Медицинская электроника

МИНИCTEPCTBO НАУКИ И Высшего обрАзоВАНИя  

россИЙсКоЙ ФеДерАЦИИ

ФеДерАльНое госУДАрстВеННое АВтоНоМНое  
обрАзоВАтельНое УчрежДеНИе Высшего обрАзоВАНИя
«сеВеро-КАВКАзсКИЙ ФеДерАльНыЙ УНИВерсИтет»

МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 
(ПРАКТИКУМ)

специальность 30.05.01 Медицинская биохимия

Квалификация выпускника – врач-биохимик

ставрополь
2022

УДК  621.396 (075.8)
ббК  32.85:34.7 я73

М 42

Печатается по решению 
редакционно-издательского совета 

северо-Кавказского 
федерального университета

© ФгАоУ Во «северо-Кавказский 
федеральный университет», 2022

М 42 
Медицинская электроника : учебное пособие (практикум) / 
авт.-сост. : т. А. Андросова, е. е. Юндина. – ставрополь : Изд-во 
сКФУ, 2022. – 124 с. 

Пособие представляет собой практикум, разработанный в соответствии 
с Федеральным государственным образовательным стандартом 
высшего образования.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 
30.05.01 Медицинская биохимия. 

УДК 621.396 (075.8)
ббК 32.85:34.7 я73

Авторы-составители:
канд. мед. наук, доцент Т. А. Андросова,
зав. отделением функциональной и ультразвуковой
диагностики гбУз сК Е. Е. Юндина

Рецензенты:
д-р физ.-мат. наук, профессор Р. Г. Закинян, 
канд. медицинских наук, доцент И. Г. Хрипунова

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие ......................................................................................... 4

 
1.  Введение. Электрический сигнал и медицинская 
 
 
информация  ........................................................................... 6

 
2.  Измерение физиологических переменных .............................23

 
3.  Нарушения сердечного ритма. Методы их коррекции  ............29

 
4.  Давление крови и кровопотоки. Методы изучения 
 
 
пульсового кровенаполнения сосудов  ...................................44
 
 
5.  Ультразвуковые методы исследования  ..................................56

 
6.  рентгеновские методы исследования  ....................................71

 
7.  Электрокардиография как метод изучения 
 
 
биоэлектрических потенциалов, возникающих 
 
 
при работе сердца  .................................................................80

 
8.  Методы исследования центральной нервной системы  ..........90
 
 
9.  Приборы и методы измерений параметров дыхательной 
 
 
системы ...............................................................................111

- 4 -

Медицинская электроника 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Для подготовки высококвалифицированного врача-биохимика 
необходимо обучение будущих специалистов грамотному и эффективному 
использованию современной измерительной медицинской 
аппаратуры. В практическом здравоохранении в первую 
очередь применяется электронная техника, основы которой базируются 
на достижениях электротехники и электроники. В связи с 
вышеизложенным изучение курса «Медицинская электроника» на 
специальности «Медицинская биохимия» весьма актуально.
Целью курса является обучение студентов основам знаний, 
необходимых для эффективного и грамотного пользования современной 
электронной и измерительной медицинской аппаратурой, 
применяемой в научных исследованиях и практическом 
здравоохранении, задача курса заключается в изучении основ 
технической и медицинской электроники, в приобретении студентами 
навыков работы с электронно-измерительной медицинской 
аппаратурой.
Данная учебная дисциплина входит в блок 1 «Дисциплины»  
и изучается на основе полученных знаний в области физики (механика, 
электричество, оптика, атомная физика), биологии и физиологии, 
таких предметов, как: математический анализ, теория 
вероятностей и математическая статистика, органическая и физическая 
химия, анатомия, физиология. 
В процессе освоения курса «Медицинская электроника» у студента 
будут сформированы следующие компетенции:
• 
способность к осуществлению комплекса мероприятий, 
направленных на сохранение и укрепление здоровья и 
включающих в себя формирование здорового образа жизни (
ОК-1);
• 
способность и готовность интерпретировать результаты 
современных диагностических технологий, понимать 
стратегию нового поколения лечебных и диагностических 
препаратов, методов диагностики и лечения (ПК-5).
При освоении дисциплины в соответствии с формируемыми 
компетенциями студенты должны
знать: 
• 
основы анализа базовых элементов и устройств радио- 
электронной аппаратуры;

