التخطيط الكهربائي الطبي (أجهزة-)

تخطيط كهربايي طبي (اجهزه)

-

التخطيط الكهربائي الطبي (أجهزة-)

تسمح أجهزة التخطيط الكهربائي الطبي medical electrography بتتبع مرئي أو تسجيل مستمر للإشارات الكهربائية التي تقتبسها. ويبين الشكل (1) أكثر منظومات التسجيل الإلكترونية بساطة، وتتألف هذه المنظومة من ثلاثة مكونات مهمة:

1- المبدل transducer أو الإلكترودات electrodes التي تلتقط الكمونات الكهربائية الحيوية وتحوّل الإشارة الفيزيولوجية المراد قياسها إلى خرج كهربائي قابل للاستخدام.

2- مكيف الإشارة signal adapter (تضخيم أولي، ترشيح، ...) الذي يعالج خرج الإلكترود/المبدل ويحوّله إلى كمية كهربائية مناسبة.

3- نظام الإظهار display والتوثيق الذي يسمح بتمثيل مرئي بالتصوير وتوثيق لكمية المتغير الفيزيولوجي الذي يجري اقتباسه. ويجب عند تصميم أي من المكونات السابقة أو اختيارها الأخذ بالحسبان ميزات تناسب نوع الإشارة المقتبسة وتخطيطها وخاصة ما يتعلق بمكيف الإشارة.

الشكل (1) نظام تسجيل إلكتروني أساسي.

تتلخص وظيفة أجهزة التخطيط الكهربائي بالنقاط المهمة التالية:

- التقاط الإشارة الحيوية واقتباسها من دون تشويه أو تغيير في مواصفاتها (من حيث الشكل أو المطال، .. ).

- تضخيم الإشارة الحيوية إلى مستوى يمكن عنده معالجة الإشارة معالجة جيدة، مثلاً لرفع مطال الإشارة الأعظمي إلى بضعة فولطات، وقد يلزم تضخيم الإشارة بعامل يقع بين 1000 و50000. بعد ذلك يمكن عند هذا المستوى للمطال تحليل الإشارة ومعالجتها -تماثليّاً analog أو رقمياً digital- معالجة جيدة ومفيدة.

- تخليص الإشارة من كل المركبات غير المرغوب فيها (إشارات التشويش).

- إمكان عرض هذه الإشارة أو طباعتها أو تسجيلها.

تختلف أجهزة التخطيط الكهربائي بعضها عن بعض باختلاف مبدأ القياس وطريقته المستخدمة للحصول على الإشارة المطلوبة، وغالباً ما تسمى باسم العضو الخاضع للتخطيط، مثل جهاز التخطيط الكهربائي للقلب، وجهاز التخطيط الكهربائي للدماغ، وغير ذلك.

1- تخطيط كهربائية القلب  (Electrocardiograph (ECG

يقوم جهاز تخطيط كهربائية القلب باقتباس النشاط الكهربائي للقلب وتسجيله باستخدام إلكترودات (مسبارات) توضع في نقاط محددة على الجلد. ويعد هذا الجهاز من الأجهزة التشخيصية المهمة؛ إذ إن مراقبة الإشارات الكهربائية للقلب لها أهمية سريرية (إكلينيكية) كبيرة، لما توفره من معلومات قيمة عن مجال عريض من الاضطرابات القلبية، مثل وجود جزء من القلب غير فعّال (احتشاء)، أو وجود تضخم قلبي وغير ذلك. يُستخدم هذا الجهاز في مخابر القثطرة ووحدات العناية القلبية، ومن أجل التطبيقات التشخيصية الاعتيادية في علم أمراض القلب. ويبين الشكل (2) إشارة ECG نموذجية مع محدداتها.

الشكل (2) إشارة ECG نموذجية مع محدداتها.

يراوح المجال الترددي المفيد لتشخيص إشارة ECG بين 150-0.5 Hz ومطالها بين 0.5 -4 mV، ويبلغ التضخيم الكلي لـ ECG عادة 1000 مرة؛ لذلك ينبغي أن يكون الجهاز قادراً على معالجة الإشارة وإظهارها ضمن هذه المجالات.

إن معظم أجهزة تخطيط كهربائية القلب المستخدمة لأغراض طبية سريرية هي أجهزة وحيدة القناة، أي إن الجهاز يحتوي على قناة تضخيم وحيدة ونظام إظهار وتسجيل وحيد. وتحتوي مثل هذه الأجهزة عادة على مفتاح متعدد الوضعيات يمكن بوساطته اختيار وصلة الاقتباس المرغوبة. أي يمكن في مثل هذا النوع من الأجهزة تسجيل اقتباس واحد فقط في زمن معين.

تتوفر أيضاً أجهزة ECG متعددة قنوات التضخيم (متشابهة من حيث المكونات) ونظام إظهار وتسجيل متناسب مع قنوات الاقتباس. يسهل هذا النوع من الأجهزة تسجيل اقتباسات ECG متعددة في وقت واحد؛ مما يؤدي إلى تخفيض الزمن المطلوب لإتمام مجموعة الاقتباسات. والميزة الأخرى للتسجيل المتعدد القنوات هي أن تسجيل أشكال الأمواج يتم بآنٍ واحد، ويمكن إظهارها بعلاقتها الزمنية المناسبة بعضها مع بعض (الشكل 3).

الشكل (3) مخطط صندوقي لقناة .ECG

من أهم الميزات التي يجب أخذها بالحسبان عند تصميم مخطط الـ ECG أو اختياره هي ميزات المضخم الأولي، إذ يجب أن يحقق هذا المضخم ما يلي:

- ممانعة دخل عالية جداً، وممانعة خرج منخفضة جداً.

