5/26/2018

1

نحوه ثبت آنهاسيگنال هاي زيستي و

درس اصول مهندسي پزشكي

امين مهنام

1396

به نام آنكه هستي نام از او يافت

1

مطالب اين بخش

خاستگاه سيگنال هاي الكتريكي بدن؟•

.يمچگونه در بدن منتشر مي شوند و چگونه مي توانيم آنها را ثبت كن–

:چه سيگنال هاي الكتريكي و غير آن داريم•

.منشا آنها چيست و كجاست–

مشخصات و خصوصيات آنها چيست؟–

كاربردهاي كلينيكي آنها چيست؟–

.چطور آنها را ثبت مي كنيم–

2

5/26/2018

2

زيستيمفهوم سيگنال و سيگنال هاي

.آنچه كه حاوي اطالعات باشد: سيگنال•

.تم هاي زندهدر سيس) الكتريكي، مكانيكي، شيميايي(فرايندهاي فيزيولوژيك •

.حاصل طبيعت و نوع عملكرد اين فرايندها: سيگنال ها•

باض قلبانق: بيان كنندة اتفاقاتي كه حين فرايند شكل مي گيرد

.تبديل فرايندهاي فيزيولوژيك به پاتولوژيك: بيماري ها و آسيب ها•

انعكاس در سيگنال ها

.ارزيابي وضعيت سيستم براساس سيگنال هاي ثبت شده از آن•

3

:انواع سيگنال ها

.ويا هردو مكان، براي نقاط مختلف زمانثبت سيگنال در طول •

:سيگنال هاي زيستي•

.سيگنال قلب: الكتريكي–

.معموال حاصل جريان الكتريكي: مغناطيسي–

.در خون، قند خون CO2فشار نسبي : شيميايي–

.فشار خون: مكانيكي–

.صداي ريه ها. صداي قلب: صوتي–

.فشار نسبي اكسيژن در خون: نوري–

4

5/26/2018

3

انواع سيگنال ها

.كيفي و كمي•

).در زمان(گسسته و پيوسته •

).در مقدار(گسسته و پيوسته •

.برحسب زمان، يا مكان يا هردو•

5

سيگنالها

.يكبار اندازه گيري•

.اندازه گيري گسسته•

.اندازه گيري پيوسته•

:مثال

.اندازه گيري دماي بدن

6

5/26/2018

4

سيگنالها

.سيگنالهاي متناوب و غير متناوب•

.مفهوم فركانس•

7

سيگنالها

مفهوم نمايش فركانسي براي سيگنالهاي متناوب پيچيده•

8

5/26/2018

5

.يك سيگنال تقريبا متناوب: سيگنال قلب•

9

چند اصطالح

Invasiveو Noninvasiveتهاجمي و غير تهاجمي •

بدن و هر گونه عمليات تشخيصي يا درماني كه شامل داخل شدن به محيط–

.در نتيجه آسيب به بافت زنده شود

.In-vitroو In-vivo آزمايشهاي•

مقابل آزمايش يا اندازه گيري كه در محيط طبيعي بافت زنده انجام شود، در–

ال پس آزمايش بافت شناسي يك خ(وقتي خارج از محيط طبيعي انجام شود

).از برداشتن آن

10

5/26/2018

6

سيل عملانتشار پتان: منشا سيگنال هاي زيستي

سلولهايي با غشاي تحريك پذير•

11

پتانسيل هاي زيستي

.حاصل انتشار پتانسيل عمل در فيبر عصبي يا عضالني•

.جريان يوني در لبة جلوروندة پتانسيل عمل–

.بسته شدن جريان در محيط خارج سلولي–

هادي : محيط خارج سلولي) مقاومت بزرگ تر از صفر(هدايت محدود –

.حجمي

.انتشار جريان در كل هادي–

.ثبت پتانسيل حاصل–

12

5/26/2018

7

جريانهاي غشا حين پتانسيل عمل

13

سيگنال هاي الكتريكي

.شكل پتانسيل عمل خارج سلولي•

14

5/26/2018

8

سيگنال الكتريكي ماهيچهElectro-myo-gram

15

.عضله متشكل از تعدادي واحد حركتي

