Бiотехнiчнi системи в механокардiометрiї та кардiотокометрiї: технiчнi засоби формування сигналiв

Розробка основ теорії біотехнічних систем формування механічними і акустичними сигналами системи кровообігу на поверхні тіла біооб`єкта. Основи синтезу структур нових технічних засобів формування сигналів системи кровообігу на поверхні тіла людини.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 05.01.2014
Размер файла 195,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Подобные документы

  • Моделювання поверхні каналу двигуна внутрішнього згоряння. Формування каркаса поверхні. Головні вимоги, що пред'являються до геометричної моделі проточної частини каналу ДВЗ. Методика та основні етапи моделювання осьової лінії в системі Solid Works.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 09.10.2011

  • Дослідження впливу геометрії процесу різання та вібрацій робочого інструменту на виникнення нерівностей поверхні оброблюваного матеріалу. Характеристика причин формування шорсткості заготовки, пов'язаних із пластичною та пружною деформаціями матеріалу.

    реферат [388,7 K], добавлен 08.06.2011

  • Спеціальні технологічні методи формування поверхневого шару. Методи вимірювання та оцінки якості поверхні. Безконтактний метод неруйнуючого дослідження мікродеформацій деталі для визначення залишкових напружень методом голографічної інтерферометрії.

    контрольная работа [13,0 K], добавлен 08.06.2011

  • Застосування теорем динаміки до дослідження руху механічної системи. Закон зміни зовнішнього моменту, що забезпечує сталість кутової швидкості. Диференціальне рівняння відносного руху матеріальної крапки. Визначення реакцій в опорах обертового тіла.

    курсовая работа [236,6 K], добавлен 25.01.2011

  • Шляхи підвищення ефективності механічної обробки деталей. Розробка математичної моделі технологічної системи для обробки деталей типу вал як системи масового обслуговування. Аналіз результатів моделювання технологічної системи різної конфігурації.

    реферат [48,0 K], добавлен 27.09.2010

  • Вивчення вирішення задач технологічного забезпечення якості поверхні деталей та їх експлуатаційних якостей. Огляд геометричних та фізико-механічних параметрів поверхні: хвилястості, твердості, деформаційного зміцнення, наклепу, залишкового напруження.

    контрольная работа [196,9 K], добавлен 08.06.2011

  • Дослідження ринку пиломатеріалів України, формування їх споживних властивостей та якості. Вибір хвойних порід, з яких виготовляють пиломатеріали: модрина, сосна, ялина, кедр та ялівець. Технологічний процес виготовлення елементів стропильної системи.

    курсовая работа [202,0 K], добавлен 17.12.2012

  • Проект системи автоматизованого керування поточною лінією у кондитерському виробництві; технічні параметри. Характеристика продукції, сировини, напівфабрикатів, обладнання. Розробка принципової схеми та алгоритму системи; розрахунок собівартості проекту.

    дипломная работа [4,2 M], добавлен 13.06.2013

  • Функціональна схема і технічна характеристика автоматичної системи регулювання температури в робочому просторі рекуперативного нагрівального колодязя. Монтаж трубних і електричних проводів, первинних і вторинних приладів. Розрахунок діаметру трубопроводу.

    курсовая работа [910,9 K], добавлен 12.04.2014

  • Підвищення ефективності гальмування поліпшенням умов взаємодії коліс з гальмівними колодками і рейками завдяки розвитку теорії і використання нових науково обґрунтованих технічних рішень. Зниження інтенсивності зношування елементів гальмівної системи.

    автореферат [2,2 M], добавлен 11.04.2009

????????? ?? http://www.allbest.ru/

Державний університет "Львівська політехніка"

УДК 615.47

Бiотехнiчнi системи в механокардiометрiї та кардiотокометрiї: технiчнi засоби формування сигналiв

05.11.17 - Медичні прилади та системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Сторчун Євген Володимирович

Львів 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державному університеті“Львівська політехніка” Міністерства освіти України та Державному науково-виробничому підприємстві по радіоелектронній медичній апаратурі Міністерства промислової політики України

Науковий консультант д.т.н., професор Смердов Андрій Андрійович, Державний університет “Львівська політехніка”, зав. кафедри

Офіційні опоненти: д.т.н., професор Дідковський Віталій Семенович, НТУУ “ Київський політехнічний інститут ”, зав. Кафедри д.т.н., доцент Злепко Сергій Макарович, Вінницький державний технічний університет, зав. Кафедри д.т.н., професор Стахів Петро Григорович, Державний університет “Львівська політехніка”, зав. кафедри

Провідна установа Харківський державний технічний університет радіоелектроніки, кафедра “Біоелектронні медичні пристрої та системи”, Міністерство освіти України.

Захист відбудеться 16 червня 1999р. о 12 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.10 Державного університету “Львівська політехніка” (290646, Львів, вул. Ст.Бандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитись у Науковій бібліотеці Державного університету “Львівська політехніка”( вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий 29 квітня 1999р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Романишин Ю.М.

біотехнічний кровообіг акустичний

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблема здоров`я населення набула в Україні соціальної гостроти. Найбільш загрозливими для здоров`я виявилися і в найближчому майбутньому залишаться захворювання серцево - судинної системи організму людини. Не менше занепокоєння викликає зростання дитячої смертності.

Вирішення зазначених проблем практичної медицини тісно пов`язано з розвитком методології біомеханічної діагностики (БМД) за механічними і акустичними сигналами (МАС) серцево - судинної системи біооб`єкта (на біомеханічні явища у системі кровообігу припадає близько 90 %, а біоакустичні - 10% вібраційної енергії скорочення серця людини).

Природа біологічних об`єктів вимагає використання в їх діагностиці різноманітної, отриманої одночасно інформації. Багатопараметрична діагностика грунтується на застосуванні інструментальних методів, які постійно поповнюються новітніми досягненнями науки і техніки.

Незважаючи на досягнення радіоелектроніки, методологічний рівень БМД, що існував, не забезпечував використання інформаційного вмісту сигналів, відповідного складності об`єктів дослідження. Однією серед головних причин цього була невідповідність методології БМД ( технічного інструментарію та методів його застосування ) діагностуванню стану організму людини. У структурі медичних приладів названих методів контакт з біооб`єктом забезпечують технічні засоби формування сигналів (медичні перетворювачі, пристрої), ступінь функціональної сумісності з об`єктом яких визначає даний показник для діагностичних приладів і систем у цілому.

У розвитку технічних засобів формування сигналів для методів БМД за внутрішніми МАС системи кровообігу увага приділялася отриманню максимального сигналу і не враховувся вплив сенсорів на біооб`єкт, що спричиняло опосередкованість результатів біомеханічних обстежень властивостями медичних перетворювачів та технології їх застосування. Для практичної медицини це означало втрату єдності результатів обстеження пацієнтів.