- نسبة رفض النمط المشترك Common- Mode Rejection Ratio (CMRR) عالية جداً لا تقل عن 100 dB.

- جهد انزياح Offset voltage، وتيارات انحياز Bias Current منخفضة.

- معدل عالٍ لتغيّر الجهد بالنسبة إلى الزمن Slew rate.

- استهلاك منخفض للطاقة.

وأفضل أنواع المضخمات الأولية التي تحقق ما سبق المضخم التجهيزاتي Instrumentation amplifier. ويبين الشكل (4) دارة مضخم تجهيزاتي يتكون عملياً من ثلاثة مضخمات عملياتية operational amplifiers تسهم في مرحلتي عمل: المرحلة الأولى وهي مرحلة الدخل، وتتكون من المضخمين العملياتيين A1 وA2، والمرحلة الثانية هي مرحلة تضخيم تفاضلي، يشارك فيها المضخم العملياتي A3 وشبكة المقاومات R2 وR3، وبربح مقداره واحد عندما تكون R2=R3. ويكفي فقط ضبط المقاومة Rg على القيمة المطلوبة للحصول على الربح المطلوب وفقاً للمعادلة (1):

الشكل (4) دارة مضخم تجهيزاتي.

إن الغاية من دارة العازل buffer هي حماية المريض من التعرض لصدمة كهربائية، وحماية الجهاز من التعرض لأي جهود عالية قد يتعرض لها، مثلاً عند تطبيق جهاز الصدمة الكهربائية على المريض لإزالة الرجفان القلبي. والعازل مضخم عزل يمكن أن يكون كهرطيسياً من خلال محول، أو مضخم عزل ضوئي، ويبين الشكلان (5 و6) العزل بمحول والعزل الضوئي على الترتيب.

الشكل (5) مضخم عزل بمحول

الشكل (6) مضخم عزل ضوئي.

يُعدّ الضجيج من أكبر المشاكل التي تعاني منها إشارة ECG، وأسباب هذا الضجيج كثيرة، منها تداخل خط الطاقة الكهربائية الذي يميزه التردد 50zH، ومنها الإشارات ذات التردد العالي الناجمة عن الأجهزة المستخدمة ECG، كجهاز الجراحة الكهربائية أو جهاز تخطيط التنفس بالممانعة الكهربائية وغيرها. إضافة إلى ذلك هناك الضجيج الناجم عن رحلان خط الأساس الذي يمكن أن يحدث نتيجة لتنفس المريض أو حركة المريض ومساري الاقتباس (الإلكترودات) أو انفصالها، وغير ذلك.

ويمكن إزالة بعض أنواع الضجيج باستخدام المرشحات، وقد تتطلب إزالة بعضها الآخر دارات خاصة أو برامج خاصة، مثل تداخل خط الطاقة الكهربائية ورحلان خط الأساس.

ومن الدارات التي تتبع جهاز تخطيط الـ ECG دارة كشف فصل الإلكترود التي تعتمد على قياس ممانعة الاتصال بين الإلكترود والجلد. إضافة إلى دارة المعايرة التي تعطي على خرجها قيمة ثابتة مقدارها 1 ميلي فولط، وتستخدم لتبيان كون الجهاز مُعايراً أو هو بحاجة إلى معايرة.

تُستخدم حالياً تقنية المعالج الصغري microprocessor في أجهزة التخطيط الكهربائي للقلب لتحقيق مواصفات معينة مرغوب فيها، مثل إزالة التشويشات الصنعية وتجوال خط الأساس وغيرها، وذلك باستخدام تقنيات برمجية. كما يمكن أن تجري أجهزة ECG المبنية على أساس معالج صغري فحصاً ذاتياً عند كل مرة تشغل فيها. وهذه الآلات مبرمجة لفحص استمرار عمل المسرى والقطبية، وتشير أيضاً إلى انفصال المسرى أو اتصاله. ويُحَسِّن استخدام المرشحات الرقمية جودة الإشارة تحسيناً ملحوظاً في أثناء التسجيل، وتصحيح بعض المشاكل تلقائياً مثل انحراف خط الأساس والرنين (التجاوب) الأساسي الزائد. ويساعد تخفيض انحراف خط الأساس من دون تشويه الإشارة على مراقبة ECG للأشخاص المتدربين أو المتجولين.

اقتباسات ECG

الاقتباس lead هو الرسم الناجم عن فرق الجهد الذي تسببه الفعالية الكهربائية للقلب عند أي موقعين لإلكترودين موضوعين على منطقتين مختلفتين من القلب. وثمة ثلاثة أنواع من اقتباسات ECG، هي:

1- الاقتباسات الطرفية limb leads (القياسية) أو ما يُعرف باقتباسات آينتهوفن Einthoven: وهي اقتباسات طرفية ثنائية القطبية bipolar، وتقسم إلى ثلاثة اقتباسات، هي: الاقتباس I، الاقتباس II، الاقتباس III، و يظهر الشكل (7) طريقة الاقتباس القياسية.

الشكل (7) الاقتباسات الطرفية القياسية الثنائية القطبية.

توضع الإلكترودات في الاقتباس I على كل من الذراع اليمنى والذراع اليسرى (LA, RA)، وتوضع الإلكترودات في الاقتباس II على الذراع اليمنى والساق اليسرى، وفي الاقتباس III توضع على الذراع اليسرى والساق اليسرى. إن فرق الكمون المقيس بين إلكترودين في جميع توصيلات الاقتباس يكون دائماً بالنسبة إلى نقطة ثالثة على الجسم. تؤخذ هذه النقطة المرجعية اصطلاحياً في الواقع «الساق اليمنى»، لذلك يتم إجراء التسجيلات باستخدام ثلاثة إلكترودات في الوقت الذي تكون فيه وصلة الساق اليمنى موجودة دائماً.