- 5 -

Предисловие

• 
принципы работы электронных приборов и физических 
процессов, протекающих в них;
• 
нормативные правовые документы в своей деятельности;
• 
типовую реализацию и назначение функциональных узлов 
аппаратуры медицинского назначения; 
уметь: 
• 
использовать электронно-измерительную и медицинскую 
аппаратуру;
• 
использовать медицинскую электронику в диагностике и 
лечении заболеваний;
• 
использовать в профессиональной деятельности базовые 
знания в области математики и естественных наук, выстраивать 
и реализовывать перспективные линии интеллектуального, 
культурного, нравственного, физического и 
профессионального саморазвития и самосовершенствования;
• 

выделять структурные взаимосвязи между функциональными 
блоками, оценивать характеристики узлов медицинской 
аппаратуры с позиций их соответствия решаемым 
задачам;
владеть: 
• 
навыком выбора электронной аппаратуры для решения 
поставленных задач в области медико-биологического 
эксперимента, методикой согласования отдельных блоков 
установки между собой, навыками поиска информации в 
глобальной информационной сети Интернет;
• 
знаниями и навыками по синтезу устройств медицинской 
электроники на уровне функциональных блоков. 

- 6 -

Медицинская электроника 

1.  ВВЕДЕНИЕ. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ
 
И МЕДИЦИНСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ
 
 
Общие сведения о медицинской аппаратуре. Этапы развития медицинской 
аппаратуры. Определение медицинской аппаратуры. Компоненты 
медицинской аппаратуры. Структурная схема медицинского прибора. 
Измерение физиологических показателей. Основные характеристики 
медицинского прибора. Безопасность при работе с медицинскими электронными 
приборами.

Цель – ознакомиться с этапами развития медицинской аппаратуры, 
определением медицинской аппаратуры, разобрать 
структурную схему медицинского электронного прибора, особое 
внимание уделить вопросам безопасности при работе с медицинскими 
электронными приборами.
Знания и умения, приобретаемые в результате освоения 
темы (семинара), формируемые компетенции или их части.
В процессе проведения семинарского занятия должно сформироваться 
понимание основ медицинской электроники, представление 
о происхождении электрических явлений в человеческом 
теле, понятия о теле как о проводнике второго рода, понятие 
«медицинский электронный прибор», виды медицинских электронных 
приборов, основы их действия и применения. Изучить 
структурную схему, свойственную всем медицинским электронным 
приборам. Привести примеры отдельных компонентов.
Указанные знания будут способствовать формированию частей 
компетенций:
ОК-1 – способность и готовность использовать на практике 
методы гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических 
и клинических наук в различных видах профессиональной и 
социальной деятельности;
ПК-5 – способность и готовность интерпретировать результаты 
современных диагностических технологий, понимать стратегию 
нового поколения лечебных и диагностических препаратов, 
методов диагностики и лечения.
 Актуальность темы. Понимание основ медицинской электроники 
позволит на практике применять знания по использованию 
современных диагностических приборов для изучения отдельных 
физиологических переменных с целью изучения и определения 
функции различных органов и систем человеческого организма.

- 7 -

Практическая работа 1

Теоретическая часть

Общие сведения о медицинской аппаратуре. Медицинские 
электронные приборы применяются в самых различных областях 
медицины. Это проведение клинических исследований 
пациентов с самой различной патологией, изучение показателей, 
характеризующих работу различных органов и систем не только 
в какой-то определенный момент времени, но и в течение самых 
различных временных промежутков. Это мониторное наблюдение 
за основными параметрами жизнедеятельности человека в условиях 
реанимационных отделений, при проведении оперативных 
вмешательств, в условиях транспортировки пациента в лечение 
учреждение и пр. Медицинские электронные приборы применяются 
для оказания неотложной помощи, лечения различных заболевания 
и состояний.
Предназначение медицинской аппаратуры:
• 
измерение физиологических переменных;
• 
контроль состояния основных физиологических функций 
организма;
• 
объективизация состояния пациентов;
• 
коррекция нарушенных функций различных органов и систем 
организма;
• 
лечение и диагностика заболеваний;
• 
обеспечение безопасности пациентов при проведении исследований.

области применения медицинской аппаратуры:
• 
реанимационные отделения, отделения интенсивной терапии, 
операционные – для мониторного контроля основных 
жизненных функций;
• 
отделения функциональной и ультразвуковой диагностики, 
рентген-отделения, отделения эндоскопии, клинико-
диагностические лаборатории, физиотерапевтические 
отделения и кабинеты поликлиник и стационаров – для диагностики 
и лечения заболеваний;
• 
медицинская экспертиза для объективизации отдельных 
состояний;
• 
проведение скрининговых исследований в отделениях и 
кабинетах медицинской профилактики, здорового образа 
жизни.