В різних методах діагностики за внутрішніми біомеханічними явищами системи кровообігу людини проблема єдності результатів має свої особливості. У новому методі багатозональної пульсометрії, де відбувається реєстрація пульсових сигналів в 6 зонах променевих артерій, необхідна єдність результатів у об`єктному вимірі. В однозональних методах діагностики вимагається відтворюваність результатів за різних, фізіологічно припустимих, умов обстеження: оператор (методика сприйняття і передачі сигналів), час тощо.

Відсутність єдності результатів принципово обмежувала потенціальні можливості методів БМД, перевага яких полягає у системній інформативності, можливостях широкого та багаторазового застосування у діагностично-лікувальному процесі. Саме такі методи медичної діагностики важливі для практичної медицини у боротьбі з поширеними захворюваннями, на чому було наголошено, зокрема, в “Комплексній програмі розвитку медичної, ветеринарної та мікробіологічної промисловості, поліпшення забезпечення населення і потреб тваринництва лікарськими засобами, медичною і ветеринарною технікою на 1992 - 1996 р.”, яка була започаткована постановою Кабінету Міністрів України за № 573 від 08.10.92 р. У даній програмі быльше 44 % завдань припадає на створення нової медичної техніки кардіологічного та акушерського призначення.

Ряд нових медичних перетворювачів, що становили об`єкт дослідження в даній роботі, було створено за завданнями зазначеної програми.

Історію розвитку методів БМД відрізняла недостатня розвинутість модельних уявлень щодо біооб`єкта, відсутність моделей, що кількісно описують процес взаємодії медичних сенсорів з біооб`єктом та системного біотехнічного підходу до створення відповідних технічних засобів сприйняття і передачі сигналів організму людини - медичних перетворювачів та пристроїв.

Проблема полягала у розробці основ теорії складних біотехнічних систем (БТС) біооб`єкт - медичний перетворювач формування МАС системи кровообігу на поверхні тіла біооб`єкта; обгрунтуванні методологічних аспектів застосування; створенні і впровадженні у серійне виробництво та медичну практику нових, функціонально сумісних з біооб`єктом, стійких до дії завад технічних засобів, які забезпечують відтворюваність та єдність сприйняття і передачі зазначених сигналів.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлені в дисертаційній роботі результати були отримані автором під час виконання досліджень:

- "Создать и освоить в серийном производстве комплект преобразователей для кардиологии". Названа ДКР виконувалася за завданням 01.09.017 галузевого плану Міністерства медичної промисловості СРСР (1980 - 1983 р.р.);

- "Исследование возможности разработки совмещенных датчиков для кардиологии на основе колебательных систем с двумя степенями свободы". Зазначена НДР виконувалася відповідно до угоди № 258 від 12.09.89 р. з Міністерством медичної промисловості СРСР;

- "Создать и освоить в серийном производстве мониторный комплекс ММП - 01 для контроля состояния матери и плода по показателям ЭКГ и сердечных сокращений". Названа робота виконувалася за завданням 01.03 проблеми 0.18.05 (“ Создать и освоить в производстве высокосовершенную диагностическую и терапевтическую медицинскую технику " ) розділу 045 ( "Диагностика и лечение основных заболеваний человека " ) загальносоюзної науко-во - технічної програми на 1986 - 1990 р.р.;

"Розробка і організація серійного виробництва монітора для контролю плоду МКП - 02". Робота здійснювалася у відповідності до " Комплексної програми розвитку медичної, ветеринарної та мікробіологічної промисловості, поліпшення забезпечення населення і потреб тваринництва лікарськими засобами, медичною і ветеринарною технікою на 1992 - 1996 р.р. ", яка була затверджена Постановою Кабінету міністрів України за № 573 від 08.10.92 р.;

- "Розробка кардіополіграфа " - ДКР виконувалася за угодою з Міністерством машинобудування, військово - промислового комплексу і конверсії України за № 332 - 1056 / 07 від 07.92 р.;

- За тематикою кафедри, яка виконувалася у відповідності з Програмою 05 “Розробка наукових основ побудови, проектування та впровадження систем автоматизації дослідних та проектних технологій”, що входить до комплексної науково - технічної програми Міносвіти України “Розробка теоретичних основ побудови багаторівневих інтегральних схем з включенням складових керуючих та обчислювальних комплексів, роботів та робототехнічних систем, систем інформації”.

Мета дослідження полягала у розробці основ теорії складних біотехнічних систем біооб`єкт - медичний перетворювач формування МАС системи кровообігу на поверхні тіла біооб`єкта; обгрунтуванні методологічних аспектів застосування; синтезі і моделюванні структур; проектуванні та впровадженні у серійне виробництво і медичну практику нових, функціонально сумісних з біооб`єктом, взаємозамінних та стійких до дії завад, пов`язаних з організмом людини і довкіллям, технічних засобів, які забезпечують єдність і відтворюваність сприйняття і передачі зазначених сигналів у об`єктному вимірі та за різних, фізіологічно припустимих, умов обстеження пацієнтів (оператор, час, місце і т.ін.).

Задачі дослідження. Під час досліджень розв`язувалися наступні основні задачі:

- розробка основ теорії БТС формування МАС системи кровообігу на поверхні тіла біооб`єкта, що утворені : внутрішніми джерелами сигналів різної біофізичної природи, передавальним середовищем м`яких тканин організму людини та медичними перетворювачами ;

- дослідження взаємодії медичних сенсорів з біооб`єктом та:

- обгрунтування умов реєстрації сигналів і вимог до технічних засобів їх сприйняття і передачі , що забезпечують відтворюваність та єдність отримуваних результатів у одно- та багатозональних методах механокардіометрії і кардіотокометрії;

- синтез структур нових технічних засобів формування сигналів системи кровообігу на поверхні тіла людини;

- розробка математичних моделей і оптимізація синтезованих структур;

- розробка методик розрахунку метрологічних характеристик і антропометричних показників механокардіометричних та кардіотокометричних перетворювачів як елементів відповідних БТС формування сигналів;

- аналіз і обгрунтування конструкторсько-технологічних особливостей проектування, а також розробка методик метрологічного забезпечення серійного виробництва та експлуатації нових сенсорів у медичній практиці;

- проведення технічних та медичних (у складі діагностичних систем механокардіометрії та кардіотокометрії) досліджень нових технічних засобів формування сигналів.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше розроблено основи теорії БТС формування МАС від внутрішніх джерел на поверхні тіла біооб`єкта, де розглянуто у сукупності :

- джерела внутрішніх МАС біооб`єкта як коливальні системи із зосередженими і розподіленими, змінними у зонах накладання медичних перетворювачів параметрами;

- передавальне середовище м`яких тканин організму людини як нелінійне реологічне середовище із зосередженими і змінними в зонах знімання сигналів параметрами;

- медичні перетворювачі як комбінації коливальних систем різної фізичної природи.