.هر لحظه فقط بعضي واحدهاي حركتي

چرا؟. واحدهاي حركتي ناهماهنگعملكرد

الكتريكي ماهيچه سيگنالمنشا

16

5/26/2018

9

EMGنمونه سيگنال

17

سيگنال الكتريكي ماهيچه Electro-myo-gram )EMG(

اندازه گيري سيگنال الكتريكي حاصل از •

.فعاليت ماهيچه ها از روي پوست يا ميان فيبرهاي عضالني

.حاصل پتانسيل هاي عمل فيبرهاي عضالني•

.برايندي از پتانسيل هاي عمل واحدهاي حركتي•Single Motor-Unit Action Potential

(SMUAP)

ميلي ثانيه، دو يا سه فازي، 3-15

.عدد در ثانيه 30تا 6ميكروولت، 300تا 100

Fig. 3. Use of EMG to clarify the discrepancy in muscle action between

the manual muscle test and walking. A. EMG during side-lying manual

test of the gluteus medius muscle (G. Med); note attempted

substitution of the knee flexors for inability to abduct the limb. B.

Activity level of same muscles during walking: G. MED = gluteus

medius; SEMI MEMB = semimembranosus; BF, LH = biceps femoris,

long head; BF, SH = biceps femoris, short head; KNEE GONI == knee

goniometer; and L F. S. = left footswitch.

www.ott.zynet.co.uk/.../library/perry/gat.html

18

5/26/2018

10

.سيگنال الكتريكي ماهيچه

:نحوة ثبت•

.از روي پوست) Surface EMGسطحي (ثبت غيرتهاجمي –.الكترود از جنس پالتين يا نقره•

.نسبت به الكترود مرجع•

.ثبت دستة وسيعي از فيبرهاي عضالني•

.با استفاده از الكترود سوزني: ثبت تهاجمي–

.ثبت تك قطبي يا دوقطبي•

.هرتز 3000تا 50: پهناي باند•

).برابر 1000تقويت (ميلي ولت 100ميكرو تا 10: دامنه•19

الكترودهاي ثبت

(b)

(c)

(d)

(a)

20

5/26/2018

11

EMGويژگي هاي سيگنال

.تناسب پوش سيگنال با فعاليت ماهيچه•

عبور از وابستگي ميانه طيف فركانسي يا چگالي•

.صفر سيگنال با خستگي

.يگنالعضالني بر شكل س-اثر بيماري هاي عصبي•

:شكل راست•

–a :طبيعي. b :در يك بيماري سيستم عصبي.

–c :در يك بيماري سيستم عضالني.

21

)Electro-neuro-gram )ENGسيگنال عصب

.اعصاب حسي و حركتي: ثبت سيگنال اعصاب محيطي•

: بررسي عملكرد عصب–

).Nerve Conduction Velocity(سرعت هدايت عصب اندازه گيري •

.تاخير پاسخ•

.بررسي پاسخ ماهيچه به تحريك عصب•

.بررسي مدارهاي نوروني رفلكس نخاع–

.10000تا 10: پهناي باند–

ميكروولت 10مرتبة : دامنه–

.برابر 2000تقويت 22

5/26/2018

12

NCVسرعت هدايت عصب

.سرعت پتانسيل عمل در فيبرهاي عصبي•.متفاوت در فيبرهاي مختلف حسي و حركتي–

.متر بر ثانيه 70تا 45:مقدار نرمال–.بيماري ام اس•

:مثال•.تحريك عصب اولنار–

.ثبت در مچ دست، پايين و باالي آرنج–

.ميكرو ولت 2ميلي ثانيه و 3: درجه بندي–

.متر بر ثانيه 64/9: سرعت در اين مثال–

23

اندازه گيري براي فيبرهاي حركتي

Reference

Velocity = u =

2 ms

V°(t)S2

S2

S1

S1

Muscle

+ − + −

D

R

L2

L1− L2L1

t DV°(t)

