Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka
a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
Zadání samostatného cvičení:
5. Elektrické vlastnosti tkání, monitorování tepové
frekvence
Klíčové pojmy:
Kožní odpor, impedance, pasivní a aktivní elektrické vlastnosti tkání, tepová frekvence,
elektrokardiografie (EKG), účinky elektrických proudů, Holterovské monitorování
Praktický význam:
Jako pacient i v běžném životě se můžeme stát součástí elektrického obvodu jak střídavé, tak
stejnosměrného proudu, v tomto praktiku si v bezpečném rozsahu vyzkoušíte chování a
možnosti ovlivnění pasivních elektrických vlastností lidského těla, které má význam napři
v resuscitaci (defibrilace), či měření tělesného složení (bioimpedance).
5.1 Monitorování tepová frekvence
Cíl:
Seznámit se dlouhodobým monitorováním tepové frekvence pomocí chytrého náramku/
pulzního oxymetru.
Pomůcky:
Chytrý „fitness“ náramek, pulzní oxymetr, počítač s Bluetooth a USB přípojkou a
předinstalovaným software
Postup:
V úvodu praktik si minimálně jeden ze skupiny nasadíte chytrý náramek /pulzní oxymetr a
dle instrukcí vyučujícího zahájí monitorování tepové frekvence spuštěním programu fyzické
aktivity. Během praktika si případně zapište čas, při které jste pocítili výraznější změnu
tepové frekvence. Po doměření ostatních úloh proveďte na připraveném počítači analýzu a
export křivky změny vaší tepové frekvence během praktik. (Křivku možno exportovat jak
obrázek na USB flash disk.)
Výstup:
Křivka změny tepové frekvence v čase s komentářem k časům u extrémních hodnot.
Diskuze:
Diskutujte význam dlouhodobého monitorování srdeční činnosti, a výhody a nevýhodu
komerčně dostupné chytré technologie oproti standardními Holterovskému monitorování.
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
5.2. Měření kožního odporu
Cíl:
Porovnání hodnot kožního odporu v různých podmínkách
Pomůcky:
Multimetr, povrchové (svorkové) elektrody, propojovací vodiče, buničitá vata, éter,
fyziologický roztok, EKG gel.
Postup:
1) Na předloktí umístěte svorkovou elektrodu.
2) Zapněte měřidlo. Opakovaným stiskem tlačítka RANGE nastavte vhodný měřicí rozsah
(rozsahy jsou na displeji indikovány symboly Ω, kΩ a MΩ). Vzhledem k obvykle indikované
nestálé hodnotě měřeného odporu stiskněte tlačítko HOLD a odečtěte velkými číslicemi
naposled indikovanou hodnotu rezistance R1 (malé číslice indikují další průběžně měřené
hodnoty). Vypněte měřidlo, sejměte elektrody z předloktí vyšetřované osoby.
3) Pokožku v místech, kde byly umístěny elektrody, odmastěte pomocí éteru. Po přiložení
elektrod na stejná místa změřte dle bodu 2 rezistanci R2.
4) Na pokožku v místech, kde byly umístěny elektrody, aplikujte fyziologický roztok. Po
přiložení elektrod na stejná místa změřte dle bodu 2 rezistanci R3
5) Na pokožku v místech, kde byly umístěny elektrody, aplikujte EKG gel. Po přiložení
elektrod na stejná místa změřte dle bodu 2 rezistanci R4.
Výstup:
Vytvořte tabulku změřených rezistancí R1 až R4.
Diskuze:
Vysvětlete rozdíly mezi naměřenými hodnotami s uvedením možných faktorů ovlivňujících
velikost fyziologické hodnoty kožního odporu. Ve kterých situacích v medicíně je třeba kožní
odpor minimalizovat?
5.3. Měření napětí a frekvence elektrických signálů osciloskopem
Cíl:
Naučit se manipulaci s osciloskopem a používat jej pro měření napětí a frekvence střídavých
elektrických signálů.
