Komponenter i ett mätsystem
Ett mätsystem detekterar en insignal, omvandlar den och presenterar den i tolkningsbar form. Det består av följande delar:
| Komponent | Funktion | Exempel |
|---|---|---|
| Input | Den parameter som mäts | Blodtryck (BP) |
| Transducer (givare) | Omvandlar en energiform till en annan | Strain gauge (resistansändring vid deformation) |
| Transmission path | Överför den elektriska signalen | Kabel från transducer till konditioneringsenhet |
| Conditioning unit | Bearbetar och analyserar signalen | Förstärkare, filter, A/D-omvandlare |
| Display unit | Visar resultatet | Monitor, mätare, skala |
| Output | Det slutliga presenterade värdet | Siffra på skärm, kurva på display |
Analogt vs digitalt
Analogt — utsignalen är kontinuerlig, t.ex. en artärtryckskurva (waveform). Digitalt — utsignalen är diskontinuerlig, t.ex. en numerisk display av blodtryck.
Grundbegrepp — egenskaper hos mätinstrument
Noggrannhet (accuracy)
Hur nära mätresultatet ligger det sanna värdet. Tillverkare anger noggrannhet som en procent av fullt utslag — ett instrument som visar 110 när sanna värdet är 100 har en noggrannhet på ±10 % över sitt mätområde.
Precision (reproducerbarhet)
Hur nära upprepade mätningar ligger varandra. Ett instrument kan vara precist utan att vara noggrant (systematiskt bias). Kalibrering kan korrigera biaset och göra ett precist instrument även noggrant.
Känslighet (sensitivity)
Hur liten förändring av insignalen som ger en mätbar förändring av utsignalen. Mindre känsliga system kan användas över ett vidare mätområde.
Drift
Långsam förändring av nollpunkt eller känslighet över tid. Vanligtvis linjär och unidirektionell, orsakad av åldrande komponenter (t.ex. termistorer). Motverkas med regelbunden kalibrering.
Gain (förstärkning)
Graden av förstärkning i mätsystemet, dvs. förhållandet mellan utsignal och insignal (output/input ratio).
Linearitet
Instrumentets svar är proportionellt mot insignalen över hela mätområdet — dubblerad insignal ger dubblerad utsignal.
Hysteres
Utsignalen beror på om insignalen stiger eller faller. Med hysteres behöver man känna till insignalens historik för att tolka utsignalen korrekt. Exempel: lungans compliance-kurva uppvisar hysteres på grund av lagrad elastisk energi.
Kalibrering
Kalibrering innebär att instrumentets utsignal jämförs med en känd standard och justeras vid avvikelse. Kalibrering ska göras mot minst två referensvärden — ju fler standarder desto noggrannare resultat.
Signalbrus och filter
Signalbrus (noise)
Oönskad extern information som oavsiktligt matas in i transducern och ändrar utsignalen. Klassiskt exempel: diatermi som stör EKG-displayen. Brusets storlek beskrivs med Signal-to-Noise ratio (S/N).
Filter
Genom att lägga till filter kan signaler ovanför eller under en viss frekvens ignoreras:
| Filtertyp | Funktion |
|---|---|
| Högpassfilter | Ignorerar signaler under en given frekvens |
| Lågpassfilter | Ignorerar signaler över en given frekvens |
| Notch-filter | Ignorerar signaler vid en specifik frekvens, t.ex. 50 Hz (nätfrekvens) |
Signalmedelvärdesbildning (signal averaging) kan användas när signalen är repetitiv och bruset intermittent — detta gör det möjligt att extrahera en svag signal ur högt brus.
Dämpning i mätsystem
Dämpning (damping) beskriver systemets motstånd mot oscillation vid en förändring av insignalen, orsakat av friktion i systemet. I det perfekta systemet skulle varje insignalförändring omedelbart reflekteras i utsignalen — i verkligheten tar det tid.
Responstid och stigtid
Response time — tiden för utsignalen att nå 90 % av sitt slutvärde.
Rise time — tiden för utsignalen att stiga från 10 % till 90 % av slutvärdet.
Typer av dämpning
| Typ | D-värde | Egenskaper |
|---|---|---|
| Perfect response | — | Utsignalen följer insignalen omedelbart (teoretiskt ideal) |
| Underdämpat | D < 1 | Snabb respons men oscillerar (overshoots) runt sanna värdet. I dynamiska system (t.ex. intra-arteriellt BP) ger detta vilda fluktuationer — MAP kan dock vara korrekt |
| Kritiskt dämpat | D = 1 | Når sanna värdet snabbast möjligt utan oscillation eller signifikant oversving |
| Överdämpat | D > 1 | Långsam respons, kan aldrig riktigt nå sanna värdet; för långsam för dynamiska mätningar |
| Optimalt dämpat | D = 0,64 | 64 % av energin avlägsnas; 7 % oversving. Bästa kompromiss mellan hastighet och stabilitet — används i kliniska monitorer |
Resonans och naturlig frekvens
Resonans är systemets tendens att oscillera med maximal amplitud vid sin naturliga frekvens. Resonansfrekvensen bestäms av systemets massa och styvhet: större massa → långsammare oscillationer; styvare system → snabbare oscillationer.
Om insignalens frekvens närmar sig systemets naturliga frekvens förstärks amplituden okontrollerat, vilket förvränger mätningen.
Att förlänga koksaltkolumnen ökar dämpningen men sänker den naturliga frekvensen ytterligare, vilket paradoxalt gör systemet mer underdämpat.
Ideal invasiv blodtrycksmätning
Målet är att hålla systemets naturliga frekvens hög och minimera felkällor:
- Kort, styv, vid kanyl — håller den naturliga frekvensen hög.
- Inga kopplingar/kranar i systemet — varje koppling sänker den naturliga frekvensen.
- Inga luftbubblor — luft är komprimerbar och minskar energiöverföringen i vätskepelaren, vilket ger överdämpning och sänkt resonansfrekvens.