуждает к разработке новых инструментов мониторинга, помогающих повысить комфорт пациентов и сократить расходы. Henkel отвечает на этот призыв несколькими подходами, одним из которых является интеллектуальное управление недержанием за счет использования экономичных распечатываемых датчиков влажности , которые можно удобно носить и отправлять сообщения в режиме реального времени, когда требуются сменные расходные материалы.

Электропроводящие чернила Henkel позволяют производить гибкие одноразовые медицинские изделия, включая умные подгузники, умные наматрасники и промышленные изделия. Электропроводящие материалы Henkel можно наносить с помощью высокоскоростных процессов флексографской печати непосредственно на тонкие гибкие материалы, используемые при сборке товаров медицинского назначения, что еще больше снижает затраты за счет увеличения производительности.

Решения для медицинских электронных устройств

Общая медицинская ассамблея медицинских электронных устройств

Компания Henkel разработала полную линейку материалов для сборки медицинских изделий общего назначения, которые обеспечивают электрическое соединение, структурную целостность, защиту устройства и контроль температуры, необходимые для критически важных медицинских изделий малого форм-фактора.

Ассортимент медицинских материалов включает:

• Инкапсуляция, состоящая из герметиков, конформного покрытия, Glob Top, герметизирующих материалов и материалов для литья под низким давлением для защиты электрических компонентов от влаги и жидкостей.
• Заполняющие материалы для защиты электронных компонентов от ударов и ударных нагрузок для таких применений, как слуховые аппараты, кардио- или нейроустройства.
• Теплопроводящие материалы и материалы для терморегуляции, а также защитные чернила, например, используемые в оборудовании для обработки изображений.
  
• Электропроводящие клеи для более высокой надежности, повышенной прочности и более гибких электрических соединений, например, в диагностическом оборудовании и компьютерном томографе.
• Материалы для припоя для электрического соединения SMD с печатной платой, такие как используемые на всех электронных платах.

Технические документы и анализ рынка

Технические документы и обзоры рынка сосредоточены на вопросах проектирования сборки с использованием клеев, электроники и материалов для печатной электроники, а также на историях успеха и новых рыночных технологиях. Кликните сюда, чтобы узнать больше.

Дополнительные ресурсы

Для получения дополнительной информации о наших решениях для медицинских электронных устройств загрузите ресурсы в формате PDF здесь.