Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Анализ состояния вопроса, постановка цели и задач исследований
1.1 Характеристика применяемых токов терапевтического Диапазона 10
1.2 Обоснование выбора ударного объема в качестве информативного контролируемого параметра 14
1.3 Обоснование требований к методу контроля ударного объема 19
1.4 Анализ существующих методов контроля ударного объема 20
1.4.1. Метод ангиокардиографии для контроля ударного объема 20
1.4.2 Методы реографии для контроля ударного объема 24
1.4.3 Метод электрокардиографии для контроля ударного объема 27
1.4.4 Метод Фуко-кардиографии для контроля ударного объема 30
1.4.5 Метод тахоосциллографии для контроля ударного объема 32
1.4.6 Метод термодилюции для контроля ударного объема 35
1.4.7 Методы эхотомоскопии для контроля ударного объема 37
1.4.8 Имперический метод Старра оценки ударного объема 43
1.5 Постановка цели и задач исследований 44
Выводы по главе 1 46
ГЛАВА 2 Исследование объекта и принципа контроля 48
2.1 Теоретическое моделирование функционирования сердечнососудистой системы 48
2.1.1 Анализ моделей функционирования сердечнососудистой Системы 54
2.1.2 Физическая модель сердечнососудистой системы 54
2.1.3 Математическая модель функционирования сердечнососудистой системы, учитывающая влияние токового воздействия на ударный объем 56
2.2 Принцип контроля ударного объема 62
2.3 Экспериментальные исследования объекта и принципа контроля 63
2.3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований 63
2.3.2 Комплекс для проведения экспериментальных исследований
2.3.3 Метод экспериментального воздействия 70
2.3.4 Исследование влияния параметров модуляции тока на ударный объем 72
2.3.5 Исследование закона распределения вероятности значений ударного объема 79
2.3.6 Исследование функции влияния амплитуды тока на ударный объем 83
Выводы по главе 2 89
ГЛАВА 3 Разработка и исследование метода контроля ударного объема
3.1 Обоснование выбора методов измерений определяемых при контроле ударного объема параметров 91
3.2 Алгоритм контроля 92
3.3 Обоснование режимов контроля 94
3.3.1 Общие положения по выбору режимов 94
3.3.2 Обоснование времени обеспечения установившегося Режима 95
3.3.3 Обоснование выбора времени измерения 98
3.4 Анализ точности метода контроля 99
3.4.1 Теоретический анализ точности метода контроля 99
3.4.2 Экспериментальные исследования погрешности метода контроля 104
Выводы по главе 3 112
ГЛАВА 4 Разработка средств контроля ударного объема 113
4.1 Структура и архитектура устройств 113
4.2 Алгоритм функционирования 122
4.3 Принципиальная схема устройства 124
Выводы по главе 4 127
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
- Обоснование выбора ударного объема в качестве информативного контролируемого параметра
- Математическая модель функционирования сердечнососудистой системы, учитывающая влияние токового воздействия на ударный объем
- Экспериментальные исследования погрешности метода контроля
- Принципиальная схема устройства
Введение к работе
Введение
Широкое распространение токовой физиотерапии обусловлено простотой технической реализации, локальностью воздействия и доказанными лечебными эффектами. В то же время, говорить о полном отсутствии воздействия на организм в целом, а также об отсутствии побочных эффектов от электрофизиотерапевтических процедур неправомочно. Неконтролируемое изменение состояния сердечнососудистой системы (ССС), сопутствующее токовым процедурам, может приводить к негативным последствиям, вплоть до летального исхода. При этом контроль параметров организма во время проведения таких процедур за исключением субъективной оценки ощущений пациента практически не осуществляется.
Принимая во внимание, что 46,6 % больных страдают сердечнососудистым заболеваниям, становится очевидной высокая актуальность проблемы объективного контроля состояния ССС при проведении токовой физиотерапии. При этом целью такого контроля является получение достоверной информации о фактическом состоянии ССС и обеспечение условий для автоматического управления токовым воздействием.
Анализ состояния проблемы показал, что существенный вклад в исследования и разработку методов и средств контроля состояния ССС внесли: Л.И. Калакутский, Э.С. Манелис, Б.А. Егоров, B.C. Мархасин и др., а вопросам моделирования параметров работы ССС посвящены работы В.Л. Карп-мана, Е.П. Попечителева, Б.И. Мажбич, Г.П. Иткина, А.П. Прошина, Н.Н. Савицкого, А.А. Ушакова, B.C. Улащика, СП. Маркина, В.М. Боголюбова, и
др.