- 8 -

Медицинская электроника 

Этапы развития медицинской аппаратуры. Перед учеными, 
занимающимися изучением различных физиологических 
параметров человеческого организма, во все времена стояла 
задача их отображения. Уже в XIX – начале XX века были разработаны 
приборы для изучения дыхательных объемов, записи кривых 
пульса крупных сосудов, изучения звуков и электрических явлений, 
возникающих при работе сердца, выполнены первые рентгенограммы.

В 50-е годы XX века многие инженеры и техники, работающие 
в промышленности, начали модифицировать имеющиеся 
электронные приборы для использования в медицине. одним 
из примеров являются ультразвуковые медицинские аппараты, 
имеющие в основе эхолокацию. Использование ультразвука дало 
возможность получать информацию о локализации и движении 
различных внутренних структур сердца, сосудов и крови (расположенных 
далеко в глубинах тела). Все эти методические приемы 
значительно расширили представления о функциях сердца и 
сосудов организма в норме и патологии. современные инструментальные 
методы позволяют производить синхронную регистрацию 
ряда показателей с помощью чувствительных воспринимающих 
устройств. они могут быть использованы в хронических 
экспериментах путем имплантации различных датчиков. Ультразвуковые 
медицинские электронные приборы применяются и для 
изучения состояния других органов и систем, а также сосудистой 
системы человеческого тела.
В 60-х годах XX в. в медицинских электронных приборах начинают 
применяться компьютерные технологии. с этого времени 
начинается своеобразный период «большого взрыва» в области 
развития различных медицинских электронных приборов. В настоящее 
время использование биоэлектрической аппаратуры 
не является исключительной привилегией исследователей или 
различных экспертов, которые выполняют исследования в области 
электрокардиографии, электроэнцефалографии, радиологии, 
ультразвуковой диагностики и пр. В настоящее время жизнь 
любого медицинского учреждения немыслима без применения 
диагностических медицинских приборов, предназначенных для 
оценки полученных с их помощью физиологических параметров, 
а также без медицинского электронного оборудования, предназначенного 
для лечения пациентов. 

- 9 -

Определение и компоненты медицинской аппаратуры. 
Медицинскими аппаратами являются приборы, предназначенные 
для проведения различных медицинских исследований, клинической 
диагностики и лечения пациентов.
Компоненты медицинской аппаратуры. Независимо от сложности 
каждый медицинский прибор для измерения физиологических 
показателей имеет три основные составные части:  
1) преобразователь, 2) блок обработки сигнала, 3) устройство 
отображения информации или дисплей. Некоторые приборы могут 
содержать блоки для формирования и применения стимулирующих 
воздействий.

Основные характеристики медицинского прибора
Диапазон прибора – полный набор значений измеряемой величины, 
на который рассчитан прибор в нормальном режиме функционирования. 
Для прибора, измеряющего физиологические 
показатели, диапазон простирается от наименьшего значения показателя, 
которое прибор способен измерить, до наибольшего.
Например, для монитора ритма сердца диапазон от 0 до 250 
в минуту. При этом можно ожидать, что такой прибор будет правильно 
измерять и указывать любое значение частоты сердечных 
сокращений между этими двумя пределами.
Чувствительность. существует два толкования термина «чувствительность», 
которые используются для описания медицинских 
приборов. Прежде всего это способность прибора измерять 
и обнаруживать малые изменения измеряемых показателей. более 
чувствительный прибор способен обнаруживать и отображать 
меньшие изменения показателя, чем менее чувствительный. чувствительность 
прибора частично зависит от разрешения дисплея. 
разрешение – это способность индицировать наименьшие изменения, 
которые могут быть считаны с дисплея. Например, если в 
качестве дисплея используется стрелочный прибор, то прибор, 
имеющий большую шкалу с хорошо различимыми рисками между 
цифрами, позволяет производить отсчеты значительно точнее, 
чем прибор с небольшим стрелочным индикатором, и, следовательно, 
имеет более высокое разрешение
Другое определение чувствительности связывает значение измеряемого 
физиологического показателя с размерами бумажной 
ленты самописца или с высотой регистрируемой кривой на экране 
осциллографа. Дисплей монитора, например, может иметь 