V°(t)

1 mV

24

5/26/2018

13

سيگنال الكتريكي قلبElectro Cardio Gram (ECG)

25

.حاصل فعاليت الكتريكي ماهيچه هاي قلب•

.1000تقويت : ميلي ولت 3تا 1: پيك•

.هرتز 500تا 0/05: پهناي باند•

.هرتز 100تا 0/05: كاربرد كلينيكي–

.هرتز 50تا 0/5: مشاهدة كلي–

.سيگنال 12ثبت : كاربرد كلينيكي•

P :انقباض دهليز.

QRS :انقباض بطن.

T :بازگشت بطن.

u :بازگشت سلولهاي پوركينژ.26

5/26/2018

14

.منشاء پيدايش�

Bioelectromagnetism شكل از كتاب

؟چرا شكل سيگنال الكتريكي قلب مثل سيگنال ماهيچه نامنظم نيست

27

امالكتروكارديوگراستاندارد هاي ثبت

.تصوير بردار قلب: Leadمفهوم �

.Einthovenمثلث �

. IIIو I ،IIليدهاي اندامي دو قطبي �

VI + VIII = VII

28

5/26/2018

15

الكتروكارديوگرافيسيستم هاي استاندارد�

. IIIو I ،IIليدهاي اندامي دو قطبي �

.V6تا V1ليدهاي سينه اي تك قطبي �

يا indifferent الكترود�

.پايانة مركزي ويلسون

29

الكتروكارديوگرافي)ادامه( سيستم هاي استاندارد�

تقويت شدهليدهاي اندامي �

)augmented :(تك قطبي.

aVR ،aVL ،aVF .

30

5/26/2018

16

مقايسة ليدهاي مختلف

.Leadبردار �

31

محور الكتريكي قلباهيچه مرتبط با راستاي كلي م: بردار قلب) متوسط(جهت كلي •

.قلب

.بزرگ شدگي بطن راست: مثال. معيار تشخيصي•

:ارزيابي بردار•

.Iدر انشقاق Rدامنه متوسط موج : مولفه افقي–

.aVFدر انشقاق Rدامنه متوسط موج : مولفه عمودي–

32

5/26/2018

17

)مثال(كاربرد تشخيصي سيگنال قلب

•Bradycardia : هنگام فعاليت) 60<(نرخ پايين قلب.

•Tachycardia :نرخ باالي قلب در هنگام استراحت.

Arrhytmia: تغيير ريتم خاص قلب•

33

Normal ECG followed by an ectopic beat

An irritable focus, or ectopic pacemaker, within the ventricle or specialized conduction system may

discharge, producing an extra beat, or extrasystole, that interrupts the normal rhythm. This extrasystole

is also referred to as a premature ventricular contraction (PVC).

34

5/26/2018

18

(a) Atrial fibrillation. The atria stop their regular beat and begin a feeble, uncoordinated

twitching. Concomitantly, low-amplitude, irregular waves appear in the ECG, as shown. This

type of recording can be clearly distinguished from the very regular ECG waveform

containing atrial flutter. (b) Ventricular fibrillation. Mechanically the ventricles twitch in a

feeble, uncoordinated fashion with no blood being pumped from the heart. The ECG is