افترض آينتهوفن W.E inthoven في تحديد الاقتباسات الثنائية القطبية أنه يمكن عند أي لحظة مُعطاة من دورة القلب تمثيل محور القلب الكهربائي كشعاع ثنائي البعد. إن إشارات ECG المقيسة من أي من الاقتباسات الطرفية الأساسية الثلاثة هي مركب أحادي البعد متغير مع الزمن. لقد افترض أنه يمكن تمثيل الحقل الكهربائي للقلب بيانياً كمثلث مع قلب موضوع بشكل مثالي في المركز. يبين الشكل (8) المثلث المعروف «بمثلث آينتهوفن» حيث تمثل أضلاعَ المثلث الخطوطُ التي يجري على طولها قياس الإسقاطات الثلاثة لشعاع الـ ECG. وقد تبين أن الجهد اللحظي المقيس بأي موضع من أوضاع الاقتباسات الطرفية الثلاثة يساوي تقريباً المجموع الجبري للموضعين الآخرين، أو أن المجموع الشعاعي للإسقاطات على الخطوط الثلاثة جميعها يساوي الصفر.

الشكل (8) مثلث آينتهوفن لتحديد اقتباسات ECG.

2- الاقتباسات المُضخّمة للأطراف augmented limb leads، أو ما يُعرف باقتباسات غولدبيرغ Goldberg: وهي اقتباسات أحادية القطبية unipolar، يقاس فيها تغير الجهد في نقطة واحدة بالنسبة إلى نقطة مرجعية لا تتأثر خواصها بالنشاط الكهربائي في طور انقباض القلب، وتنشأ بربط مسريين طرفيّين أحدهما بالآخر عن طريق مقاومات، والتسجيل بالنسبة إلى الطرف الثالث. وهي ثلاثة اقتباسات: 1- الاقتباس augmented Vector Right (aVR) : يجري التسجيل فيه على الذراع اليمنى بعد وصل إلكترود الذراع اليسرى والساق اليسرى معاً. 2- الاقتباس augmented Vector Left (aVL): يجري التسجيل فيه على الذراع اليسرى بعد وصل إلكترود الذراع اليمنى والرجل اليسرى. 3- الاقتباس augmented Vector Foot (aVF): يجري التسجيل فيه على الساق اليسرى بعد وصل إلكترود الذراع اليمنى واليسرى. ويبين الشكل (9) هذه الاقتباسات.

الشكل (9) الاقتباسات الطرفية المُضخّمة الأحادية القطبية.

3- الاقتباسات الصدرية precordial leads، أو ما تعرف باقتباسات ويلسون Wilson: وهي اقتباسات أحادية القطبية، وتعتمد على كشف تغير الجهد في 6 نقاط صدرية مختلفة وبترتيب معين، ويُرمز إليها بـ V1 إلى V6 بحسب ترتيبها على الصدر. يجري القياس على الإلكترود المحدد بالنسبة إلى نقطة مرجعية لجميع تلك النقاط تُعرف بنهاية ويلسون المركزية Wilson’s central terminal والمُشكّلة من وصل إلكترود الذراع اليمنى وإلكترود الذراع اليسرى وإلكترود الساق اليسرى معاً من خلال شبكة مقاومات، ويبين الشكل (10) الاقتباسات الصدرية.

الشكل (10) الاقتباسات الصدرية الأحادية القطبية.

2- مخطاط كهربائية الدماغ (Electroencephalograph (EEG

يقوم جهاز تخطيط كهربائية الدماغ بتسجيل النشاط الكهربائي للدماغ بتوضع مناسب لإلكترودات سطحية على فروة الرأس. إن مخطاط كهربائية الدماغ EEG يصف الوظيفة العامة للنشاط الدماغي، ويسجل موجة مُرَكَّبَة لجهود عصبونات تعمل بأسلوب غير متزامن، ويمكن أن تكون مجموعات الإشارات البارزة مرتبطة تجريبياً باستنتاجات تشخيصية.

أثبتت مراقبة مخطط كهربائية الدماغ أنها طريقة فعالة لتشخيص عدة علل وأمراض عصبية، مثل داء الصرع والأورام والآفات الدماغية الوعائية ونقص التروية والمشاكل المرتبطة بالصدمات. وتُستخدم أيضاً في غرفة العمليات لتسهيل التخدير والتأكد من سلامة المنظومة العصبية للمريض المُخَدَّر. وأصبح هذا ممكناً من خلال ظهور أجهزة تحليل مخطط كهربائية الدماغ حاسوبية EEG صغيرة. بناءً على ذلك انتشرت مراقبة الـ EEG الاعتيادية في غرفة العمليات ووحدات العناية المشددة.

ويمكن استخدام أنواع مختلفة من الإلكترودات لتسجيل إشارات EEG، يشمل ذلك الإلكترودات التي تلتصق ذاتياً، والإلكترودات الفضية الكأسية، والإلكترودات الإبرية تحت الجلدية (جلد فروة الرأس).

إن إلكترودات EEG أصغر حجماً من إلكترودات ECG، ويمكن تطبيقها على فروة الرأس، أو يمكن تركيبها في قبعة خاصة توضع على رأس المريض. ويُستعمل هلام gel أو معجون للإلكترود لتحسين اتصال الإلكترود بجلد الرأس. وتعطي إلكترودات EEG ممانعة اتصال جلد عالية عندما تُقارن بإلكترودات ECG. وينبغي أن تكون ممانعة الإلكترود الجيدة عموماً أدنى من . كما يجب أن تكون الممانعة بين زوج من الإلكترودات متوازنة أيضاً، أو ينبغي أن يكون الفرق بينهما أقل من . تُصمم مضخمات EEG عموماً بحيث يكون لها قيمة عالية جداً لممانعة الدخل للتخفيض من ممانعة الإلكترود العالية.