2. Запропоновано нову параметричну, послідовно - паралельну модель поширення внутрішніх МАС нелінійним реологічним середовищем м`яких тканин організму людини, в якій деталізовано цей процес та механізм впливу на параметри названого середовища зовнішньої дії на зони реєстрації зазначених сигналів.

Розроблено методику визначення параметрів даної моделі за результатами вимірювання вихідного сигналу перетворювачів з різним вхідним механічним імпедансом при малих значеннях сили притискання до зони реєстрації.

3. Обгрунтовано нову параметричну модель пульсових коливань нелінійної за пружними властивостями ділянки артерії, зміна характеристик якої в зонах впливу медичних перетворювачів моделювалася зміною тонусу артеріальної стінки та площі перетину.

4. Вперше встановлено за результатами моделювання та експериментальних досліджень кількісні закономірності взаємодії контактних перетворювачів фізичних величин внутрішніх МАС з біооб`єктом, а також особливості, які спричиняють втрату єдності результатів обстеження пацієнтів та недостатню захищеність від дії імпульсної біомеханічної завади (артефактів) в методах механокардіометрії та кардіотокометрії.

Зокрема, за умови зміни сили зовнішнього тиску на зони реєстрації сигналів у діапазоні значень (0 - 2) Н:

- модуль передавальної функції м`яких тканин організму людини в області променевих артерій становить (50 - 600) Н/м;

- діапазон значень коефіцієнта розподілу зазначеної сили між елементами біотехнічної системи формування сигналів у випадку променевих артерій людини становить (0,25 - 0,6).

5. Встановлено: індивідуалізована методика багатозональної пульсометрії за канонами східної медицини грунтується на спектральній селекції пульсових сигналів, що класифікує її як методику з жорстко визначеними умовами обстеження пацієнтів і створює передумови подальшого розвитку методів обробки та аналізу названих сигналів, а також підвищення ефективності діагностики.

6. Вперше обгрунтовано вимоги щодо умов реєстрації та характеристик перетворювачів і пристрою для багатозональної пульсометрії, які забезпечують єдність отримуваних результатів у об`єктному вимірі.

Критеріями обгрунтування вимог були рівновеликий вплив на джерело сигналу в різних зонах та інформаційно - енергетичний показник перетворення відповідних біофізичних величин.

7. Обгрунтовано вимоги до метрологічних характеристик і антропометричних показників перетворювачів сили однозональних внутрішніх МАС на поверхні тіла біооб`єкта, які забезпечують функціональну сумісність з організмом людини, відтворюваність передачі інформації за фізіологічно припустимих умов обстеження пацієнтів і стійкість до дії артефактів.

Критеріями обгрунтування вимог були рівновеликий вплив на зону реєстрації сигналу за зазначених умов обстеження та інформаційно - енергетичний показник перетворення відповідних біофізичних величин.

8. Синтезовано нові структури, розроблено і досліджено математичні моделі:

- перетворювачів для однозональних методів біомеханічної діагностики, механічна сторона яких представляє коливальну систему, закріплену на фільтрі інфранизьких частот;

- пристрою для багатозональної пульсометрії, що представляє систему 3 перетворювачів з елементами регулювання та контролю зовнішнього тиску на зони реєстрації сигналів.

9. Вперше розроблено методики розрахунку метрологічних характеристик та антропометричних показників взаємозамінних, функціонально сумісних з біооб`єктом механокардіометричних та кардіотокометричних перетворювачів сили, де названі сенсори розглянуті як елементи відповідних БТС діагностики.

Доведено єдність та відтворюваність сприйняття і передачі до вторинної апаратури внутрішніх МАС системи кровообігу біооб`єкта у об`єктному вимірі (багатозональна пульсометрія) та за фізіологічно припустимих умов обстеження пацієнтів (однозональні методи діагностики) за допомогою нових технічних засобів формування сигналів, а також високу завадостійкість нових медичних перетворювачів щодо зовнішніх завад та артефактів пацієнтів.

Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертаційної роботи було реалізовано у новому пристрою для багатозональної пульсометрії, а також перетворювачах типу ППВ - 02, ПСА - 02, ПАК - 02, ПС - 02, ППУ - 02, ПФ - 01. Шифри перетворювачів наведено за каталогом Укрмедприладу ”Каталог изделий медицинской техники, производимых в Украине” (1994 р.).

Для методів механокардіометрії :

- багатозональної пульсометрії -”Пристрій для знімання багатозонального пульсового сигналу”, який використовують в автоматизованому пульсодіагностичному комплексі тібетської медицини, Бурятський інститут природничих наук Сибірського відділення РАН, м. Улан - Уде ;

- об`ємної пульсометрії - ППВ - 02, ТУ 64 - 1 - 3635 - 82 (10.3.008);

- пульсометрії- ПСА - 02, ТУ 64 - 1 - 3635 - 82 (10.3.007);

- апекскардіометрії- ПАК - 02, ТУ 64 - 1 - 3635 - 82 (10.3.009),

які використовують в приладах типового ряду поліграфів П4Ч - 02, П6Ч - 02 та П8Ч - 02 (ТУ 64-1-3414-80), Львівський завод радіоелектронної медичної апаратури; в приладі “ Фонокард - 01”, Науково-виробниче підприємство “Метекол”, м. Ніжин; в автоматизованому пульсодіагностичному комплексі тібетської медицини, Бурятський інститут природничих наук Сибірського відділення РАН, м. Улан-Уде;

- фонокардіометрії - ПФ - 01,

що входить до складу “Кардіополіграфа КП-01” (ТУ УЗ.46-14308434-018-96), який за результатами Державних приймальних та клінічних випробовувань рекомендовано до серійного виробництва та застосування у медичній практиці (прилад розроблено у Державному науково - виробничому підприємстві по радіоелектронній медичній апаратурі, м.Львів).

Для кардіотокометрії:

- токометрії - ПС - 02 (10.3.004);

- ультразвукової локації серця плоду - ППУ - 02 (10.3.032),

які використовують в акушерських моніторах типу МКП-02 ( ТУ 25-2001.016 ), що виготовляються Бориславським заводом радіоелектронної медичної апаратури.

Впровадження у навчальний процес. Результати дисертаційної роботи впроваджено у навчальний процес Державного університету “Львівська політехніка”. З використанням матеріалів роботи видано навчальний посібник “Біомедичні вимірювальні перетворювачі” для студентів спеціальності 7.091002 “Біотехнічні та медичні апарати і системи” напрямку 6.0910 “Електронні апарати”, який затверджено Інститутом системних досліджень освіти Міносвіти України.

Особистий внесок здобувача

Розроблено та експериментально перевірено наступні нові моделі структурних елементів та загальних БТС формування МАС системи кровообігу на поверхні тіла біооб`єкта.

