Bài giảng Cơ sở điện sinh học

Nội dung text: Bài giảng Cơ sở điện sinh học

1. Cơ sở điện sinh học Bài từ Tủ sách Khoa học VLOS. Currently 4.00/5 Bài viết xuất sắc: 4.0/5 (1 vote) Jump to: navigation, search Mục lục [giấu] 1 Lời giới thiệu 2 Khái niệm về điện sinh học- từ sinh học 3 Các lĩnh vực nhỏ trong điện từ sinh học o 3.1 Lý thuyết cơ bản Lời giới thiệu Cơ sở điện sinh học là một môn học cơ bản trong lĩnh vực Kỹ thuật Y sinh nói chung và chuyên ngành điện tử Y sinh học nói riêng. Trong phần tài liệu này, tác giả sẽ cố gắng cung cấp tới cho người đọc cái nhìn tổng quan về nguyên lý tạo dòng điện trong cơ thể, các phương pháp phân tích tín hiệu điện sinh học cho các bài toán thuận và ngược ứng dụng trong điện tử và Y sinh. Đồng thời tác giả sẽ cố gắng cung cấp một cái nhìn tổng quan nhất về các tín hiệu điện sinh học. Song song với quá trình đấy, quyển sách này sẽ là tài liệu tham khảo cần thiết cho mọi sinh viên Việt Nam, những người bắt đầu tham gia vào lĩnh vực điện tử y sinh, vật lý y tế, có liên quan tới các tín hiệu sinh học. Trong một nỗ lực cung cấp tới một cái nhìn toàn diện, quyển sách này sẽ cung cấp các thông tin về những phần sau: Cơ sở giải phẫu và sinh học cơ thể người dưới góc độ điện sinh học Các thông số điện của mô Các khái niệm nguồn khối và bộ dẫn khối và các mô hình điện Các lý thuyết về từ sinh học Các phương pháp lý luận và tính toán lý thuyết cho điện từ sinh học Các phương pháp đo điện và từ trường của các mô thần kinh Các phương pháp đo điện và từ trường của điện thế hoạt động của tim Quá trình kích thích điện và từ trường của mô thần kinh Quá trình kích thích điện và từ trường của tim Phương pháp đo thông số điện của mô
2. Các hiện tượng điện từ sinh học có liên quan Mong rằng, quyển sách này có thể cung cấp một cái nhìn tổng quan đầu tiên cho mọi thành viên khi bắt đầu liên quan tới chuyên ngành Kỹ thuật Y sinh, một chuyên ngành mới của Việt Nam Khái niệm về điện sinh học- từ sinh học Điện sinh học là môn học cơ bản về nguồn gốc dòng điện trong cơ thể sinh học mà cụ thể ở đây là đối tượng người. Để giải thích mọi hiện tượng điện sinh học trong cơ thể người, một khái niệm liên quan khá quan trọng có liên quan tới đó là từ sinh học. Từ sinh học về nguyên tắc là dùng để kiểm tra các hiện tượng điện, điện từ trường và hiện tượng từ trường phát sinh trong mô sinh học. Các hiện tượng đó bao gồm: Phản ứng có thể kích thích của mô (nguồn) Điện thế và dòng điện trong bộ dẫn khối Trường điện từ tại bên ngoài và bên trong cơ thể Đáp ứng của các tế bào có khả năng kích thích đối với các kích thích điện và từ trường Các thông số điện và từ trường khác của mô. Một vấn đề rất quan trọng trong quá trình tìm hiểu môn học này đó là phân biệt được các khái niệm trong điện tử y tế. Trước hết đó là các hiện tượng điện sinh học, các hiện tượng điện từ sinh học và các hiện tượng từ sinh học và các phương pháp đo đạc và kích thích. Sau đó mới đến việc tham chiếu tới các thiết bị sử dụng cho các mục đích khác nhau. Thông qua việc định nghĩa, điện từ sinh học là vùng giao thoa do nó liên quan trực tiếp tới các ứng dụng trong cuộc sống về cả mặt khoa học kỹ thuật cũng như vật lý. Thông thường chúng ta đặc biệt quan tâm tới các nguyên tắc, các quy luật tổng hợp giữa kỹ thuật, vật lý với y học và dược học. Các nguyên tắc đấy được định nghĩa ngắn gọn ở dưới đây: Vật lý y sinh (Biophysics): là ngành khoa học liên quan tới các giải pháp đối với các vấn đề sinh học liên quan tới khía cạnh vật lý. Kỹ thuật sinh học (Bioengineering): Ứng dụng kỹ thuật vào sự phát triển của các thiết bị y tế, phân tích các hệ thống sinh học, chế tạo các sản phẩm dựa trên các tiến bộ khoa học kỹ thuật. Thuật ngữ này thường được sử dụng để đối chiếu với Kỹ thuật y sinh học và kỹ thuật hóa y sinh. Công nghệ sinh học (Biotechnology): Nghiên cứu về công nghệ xử lý vi sinh vật. Lĩnh vực chính của ứng dụng công nghệ sinh học đó là các sản phẩm nông nghiệp, thực phẩm và thuốc.
