Аргефактные помехи. 
Медицинская электроника: основы биотелеметрии

Вторым видом помех этой группы являются методические или гак называемые аргефактные помехи. Основным источником артефактов при передаче электрофизиологических параметров служат электродные потенциалы и движение исследуемого объекта.

Электродные потенциалы вызываются гальванической и поляризованной ЭДС и возникают, как правило, в металлических поверхностных электродах, являясь следствием образования на границе раздела «электрод — кожный покров» электрохимического контакта, приводящего к поляризации электрода. В результате генерируется ЭДС, которая может на несколько порядков превышать полезный сигнал. Роль электролита может играть пот, электропроводящая паста, используемая для увеличения электропроводности между электродом и поверхностью отведения, либо влага, попадающая под электрод. Электродные артефакты имеют обычно вид отдельных нерегулярных выбросов различной амплитуды, хотя в некоторых случаях могут быть периодическими с частотой a-ритма ЭЭГ [94].

Вторым источником артефактных помех является движение исследуемого объекта в процессе опыта. При движении биообъекта возникают высокоамплитудные спайки, обусловленные смещением и вибрацией датчиков относительно поверхности тела, замыканием контактов электродов, растягиванием отводящих проводов, изменением степени прижатия электродов к коже, что приводит к изменению комплексного внутреннего сопротивления источника сигнала и возникновению артефактных помех. Прикосновение исследуемого к посторонним предметам также может привести к возникновению спайкообразных выбросов за счет изменения емкости входа. Кроме того, при смещении антенны относительно биообъекта изменяется комплексное сопротивление, вносимое в выходной контур передатчика, что приводит к пульсации питающего напряжения и возникновению артефактных помех. По экспериментальным данным [35, 46], величина помехи при этом может достигать 10 мВ, что значительно превышает уровень большинства электрофизиологических параметров.

Кроме гальванической ЭДС и артефактов от нестабильности между электродного сопротивления, подробно рассмотренных в [35, 36], к помехам приводит также статическое электричество, которое накапливается на электродах в результате трения, возникающего при движении биообъекта.

Третьей причиной возникновения артефактных помех является эффект детектирования радиосигнала на нелинейных элементах передатчика. Этот эффект наиболее сильно проявляется во входных цепях усилителей биопотенциалов (УБП). Следует иметь в виду, что так как артефактные помехи носят импульсный характер, то при достаточно большой амплитуде они могут полностью запирать усилитель биопотенциалов, смещая рабочую точку в нелинейную область, где сильнее проявляется эффект детектирования радиосигнала. Причем, поскольку постоянная времени УБП обычно довольно велика, то артефактная помеха растягивается во времени.

Артефакты могут быть самой различной формы: от медленного нерегулярного дрейфа изолинии до ритмического характера, возникающего, например, при мышечной дрожи. Однако наиболее часто они имеют вид отдельных нерегулярных выбросов различной амплитуды и длительности, достаточно хорошо описываемых уравнением.

где А_к — амплитуда; F_A[-] — форма; t_k — момент возникновения; х_к — длительность к артефактной помехи. Исчерпывающей характеристикой такого рода помех является совместная функция распределения А_к, т_к и (_к артефакта.

К сожалению, в настоящее время практически отсутствуют данные о статических характеристиках артефактных помех. Исходя из природы артефактов и физиологических соображений, можно предположить некоторые аппроксимации функций распределения амплитуд, длительности и моментов появления артефактов. Так, плотность вероятности огибающей артефактных помех p (N_a) можно в первом приближении аппроксимировать логарифмически-нормальным распределением:

где о²_а — дисперсия артефактной помехи /V.,. Что касается функции распределения момента появления отдельных артефактных помех, то в соответствии с большим числом различных взаимнонезависимых причин, приводящих к их возникновению [35, 36], можно в качестве первого приближения использовать пуассоновский или равномерный законы распределения (см. § 2.4).

Если предположить, что первая группа помех состоит из аддитивной смеси физиологической N^(t) и артефактной N_a(t) помехи, достаточно редкой и равномерно распределенной во времени, то плотность вероятности огибающей pNv = N_a + N^}суммарной помехи может бьггь описана зависимостью вида Г361.

где f_a — средняя частота артефактной помехи; т_а — средняя длительность артефактной помехи; о²_ф, о²_а— дисперсия физиологической и артефактной помех.