Практическая работа 1

- 10 -

Медицинская электроника 

чувствительность 1 мВ напряжения на каждый сантиметр высоты 
кривой ЭКг на экране. зная чувствительность, легко определить, 
что кривая, имеющая на экране высоту зубца R 3 см, отображает 
ЭКг, в которой максимальная высота зубца R 3 мВ. часто предусматривается 
регулировка чувствительности (с соответствующим 
обозначением на ручке «чувствительность»), позволяющая подстраивать 
чувствительность прибора.
Точность прибора – это его способность точно указывать истинное 
значение измеряемого показателя. точность означает также 
отсутствие ошибок, хотя она иногда выражается через максимальную 
ошибку, которую может допустить прибор.
ошибка (погрешность) определяется отклонением значения, 
указываемого прибором, от истинного значения измеряемого показателя. 
точность не надо смешивать с разрешением. Возможность 
считывать с цифрового дисплея отсчеты с четырьмя цифрами 
еще не гарантирует, что точность прибора будет высока.
Калибровка – это процедура, с помощью которой прибор настраивают 
так, чтобы его показания как можно точнее соответствовали 
истинным измеряемым значениям. Иногда калибровка 
выполняется с помощью измерения величин, истинные значения 
которых известны точно, и соответствующей регулировки прибора. 
Приборы другого типа калибруют, сравнивая показания прибора 
с показаниями другого прибора, который служит образцом, эталоном 
или стандартом. Калибровка одних приборов производится 
легко, а для калибровки других необходимо выполнить трудные и 
длительные процедуры. соответствующая калибровка прибора 
значительно повышает его точность. Напряжение в любой точке 
можно точно определить, сравнив его с напряжением калибровочного 
импульса. однако для этого прибор должен быть отрегулирован 
так, чтобы вершина калибровочного импульса с амплитудой  
1 мВ на графике соответствовала определенному уровню.
Стабильность. однажды откалиброванный прибор будет сохранять 
точность лишь такой период времени, в течение которого 
не происходит отклонений от условий калибровки. Постепенное 
ухудшение точности после калибровки называется дрейфом 
прибора. стабильность прибора – это его способность сохранять 
точность в течение заданного времени после калибровки. стабильный 
инструмент требует повторной калибровки, а прибор с 
плохой стабильностью необходимо калибровать часто.

- 11 -

Частотный диапазон. одни физиологические показатели изменяют 
свои значения быстро, а другие медленно. Многие физиологические 
показатели, например ЭКг, отражают и быстрые, 
и медленные изменения. Поэтому и медицинский прибор должен 
отслеживать быстрые и медленные изменения. Этот сложный 
процесс можно охарактеризовать диапазоном, или полосой 
частот. также объясняется понятие «частота». здесь достаточно 
установить, что частота выражается в циклах в секунду или герцах 
(гц) и что полоса частот, в которой прибор способен отслеживать 
изменения измеряемой величины, составляет его частотный диапазон. 
таким образом, частотный диапазон прибора должен соответствовать 
полосе частот, в которую попадают все изменения 
измеряемой величины. Это основное условие адекватного представления 
показателя.
Отсутствие шумов. сигнал, поступающий от преобразователя –  
это изменения напряжения, соответствующие измеряемой информации. 
однако наряду с сигналом в этом напряжении часто 
присутствуют и другие изменения. Эти нежелательные изменения 
обычно называются шумом, интерференцией, помехами или 
артефактами, они также участвуют в формировании результирующего 
сигнала, появляющегося на дисплее. Артефакт представляет 
собой любое искусственное изменения измеряемого показателя, 
такое например, которое возникает на ЭКг при движении 
пациента. если в качестве дисплея используется экран монитора, 
то помехи могут появиться в виде высокочастотных изменений, 
наложенных на кривую, что придает изображению «пушистый» 
вид. В стрелочных приборах или в некоторых других типах дисплеев 
интерференция может привести к ошибочным измерения. 
Могут существовать различные источники шумов и интерференции. 
При регистрации электрокардиограммы, электроэнцефалограммы 
или других биоэлектрических потенциалов, тело пациента 
может действовать в качестве антенны и улавливать энергию с 
частотой 60 гц от электроламп, электропроводки или от другого 
электрооборудования. Эта энергия с частотой 60гц может также 
улавливаться длинными входными кабелями прибора.
Иногда шумы генерируются внутри самой аппаратуры. Преобразователь 
наряду с измеряемым показателем может улавливать 
и другие нежелательные при данном измерении показатели. 

Практическая работа 1