Підсилювачі, самописці - клінічна електроенцефалографія

ПІДСИЛЮВАЧІ

Загальний принцип посилення полягає в тому, що на особливому елементі (лампі, транзисторі) відбувається використання сигналу малої потужності (наприклад, різниці потенціалів мозку) для управління енергією спеціального джерела живлення. В результаті на виході виходить більш потужний сигнал, що надходить в реєструючий пристрій і відображає з можливою точністю параметри вхідного (малого) сигналу. Детально принципи роботи підсилювачів і способи з`єднання каскадів розібрані в спеціальних інструкціях (К. Е. Ергліс, І. П. Степаненко, 1961- Ю. Г. Кратин і ін., 1963), і тут ми на них зупинятися не будемо.
Зв`язок між підсилювальними каскадами. Так як під час запису ЕЕГ для отримання на виході необхідної величини сигналу посилення одного каскаду недостатньо, використовують послідовне з`єднання декількох каскадів: посилений сигнал з виходу попереднього надходить на вхід наступного і т. Д. До отримання необхідного посилення. Найбільш широко використовуваним способом з`єднання окремих ступенів посилення є ємнісний зв`язок між каскадами, т. Е. Зв`язок через спеціальний розділовий конденсатор. Одночасно зміною величини ємності цього конденсатора зв`язку досягається регулювання частотної смуги пропускання каналу (див. Стор. 35).
Загальна блок-схема електроенцефалографічного підсилювача представлена на рис. 1 блоками 5, 6, 7. Спочатку коливання потенціалу тканини мозку, що знімаються за допомогою електродів, надходять на вхідний каскад (5) підсилювача напруги кожного каналу. До нього пред`являються найжорсткіші вимоги, так як будь-яка перешкода, що потрапила на вхідний каскад, потім буде посилена у багато разів і заб`є реєстрацію потенціалів мозку. Для цього вхідні каскади роблять тільки за двотактною схемою, ретельно підбираючи деталі. Крім того, вхідні каскади конструктивно відокремлюють від решти і встановлюють їх на амортизатори, оскільки навіть невеликі вібрації і поштовхи можуть служити джерелом перешкод. Суттєве значення для якості реєстрації має величина вхідного опору першого каскаду. Це опір накладає обмеження і на величину перехідного опору електрода, про який ми згадували на стор. 22. При величині вхідного опору підсилювача R = 1 МОм перехідний опір для задовільною реєстрації не повинно перевищувати 20кОм. Збільшення вхідного опору до 100 МОм дає можливість відводити потенціали з електродів з гіршим контактом (великим перехідним опором). Цим досягається і кращий результат щодо придушення зовнішніх перешкод, а також усувається можливість шунтування об`єкта (не відбувається сильного спотворення потенціалів і струмів тканин вимірювальним приладом). Вихідні і проміжні каскади (6), які доводять напругу до потрібної величини, є підсилювачами напруги. Однак для того, щоб записати посилений сигнал за допомогою тих чи інших електромеханічних пристроїв, йому необхідно повідомити додаткову потужність. Для цього застосовують кінцеві каскади, зібрані на потужних променевих тетродах але двухтактной схемою, як анодного навантаження яких підключається вібратор, що приводить в рух перо. У двотактному підсилювачі, незважаючи на симетрію схеми, можливі порушення в режимі балансування плечей. В результаті цього через вібратор піде постійна складова анодного струму, що викликає відхилення пера вібратора від середньої лінії. Щоб усунути це явище, на зовнішню плату енцефалографа виведений потенціометр для кожного вібратора (каналу), регулюванням якого досягається взаємна компенсація складових анодного струму.
Шуми підсилювачів. Для визначення власних шумів підсилювача його входи закорачівающего (можна на електродної дошці) через опір 2-3 кОм, вхідний сигнал при цьому природно стає рівним нулю. Однак якщо зробити посилення максимальним, то при включенні пристрою, що реєструє буде прописуватися крива складної форми з амплітудою 1-2 мм, що відповідає рівню сигналу порядку 1-3 мкв. Це і є величина шумів підсилювача, що представляють безперервні коливання величин зарядів і струмів в різних опорах і лампах. Записаний шум відноситься перш за все до першого каскаду, так як, будучи посиленим в першому і в другому каскадах, він у багато разів перевищує шум наступних ступенів підсилювача. Цей шум визначає межу виміру мінімальної величини потенціалів мозку, так як, якщо не використовуються спеціальні методи виділення сигналу з шуму, то потенціали менше 3 мкв вже не можуть бути з вірогідністю віднесені до діяльності мозку і можуть бути пов`язані просто з шумами підсилювача. Для зменшення рівня шумів в першому каскаді застосовують особливі малошумливі опору і лампи.