Сложность решения проблемы заключается в том, что, с одной стороны, состояние ССС характеризуется несколькими десятками различных параметров, а, с другой стороны, специфика объекта и условий контроля выдвигает дополнительные требования к методу контроля: электросовместимость (возможность контроля в условиях воздействия на объект электриче-
ским током); безопасность (отсутствие негативного воздействия средства контроля на объект); быстродействие (малое время контроля, обеспечивающее возможность многократного проведения контроля за период токового воздействия); простота и низкая стоимость (возможность использования средства контроля совместно или в составе средств токового воздействия).
На основе анализа результатов исследований, проведенных различными авторами, включая соискателя, установлено, что в качестве интегрального комплексного параметра, обеспечивающего объективную оценку состояния ССС, целесообразно принять ударный объем (SV), а в качестве критерия принятия решения - величину возрастания SV при токовой нагрузке по отношению к значению SVh при ее отсутствии х = SV / SVH. При этом, осуществить экспресс-контроль ударного объема в процессе токового .воздействия существующими методами не представляется возможным, поскольку они либо электронесовместимы, либо крайне трудоемки, сложны и дороги.
Таким образом, задача разработки объективного, простого и безопасного метода контроля ударного объема, совместимого с токовым воздействием, является актуальной. Решению этой задачи посвящена .настоящая диссертационная работа.
Объектом исследования является контроль сердечнососудистой системы, функционирующей в условиях внешнего нагружения электрическим токовым воздействием, а предметом исследования — принципы, модели, алгоритмы и средства контроля ударного объема, изменяющегося под воздействием внешним электрическим током.
Цель работы: разработка метода и средств неразрушающего экспресс-контроля ударного объема, совместимых с токовым воздействием и обеспе-чивающих возможность управления средствами токового воздействия.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
1 Обоснование требований к разрабатываемому методу контроля.
Проведение анализа существующих методов контроля ударного объема и выбор совместимого с токовым воздействием метода для проведения экспериментальных исследований с разработкой на его основе исследовательского комплекса.
Исследование принципа контроля ударного объема, включая:
- разработку модели ударного объема SV, описывающей его связи с внутренними и внешними факторами и учитывающей влияние параметров токового воздействия;
- экспериментальные исследования характера влияния параметров то
кового физиотерапевтического воздействия на изменение ударного объема;
4 Разработка алгоритма контроля ударного объема;
5. Обоснование режимов контроля ударного объема;
Метрологический анализ метода контроля ударного объема и экспериментальное подтверждение его работоспособности;
Разработка средств контроля.
Исследования базируются на теории точности, биомеханике кровообращения, гидродинамике и гемодинамике, теории информационно-энергетического взаимодействия объектов живой и неживой природы, методов корреляционного и регрессионного анализов, аналитических группировок и других методов математической статистики.
Экспериментальные исследования проведены с использованием стандартного контрольно-измерительного, диагностического и физиотерапевтического оборудования и комплекса разработанных соискателем алгоритмов и программ, реализованных в оболочках LabVIEW, Nemetchek Allplan 2005, Mathcad 11 Enterprise Edition, CorelDRAW Graphics Suite 12. В экспериментах участвовали медицинские специалисты и добровольцы различного пола и возраста (от 20 до 75 лет).
Научная новизна работы заключается в следующем:
- разработана модель функционирования ССС при воздействии на объ-
ект электрического тока, учитывающая влияние параметров тока на ударный объем;
экспериментально установлен характер функций влияния амплитудных и временных параметров токового воздействия на значение ударного объема;
разработан принцип контроля SV, заключающийся в использовании взаимосвязи ударного объема с систолическим и диастолическим давлением, частотой и ритмичностью сердечных сокращений, а также с влиянием токового воздействия;
раз работай алгоритм и обоснованы режимы неразрушающего экспресс-контроля SV.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
разработанные метод и средство экспресс-контроля ударного объема обеспечивают объективную оценку состояния ССС в процессе проведения токовой физиотерапии, что способствует повышению эффективности и безопасности средств токового воздействия;
разработанное средство контроля ударного объема'обеспечивает возможность управления техническими средствами токового воздействия.
разработанный экспериментальный комплекс, обеспечивающий возможность непрерывного мониторинга ударного объема в условиях воздействия электрическим током, может использоваться в качестве экспериментального оборудования для проведения исследований.
Положения, выносимые на защиту:
Метод неразрушающего экспресс-контроля ударного объема, совместимый с токовым воздействием, включающий оригинальный принцип, математический аппарат, алгоритм реализации и обоснованные режимы контроля.
Результаты экспериментальных исследований зависимостей ударного объема от параметров токового воздействия.
Принцип построения, структуры и алгоритмы работы средств контроля ударного объема предложенным методом, обеспечивающих возможность управления устройствами токового воздействия.