1.1. Детерміновану, стаціонарну, скалярну, параметричну модель пульсових коливань ділянки артерії як нелінійної гідродинамічної системи з розподіленими і змінними у зоні накладання медичного перетворювача параметрами (тонус, площа перетину).

1.2. Детерміновану, стаціонарну, скалярну, параметричну, послідовно-паралельну модель нелінійного реологічного середовища м`яких тканин організму людини як системи із зосередженими і змінними у зоні знімання сигналу параметрами, де враховано розподіл методично необхідної сили притискання медичного перетворювача до границі між елементами цього середовища та його залежність від величини зазначеної сили.

1.3. Детерміновані, стаціонарні, скалярні, параметричні моделі БТС сприйняття і передачі внутрішніх МАС з поверхні тіла біооб`єкта для наступних методів медичної діагностики:

- багатозональної пульсометрії;

- фонокардіометрії;

- кардіотокометрії.

2. Розроблено методику визначення параметрів нової послідовно-паралельної моделі середовища м`яких тканин організму людини.

3. Встановлено за результатами моделювання та експериментальних досліджень кількісні оцінки характеристик БТС формування пульсових сигналів (вхід променевої артерії - м`які тканини - перетворювач) за різних граничних умов на поверхні тіла людини:

- діапазону значень модуля передавальної функції м`яких тканин організму людини;

- частки сили притискання перетворювача до поверхні тіла людини, що припадає на артерію;

- діапазону значень коефіцієнта розподілу зазначеної сили між елементами БТС формування сигналів та його залежності від величини названої сили;

- змін спектра пульсових сигналів, сформованих за різних умов обстеження пацієнтів.

4. Обгрунтовано методики (правила застосування і характеристики перетворювачів та пристрою) реєстрації одно- та багатозональних внутрішніх біомеханічних сигналів на поверхні тіла біооб`єкта, які у випадку однозональних сигналів забезпечують, за фізіологічно припустимих умов обстеження, однакову зовнішню дію на зону реєстрації, а у випадку багатозональних - рівновелику дію на джерело сигналу в різних зонах.

5. Синтезовано нові структури, розроблено і досліджено математичні моделі, встановлено співвідношення між характеристиками перетворювачів та параметрами елементів конструкцій сенсорів для фонокардіометрії, токометрії, ультразвукової локації серця плоду та пристрою для багатозональної пульсометрії.

6. Розроблено методики розрахунку характеристик ряду перетворювачів для механокардіометричних методів медичної діагностики та кардіотокометрії.

7. Оптимізовано конструкції та технологію виготовлення нових перетворювачів та пристрою для розглянутих методів діагностики з метою забезпечення максимальної чутливості за умов єдності та відтворюваності сприйняття і передачі сигналів, прийнятної для медицини дії на біооб`єкт під час обстеження та антропометричних показників сенсорів.

Під керівництвом та за безпосередньою участю здобувача було спроектовано і впроваджено у серійне виробництво та медичну практику ряд нових медичних перетворювачів для методів механокардіометрії і кардіотокометрії типу: ППВ - 02, ПС - 02, ПСА - 02, ПАК - 02, ППУ - 02 , ПФ - 01 та пристрою для багатозональної пульсометрії.

За участю здобувача (технічне забезпечення, обробка результатів) було проведено медичні дослідження єдності та відтворюваності результатів обстеження пацієнтів за допомогою технічних засобів механокардіометрії та кардіотокометрії з новими технічними засобами формування сигналів.

У навчальному посібнику [1] здобувачем написані розділи 2 і 3, а у співавторстві розділ 1 (підрозділи 1.3, 1.4, 1.5) та розділ 4 (підрозділи 4.3, 4.5, 4.8, 4.9).

У статтях та тезах доповідей: [2] - розроблено математичну модель та проведено експериментальні дослідження; [3] - розроблено методику та проведено технічні дослідження пристроїв знімання пульсових сигналів; [ 8, 9,17] - розроблено математичні моделі; [12, 15] - розроблено методику вимірювань; [13] - здобувачеві належать результати, що стосуються технології виготовлення п`єзоелектричних перетворювачів; [14] - розроблено математичну модель та методику визначення параметрів перетворювача; [21] - здобувачеві належать матеріали, що стосуються біотехнічних систем діагностичного та терапевтичного призначення.

У наступних авторських свідоцтвах здобувачеві належить розробка ідей винаходів, а також: [23] - обгрунтовано антропометричні показники та основні елементи формоутворення; [24] - обгрунтовано виконання механічної сторони сенсора у вигляді комбінованої коливальної системи та масу інфранизькочастотної коливальної системи; [25] - обгрунтовано співвідношення між розмірами пелота та акустичного елемента конструкції, а також жорсткостями перетворювача і пружної мембрани; [27] - обгрунтовано використання трансформатора сили.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися і обговорювалися на наступних конференціях та семінарах :

- Семінарах "Физика и радиоэлектроника в медицине" ( м.Горький, 1984р., 1985р., 1987р.) ;

- Загальносоюзній науково - технічній конференції "Вопросы разработки и внедрения радиоэлектронных средств при диагностике сердечно - сосудистых заболеваний"(м.Свердловськ, 1984р.);

- 8 Загальносоюзній конференції " Измерения в медицине и их метрологическое обеспечение " (м.Москва, 1986 р.) ;

- Загальносоюзних конференціях " Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления" (м.Пенза, 1987р.,1989р.);

- Науково-технічних конференціях "Досвід розробки і застосування приладотехнологічних САПР в мікроелектроніці"(м.Львів, 1993 р., 1995р., 1997 р.);

- "Российской научно-технической конференции по дифракции и распространению радиоволн" (м.Улан-Уде, 1996 р.).

- Міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні проблеми засобів телекомунікацій, комп`ютерної інженерії та підготовки спеціалістів” (м.Львів, 1998р.)

- Міжнародній науково-технічній конференції “Проблемы физической и биомедицинской электроники” (м. Київ, 1998 р.)

Публікації. Результати проведених досліджень опубліковано у 28 роботах, серед яких 1 навчальний посібник, статей у наукових журналах - 9 , статей у збірниках наукових праць - 9, матеріалів і тез конференцій - 3, авторських свідоцтв - 4, патентів - 1, депонована 1 робота.

Об`єм і структура дисертаційної роботи.

Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків та 3 додатків.

Вона має обсяг 308 сторінок, серед яких 49 рисунків займають 22 сторінки (6 рисунків займають повністю площу сторінки), 23 таблиці - 14 сторінок (4 таблиці займають повністю площу сторінки), а додатки 21 сторінку.

Список використаних літературних джерел складає 214 найменувань, він займає 20 сторінок тексту роботи.

2. ЗМIСТ РОБОТИ

У вступі розкрито сутність і стан наукової проблеми, показана значущість і актуальність її вирішення для практичної охорони здоров`я України та медичного приладобудування, а також представлено загальну характеристику роботи.

