Työ 24: Tietokoneavusteinen mittaus ja signaalien analyysi: esimerkkeinä syke ja lihasvoima

Useat fysiologisissa tutkimuksissa tarkasteltavat tekijät eivät ole sellaisia suureita, että niitä  voitaisiin tarkastella suoraan mittaamalla, vaan mittaamiseen tarvitaan anturi muuntamaan tutkittava tekijä sähköisen signaalin muotoon. Tällainen signaali voidaan sopivasti muokata vahvistimien ynnä muiden samanlaisten laitteiden avulla ja edelleen vaivattomasti tallentaa sekä analysoida tietokoneella.

Tarvittava laitteisto:

Useimmiten mitattavat ja antureiden tuottamat signaalit ovat ajassa jatkuvia jännitteen muutoksia eli niin sanottuna analogisia signaaleja. Tietokone puolestaan käsittelee tietoa vain bitteinä eli "pisteinä". Tiedonkeruuta ja signaalin digitointia varten tietokoneeseen tarvitaanerityinen tiedonkeruukortti eli A/D- muunnin. Tämän laitteen avulla kerättyä digitaalista signaalia voidaan sitten tietokoneella käsitellä tiedonkeruuseen ja-analysointiin suunnitellun ohjelman avulla. Anturilta tuleva signaali voidaan ohjata joko suoraan tai vahvistimen kautta tiedonkeruukortin tietylle kanavalle.

Lisäksi tiedon analysointiin tarvitaan sopiva ohjelmisto tietokoneelle. Tämän kertaisissa harjoituksissa käytettiin Labchart- ohjelmaa, jonka avulla nähdään mittauksen tulokset ja voidaan suorittaa erilaisia laskutoimituksia aineistoon liittyen. Enemmän ohjelmistoon voi tututstua osoitteessa: https://www.adinstruments.com/products/labchart

Mittauksissa tarvittaan myös anturit, joiden avulla mitataan tarkasteltavaa suuretta. Tässä harjoituksessa mittausantureita olivat pulssimittari sekä sekä voima-anturi, jolla mitattiin käden puristusvoimaa.

Mittaaminen:

Sydämen pulssin mittaaminen sormen päästä (etu-tai keskisormi). 

Anturi kiinnitettiin sormenpäähän niin, että anturin "tyyny" oli sormenpäätä vasten. Anturi reagoi sormen iholla tapahtuvaan muutokseen ja muuttaa muutoksen jännitteeksi, jota sitten tarkasteltiin tietokoneen näytöllä. Kättä tuli pitää paikoillaan mittauksen aikana, sillä sen liikuttaminen vaikuttaa tulokseen. Pulssia mitattiin noin minuutti, ja testattiin myös sitä, kuinka syke muuttuu vedettäessä syvään henkeä.

Sormenpäähän kiinnitetty mitta-anturi

Tietokoneelle piirtyvä aineisto. Labchart-ohjelmalla sai tarkistettua pulssin kätevästi mustaamalla se alue piirtyvästä käyrästä, josta keskiarvo haluttiin saada.

Voima-anturi ja käden puristusvoima

Anturia puristettiin kummallakin kädellä maksimivoiman mittaamiseksi. Lisäksi kokeiltiin sitä, miten anturin puristaminen useasti, esimerkiksi 20 kertaa peräkkäin, vaikuttaa puristusvoimaan. Puristusvoiman havaittiinkin heikkenevän puristus puristukselta.

Puristusvoiman tarkastelua Labchartin avulla. vasemmalla yläkulmassa näkyy myös A/D-muunnin, jolla analogiset signaalit muutetaan digitaaliseen muotoon.

Maksimivoiman mittaus. Vasemmalla tietokoneen vieressä mittaukseen käytetty voima-anturi.

Työ 10: Verenpaine ja pulssi

Sydän pumppaa verta jatkuvasti aorttaan, aiheuttaen verta eteenpäin työntävän paineen. Verisuoniston seinämien synnyttämä kitka taas vastustaa veren virtausta. Verenpaine jaetaan systoli- ja diastolipaineeseen. Systolipaine aiheuttaa verisuonten seinämien venymistä, diastolipaineen aikana taas valtimot supistuvat seinämien elastisen jännityksen vuoksi.

Verenpaine mitattiin eri rasitustiloissa kolmelta miesopiskelijalta (Jari, Sameli ja Jussi), käyttäen oskillosmetristä verenpaine- ja pulssimittaria, joka on useimmille tuttu terveydenhoitajan vastaanotolta. Olkavarteen kiinnitettävä mansetti kiristetään tarranauhakiinnityksen avulla tiukaksi siten, että mansetista lähtevä letku on keskellä hauista, kyynärpään yläpuolella. Käsi on rentona mittauksen ajan. Mittauksen alkuvaiheessa mansetti paineistetaan (remmi puristuu), vastaamaan olkavarren systolista painetta. Sensori havaitsee verenkierron huomattavan hidastumisen olkavarressa, mikä tarkoittaa sitä, että systolinen paine on saavutettu. Mansetti löystyy, kunnes veren virtaus normalisoituu. Samalla laite mittaa diastolisen, verisuoniin kertyneen, paineen. Sykettä laite havainnoi koko mittauksen ajan.

Mittauskessa käytetty OMRON M4-1 verenpainemittari. Oikealla reunalla ylempänä sijaitsee virtakytkin, START-näppäimestä aloitetaan mittaus ja M-näppäimestä tallennetaan mittaustuloksia muistiin.

Kuva mittaustilanteesta. Koehenkilön käsi on rennosti pöydällä ja mansetti kiristetty olkavarteen.

Verenpaine ja pulssi mitattiin koehenkilöiltä (3 kpl) lepotilassa istualtaan ja seisten. Koehenkilöt suorittivat fyysisesti rasittavia aktiviteetteja, joiden jälkeen suoritettiin välittömästi kolmas mittaus. Neljäs mittaus otettiin viiden(5) minuutin kuluttua kolmannesta mittauksesta.

Mittaustulokset kolmelta henkilöltä neljässä eri mittauksessa.

Mittaustuksista nähdään, että fyysinen rasitus nosti sykettä ja systolista painetta rasituksessa. Rasituksen jälkenen mittaus osoittaa arvojen palautuvan vaihtelevalla nopeudella lepotasoa kohti. diastolinen paine ei vaihdellut koehenkilöillä yhtä radikaalisti.