يمكن تسجيل إشارات EEG بالتقاط فرق الجهد بين إلكترود فعّال على فروة الرأس بالنسبة إلى إلكترود مرجعي على حلقة الأذن أو على أي جزء آخر من الجسم، يُدعى هذا النوع من التسجيل «أحادي القطبية». من ناحية ثانية يكون التسجيل «ثنائي القطبية» أكثر عموماً، إذ يتم فيه تسجيل فرق الجهد بين إلكترودين على فروة الرأس. يتم إجراء مثل هذه التسجيلات بوساطة أجهزة تخطيط كهربائية الدماغ متعددة القنوات.

إن إشارات EEG المُلتقطة بوساطة الإلكترودات السطحية صغيرة عادة إذا ما قورنت بإشارات ECG. ويمكن أن يصل مطال إشارات EEG إلى عدة مئات من المايكرو فولط، ولكن الإشارة من القمة إلى القمة هي الأكثر شيوعاً.

يبين الشكل (11) مخططاً صندوقياً أساسياً لجهاز EEG بمكوناته التمثيلية والرقمية معاً، وأشكال أمواج EEG α, β, γ, δ مع مجالاتها الترددية.

الشكل (11)، أ- مخطط صندوقي لآلة EEG

الشكل (11)، ب-أشكال أمواج EEG α, β, γ, δ

المونتاجات (التركيبات) montages: يُدعى شكل الإلكترودات على الرأس والقنوات الموصولة بها بالمونتاج، وهي دائماً متناظرة. ويُوضع الإلكترود المرجعي عموماً على موقع غير فعال مثل الجبين أو حلقة الأذن. وتُرتب إلكترودات التخطيط على فروة الرأس استناداً إلى معيار يُعرف بالمنظومة 10/20 معتمد من قبل الجمعية الأمريكية لتخطيط كهربائية الدماغ American EEG Society. وثمة 21 موضع إلكترود في المنظومة 10/20، ويتضمن أماكن للإلكترودات على مسافات تساوي 10% و20% من أقواس قمة الجمجمة والأقواس السهمية والمحيطية المقيسة بين مَعَالِم الجمجمة (الشكل 12). تُعيّن الإلكترودات بحسب موقعها على الرأس: Fp للجبهي- القطبي، وF للجبهي، وC للمركزي، وP للجداري، وT للصدغي، وO للقفوي. وتشير الأرقام المفردة إلى الإلكترودات الموجودة على الجهة اليسرى من الرأس، والأرقام المزدوجة إلى الإلكترودات الموجودة على الجهة اليمنى، في حين ترمز Z إلى إلكترودات خط المنتصف. ويميز أحد الإلكترودات بلصاقة متساوية الأرضية ويوضع على جهة حيادية نسبياً على الرأس، وهي عادة منتصف الجبين. وقد تم حديثاً طرح اصطلاح لمونتاج توضع فيه الإلكترودات متباعدةً بعضها عن بعض بمسافات مقدارها 5% على طول الجمجمة. وتُدعى هذه الإلكترودات إلكترودات متقاربة الفراغ، ولها اصطلاح تسمية خاص بها (الشكل 13).

الشكل (12) منظومة 10/20 لتوضع الإلكترودات.

الشكل (13) رسم توضيحي للإلكترودات المتقاربة الفراغ.

ناخب مونتاج الإلكترود: تنقل إشارات EEG من الإلكترودات إلى الصندوق الرأسي المُرمَّز بلصاقات استناداً إلى المنظومة 10/20، ومنها إلى ناخب المونتاج. إن ناخب المونتاج في جهاز EEG التماثلية هو لوحة كبيرة تحتوي على مفاتيح تسمح للمستخدم باختيار زوج من الإلكترودات لتشكيل دخل قناة المعالجة، وهو ناتج طرح قيمة الدخل للإلكترود الثاني من قيمة الدخل للإلكترود الأول.

إن المونتاجات هي إما ثنائية القطبية (مبنية من خلال طرح الإشارات من أزواج الإلكترودات المتجاورة)، وإما مرجعية (أحادية القطبية) (مبنية من خلال طرح جهد إلكترود مرجعي عام من جهد كل إلكترود على الرأس). يختار غالباً مرجع منفصل لكل جهة من الرأس بقصد تخفيض الضجيج إلى أكبر حد ممكن، على سبيل المثال أُذن الجهة نفسها. وتُسجِّل عدة أجهزة EEG رقمية حديثة المعلومات (المونتاجات) تسجيلاً مرجعيّاً، وتسمح بتحويل سهل إلى المونتاجات الثنائية القطبية المختلفة المتعددة. ويمتاز تسجيل الـ EEG بعدة مونتاجات بأن كل مونتاج يعرض خصائص حيزية مختلفة للبيانات نفسها.

إن دارات جهاز EEG مشابهة لدارات ECG، ولكن يجب أن تمتلك المضخمات المُستخدمة في أجهزة تخطيط كهربائية الدماغ ربحاً أعلى منها في ECG، وخصائص ضجيج منخفضة لأن جهود EEG صغيرة المطال. في حين يبلغ التضخيم الكلي لـ EEG عادة 10000 مرة.