likewise very uncoordinated, as shown

35

الكترودهاي ثبت سيگنال قلب

Snap coated with Ag-AgCl External snap

Plastic cup

Tack

Plastic disk

Foam pad

Capillary loops

Dead cellular material

Germinating layer

Gel-coated sponge

36

5/26/2018

19

سيگنال الكتريكي مغزElectro-encephalo-gram

37

.ثبت فعاليت قشر مغز از روي پوست سر•

.هزار 100تا 10: تقويت. ميكروولت 150تا 10: دامنه–

.هرتز 100تا 0/2: پهناي باند–

.الكترود 24، با 20-10سيستم يا استاندارد : ثبت استاندارد•

.الكترود 128در كاربردهاي مطالعاتي، تا •

38

5/26/2018

20

39

سيگنال الكتريكي مغز

.ثبت بصورت دوقطبي يا تك قطبي•

نسبت به الكترود گوش يا•

.متوسط سيگنال ها

40

5/26/2018

21

منشاء سيگنال الكتريكي مغز

. شودفعاليت الكتريكي مغز آنگونه كه از روي پوست ثبت مي•

.اين پتانسيل ها از روي پوست زمانيو مكانيبرايند •

.فعاليت پس سيناپسي نورونهاي هرمي در قشر مغز•

41

Excitatory

synaptic

input

Lines of current flow

+

−

Apical dendritic tree

Basilar dendrites

Axon

Cell body (soma)

EEG wave

activity

:فرايند ايجاد•

42

5/26/2018

22

:فرايند انتقال به سطح پوست•

.اليه هاي روي مغز و استخوان مثل يك فيلتر–

43

الكترود ثبت

:الكترود ثبت•

–Cup-electrode :ثبت از روي پوست.

–Subdermal electrode :سوزن به زير پوست براي اتصال بهتر.

•Electro-cortico-gram ثبت از روي كورتكس.

44

5/26/2018

23

سيگنال مغزي

.ثبت در حالت استراحت با چشم بسته و باز•

.ثبت بعد از چند نفس عميق•

.ثبت هنگام تحريك بينايي يا شنوايي مغز•

...در حالت خواب يا تحت تاثير داروها و •

.EEGريتم ها در سيگنال •

.ماهيت و نحوه پيدايش–

45

ريتم هاي اصلي سيگنال مغزي

46

5/26/2018

24

EEGظهور ريتم ها در سيگنال

47

در حالت بيماري EEGسيگنال

گيجي و كندي حركت تشنج صرعي طبيعي 48

5/26/2018

25

ثبت هاي مرتبط

•EEG Brain Mapping :تصوير سه بعدي براساس سيگنال الكتريكي مغز.

49

Evoked Potentials: پتانسيل هاي برانگيخته

)Event-related potentials )ERPو

).EP( سيگنال الكتريكي مغز يا عصب در پاسخ به يك تحريك•

VEP :در پاسخ به تحريك بينايي–

AEP :تحريك شنوايي–

SEP: محيطي تحريك حس–

)ERP(ناشي از يك عملكرد شناختي در مغز •

.صبدامنه در حد چند ميكروولت، سوار بر سيگنال هاي ديگر مغز يا ع•

.بدون پردازش مناسب به سختي قابل تشخيص هستند–

50

5/26/2018

26

51

51

پتانسيلهاي ديگر

.Electro-gastro-gram (EGG)سيگنال الكتريكي شكم •

).روده ها(سيگنال الكتريكي مربوط به عضالت صاف شكم –

Electro-cochleo-gramسيگنال الكتريكي حلزون گوش •

.Electro-retino-gram (ERG)سيگنال الكتريكي شبكيه •

.پاسخ سلول هاي مختلف شبكيه–

.ثبت با قرار دادن الكترود روي شبكيه يا قرنيه–

.تغييرات پتانسيل در مقابل تحريك نوري–

52

5/26/2018

27

.Electro-oculo-gram (EOG)سيگنال الكتريكي چشم •

.ثبت پتانسيل الكتريكي شبكيه از روي پوست اطراف چشم–

.كاربرد در تشخيص حركت چشم. كاربرد تشخيصي–

53

54

5/26/2018

28

سيگنال هاي ديگر.Phono-cardio-gram (PCG)صداي قلب •

.صدا و لرزش هاي حاصل از فعاليت عضالت قلب و حركت خون–

.ميكروفن، سنسور فشار يا شتاب سنج–

–Murmurاري معموال در شرايط بيم: صداهاي فركانس باال ناشي از عبور خون از موانع: هاي قلب.بوجود مي آيند

فشار خون•.در رگ catheterبصورت تهاجمي با قرار دادن –

.بصورت غير تهاجمي–

سيگنال نبض•

55