Kirish bob. Tibbiy biologik ma'lumotlarni tahlil qilish va qayta ishlash usullari, algoritmlari va tizimlarini tahlil qilish

2.5. Biotibbiyot signallarni qabul qilish va tahlil qilishdagi
qiyinchiliklar.
Biotibbiyot texnologiyasining uzoq tarixi va sog'liqni saqlash va tibbiy tadqiqotlarda keng qo'llanilishiga qaramay, biotibbiyot signallarini olish, qayta ishlash va tahlil qilishda juda ko'p amaliy qiyinchiliklar mavjud. Muammolarning xususiyatlari va shuning uchun ularning mumkin bo'lgan echimlari har bir signal turiga xosdir. Quyidagi savollarga alohida e'tibor qaratish lozim.
O'lchov uchun o'rganilgan parametrlarning mavjudligi.
O'rganilgan tizimlar va organlarning aksariyati, masalan, yurak-qon tomir tizimi yoki miya, tananing ichida joylashgan. EKG signalini oyoq-qo'llariga o'rnatilgan elektrodlar yordamida osongina olish mumkin. Biroq, shu tarzda olingan signal faqat elektrodlar o'qi bo'yicha elektr yurak vektorining proektsiyasidir. Bunday signal yurak ritmini nazorat qilish uchun etarli bo'lishi mumkin, ammo u aniqroq yurak tadqiqotlarini, masalan, atriyal elektr faolligini o'rganishni qoniqtirmasligi mumkin. Bunday signalni to'g'ridan-to'g'ri manbadan olish uchun elektrodlarni yurak oldi yuzasiga yoki hatto ularning ichiga joylashtirish kerak.
Xuddi shunday, qo'l manjeti yordamida qon bosimini o'lchash faqat elka qon bosimini baholash imkonini beradi. Butun yurak tsikli davomida yurak yoki arteriya qismlarida bosimning o'zgarishini batafsilroq o'rganish yurakka bosim sezgichlari bo'lgan kateterlarni kiritishni talab qiladi. Bunday invaziv usullar ko'p hollarda kerakli signallarni to'g'ridan-to'g'ri manbalardan to'plash imkonini beradi, ammo ular yuqori xavf bilan bog'liq.
Yuzaki elektromiogramma (EMG) mushaklar qisqarishining juda past darajalarida ham bir nechta xarakat birliklarining signal aralashuvi natijasidir. Yagona xarakat birliklarining harakat potentsiali (SMA) signalini yozib olish nozik sim yoki igna elektrodlarini kiritish orqali muayyan mushak qatlamlari yoki harakat birliklariga kirishni talab qiladi. Ushbu protsedura infektsiya xavfini va mushak tolalariga zarar etkazishni, shuningdek, mushak faoliyati davomida bemorga og'riqni keltirib chiqaradi.
Tadqiqotchi o'rganilayotgan tizimni va uning parametrlarini juda ehtiyotkorlik bilan baholashi va ma'lumotlarni olish uchun mutlaqo zarur bo'lgan minimal aralashuv darajasini oldindan aniqlashi kerak. Bir tomondan, olingan ma'lumotlarning to'liqligi va sifati, ikkinchi tomondan, bemor uchun og'riq va xavf o'rtasida tanlov qilish kerak.
Signal manbasining nomuvofiqligi.
Oldingi keltirilgan natijalardan ko'rinib turibdiki, inson tanasini o'z ichiga olgan tizimlar bir necha parametrlarga ega dinamik tizimlardir. Biotibbiyot signallari fiziologik tizimlarning dinamik faolligini ko'rsatadi va ularning parametrlari haqida ma'lumot beradi. Bu jarayonlarning kelib chiqishi deterministik yoki tasodifiy (stoxastik) bo'lishi mumkin; alohida masala - signallarning davriyligi yoki kvazi-davriyligi.
EKG odatda har bir davrda osongina tanib olinadigan to'lqin shakllariga (masalan, QRS kompleksi) ega bo'lgan muntazam ritmdir. Shu nuqtai nazardan, signalni davriy deb hisoblash mumkin. Biroq, kardiologik bemorning yurak-qon tomir tizimi sezilarli vaqt davomida bu holatda qolmasligi, to'lqin shakli va ritmi o'zgarishi mumkin. Yuzaki EMG - bu ma'lum bir vaqtning o'zida faol bo'lgan xarakat birliklari (PDDE) potentsiallarining yig'indisidir. Kerakli qisqarish darajasiga qarab (bemorning irodasi bilan belgilanadi), faol motor birliklari soni o'zgaradi, kuchayishi bilan ortib boradi. Bundan tashqari, har bir xarakat birliklarining otish oralig'i yoki otish tezligi ham istalgan qisqarish darajasiga qarab o'zgaradi va tasodifiy signalning xususiyatlariga ega. Yagona xarakat birliklari potentsiali (PDDE) osongina tanib olinadigan va oddiy bir fazali, ikki fazali yoki uch fazali to'lqin shakliga ega bo'lsa-da, turli darajadagi qo'zg'alishlarga ega bo'lgan bir nechta xarakat birliklarining yig'indisi signali tasodifiy signalga olib keladi, bunda taniqli to'lqin shakllari vizual ravishda deyarli ko’rinmaidi. Biologik tizimlarning dinamik tabiati ko'pchilik biotibbiyot signallarning tasodifiy va statsionar bo'lmagan tabiatga ega bo'lishiga olib keladi. Bu shuni anglatadiki, o'rtacha, dispersiya va quvvat spektral zichligi kabi signal xarakteristikalari vaqt o'tishi bilan o'zgaradi. Shu sababli, dinamik tizimlarning signallari tizimning turli mumkin bo'lgan holatlarini o'z ichiga olgan katta vaqt oralig'ida tahlil qilinishi va natijalarni mos keladigan holatlar kontekstida baholanishi kerak.
