پردازش سیگنال های زیستی - قسمت دوم

سیگنال های حیاتی

با توجه به توسعه وسیع تجهیزات اندازه¬گیری الکترونیکی، در حال حاضر یک مجموعه غنی از سیگنا¬ل¬های زیست¬پزشکی وجود ¬دارند، اعم از اندازه¬گیری فعالیت مولکولی در غشای سلولی تا ضبط رفتار حیوانات. اولین پیوند در زنجیره اندازه¬گیری زیست¬پزشکی به طور معمول یک مبدل یا سنسور است که سیگنال¬ها را اندازه¬گیری کرده (مانند صدای دریچه قلب، فشار خون، یا جذب اشعه ایکس) و این سیگنال¬ها را در قالب الکترونیکی ذخیره می¬کند. پتانسیل¬های زیستی نشان¬دهنده یک زیرمجموعه بزرگ از چنین سیگنال¬های زیست پزشکی هستند که می تواند به طور مستقیم به صورت الکتریکی با استفاده از یک جفت الکترود اندازه¬گیری شوند. برخی از این سیگنال¬های الکتریکی "خود به خود بوجود می¬آیند (به عنوان مثال الکتروانسفالوگرامEEG )و برخی را تنها تحت تحریک می¬توان مشاهده کرد (به عنوان مثال، پتانسیل تحریک شده (EP ها یا ERP ها)

پتانسیل های زیستی

پتانسیل های زیستی در بافت بیولوژیکی، از اختلاف پتانسیلی که بین محفظه ها رخ می دهد، ایجاد می شوند. به طور کلی محفظه¬ها که حاوی مقادیر زیادی یون های خاص با مکانیسم فعال(مثلا پمپ Na+ / K+) هستند، توسط یک غشاء (زیستی) از یکدیگر جدا شده اند. هاجکین و هاکسلی (1952) اولین افرادی بودند که پتانسیل های زیستی (پتانسیل عمل در آکسون غول پیکر ماهی مرکب) را با یک مدار الکترونیکی، مدل کردند. ترکیبی از معادلات دیفرانسیل معمولیODEs)) و یک مدل که رفتار غيرخطي هدايت يوني در غشاء اکسونال را توصیف می¬کند، توصيفي تقريبا کاملی از اندازه گيري آن¬ها را ايجاد کرد. قوانین فیزیکی مورد استفاده برای ایجاد معادله دیفرانسیل پایه مدار معادل، قوانین نرنست و کرشهوف و قوانین اهم بودند. این مبحث در ادامه این درسنامه بیشتر توضیح داده خواهد شد.

شکل 1 منشا پتانسیل های زیستی - نمایش ساده شده از مدل هاجکین و هاکسلی (1952) .A) ) غشاء شامل یک لایه دو فسفولیپید است که در آن ساختارهای مختلف تعبیه شده اند. پمپ های یونی¬ای که تفاوت گرادیان را برای گونه های خاص یون ایجاد می¬کنند، باعث اختلاف پتانسیل (E) می شوند. عناصر غشای بیولوژیکی می توانند توسط عناصر الکتریکی غیر فعال نمایش داده شوند: یک خازن (C) برای دو لایه فسفولیپید و یک مقاومت (R) برای کانال های یونی. (B) به این ترتیب، یک بخش غشاء را می توان توسط یک مدار از جمله این عناصر به همراه دیگر محفظه های مجاور از طریق مقاومت محوری (Ra) مدل سازی کرد.