يمكن أن تحتوي أجهزة EEG أيضاً على تشويشات صنعية ناجمة عن العضلات بسبب تقلص عضلات فروة الرأس والرقبة التي تعلو الدماغ والجمجمة، وهذه التشويشات كبيرة وحادة، بخلاف ECG، مسببةً صعوبة كبيرة في تفسيرات EEG الإكلينيكية والمؤتمتة معاً. إن أكثر الطرائق الفعّالة للتخلص من التشويشات الصنعية بسبب العضلات هي نصح المريض بالاسترخاء، ولكن هذا لا ينجح دائماً. ويجري التخلص من هذه التشويشات الصنعية عموماً باستخدام مرشحات تمرير منخفض. ويملك هذا المرشح في جهاز EEG عدة وضعيات قابلة للاختيار، ويُلصق عليها بطاقة مكتوب عليها الثابت الزمني. وإن الضبط النموذجي لقيم الثابت الزمني للتحكم بالتردد (التواتر) المنخفض هي 0.03 و0.1 و0.3 و1.0 ثانية. وتطابق هذه الثوابت الزمنية النقاط 3dB عند الترددات 5.3 و1.6 و0.53 و0.16 هرتز. ويمكن التحكم بتردد القطع العلوي بوساطة مرشح التردد العالي، ويمكن اختيار قيم متعددة، والنموذجية منها هي 15 و30 و70 و300 هرتز Hz.

تشتمل بعض أجهزة EEG على مرشح نوتش notchالمُوَلَّف بدقة على التردد 05 Hz بهدف التخلص من تداخل التردد الرئيسي، ولكن لهذا المرشح خاصية غير مرغوب فيها، وهي خاصية «الرنين»، وهذا يعني أنها تنتج استجابة اهتزازية مُخمَدة لشكل موجة المعايرة المربعة أو جهد العضلة. وبفضَّل حصر استخدام مرشحات نوتش على الظروف الاستثنائية عندما يكتشف عدم فعالية كل الطرق الأخرى في التخلص من التداخل.

إن مجال التردد النموذجي لأجهزة EEG القياسية هو من 0.1 إلى 07 Hz، ومع ذلك تسمح الأجهزة الحديثة بكشف ترددات حتى عدة مئات من الهرتز وترشيحها. ويمكن أن يكون لهذا أهمية في بعض التسجيلات داخل القحف.

تحتوي أجهزة EEG التجارية على عدد من القنوات يصل إلى 32 قناة، مع أن 8 أو 16 قناة هي الأكثر شيوعاً. وتُستخدم في الوقت الحاضر المعالجات الصغرية في أجهزة EEG المتوفرة تجارياً. وتسمح هذه الأجهزة للمستخدم باختيار مونتاج قابل للبرمجة؛ على سبيل المثال: يمكن اختيار حتى 8 تركيبات للإلكترودات بوساطة لوحة المفاتيح. ويمكن في الواقع اختيار أي تركيبة إلكترودات مطلوبة بوساطة أزرار وحفظها في ذاكرة. وتحتوي هذه الأجهزة أيضاً على شاشة لإظهار الشكل المُختار (المونتاج) إضافة إلى موضع مواقع فروة الرأس مع اتصال الإلكترود بالجلد. ويمكن إظهار إعدادات التحكم بالقناة الفردية لوضعيات الربح والترشيح على الشاشة من أجل المعاينة الفورية؛ لذلك يمكن تغيير الإعداد بوساطة زر ضغط بسيط، في حين تتم مشاهدة الإظهار.

إن أغلب الأجهزة EEG الحديثة مبنية على أساس حاسوب شخصي PC، تختلف مواصفاته بحسب الحاجة (سرعة معالجة وسعة تخزين عاليتان). وتُعرض نتائج EEG على شاشة ملونة 19 «إنشاً» مع دقة تمييز عالية، كما يتوفر إمكان الطباعة على نسخة ورقية من خلال طابعة ليزرية.

أ- تسجيل الجهود المُستثارة recording of evoked potentials:

إذا جرى تطبيق إثارة خارجية على منطقة حسية من الدماغ فإنه يستجيب بإنتاج جهد كهربائي يُعرف «بالجهد المُستثار». تشتمل معظم الجهود المُستثارة والمُستخدمة بتكرارية كبيرة للفحص السريري على استجابات مستثارة سمعية لجذع الدماغ، واستجابات مستثارة بصرية، وجهود مُستثارة حسية جسدية.

إن الجهد المُستثار المُسجل عند سطح الدماغ هو استجابة متكاملة لنشاط عدة خلايا، ومطال الجهد المستثار هو من مرتبة . وتكون الجهود المستثارة عادة متراكبة مع مخططات كهربائية الدماغ، لذلك من الضروري إزالة الـ EEG بتقنية التوسيط في أثناء إجراء قياسات الجهد المُستثار. ولما كانت الخلفية EEG وإشارات أخرى غير مطلوبة وتظهر غالباً بشكل غير منتظم، أو أنها لا تتزامن مع المنبهات، جرى تخفيضها تخفيضاً ملحوظاً بالتوسيط عن طريق عدة سلاسل. ويتناسب تخفيض التوسيط للضجيج بوجه عام مع الجذر التربيعي لعدد السلاسل، وتحدث معظم التحسينات في نسبة الإشارة إلى الضجيج ضمن المجال من 40 إلى 100 سلسلة.

ولأن بعض مركبات الجهد المُستثار قصيرة المدة (نحو 2 ميلي ثا/1ثانية)، يجب أخذ عينات سريعة لتسجيل مثل هذه الجهود المنخفضة رقمياً. ومعدّل أخذ العينات عادة هو 1000عينة/ثا. يتم قياس مطال الجهود المُستثارة على التدريج العمودي مع نقاط عينات مقيسة بالبت (bits) على تدريج دقة تمييزه لوغاريتمية. وإن دقة تمييز الجهد كافية عادةً بتسجيل يحتوي على 8 بتات، على الرغم من أن هناك أنظمة تماثلية/رقمية بـ 10-16 بت متوفرة.