Перший розділ присвячено аналізу проблем методології БМД за проявами на поверхні тіла внутрішніх МАС організму людини.

Функціонування системи кровообігу біооб`єкта, як вже зазначалося, в значній мірі виявляє себе у формі біомеханічного руху. Дана обставина визначає діагностичну цінність ряду методів діагностики, об`єднаних терміном механокардіометрія, які грунтуються на дослідженні цих сигналів. Найбільш діагностично ефективні методи механокардіометрії пов`язані з реєстрацією та обробкою, зокрема, пульсових та фонокардіо - сигналів.

Джерелом пульсових сигналів є коливання тиску крові в артеріях організму людини. Існує кілька видів пульсометрії: пульсометрія, об`ємна пульсометрія та багатозональна пульсометрія за східною медициною. Частотний спектр цих сигналів складає (0,5 - 40) Гц, а пікове значення сили на поверхні тіла людини в зонах реєстрації пульсових сигналів променевих артерій знаходиться у діапазоні (0,01 - 0,1) Н. За локалізацією сигнал об`ємної пульсометрії належить до нелокальних, інші - до локальних біомеханічних сигналів.

Фонокардіо - сигнал пов`язаний з акустичними явищами в серці людини та прилеглих до нього великих судинах. Його частотний спектр становить (20 - 800) Гц, пікові значення сили, наприклад, в точці Боткіна, утвореної тонами серця, може досягати сотих часток ньютона. Зони реєстрації фонокардіо-сигналу обмежені ребрами грудної клітки, тому його відносять до локальних біоакустичних сигналів.

Ефективним методом діагностики стану плоду виявився аналіз частоти скорочень його серця в умовах нестресових тестів - спонтанних скорочень матки роділлі. Сигнали, які пов`язані зі скороченнями матки роділлі (токо-сигнал) та ультразвуковий сигнал, що містить інформацію щодо частоти скорочень серця плоду, складають основу методу кардіотокометрії.

Перейми в різні періоди вагітності жінок тривають (10 - 60) с, а шпаруватість цього сигналу може змінюватися в діапазоні (2 - 120). Значення викликаної переймами сили на поверхні живота роділлі можуть досягати 2 Н, а швидкість руху структур серця плоду, яка визначає Допплерівську зміну частоти відбитого випромінювання, наприкінці вагітності - 0,1 м/с. Нормальне значення частоти скорочень серця плоду наприкінці вагітности становить близько 150 хв-1. За розмірами зони реєстрації сигнали кардіотокометрії відносять до нелокальних.

Природа розглянутих сигналів, наявність у всіх розглянутих випадках між джерелом сигналу і медичним перетворювачем реологічного середовища м`яких тканин організму людини обумовлюють методологічну спорідненість задач реєстрації цих сигналів.

Сучасний рівень розвитку радіоелектроніки, набутий лікарський досвід відкривають нові можливості для біомеханічної діагностики за внутрішніми МАС системи кровообігу, що пов`язані з більш повним використанням інформаційного вмісту відповідних сигналів, переходом до кількісних оцінок показників функціонування серцево - судинної системи біооб`єкта. Але на перешкоді тривалий час була відсутність єдності результатів обстеження пацієнтів - отримувані дані були опосередковані характеристиками технічного інструментарію та особливостями його застосування.

За результатами проведеного аналізу, спотворення отримуваної інформації методами механокардіометрії та кардіотокометрії відбувалося на стику живого і неживого: біооб`єкт - медичний перетворювач. Причиною було недостатньо глибоке розуміння біофізичних процесів у відповідних біотехнічних системах формування сигналів (біооб`єкт - медичний сенсор). Саме ступінь функціональної адекватності медичних перетворювачів та методів їх застосування задачам діагностики визначає рівень єдності отримуваних результатів за допомогою відповідних медичних приладів і систем кардіологічного та акушерського призначення.

Існуюче різноманіття підходів до реєстрації розглянутих сигналів свідчить про методологічну складність інформаційного контакту: біооб`єкт - медичний перетворювач. Незважаючи на тривалий розвиток методології БМД, модельні уявлення щодо біооб`єкта залишалися недостатньо розвинутими і значною мірою відокремленими від моделей медичних сенсорів (Barany E., Franke E., Takagi S. із співавторами, Vermarien H. із співавторами, Одинцов С.Г.). Практично був відсутній аналіз взаємодії медичних перетворювачів розглянутого призначення за умови змінної за величиною сили притискання сенсорів до поверхні тіла людини із зонами реєстрації сигналів і впливу цієї взаємодії на якість отримуваної інформації.

Подальший розвиток методології БМД без урахування властивостей біо об`єкта та технології застосування відповідних медичних сенсорів не забезпечував переходу до кількісних оцінок функціонального стану його системи кровообігу. Визначилася проблема системного біотехнічного підходу до створення технічних засобів формування сигналів, в якому перетворювачі розглядаються як елементи складних біотехнічних систем: розташовані всередині тіла людини джерела механічних і акустичних сигналів - передавальне середовище м`яких тканин організму з нелінійними реологічними властивостями - медичні сенсори різної фізичної природи, а відповідні пристрої забезпечують необхідні умови сприйняття і передачі сигналів, зокрема, синхронність у випадку багатозональних сигналів.

Вирішення зазначених проблем механокардіометрії та кардіотокометрії було пов`язано з розробкою основ теорії складних біотехнічних систем формування МАС системи кровообігу на поверхні тіла біооб`єкта, обгрунтуванням методології застосування, створенням і впровадженням у серійне виробництво та медичну практику нових, функціонально сумісних з біооб`єктом, стійких до дії завад медичних сенсорів для одно - та пристрою для багатозональних методів діагностики, які забезпечують єдність результатів сприйняття і передачі зазначених сигналів.

В різних методах діагностики за внутрішніми біомеханічними явищами системи кровообігу людини проблема єдності результатів має свої особливості. У новому індивідуалізованому методі багатозональної пульсометрії, де відбувається реєстрація пульсових сигналів у 6 зонах променевих артерій, необхідна єдність результатів у об`єктному вимірі. В однозональних методах діагностики вимагається відтворюваність результатів за різних, фізіологічно припустимих, умов обстеження пацієнтів: оператор (методика сприйняття і передачі сигналів), час тощо.

У цьому розділі роботи обгрунтовано застосування контактних методів реєстрації внутрішніх МАС біооб`єкта у системі координат, що пов`язана з тілом пацієнта. Показано, що підгрунтям уніфікації первинних перетворювачів БТС механокардіометрії та кардіотокометрії є перетворення сили цих сигналів, а також використання п`єзоелектричного принципу перетворення, за винятком повільнозмінного токо - сигналу.