РЕЄСТРУЮЧІ ПРИСТРОЇ

Загальний принцип чорнильно-пір`яний реєстрації. Для запису ЕЕГ можуть бути застосовані різні способи реєстрації: на папері за допомогою чорнильно-пір`яних самописців, самописців з використанням копіювального методу (без чорнила), струменеві самописці або фотореєстрація на катодних і шлейфного осцилографах. Останні дозволяють реєструвати процеси з крутизною наростання фронту до 100 мксек (відповідно частотам до 10000 Гц), т. Е. Практично всі відомі швидкі електрофізіологічні процеси мозку. Недоліками цього методу є застосування дорогих фотоматеріалів, обмеженість запасів стрічки в касеті, необхідність прояву і труднощі створення багатоканальних систем. Тому його застосовують лише при спеціальному вивченні швидких електричних процесів. Струменевий метод дозволяє поєднати зручність видимої записи з можливістю реєстрації широкого діапазону частот, який простягається від 0 до 1000 Гц. Однак при цьому необхідно застосовувати особливі чорнило високої якості, виготовлення яких представляє значні труднощі. Крім того, при цьому методі реєстрації не вдається отримати тонкий струмінь, а це призводить до небажано «жирної» записи на низьких частотах.
У більшості сучасних електроенцефалографії застосовується реєстрація на папері за допомогою чорнильно-пір`яних самописців. Вона включає: 1) вібратор - перетворювач енергії коливань електричних потенціалів, що подаються з кінцевих каскадів підсилювача, в механічні колебанія- 2) інструмент записи - перо і чернільніца- 3) носій запису - паперова стрічка, простягає рівномірно за допомогою спеціального механізму протягування стрічки

Мал. 9. Запис ЕЕГ при різній швидкості протягання паперу (в різному масштабі часу).
1 секунда відповідає 0,1 0,5- 1,5 3 і 6 см на стрічці. На цьому і всіх подальших малюнках відмітка часу (над кривими) подавалася маркером через 0,1 секунди. Під верхньою кривою вказується момент відкриття очей (верхнє положення позначки - очі відкриті, нижнє - закриті).

Як правило, вібратор влаштований по електромагнітним принципом. Енергія електричних коливань перетворюється в енергію магнітного поля котушок вібратора. Магнітне поле, впливаючи на чутливу рамку, повертає її, причому величина повороту пропорційна напрузі, що подається на вібратор. На рамку насаджується перо, поєднане гнучким капилляром з чорнильницею, яке, стикаючись з папером, залишає чорнильний слід, який представляє реєстрований процес. Механічна обертається частина вібратора має велику інерцію, тому практично пристрій не прописує сигнали частотою понад 100 Гц. Запис здійснюється на писальної папері, яка рівномірно простягається під пір`ям по площині столу приладу.
Масштаб часу-залежність виду ЕЕГ від різного масштабу часу, отримання компрессірованних електроенцефалограм. Перемикач редуктора дозволяє встановити різну швидкість протягування паперу: 0,1 0,5- 0,75 1,5 3 6 і 12 см / сек і тим самим змінити масштаб часу запису. Дійсно, так як швидкість протягування паперу рівномірна, т. Е. U = const, то час t пов`язано пропорційно з довжиною шляху 5, прохідного стрічкою: S = v-t. Тоді в залежності від величини швидкості руху одній секунді часу буде відповідати: при v = 0,5 см / сек - 0,5 см на ленте- при у = 1,5 см / сек-1,5 см-при v = 3 см / сек - 3 см і т. д.
Тоді альфа-хвиля тривалістю 0,1 сек при масштабі 0,5 см = 1 сек на стрічці займає 0,5 мм і, отже, поряд з більш частими коливаннями виявляется- навпаки, більш повільні хвилі (менше 5 Гц) будуть добре прописуватися . При масштабі 1,5 см = 1 сек альфа-хвиль розташовується на 1,5 м стрічки, т. Е. Вже виявляється, а при масштабі 3 см = 1 сек вона займає 3 мм і при цьому відрізняються більш дрібні деталі. Для визначення тривалості будь-якого процесу (хвилі, латентного періоду і т. Д.) Але записи необхідно значення, виміряне в одиницях довжини, розділити на швидкість протягування стрічки, яку використовували під час запису процесу:

На рис. 9 представлена запис ЕЕГ при різному масштабі часу (різної швидкості протягання паперу). Найбільш зручною і зазвичай застосовується при записі ЕЕГ є швидкість 1,5 см / сек (1 сек = 1,5 см, друга крива зверху), а при дослідженні викликаних відповідей і спостереженні більш частих, ніж альфа-ритм, коливань застосовується швидкість 3 см / сек або навіть 6 см / сек.
При дослідженні сумарних коливань потужності альфа-ритму і при реєстрації повільної активності (менше 5 Гц) застосовується швидкість запису 0,5 або 0,1 см / сек. Записані таким чином ЕЕГ звуться компрессірованних (Г. А. Шминке, 1954) і дозволяють виявити сумарні коливання потужності альфа-ритму, характер веретен і ін.
Таким чином, вид записуваного процесу залежить від масштабу часу, в якому проводиться запис, тому при реєстрації ЕЕГ, так само як інших фізіологічних показників, необхідно вказувати калібрування (масштаб) часу, що дозволяє точно судити про частотних і тимчасових доданків процесу.