ب. التحليل المحوسب لـ EEG:

يعد تقييم التردد والمطال لـ EEG حاسماً من أجل تفسيرهما بسرعة ودقة. ويتطلب ذلك تحليلاً ثابتاً لإشارة الـ EEG من فني ماهر؛ لذلك تستخدم أجهزة حديثة لمعالجة إشارة الـ EEG حاسوبياً واستخراج معطيات التردد والمطال بأشكال محسنة بصرياً وبسيطة تفيد الفني مباشرة.

- تحليل التردد: يعالج تحليل التردد أمواج EEG ويحللها رياضياً، ويقسمها إلى تردداتها المكونة. وأكثر الطرق الشائعة التي تقوم بذلك هي تحويل فورييه السريع Fast Fourier Transform (FFT). وهو تحويل رياضي لشكل موجة معقدة (تتضمن محتوى مطال وتردد متغير) إلى أشكال أمواج أبسط وأكثر انتظاماً (مثل أمواج جيبية مختلفة بمطالات متغيرة). ويجري في هذه الطريقة تحويل إشارة الـ EEG إلى أشكال موجة مبسطة تدعى الطيف. تم تفصيل هذه الموجة إلى حزم ترددية بفواصل مقدارها 0.5 Hz على طول مجال من Hz 32-1. إن إعادة توزيع النشاط الكهربائي في الدماغ بين حزم ترددية محددة أو سيطرة إحدى الحزم على الأخرى يتقاطع مع حالات مرضية (باثولوجية) وفيزيولوجية محددة (الشكل 14). ويُحوِّل التحليل الطيفي إشارة الـ EEG التمثيلية المُسجلة على محور الزمن إلى إشارة معروضة على محور التردد.

الشكل (14): أ- شكل موجة EEG نموذجية تم تقسيمها إلى مركبات ترددية. ب- تقنيات رياضية وتقنيات إظهار مُستخدمة لتوليد شكل مصفوفة الطيف المضغوطة.

- تحليل المطال: يمكن أن تشير التغيرات في مطال إشارة EEG إلى تغيرات سريرية (إكلينيكية). ينجم عن تغيرات المطال تغيرات في طاقة الطيف الترددي الناتج، فعندما يزداد المطال تزداد الطاقة. والعدد الأكثر شيوعاً الذي يعكس مطال إشارة EEG هو الطاقة الكلية لطيف الـ EEG. ونظراً لأن مطال الـ EEG من مرتبة المكرو فولط فإن الاستطاعة إما أن تكون بالنانوواط وإما بالبيكوواط. ويُحسب طيف الاستطاعة بمربع مطالات المركبات الترددية الفردية. وتُستخدم استطاعات الحزم الترددية الفردية أيضاً بوجه عام، ويُعبّر عنها بوصفها قيمة مطلقة أو نسبة من الاستطاعة الكلية. وعلى سبيل المثال تشير القيمة 25% ألفا إلى أنه نسبة 25% من الاستطاعة الكلية من مطالات الأمواج هي ألفا.

وقد طُوِّرت أشكال إظهار بصرية مختلفة من أجل تحسين المعلومات التي عولجت بالحاسوب، وهي مصفوفتان:

أ- مصفوفة الطيف المضغوطة Compressed Spectrum Array (CSA): تكدَّس في هذا الشكل سلسلة من مصفوفات الطيف المُنعَّمة بوساطة الحاسوب عمودياً، وبفواصل زمنية مقدارها ثانيتان عادة، بحيث تكون أحدث معطيات الـ EEG في الأسفل، وأقدمها في الأعلى. تظهر القمم عند الترددات التي تحتوي على طاقة أكثر، أو تساهم أكثر في طيف الطاقة الكلية. وإن منشأ الرسومات البيانية ينزاح عمودياً مع الزمن، لذا يُنتِج رسماً ثلاثي الأبعاد زائفاً (الشكل 14-ب). من السهل بهذه الطريقة التقاط التغيرات التي تطرأ على التردد والمطال لكل عينة على فترة طويلة من الزمن، كما يضغط كمية كبيرة من البيانات إلى سلسلة زمنية ظاهرة الميل trend مُدمجة وسهلة القراءة.

ب- مصفوفة طيف الكثافة Density Spectrum Array (DSA): إنها طريقة أخرى من أجل إظهار طيف الطاقة. يعرض هذا الشكل طيف الطاقة خطاً من الشِّدات
و/أو الكثافات المتغيرة بفترات متعاقبة مرة بعد مرة مُكدَّسةً عمودياً كما في الرسومات البيانية لمصفوفة الطيف المضغوطة. تمثل المناطق ذات الكثافة العظمى الترددات التي تساهم إلى حد بعيد في طيف طاقة EEG. ومن المزايا الجيدة للشكل DSA أنه لا توجد بيانات تخفيها القمم كما في الإظهار CSA، ويمكن أن تكون إظهارات الـ DSA على شكل كثافات رمادية أو متدرجة لونياً.