Экспериментальный комплекс, обеспечивающий возможность получения объективной количественной информации об ударном объеме в условиях косвенного воздействия электрическим током.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: XVI и XVII Международные научно-технические семинары «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (г. Алушта, 2007, 2008 г.); 10-я Всероссийская научно-техническая конференция «Состояние и проблемы измерений» (г. Москва, 2008 г.); Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТЫОП)», (г. Орел, 2006 г.), 9-я и 11-я международные конференции «Медико-экологические информационные технологии» (г. Курск, 2006, 2008 г.), Международные научно-технические конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии (ФРЭМЭ)» (г. Владимир, 2006 - 2008 г.), Международная конференция «Виртуальные и интеллектуальные системы (ВИС)» (г. Орел, 2006 г.).
Разработанные метод и средство контроля апробированы и внедрены на предприятии ЗАО «Научприбор» г. Орла, а также Орловском государственном техническом университете в рамках реализации образовательных программ подготовки специалистов, бакалавров и магистров по направлениям «Приборостроение» и «Биомедицинская инженерия»,-'
Публикации. По результатам работы опубликованы 20 научных работ, включая 11 статей, 8 материалов и тезисов докладов, положительное решение о выдаче патента на полезную модель. Кроме того, на способ контроля подана заявка на изобретение.
Обоснование выбора ударного объема в качестве информативного контролируемого параметра
Воздействие на биообъект рассмотренными видами токов, и прочими токами применяемыми в физиотерапии вызывает широкий спектр локальных эффектов и, как конечный результат их действия, ряд ответов организма [6, 7, 8]. Основными биофизическими и биохимическими эффектами, вызываемыми воздействием тока являются: - ганглиоблокирующий; - эффект электростимуляции гладкой и исчерченной мускулатуры; - непроизвольное сокращение мышц; - возбуждающее действие на нервно-мышечный аппарат; - обезболивающий эффект; - трофический эффект; - раздражающий эффект; - введение в организм лекарственных веществ соответственно поляр ности их ионов. При этом говорить о полном отсутствии воздействия на организм в целом, а также об отсутствии побочных эффектов от электрофизиотерапевтических процедур неправомочно. Сбои в работе организма во время непосредственного проведения электрофизиотерапевтических процедур имеют место в повседневной практике лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ). Подобные случаи, как правило, не афишируются, однако зафиксированы в источниках информации [9, 10, 11]. Указанные нарушения часто не приводят к летальному исходу, однако служат веским основанием для отмены физиотерапии, что в свою очередь снижает эффективность комплексного лечения и удлиняет период лечения и восстановления. Увеличение длительности лечения увеличивает срок пребывания больного в стационаре, что в свою очередь вызывает прямые экономические потери ЛПУ. А этот вопрос в настоящее время весьма актуален.
Из сказанного следует, что в процессе токового воздействия необходимо не допускать описанных ситуаций. А это возможно лишь при контроле параметров организма во время токового воздействия.
Как отмечается в [12, 13, 20], наибольшую сложность для контроля общего состояния организма представляет нахождение его параметра, объективно характеризующего это состояние и однозначно изменяющего под действием определенного вида создаваемого аппаратом воздействия, т.е. проблема отыскания откликов со стороны различных систем,организма и выявления их зависимости от величины воздействия.
По данным многих исследователей [ 13, 1 4, 1 5] функциональное состояние человека, прежде всего, зависит от состояния ССС, что обусловлено, в первую очередь, ее функцией - обеспечением кислородом всех органов и тканей. Влияние нервной системы на функциональное состояние человека оказывается доминирующим и сказывается в основном лишь в предпроце-дурный период (страх перед болезненностью процедуры и т.д.) и при хронических стрессах, что чаще всего обусловлено слишком высокими нагрузками на нервную систему и малым количеством отдыха. Повышенное влияние эндокринной системы на функциональное состояние человека обусловлено генетическими факторами, патологиями, применением определенных лекарств, что редко имеет место. Состояние иммунной системы, прежде всего, обусловлено генетически и видом трудовой деятельности.