Pomůcky:
Dvoukanálový osciloskop, generátor střídavého napětí (dále jen "generátor"), propojovací
vodiče.
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
Postup:
1) Zapněte osciloskop, nastavte optimální jas a zaostření stopy, ověřte si posun stopy
vertikálně a horizontálně, vyzkoušejte si přepínání vychylovacího činitele a časové základny
skokovými a plynulými regulátory.
2) Plynulé regulátory vychylovacího činitele a časové základny (menší červené ovladače)
na osciloskopu nastavte do pravé krajní polohy, kde po následující měření zůstanou.
3) Zapněte generátor, plynulými regulátory a přepínači napětí a frekvence nastavte
libovolné parametry výstupního signálu generátoru.
4) Přepínačem vychylovacího činitele osciloskopu (na kanálu s připojeným signálem)
nastavte maximální výšku stopy v rozmezí souřadnicového rastru obrazovky. Přepínačem
časové základny osciloskopu nastavte polohu, při níž bude na obrazovce 5 – 10 period
zobrazeného signálu.
5) Prvkem pro svislý posun upravte polohu stopy zobrazeného signálu tak, aby bylo
možno přesně odečíst VÝŠKU STOPY v dílech souřadnicového rastru (Y). Do připravené
tabulky si zaznamenejte tuto výšku stopy a nastavený vychylovací činitel (S), který udává
velikost napětí na jeden díl rastru. Prvkem pro vodorovný posun upravte polohu stopy
zobrazeného signálu tak, aby bylo možno přesně odečíst POČET CELÝCH PERIOD signálu.
Do tabulky si zaznamenejte tento počet celých period (N), počtu period odpovídající
horizontální počet dílů rastru (X) a hodnotu časové základny v s/díl(T). (Údaje časové
základny na levé straně přepínače časové základny jsou v ms/díl, na pravé v μs/díl – nutno
přepočítat!)
6) Opakujte postup popsaný v bodech 3. až 5. ještě 4x pro jiné výrazně změněné napětí
a frekvence výstupního signálu generátoru.
7) a) Vypočtěte napětí U pro všechny měřené signály použitím vztahu
U = Y . S /V/
kde Y značí počet vertikálních dílů rastru odpovídajících výšce stopy zobrazeného průběhu, a
S je vychylovací činitel (V/díl) nastavený kalibrovaným přepínačem
b) Vypočtěte frekvenci f pro všechny měřené signály použitím vztahu:
kde N značí počet vybraných period zobrazených průběhů, X je počet
horizontálních dílů rastru, odpovídající počtu vybraných period, a T značí hodnotu časové
základny (s/díl) nastavenou kalibrovaným přepínačem
Výstup:
Vytvořte tabulku s hodnotami výšky stopy, vychylovacího činitele a s vypočtenými
hodnotami napětí (U) měřených signálů a tabulku s hodnotami počtu hodnocených period
(N), s odpovídajícími počty horizontálních dílů rastru (X), s nastavenými hodnotami časové
základny (T) a s vypočtenými hodnotami frekvence (f) měřených signálů
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
5.4. Frekvenční závislost impedance tkáně a jejího modelu
Cíl:
Seznámit se s funkcí pasivních elektrických prvků v obvodu střídavého proudu s proměnnou
frekvencí, s použitím těchto prvků jako modelu tkáně, ověřit impedanční charakter tkáně v obvodu
střídavého proudu s proměnnou frekvencí.
Pomůcky:
Nízkofrekvenční generátor střídavého napětí (dále jen generátor), dvoukanálový osciloskop,
propojovací modul, propojovací vodiče, 2 výměnné konektory - známý rezistor R a model
tkáně (paralelní zapojení rezistoru a kondenzátoru) nebo separovaný rezistor, výměnný
konektor se známým rezistorem R a s vodiči ke snímacím elektrodám, snímací kožní
elektrody, buničitá vata, EKG gel, éter.