3- مخطاط كهربائية العضلات (Electromyograph (EMG

يقوم جهاز تخطيط كهربائية العضلات (المخطاط) EMG بتسجيل نشاط العضلات الكهربائي لتحديد تقلص العضلة أو عدمه؛ أو لإظهار كمونات العضلة اللحظية على شاشة أو سماعها، أو تلك التي تسببها التقلصات الإرادية، كوسيلة لكشف طبيعة أضرار الوحدة المحركة وموقعها؛ أو لتسجيل النشاط الكهربائي المُستثار في العضلة بتنبيه عصبها. وهذا الجهاز مفيد لإجراء الدراسة من وجـهـات نظر عدة، مثل الوظيفة العصبية العضلية، والحالة العصبية العضلية، وحجم ضرر العصب واستجابات الانعكاس، وغير ذلك.

إن قياسات المخطاط مهمة أيضاً للأجهزة التعويضية (الأطراف الصنعية) من أجل التحكم بكهربائية العضلة. يشمل هذا الاستخدام التقاط إشارات الـ EMG من العضلات عند النهايات العصبية للطرف المتبقي، واستخدامها لتنشيط ذراع ميكانيكية. وهذا هو أكثر متطلب من الـ EMG لأن عمل الجهاز التعويضي يعتمد عليه.

يجري تسجيل إشارات المخطاط عادة باستعمال الإلكترودات السطحية، أو في أغلب الأحيان باستخدام الإلكترودات الإبرية التي تغرز مباشرة في العضلة. ويمكن أن تكون الاقتباسات أحادية القطبية (بالنسبة إلى إلكترود مرجعي)، أو ثنائية القطبية (بين إلكترودين). والإلكترود الأرضي ضروري لتوفير مرجع مشترك للقياس. يمكن بعدئذٍ تضخيم الإشارة وإظهارها على شاشة. كما يمكن تطبيقها أيضاً على مضخم سمعي موصول إلى مكبر صوت. ويبين الشكل (15) أشكال إشارة تخطيط العضلات EMG بوساطة منظومتي الاقتباس الأحادية القطبية والثنائية القطبية.

الشكل (15) أشكال إشارة تخطيط العضلات EMG بوساطة منظومتي الاقتباس الأحادية القطبية والثنائية القطبية.

يمكن لِمُفَسِّر إشارات EMG مُدَرَّبٍ تشخيص اضطرابات عضلية متنوعة بالاستماع إلى الأصوات التي تنتج من خلال مكبر صوت تضخيم الجهود العضلية. ويبين المخطط الصندوقي في الشكل (16) مخططاً نموذجياً لتسجيلات الـ EMG.

الشكل (16) مخطط صندوقي نموذجي لتسجيل الـ EMG.

إن دارات مخطاط كهربائية العضلات مشابهة إلى حد بعيد دارات جهاز ECG. ويعتمد مطال إشارات EMG على عوامل مختلفة، مثلاً على مكان توضع الإلكترودات المُستخدمة ونوعها، وعلى درجة الإجهادات العضلية. إن الإلكترود العضلي الملامس لليف عضلي واحد يلتقط جهوداً على شكل نبضات حادة، في حين تلتقط الإلكترودات السطحية عدة نبضات حادة متراكبة؛ ولذلك تنتج أثراً بجهد متوسط. تراوح إشارة EMG النموذجية بين 0.1V 0.5-. ويمكن أن تحتوي على مركبات ترددية تمتد حتى ويبلغ التضخيم الكلي لإشارة الـ EMG 5000 مرة عادة.

يفضل استخدام مضخم أولي لتضخيم إشارات EMG الملتقطة بوساطة الإلكترودات الإبرية ضمن الإلكترود وقبل نقلها بالأسلاك، إذ يخفض المضخم أثر التداخل الكهربائي تخفيضاً كبيراً، ويخلّص عملياً من التشويشات الصنعية المكروفونية المتولدة في الأسلاك بسبب حركة الشخص.

توفر أجهزة EMG الحديثة المحوسبة إظهاراً لشكل موجة ملونة بالكامل، ودالات تلقائية لوضع علامات مميزة، وإجراء قياسات، ولوحة مفاتيح للتحكم في عمليات اختبار مهمة ومناسبة. ويتضمن النظام عادة تسهيلات لتسجيل إشارات EMG والجهود المُستثارة، مع التحكم بالمنبهات برمجياً. ويمكن استخدام طابعات ليزرية عامة من أجل إعداد تقرير على نسخة ورقية.

تكامل عادة إشارة الـ EMG من أجل قياس نشاط العضلة، إذ توجد علاقة خطية بين الـ EMG المُكاملة والتوتر الناتج بسبب العضلة. ويعمل المكامل integrator من خلال تقويم إشارة EMG، وتُجمَّع المساحة تحت الجهود المُقَوَّمة باستخدام مرشح تمرير منخفض، بحيث يمثل الخرج -عند أي زمن- المساحة الكلية المجموعة بدءاً من زمن بداية مُختار. ويشير المكامل إلى نشاط EMG إما على شكل موجة سن منشار متغيرة التردد، وإما على شكل انحراف ثابت.

تُستخدم المنبهات المُدمجة في أجهزة EMG لتوفير نبضة وحيدة أو مزدوجة أو قطار من النبضات. إن مطال التنبيه والدور والتكرار والتأخير كلها قابلة للضبط، والتسهيلات متوفرة من أجل القدح الخارجي. ويكون الخرج إما من نوع الجهد الثابت وإما من نوع التيار الثابت. ويوفر المنبه من نوع الجهد الثابت نبضات موجة مربعة بمطالات ضمن المجال v 500- 0، ودور نبضة من 0.1 0.13- msec وتردداً بين 0 و100 Hz . يمكن ضبط خرج مولد التيار الثابت بين 0 و mA 100.