Fiziologik tizimlar o'rtasidagi aloqa va o'zaro ta'sir.
Inson tanasini tashkil etuvchi turli tizimlar bir-biridan mustaqil emas, ular o'zaro bog'langan va turli yo'llar bilan o'zaro ta'sir qiladi desak to'g'riroq bo'ladi. O'zaro ta'sirning bir nechta misollari: kompensatsiya, teskari aloqa, sabab-oqibat, aloqalari, yondosh ta'sir, ba'zi tizimlar yoki ularning qismlarining funktsional almashinuvi. Ushbu shovqinlarni e'tiborsiz qoldirish signalni noto'g'ri talqin qilishga olib kelishi mumkin.
Uskunalar va protseduraning o'rganish ob'ektiga ta'siri.
Signal konvertorini qo'llash yoki o'rganilayotgan tizimni uskunaga ulash natijaga ta'sir qilishi, tizimning harakatini o'zgartirishi va o'rganilayotgan parametrlarda noto'g'ri o'zgarishlarga olib kelishi mumkin. Kerakli signalni olish uchun zarur bo'lgan eksperimental texnika yoki harakatlar signalning xususiyatlarini o'zgartiradigan ma'lum effektlarga olib kelishi mumkin. Bu jihat unga jiddiy e’tibor qaratilsagina yaqqol namoyon bo‘ladi. Masalan, etarlicha og'ir akselerometrdan foydalanish tebranish xususiyatlariga ta'sir qilishi va o'lchangan tebranish yoki tovush signallarining yaxlitligini buzishi mumkin. Jarayonni takroriy takrorlash natijasida bemorda charchoq, fiziologik artefaktlar va shovqin paydo bo'lishi mumkin.
Yaxshi EKG signalini olishning zaruriy shartlaridan biri bemorning bo'shashishi va hech qanday harakatsiz xotirjam bo'lishidir. Yutalish, mushaklarning kuchlanishi, oyoq-qo'llarning harakati kiruvchi artefaktlar rolini o'ynaydigan tegishli EMG signallarini keltirib chiqaradi. Har qanday harakat bo'lmasa, bemorda qolgan yagona mushak faoliyati yurak mushaklari bo'ladi. Ko'krak qafasidagi simlarni ishlatganda, hatto oddiy nafas olish ham o'rganilayotgan EKGga qo'shilgan mushaklarning EMG ga olib kelishi mumkin. Shuni ham ta'kidlash kerakki, nafas olish RR oralig'ida o'zgarishlarga olib keladi, bu sinus aritmi bilan aralashmaslik kerak. Ushbu muammoni samarali hal qilish bemorning nafasini bir necha soniya ushlab turishdir. Biroq, bu taklif og'ir bemorlarni uzoq muddatli monitoring qilish yoki chaqaloqlarni EKG qayd qilish uchun qabul qilinishi mumkin emas; bunday hollarda artefaktlarni olib tashlash uchun raqamli signalni qayta ishlash usullari qo'llaniladi. Onaning qorin bo'shlig'iga qo'yilgan sirt elektrodlari yordamida xomilalik EKGni o'tkazishda qiziqarli vaziyat yuzaga keladi: bu holatda onaning EKGsi to'sqinlik qiladi. Ushbu shovqinni yo'q qilishning har qanday ixtiyoriy yoki tashqi usullari yoki nomaqbul yoki istalmagan, shuning uchun bu erda bir nechta signal kanallari yordamida juda murakkab moslashuvchan filtrlash usullari talab qilinadi.
Energiya cheklovlari. Ko'pgina biomedikal signallar millivolt yoki mikrovolt darajasida ishlab chiqariladi. Bunday signallarni yozib olish uchun yuqori sezuvchanlik o’zgartirgichlari hamda past shovqinli uskunalardan foydalanish talab etiladi. Atrofdagi elektromagnit signallardan saqlanish uchun ulanishlar va kabellar himoyalangan bo'lishi kerak. Ba'zi ilovalar o'rnatilgan kuchaytirgichlar va signalni sozlash sxemalari bo'lgan transduserlardan foydalanishni talab qilishi mumkin, shunda to’zgartirgichlardan olingan signal potentsial tashqi shovqin manbasidan kuchliroq bo'ladi.
Tizimning ma'lum bir javobini olish uchun tashqi stimulga muhtoj bo'lgan hollarda, stimulyatsiya darajasi xavfsizlik nuqtai nazaridan va fiziologik chegaralar bilan cheklanadi. EKGni yozish uchun elektr stimulyatsiyasi mahalliy kuyishlarga olib kelmasligi va yurak yoki asab tizimining elektr nazorat signallariga ta'sir qilmasligi uchun kuchlanish cheklangan bo'lishi kerak. Eshitish va vizual ogohlantirishlar sezuvchanlik bilan bog'liq bo'lgan pastki chegaralar va chastota reaktsiyasi, to'yinganlik yoki og'riq bilan bog'liq yuqori chegaralar bilan cheklangan.