3. Điện tử y tế (Medical electronics): Một phân vùng của kỹ thuật y sinh liên quan tới các thiết bị điện tử và phương pháp trong y học. Vật lý y tế (Medical physics): Là ngành khoa học dựa trên các vấn đề vật lý để giải quyết trong quá trình chẩn đoán y học. Kỹ thuật y sinh học (Biomedical engineering): Kỹ thuật liên quan tới ứng dụng của khoa học công nghệ (Thiết bị và phương pháp) cho sinh học và y tế. Hình 1.1 Các lĩnh vực liên quan tới nhau BEN = bioengineering, BPH = biophysics, BEM = bioelectromagnetism, MPH = medical physics, MEN = medical engineering, MEL = medical electronics Hình 1.1 miêu tả mối quan hệ giữa các lĩnh vực, đặc biệt nó chỉ ra mối quan hệ giữa lượng lý thuyết giữa các ngành khoa học đan xen với nhau để người đọc có thể chuẩn bị các kiến thức khoa học cần thiết trước khi đi vào nghiên cứu các lĩnh vực cụ thể.
4. Các lĩnh vực nhỏ trong điện từ sinh học Lý thuyết cơ bản Điện từ sinh học có thể chia theo nhiều cách khác nhau khi tiếp cận. Một trong số các cách phân loại lý thuyết là chia theo 2 hướng. Một là các công thức Maxwell (liên kết điện từ trường) và nguyên tắc thuận nghịch (xem hình 1.2). Công thức Maxwell Công thức Maxwell, ví dụ mối quan hệ giữa điện từ trường, liên kết sự biến đổi theo thời gian của trường điện từ. Điều đó có thể giải thích đơn giản theo quy luật tồn tại giữa điện trường và từ trường. Nơi nào có điện trường thì sẽ xuất hiện từ trường và ngược lại. Sự phụ thuộc giữa điện, điện từ trường hay các hiện tượng từ trường, điện từ sinh học có thể chia thành các mảng kiến thức khác nhau (xem theo chiều ngang của hình 1.2) và chúng ta có thể chia thành 3 mảng nhỏ, cụ thể gồm: A. Điện sinh học B. Điện từ sinh học C. Từ sinh học Trong quá khứ, điện từ sinh học còn được gọi là từ sinh học và nó có phần vấp phải sự trung lặp với phân loại C. Do đó, trong tài liệu này, chúng ta có thể sử dụng khái niệm "từ sinh học" nhưng chúng ta sẽ sử dụng điện từ sinh học để nhấn mạnh tính chính xác của thuật ngữ và lĩnh vực khoa học liên quan.
5. Hình 1.2. Phân loại điện từ trường Tính thuận nghịch Do nguyên lý thuận nghịch, dẫn đến sự phân phối độ nhạy trong việc dò tìm các tín hiệu điện sinh học, sự phân bố năng lượng trong các kích thích điện, sự phân phối độ nhạy trong những phép đo trở kháng điện là giống nhau. Điều này cũng đúng cho các phương pháp từ sinh học và điện từ sinh học tương tự khác. Phụ thuộc vào việc chúng ta đang đề cập đến việc đo lường các trường, đo lường kích thích và từ hóa, hay việc đo đạc các thông số điện từ khác của mô, điện từ sinh học có thể chia thành các mục theo chiều dọc như sau: I. Đo điện trường hoặc từ trường từ một nguồn điện sinh học hoặc từ các vật liệu từ. II. Kích thích điện bằng điện trường hoặc từ trường hoặc sự từ hóa vật liệu (với từ trường). III. Đo các thông số điện hoặc từ đặc trưng của mô.
6. Miêu tả chi tiết từng phần Mục lục 1. Giải phẫu và sinh lý học- Cơ sở điện- từ sinh học 1.1. Tế bào thần kinh và tế bào cơ 1.2. Hiện tượng màng tế bào 1.3. Hoạt động tích cực của màng tế bào 1.4. Synapse, các tế bào thu nhận và não 1.5. Tim 2. Nguồn điện sinh học, bộ dẫn điện sinh học và các mô hình của nó 2.1. Nguồn khối và bộ dẫn khối 2.2. Mô hình trường nguồn 2.3. Mô hình lưỡng miền của bộ dẫn khối đa tế bào 2.4. Mô hình điện tử của nơ ron thần kinh 3 Các phương pháp lý thuyết trong từ sinh học 3.1. Phương pháp lý thuyết trong phân tích nguồn khối và bộ dẫn khối 3.2. Lý thuyết đo đạc từ sinh học 4 Đo đạc điện từ trường của điện thế hoạt động của mô thần kinh 4.1. Điện não đồ 4.1. Từ não đồ 5 Đo đạc điện từ trường của điện thế hoạt động của tim 5.1. Hệ thống điện tâm đồ 12 đạo trình 5.2. Hệ thống đạo trình điện tâm đồ vec tơ 5.3. Các hệ thống đạo trình khác
7. 5.4. Hệ số méo trong điện tâm đồ 5.5. Cơ sở điện tâm đồ chẩn đoán 5.6. Từ tâm đồ 6 Các kích thích điện từ trường của mô thần kinh 6.1. Kích thích điện chức năng 6.2. Kích thích từ của mô thần kinh 7 Kích thích điện từ của tim 7.1. Tạo nhịp tim 7.2. Khử rung tim 8 Đo thông số điện của mô sinh học 8.1. Biến đổi trở kháng cơ thể 8.2. Cắt lớp trở kháng 8.3. Đáp ứng điện 9 Các hiện tượng từ sinh học khác 10 Các tín hiệu điện tạo ra trong mắt