4- مخطاط كهربائية العين (Electro-oculograph (EOG

إن تخطيط كهربائية العين هو تسجيل للجهود الحيوية المتولدة بوساطة حركة كرة العين. وتُلتقط جهود EOG بوساطة إلكترودات سطحية صغيرة موضوعة على الجلد بجانب العين. يوضع زوج من الإلكترودات فوق العين وأسفلها لالتقاط الجهود المتطابقة مع الحركات العمودية لكرة العين. ويوضع زوج آخر على يسار العين ويمينها لقياس الحركات الأفقية. ويبين الشكل (17) منظومة اقتباس الـ EOG.

الشكل (17) منظومة اقتباس إشارة الـ EOG، و إشارة الـ ERG.

جهاز تخطيط كهربائية الشبكية (Electroretinograph (ERG:

اكتُشف وجود جهد كهربائي بين القرنية وخلفية العين، يتغير عند إضاءة العين. وتدعى عملية تسجيل تغير الجهد عندما يسقط الضوء على العين بتخطيط كهربائية الشبكية. ويمكن تسجيل جهود الـ ERG بوساطة زوج من الإلكترودات. ويُركَّب أحد هذه الإلكترودات على عدسة لاصقة، ويكون على اتصال مباشر بالقرنية، ويوضع الإلكترود الآخر على الجلد مجاوراً للزاوية الخارجية للعين، ويمكن وضع إلكترود مرجعي على الجبين.

يعتمد مقدار جهد ERG على شدة الضوء الساقط على العين ومدته، ويكون هذا المطال نموذجياً إذا كان قرابة ، ويبين الشكل (17) منظومة اقتباس ERG.

5- مقياس السمع Audiometer

هو جهاز كهربائي لقياس عتبة السمع للنغمات الصافية، ويمكن بوساطته معرفة القدرة السمعية للفرد في كل أذن على حدة، ورسم مخطط بياني، يعرف بمخطط السمع audiogram لكل أذن.

تشمل أجهزة قياس السمع الحديثة خيارات وسمات متعددة بفضل الإلكترونيات الرقمية المتطورة، ويمكن أن يكون الجهاز وحدة مستقلة يوضع على الطاولة، أو بطاقات صوت حاسوبية مع برامج التشغيل الخاصة بها.

يتكون الجهاز أساساً من مهتز إلكتروني، ومخمّد، ومفتاح مقاطعة، إضافة إلى العديد من المفاتيح الإضافية للتحكم بكل وظيفة من وظائف الجهاز كما هو مبين في الشكل (18).

الشكل (18)، أ- مخطط مقياس السمع

الشكل (18)، ب-واجهة مقياس السمع

يُستخدم المهتز لتوليد موجة جيبية صافية، ويمكن اختيار عدة ترددات منه تكون عادة بين ويستطيع المستخدم من خلال مفتاح اختيار النغمة اختيار نغمة مستمرة، أو سلسلة من نبضات النغمة الدورية، أو لحن (نبرة) warble. كما يمكن اختيار كلام مسجل سلفاً، أو برامج من خلال قرص مدمج CD أو شريط تسجيل، إضافة إلى أصوات بالزمن الحقيقي من خلال المكرفون.

يعطي المهتز مطال إشارة ثابتاً، يستطيع المستخدم تخفيضه بخطوات متقطعة عادة كل بوساطة المخمد المُتحكم به، ويسمح مفتاح القاطعة للمستخدم بإغلاق الإشارة off أو تشغيلها on، والتحكم يدوياً أو من خلال برامج خاصة مبنية ضمن الجهاز.

تضم الأجهزة الحديثة إضافة إلى ما سبق وسيلة تواصل صوتي بين المريض ومختص السمع (مستخدم الجهاز) مع مفتاح استجابة للمريض لكي يشير إلى أنه يسمع الصوت. إضافة إلى مفتاح لتوجيه الإشارة إلى الأذن اليمنى أو اليسرى. كما يتضمن الجهاز مقياساً أو عدة مقاييس لمراقبة مستويات الإشارة في الجهاز. يعطي الجهاز على خرجه إظهاراً مرئياً أو تسجيلاً ورقياً لعتبة السمع مقابل التردد. ويبين الشكل (19) خرجاً لمقياس سمع.

الشكل (19) مخطط سمع طبيعي.

تُستخدم عادة سماعات رأسية عند تخطيط السمع بالنغمة الصافية، أما عند تخطيط الساحة الصوتية فتستخدم مكبرات صوت بدلاً من السماعات الرأسية، ويجب أن يجري التخطيط في غرفة معزولة صوتياً للتخلص من تأثيرات الضجيج المحيط، وخاصة عند تخطيط الساحة الصوتية.

ويمكن تخطيط السمع بالنقل العظمي أيضاً، حيث تطبق آلية اهتزاز على جانب الرأس ونقل الاهتزازات عبر جلد الجمجمة. وتعتمد آلية الاهتزاز على مغانط كهربائية كما هي الحال في آلية عمل مكبرات الصوت. وتعتمد العتبات المقيسة في هذه الحالة على كل من مطال الاهتزاز المتناسب مع مطال الإشارة الكهربائية، وعلى القوة التي يتم فيها تثبيت الهزاز على الرأس.

وتحتوي بعض الأجهزة على قناة ثانية تنتج ضجيجاً مقنّعاً masking noise، وهذه القناة مستقلة عن القناة الأولى من حيث مفتاح المقاطعة والمخمد، وتستخدم عند الحاجة إلى وضع الضجيج المقنّع على الأذن اليسرى لمنعها من سماع نغمات الاختبار التي تقدم للأذن اليمنى وبالعكس.

ممدوح منيف

التصنيف : كهرباء وحاسوب

النوع : كهرباء وحاسوب

المجلد: المجلد السابع

رقم الصفحة ضمن المجلد :

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية