Noțiuni practice de măsurare a semnalelor biologice

Organismul viu este privit ca un sursa permanenta de semnale spontane in activitatea curenta si evocate prin diverse mijloace de modificare a starii initiale (stimulare electrica, farmacologica, etc.).

Biosemnalul este un suport al informatiei biologice provenit din variate surse si reflecta o manifestare fizico - chimica ce insoteste si caracterizeaza diverse activitati biologice.

Semnalele prezente in sistemele biologice pot fi impartite in: continui si discontinui, periodice si aperiodice.

Semnalul continuu / discontinuu reprezinta o succesiune continua / discreta de valori ale unei marimi specifice pentru un fenomen sau proces fizico - chimic al biosistemului.

Intre tipurile enumerate de semnale se pot intilni urmatoarele combinatii:

a) semnale continui, de aspect variabil, cum sint : curbe presionale sanguine inregistrate la diverse nivele ale sistemului circulator, corelate cantitativ pentru a descrie comportamentul sistemului vascular; frecventa respiratorie (pattern-uri tipice) corelata cu presiunea partiala a oxigenului, bioxidului de carbon si a pH-ului din singe ; efectul reglator al hormonilor, investigat prin studiul dinamic cantitativ al concentratiilor sanguine;

b) semnale combinate, predominant discontinui, cu componenta continua se intilnesc in relatia dintre trenul de potentiale generat de motoneuron si contractia musculara sustinuta; activitate vasomotorie, arteriala si venoasa;

c)semnale discontinui, manifeste in retele neuronale, studiate de neuroanatomie;

d)semnale combinate, predominant continui, cu componenta discontinua se intilnesc la nivelul receptorilor, in special chemoreceptori.

Semnalul este o expresie temporala a modului in care evolueaza procesul in desfasurarea sa naturala. Relatia care defineste aceasta dependenta este conoscuta sub numele de functie semnal descrisa prin :f = x (t)

Prelucrarea initiala a biosemnalelor prin intermediul traductorilor permite obtinerea acestor functii - semnal prin transformarea variatiei tuturor marimilor biofizice in semnale electrice.

1.1.2 MARIMI, UNITATI DE MASURA, ERORI

Evaluarea cantitativa a marimilor fizice (biologice) se realizeaza prin operatia de masurare. A masura o marime M inseamna a compara cu o marime de referinta (M) de aceeasi natura, aleasa in mod conventional drept unitate de masura : m = M / (M), unde m este valoarea numerica a marimii M. In operatia de masurare intervin urmatoarele elemente :

- obiectul masurarii (marimea de masurat) ;

- metoda de masurare ( modul de comparare a marimii de masurat cu unitatea de masura);

- mijloace de masurare (totalitatea mijloacelor tehnice- instrumentatie, aparatura electronica cu ajutorul carora se determina cantitativ marimea de masurat).

Masurarile pot fi efectuate in conditii bazale in care se afla sistemul, si in conditii modificate (stimulare electrica, chimica, farmacologice, climatica, nutritionala, etc.)

Valoarea masurata (X) include o eroare datorita preciziei limitare a aparatelor de masurat, imperfectiunii metodelor de masurare si a operatorului uman, precum si datorita unor influente intimplatoare.

Valoarea adevarata X0 a unei marimi este valoarea ei exacta, fara erori.

Clasificarea erorilor de masurare :

A) Din punct de vedere al exprimarii :

- eroarea absoluta E, ce reprezinta diferenta dintre valoarea masurata (X) si valoarea adevarata (X0) a marimii masurate. Eroarea absoluta se exprima in aceleasi unitati ca si marimea de masurat : E= X- X0

- eroarea relativa Er reprezinta raportul dintre eroarea absoluta si valoarea adevarata a marimii masurate. Pe baza erorii relative se stabileste precizia masurarii, cu cit eroarea este mai mica, cu atit precizia este mai buna.

B) Din punct de vedere al manifestarii :

- eroarea sistematica, care se repeta la masurarea in conditii identice ;

-eroarea aleatoare, care reprezinta eroarea ale carei valori si semn variaza imprevizibil la masurarea in conditii practic identice. Pentru a micsora influenta erorilor intimplatoare asupra rezultatului masurarii, se recomanda repetarea, in conditii identice a masurarii si prelucrarea statistica a rezultatelor;

-eroarea grosolana este eroarea care depaseste cu mult erorile cele mai probabile in conditiile date de masurare (ex. citirea eronata a valorii indicate, utilizarea incorecta a unui mijloc de masurare, etc.). Aceste erori pot fi intotdeauna evitate.

C)Din punct de vedere al surselor de eroare :

- erorile de model (erorile provenind de la obiectul supus masurarii) ;

- erorile instrumentale (erorile datorate mijloacelor de masurare);

-erorile de interactiune (erorile datorate interactiunii mijloc de masurare - obiect supus masurarii si interactiunii beneficiar masurare-mijloc de masurare) ;

- erorile de influenta (erorile datorate influentelor exterioare) .

1.2 MIJLOACE DE BIOMASURARE

1.2.1 BIOINSTRUMENTATIE EXPLORATORIE

- DEFINITIE, CLASIFICARE -

Bioinstrumentatia exploratorie reprezinta ansamblul de dispozitive, aparate si instrumente de masura destinate pentru captarea, prelucrarea, stocarea si cuantificarea diverselor tipuri de biosemnale.

Clasificarea bioinstrumentatiei se face functie de mai multe criterii :

a) caracteristici tehnice si constructive :

- aparate miniaturizate sau de dimensiuni mari

- modulare sau compacte