Postup:
1) K propojovacímu modulu připojte vodiče z generátoru a obou kanálů (A,B) vertikálního
zesilovače osciloskopu (zelené zemnící banánky vodičů připojte do zemnících zdířek
propojovacího modulu). Do odpovídající zásuvky modulu zasuňte konektor se separovanou
rezistancí RN pro měření rezistance modelu tkáně (hodnotu rezistance RN si opište z papíru,
který naleznete u této úlohy - budete ji později potřebovat pro výpočty). Správnost zapojení
porovnejte se schématem v návodu a uveďte do provozu osciloskop a generátor.
2) Na kanálu A vertikálního zesilovače osciloskopu nastavte vychylovací činitel 0,5 V/T, tzn.
0,5 voltu na jeden díl měřícího rastru. Na generátoru nastavte frekvenci 500 Hz a regulací
jeho výstupního napětí nastavte výšku zobrazené stopy na kanálu A osciloskopu na 2 díly
měřícího rastru (Ug=1 V).
3) Hodnotu vychylovacího činitele na kanálu B nastavte tak, abyste mohli přesně odečíst
výšku jeho stopy. Rychlost časové základny regulujte pomocí ovladače č.13 (viz. návod na
ovládání osciloskopu přiložený na stole). Připravte si tabulku, do které budete zaznamenávat
frekvenci měřeného napětí, výšku stopy na kanálu B v dílech měřícího rastru a nastavenou
hodnotu vychylovacího činitele kanálu B.
4) Měření proveďte pro následující frekvence: 500 Hz, 5 kHz, 50 kHz a 500 kHz. Po každém
nastavení frekvence zkontrolujte a případně upravte výstupní napětí generátoru na kanálu A
osciloskopu (1 V).
5) Stejný postup použijte pro měření impedance modelu tkáně Z.
6) Pro měření impedance tkáně Z tkáň zasuňte do zásuvky propojovacího modulu konektor s
vodiči ke snímacím elektrodám a zapojení porovnejte se schématem v návodu. Horní
končetinu v oblasti předloktí odmastěte éterem a potřete EKG gelem. Pomocí upevňovacího
gumového pásku připevněte na potřená místa obě elektrody (na dorzální a volární stranu).
Prostřednictvím banánků připojte k elektrodám vodiče z konektoru na propojovacím
modulu. Dále postupujte stejně jako při měření impedance modelu tkáně.
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
Výstup:
Pro všechny proměřované frekvence zaneste do tabulky odečtené hodnoty výšky
zobrazeného signálu, vychylovací činitele a vypočtené hodnoty všech napětí Ur. Vytvořte
graf závislosti těchto vypočítaných hodnot na frekvenci (vše zaneste do jednoho grafu).
Diskuze:
Zamyslete se nad medicínským využitím měření bioimpedance lidského těla.
Doplňky:
1) Ovládací panel osciloskopu
2) Ideální vzhled signálu pro úlohu 5.3. Měření napětí a frekvence elektrických signálů
osciloskopem
Vychylovací činitel –
velikost dílku ve vertikální
rovině - napětí
odpovídající udanému
násobku voltů
Časová základna – velikost
dílku v horizontální rovině
- čas odpovídající udanému
násobku ms či us
Lékařská biofyzika – cvičení
(Obory: Zdravotnický záchranář, Porodní asistentka a Všeobecná sestra)
Vytvořeno v rámci projektu Fond rozvoje MU 1383/2019.
3) Schéma součástek – modelů v úloze 5.4
4) Rovnice výpočtu rezistance/impedance
Ug -> referenční napětí generátoru = 1V
R -> odpor dané součástky/modelu, viz tabulka na pracovním stole
Ur -> naměřená hodnota napětí pro daný model a frekvenci (výška stopy krát vychylovací
činitel)