За таких умов проблема відтворюваності результатів передачі внутрішніх біомеханічних та біоакустичних сигналів з поверхні тіла біооб`єкта особливо гостра, що зумовлено прямою взаємодією контактних перетворювачів з біооб`єктом. Серед розглянутих найбільш загальною є задача реєстрації пульсового сигналу, що пов`язано з поверхневим розташуванням його джерела та енергетичними характеристиками останнього.

У другому розділі розроблено узагальнену математичну модель БТС формування МАС від внутрішніх джерел на поверхні тіла біооб`єкта.

Під час обстеження пацієнтів методами БМД медичні сенсори безпосередньо контактують з реологічним середовищем м`яких тканин організму людини. Останнє in-vivo має лінійні властивості у відношенні механічних за своєю природою корисних сигналів біооб`єкта і виявляє нелінійні властивості під впливом зовнішньої дії на зони їх реєстрації.

Аналіз відомих і удосконалених здобувачем моделей джерела сигналу в механокардіометрії засвідчив якісний рівень узгодження з опублікованими та отриманими автором новими експериментальними даними дослідження впливу взаємодії біооб`єкт - перетворювач на результати реєстрації внутрішніх МАС на поверхні тіла людини.

З метою вирішення проблем єдності результатів БМД діагностики було розроблено нову послідовно - паралельну модель поширення механічного сигналу нелінійним середовищем м`яких тканин біооб`єкта, схема якої представлена на рис.1.

Рис. 1 Послідовно - паралельна модель поширення сигналу нелінійним середовищем м`яких тканин організму людини

На рис.1 : Fo - джерело внутрішнього сигналу, Zo ( , tFП ), Z1 ( , tFП ), Z2 (,(1 - t) FП) - залежні від FП механічні імпеданси джерела сигналу та м`яких тканин організму людини, що мають протилежну за знаком деформацію при передачі сигналу від джерела до поверхні тіла людини і під дією FП, Zd() - - вхідний імпеданс перетворювача, FП - сила притискання елемента введення сигналу у медичний сенсор до зони реєстрації, t - коефіцієнт розподілу FП між елементами моделі, - частота. У частотному спектрі пульсового сигналу імпеданси моделі мають пружний характер: Zi= Ki / j, і = 0, 1, 2, d.

Нелінійні пружні властивості елементів моделювалися залежностями :

K1(FП)=K1O+t FП , K2(FП)=K2O+(1-t) FП ,

KO(FП)= KOO+(FS-t FП)2,

,

де K1O, K2O, KОO - жорсткість відповідних елементів за умови FП = 0,

, , - коефіцієнти зміни параметрів у залежності від FП ,

FS - величина сили, що створюється систолічним значенням трансмурального тиску крові в артерії.

Розроблено методику визначення параметрів моделі див. рис.1. Величина FS визначалася за результатами вимірювання показників артеріального тиску крові методом Ріва-Роччі-Короткова, а K1O, K2O, і - за вимірюваннями сили, що діє на перетворювач зі змінною величиною Kd для 2 значень FП. Характеристики KОO і було оцінено за відомими результатами дослідження пружних властивостей артерій організму людини.

Критерієм вірогідності послідовно-паралельної моделі було значення Feп, для якого спостерігався максимум вихідного сигналу сенсора

,

,

,

Розбіжність експериментальних і теоретичних значень Feп не переважала 19%, що значною мірою пов`язано з неіндивідульністю врахованих параметрів артерії та похибкою визначення FS .

Встановлено кількісні оцінки впливу на параметри послідовно-паралельної моделі поширення механічних сигналів середовищем м`яких тканин організму людини зовнішньої (FП) дії на зони сприйняття названих сигналів на поверхні тіла людини.

У цьому розділі представлено результати аналізу амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) передавальної функції БТС: артерія - м`які тканини біооб`єкта - перетворювач. Отримані дані показали залежність спектру сигналу на вході перетворювача від величини FП - за умови слабкого притискання (тиск на зону реєстрації сигналу менший за діастолічне значення тиску крові в артерії) спостерігалося виділення низькочастотних складових пульсового сигналу.

Показано, що в границях розглянутої обмеженої БТС не можна пояснити значне виділення високочастотних складових пульсового сигналу за помірних значень FП (тиск на зону реєстрації сигналу співмірний та більший за систолічне значення тиску крові в артерії).

Розроблено модель розширеної БТС: ділянка артерії - м`які тканини біооб`єкта - перетворювач. Ділянка артерії моделювалася як стаціонарна, нелінійна гідродинамічна система з розподіленими і змінними у зоні накладання сенсора параметрами (пружність стінки, площа перетину).

Рис. 2Залежність АЧХ променевої артерії від FП

АЧХ передавальної функції ділянки артерії в зону накладання перетворювача в залежності від FП, за умови заданого на її вході пульсового тиску крові проілюстрована на рис.2, де FП = 0,5 Н відповідає слабкому, а FП = 2 Н - помірному притисканню сенсора до зони реєстрації сигналу, a f /a1 - - відношення амплітуд гармонік пульсового сигналу (частота 1 гармоніки становила 1 Гц), - неузгодженість хвильового опору ділянки артерії з дистальною частиною системи кровообігу біооб`єкта.

Отримані результати імітаційного моделювання див.рис.2 засвідчують виділення низькочастотних складових пульсового сигналу (FП = 0,5 Н) і цей ефект посилює аналогічне явище, яке спостерігається у процесі передачі сигналу середовищем м`яких тканин організму людини до медичного перетворювача, а також значне виділення високочастотних складових пульсового сигналу для помірних значень FП (FП = 2 Н).

Встановлено особливості пальпаторної діагностики за пульсом, які пов`язані із частотною селекцією пульсового сигналу за рахунок зміни FП . Це створює методологічну передумову подальшого розвитку методології пульсометрії.

Розроблена послідовно - паралельна модель БТС формування пульсових сигналів на поверхні тіла людини була покладена в основу дослідження взаємодії біооб`єкт - медичний перетворювач у зонах реєстрації сигналів механокардіометрії та кардіотокометрії.

Третій розділ роботи присвячено дослідженню взаємодії біооб`єкт - перетворювач у методах БМД, синтезу структур медичних сенсорів та пристрою для багатозональної пульсометрії, обгрунтуванню їх параметрів та методології реєcтрації проявів внутрішніх МАС на поверхні тіла людини, які забезпечують єдність результатів обстеження пацієнтів.

Як було показано у попередньому розділі, присутність у БТС багатозональної пульсометрії нелінійного in-vivo елементу (артерії), приводить під впливом медичних перетворювачів (FП) до зміни спектрів пульсових сигналів. Забезпечення єдності результатів у об`єктному вимірі вимагає створення однакових умов функціонування артерії в різних зонах під час реєстрації сигналів. Це пов`язано, у загальному випадку, із визначенням за розробленою методикою параметрів послідовно-паралельної моделі БТС сприйняття і передачі сигналів див.рис.1 для кожної із зон; урахуванням властивостей артерії; обрахунком і встановленням відповідних індивідуальних значень FП у кожній зоні. Зональна індивідуальність FП визначається зональними анатомічними відмінностями біооб`єкта. Однак представлена методика реєстрації багатозонального пульсового сигналу внаслідок громіздкості не придатна для медичної практики.

Обгрунтовано критерій впливу медичного сенсора на пульсові коливання артерії, яким є величина вхідної дії на перетворювач або вихідний сигнал сенсора. Дослідження було проведено за моделлю, схема якої представлена на рис.3, де FП - сила зовнішньої дії з боку медичного перетворювача на зону реєстрації пульсового сигналу.

Рис. 3 Схема до визначення частки сили FП, що припадає на артерію

Встановлення зонально індивідуальних значень FП можливо за умови плавного регулювання сили притискання перетворювача до поверхні тіла людини.

Обгрунтовано використання пневматичної системи зміни FП, кінцевим елементом якої є сильфон, що контактує рухливим торцем з поверхнею тіла біооб`єкта, а також розташування перетворювача сили пульсового сигналу в електричний сигнал всередині зазначеного сильфона.

Доведено, що виконання торця сильфона у вигляді трансформатора сили із певним співвідношенням його площ та жорсткості сильфона дозволяє контролювати зовнішню дію на зони сприйняття пульсових сигналів за тиском у пневматичній системі.

Синтезована структура пристрою для багатозональної пульсометрії складається з трьох перетворювачів, пневматичної системи незалежного регулювання сили притискання останніх до поверхні тіла людини в зонах реєстрації пульсових сигналів та механічних коливальних систем 2 порядку.

В однозональних методах БМД діагностики за локальними та нелокальними проявами на поверхні тіла внутрішніх МАС біооб`єкта єдність результатів вимагає, зокрема, мінімального зовнішнього впливу на зони сприйняття сигналів за довільних, фізіологічно припустимих, значень FП. Забезпечення мінімального зовнішнього впливу на зону сприйняття сигналу на поверхні тіла біооб`єкта, окрім іншого, передбачає редукцію дії FП на зони сприйняття сигналів за рахунок використання опорного елемента конструкції перетворювача. У випадку фонокардіометрії задача досліджувалася за моделлю, аналогічною до зображеної на рис.3. Остання була доповнена механічним імпедансом ділянки поверхні тіла людини, що контактує з опорним елементом конструкції сенсора, який було включено у механічному сенсі паралельно до навантаження джерела FП. Ступінь редукції дії FП на зону сприйняття сигналу відрізняється зональною індивідуальністю, у фонокардіометрії, на відміну від пульсометрії та апекскардіометрії, вона може становити більше порядку величини.

Для фоносенсорів важливою вимогою є акустична завадостійкість. Синтезовано нову структуру фоноперетворювача, що відрізняється високою стійкістю до зовнішнього акустичного сигналу, механічна сторона якого представляє комбінацію коливальних систем другого порядку. Частоти резонансу переміщення цих систем знаходяться за межами частотного спектру фонокардіо-сигналу. Розроблено математичну модель нової структури сенсора.

Аналіз акустичної завадостійкості зазначеного перетворювача було проведено за моделлю, схема якої показана на рис.4, де Y - переміщення корпусу сенсора, m1, K1d, m2, K2d - коливальна маса та жорсткість високочастотної (частота резонансу переміщення вища за верхню межу спектра фонокардіо-сигналу) і низькочастотної коливальних систем, відповідно, Zt - механічний імпеданс ділянки поверхні тіла людини на площі контакту з елементом введення сигналу у перетворювач (пелотом конструкції).

Рис. 4 Механічна схема моделювання дії акустичної завади на фоноперетворювач

Результати фізичного моделювання та експериментальних досліджень в медичній практиці підтвердили високу акустичну завадостійкість нової структури фоносенсора, яка майже на порядок величини переважає даний показник для відомих фоноперетворювачів.

Методична похибка перетворення сили фонокардіо-сигналу та вплив рухливості корпуса сенсора на відтворюваність результатів досліджувалися за моделлю БТС формування сигналів у фонокардіометрії, зображеною на рис.5, де FO - джерело сигналу, ZO - внутрішній опір джерела сигналу, mt, Rt, Kt - - коливальна маса, опір тертя та жорсткість ділянки поверхні тіла людини, що контактує з пелотом перетворювача, m1, R1, K1d, m2, R2, K2d - відповідні параметри високочастотної та низькочастотної коливальних систем механічної сторони фоноперетворювача, ZКР - механічний імпеданс елементів закріплення сенсора на тілі людини з урахуванням імпедансу ділянки поверхні тіла, на яку опираються ці елементи.

Рис. 5 Модель БТС формування сигналів у фонокардіометрії

Залежність похибки нової структури фоноперетворювача від частоти в спектрі частот фонокардіо - сигналу показана на рис.6, де b2 - ступінь заспокоєння низькочастотної коливальної системи.

Рис. 6 Залежність від частоти відносної похибки перетворення сили для синтезованої структури сенсора в частотному діапазоні фонокардіо-сигналу

Обгрунтовано вимоги до параметрів нової структури фоносенсора, його антропометричних показників та елементів закріплення на тілі людини, які забезпечують відтворюваність сприйняття фонокардіо - сигналу за довільних, фізіологічно припустимих, умов реєстрації.

В однозональних методах БМД діагностики за нелокальними повільнозмінними сигналами (токо-сигнал) зовнішня дія на перетворювач FП не тільки впливає на характеристики зони сприйняття сигналу, а дає також прямий внесок у вихідний сигнал медичного сенсора. У цьому випадку використання опорного елемента конструкції перетворювача дозволяє збільшити чутливість сенсора до корисного сигналу.

Задача досліджувалася за моделлю БТС формування сигналу в токометрії, зображеною на рис.7, де Fo, Zo() - як і раніше, характеристики джерела сигналу, Z11(), Z12(), Zd(), ZКР() - механічний імпеданс тканин організму, що контактують з елементом введення сигналу та опорною поверхнею перетворювача; вхідний імпеданс сенсора та елементів його закріплення на тілі людини, відповідно.

Рис. 7 Механічна схема БТС формування нелокального біомеханічного сигналу на поверхні тіла людини

Обгрунтовано вимоги та представлено номограми для визначення характеристик і антропометричних показників токоперетворювачів у залежності від редукції внеску FП у вихідний сигнал сенсора та методичної похибки перетворення сили проявів на поверхні тіла роділлі сигналу біомеханічної активності матки.

Ультразвукові перетворювачі акушерського призначення працюють у режимі обмеженої інтенсивності випромінювання, зумовленому біологічною дією ультразвуку. Методами математичного і фізичного моделювання визначено співвідношення між робочою частотою перетворювача та параметрами п`єзоелементів випромінювача і приймача УЗ - коливань, які забезпечують максимальну чутливість сенсора у процесі локації серця плоду.

Структури перетворювачів наведено на рис.8:

а) фрагмент структури пристрою для формування багатозонального пульсового сигналу;

б) перетворювачів для фонокардіометрії;

в) сенсорів для пульсометрії та апекскардіометрії;

г) перетворювачів для об`ємної пульсометрії;

д) сенсорів для токометрії;

е) перетворювачів для ультразвукової локації серця плоду.

Рис. 8 Структури перетворювачів (пристрою) для методів механокардіометрії та кардіотокометрії. 1 - корпус, 2 - чутливі елементи, 3 - біооб`єкт, Fd - - вхідна дія на перетворювач, Р - тиск у пневматичній системі

У четвертому розділі обгрунтовано та оптимізовано конструктивні особливості, технологічні аспекти виготовлення і розроблено методики метрологічного забезпечення серійного виробництва та експлуатації перетворювачів для механокардіометрії та кардіотокометрії у медичній практиці.

Обгрунтовано вибір і закріплення п`єзоелектричного та тензорезистивного чутливих елементів для перетворення сили проявів на поверхні тіла біооб`єкта внутрішніх механічних (акустичних) сигналів відповідних контактних сенсорів; матеріалу оболонки та елементів конструкцій, які контактують з поверхнею тіла людини під час обстеження; вимірювальних і кінематичних пружних елементів, а також технологічні аспекти виготовлення перетворювачів.

Розроблено і узгоджено з органами Держстандарту методики повірки технічних параметрів перетворювачів для знімання біомеханічних (біоакустичних) сигналів з поверхні тіла людини, які грунтуються на техніці перехідних процесів.

Оптимізовано конструкцію ультразвукових перетворювачів локації серця плоду, функцією цілі чого було :

- для чутливих елементів конструкції - забезпечення максимуму коефіцієнта перетворення K=U2 / Iак, де U - напруга на вході підсилювача, Iак - інтенсивність ультразвукового поля. Вважалося, що К = К (S, f, 3, Z1, Z3), де S - площа, f - - робоча частота каналу, Z1, Z3 - питомі акустичні опори демпфера і протектора чутливих елементів, 3 - товщина протектора;

- для випромінювача ультразвукових коливань - забезпечення максимуму коефіцієнта перетворення K1=Iак / Рел , де Рел - потужність електричного збудження. Вважалося, що K1 = K1 (S, f, 3, Z1, Z3) .

Оптимальною структурою вузла п`єзоелементів УЗ - перетворювачів для приладів акушерського призначення є закріплення чутливого елемента без штучно сформованого демпфера за умови товщини протектора, що кратна половині довжини хвилі УЗ - коливань у матеріалі протектора.

Розроблено технічні засоби визначення характеристик п`єзоелектричного випромінювача і приймача УЗ - коливань методом змінного навантаження, де за навантаження було використано: повітря, дистильовану воду та гліцерин.

Обгрунтовано засоби підвищення експлуатаційної надійності розроблених конструкцій перетворювачів для механокардіометрії та кардіотокометрії.

У п`ятому розділі представлено методики розрахунку технічних характеристик та антропометричних показників перетворювачів сили локальних біомеханічних та біоакустичних, а також нелокальних біомеханічних сигналів на поверхні тіла людини, а також результати медико-технічних досліджень.

Результати технічних досліджень.Результати експериментального дослідження технічних характеристик медичних перетворювачів наведені у цьому розділі за даними Державних контрольних випробувань перших промислових партій сенсорів (табл.1), за винятком сенсорів для фонокардіометрії типу ПФ-01 та перетворювачів пристрою для багатозональної пульсометрії, результати для яких були отримані під час Державних приймальних випробувань дослідних зразків.

Перетворювачі типу ППУ - 02 мали наступні характеристики:

- робоча частота (2,640 0,001) Мгц,

- інтенсивність випромінювання 20 мВт/см2.

Результати медичних досліджень

Результати дослідження єдності сприйняття і передачі внутрішніх МАС на поверхні тіла біооб`єкта.

Усі результати експериментальних досліджень нових зразків медичних перетворювачів оброблялися з рівнем гарантії висновку 0,95.

1. Багатозональний пульсовий сигнал.

Дослідження було проведено методом фізичного моделювання. Ділянка артерії моделювалася за допомогою латексної трубки із дотриманням геометричних критеріїв подібності. Пульсовий сигнал моделювався імпульсами тиску у вигляді півсинусоїди з частотою слідування (60 - 120) хв-1, шпаруватість сигналу змінювалася у межах (3,20 - 7,14). Сила притискання перетворювачів до трубки становила (0,2 0,025) Н.

Пульсові коливання стінки трубки реєструвалися за участю 6 послідовно розташованих перетворювачів (2 пристроїв, за кількістю каналів у пульсодіагностичному комплексі “Пульс”) і оцінювалися за допомогою показника, що дорівнював відношенню потужностей спектру сигналу в діапазоні частот (0,5 - 10) Гц та (10 - 48) Гц. У цих дослідженнях межі мінливості середнього у об`єктному вимірі значення цього показника не переважали 6,5%.

Відтворюваність результатів за участю різних операторів визначалася за 7 спостереженнями при частоті пульсацій 120 хв-1 та шпаруватості 3,8. Межі мінливості середніх значень для кожного із 6 каналів реєстрації пульсових сигналів не переважали 8%.

2. Однозональні сигнали.

Дослідження було проведено за участю 3 операторів.

- Пульсовий сигнал (перетворювачі типу ПСА-02).

Обстежено 27 осіб у віці (3011) років, 20 практично здорових і 7 осіб хворих на гіпертонічну хворобу та ревмокардит. Межі мінливості відносних показників пульсового сигналу не переважали 11%, а абсолютних 15% середніх значень. - Фонокардіо - сигнал (перетворювачі типу ПФ - 01).

Обстежено 47 осіб у віці (36 9) років. Спостереження були проведені з використанням низькочастотної характеристики L фонокардіографічного каналу. Межі мінливості часових характеристик сигналу не переважали 4%, а абсолютних амплітудних показників 10% середніх значень.

Результати дослідження впливу сили притискання перетворювачів до тіла людини на результати формування сигналів.

1.Пульсовий сигнал (перетворювачі типу ПСА - 02).

Обстежено 39 осіб у віці (33 15) років. У процесі обстеження сила притискання перетворювачів Fп до тіла змінювалася у діапазоні значень (1 - 5) Н з кроком (1,00 0,08) Н. Межі мінливості абсолютних амплітудних показників сигналів не переважали 10% середніх значень, що на порядок величини менше у порівнянні з відомими сенсорами даного призначення.

Работа, которую точно примут
Сколько стоит?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.