Учитывая вышеперечисленное, можно утверждать, что именно ССС оказывает доминирующее влияние на состояние человека, поэтому предлагается контролировать именно ее функционирование при электрофизиотера-певтических процедурах. В то же время параметров ССС очень много (около 150), число наиболее важных из них составляет примерно 35. Среди них: - частота сердечных сокращений; - ударный объем; -давление систолическое; - давление диастолическое; - давление пульсовое; - давление среднегемодинамическое; - конечно-систолический объем; - фракция выброса; - минутный объем; - сатурация; - параметры пульса; - параметры электрической активности сердца; - периферическое сопротивление; и другие. В литературе среди наиболее важных параметров ССС выделяют частоту сердечных сокращений (ЧСС) и другие параметры пульса, изменение которых и предлагают контролировать во время физиотерапевтических процедур и физических тренировок [12, 13, 17, 18]. Однако, изменения значений данных параметров обусловлены действием не только состоянием ССС, но и рядом других факторов: психоэмоциональным состоянием, преобладанием типа нервной системы и т.п. Поэтому в качестве источника информации о состоянии ССС организма, на наш взгляд, наиболее целесообразно использовать комплексные параметры, менее подверженные влиянию вышеуказанных факторов. В качестве такого параметра (подробно в работах [17, 18, 19, 20, 21], в том числе с участием автора) предлагается использовать ударный объем (SV - Systolic Volume, между нар.) — количество крови, выбрасываемое в аорту за одно сокращение желудочка. Это интегральный параметр, определяемый множеством внутренних факторов организма и внешними воздействиями. Он инвариантен относительно психоэмоционального состояния человека, что повышает объективность оценки по этому параметру состояния ССС, и он одинаков для левого и правого желудочков. Также может иметь названия - ударный выброс, сердечный выброс, мгновенный выброс, систолический объем, систолический выброс. В состоянии покоя значение SV у человека составляет порядка 55-65 мл/уд.. При физической или иной нагрузке организма ударный объем может возрастать в несколько (3 - 5) раз, достигая у тренированных людей 250 мл/уд. и более [21]. Изменение ударного объема, сопутствующее токовым процедурам, подробно рассмотрено и доказано в работах, в том числе с участием автора [18, 19]. Это позволяет говорить о целесообразности контроля именно удар ного объема при токовом воздействии. В таблице 1.5 представлены значения ударного объема, соответствующие различным нагрузкам: токовой - аппарат «Амплипульс» и физической -стандартный тест велоэргометрии. Данные таблицы 1.3 показывают значительную нагрузку на сердце при воздействии током, эквивалентную сильной физической работе, что косвенно подтверждает высокую значимость и необходимость контроля ударного объема при токовом воздействии.
Математическая модель функционирования сердечнососудистой системы, учитывающая влияние токового воздействия на ударный объем
Проведенный анализ девяти известных методов контроля ударного объема крови указал на то, что для контроля ударного объема при косвенном воздействии электрическим током, очевидно, пригодны лишь эхотомоскопи-ческий, тахиосциллографический, метод термодилюции и Стараа. Только эти методы не имеют прямого электрического контакта с объектом, то есть они электросовместимы. Однако, термодилюция, связанная с введением катетера в сердце, инвазивна и опасна. Метод тахиосциллографии механический и низко точный. Формула Старра получена имперически и неадекватна. Из электросовместимых метод эхотомоскопии, является наиболее подходящим для непрерывного контроля ударного объема крови, но высокая стоимость оборудования для реализации метода и необходимость постоянного наличия оператора - специалиста высокой квалификации в значительной мере ограничивают применение данного метода.
Таким образом, становится очевидным, что метода контроля ударного объема позволяющего контролировать его при токовом воздействии с достаточной точностью и быстродействием с обеспечением безопасности не существует. Следовательно, задача разработки объективного, простого и безопасного метода контроля ударного объема, совместимого с электрофизиотерапией, является актуальной. Решению этой задачи посвящена настоящая диссертационная работа.
Целью работы является разработка метода и средства неразрушающего экспресс-контроля ударного объема, совместимого с электрофизиотерапией и обеспечивающего возможность управления средствами токового воздействия. Для достижения поставленной цели в работе, наряду с решенными в данной главе, необходимо решить следующие задачи: 1 Разработка на основе эхотомоскопического метода контроля исследовательского комплекса. 2 Исследование принципа контроля ударного объема, включая: - разработку модели ударного объема SV, описывающей его связи с внутренними и внешними факторами и учитывающей влияние параметров токового воздействия; - экспериментальные исследования характера влияния параметров то кового воздействия на изменение ударного объема; _, 3 Разработка алгоритма контроля ударного объема; 4 Обоснование режимов контроля ударного объема; 5 Метрологический анализ метода контроля ударного объема и экспериментальное подтверждение его работоспособности; 6 Разработка средств контроля. 1 Проведенный анализ характера влияния токовой физиотерапии показал, что неконтролируемое изменение состояния сердечнососудистой системы, сопутствующее токовому воздействию, может приводить к негативным последствиям, на основании чего обоснована необходимость в получении объективной информации о фактическом состоянии ССС, 2 В качестве информативного комплексного параметра, объективно ха рактеризующего состояние ССС при токовом воздействии, целесообразно использовать ударный объем SV, при этом критерием принятия решения мо жет быть как значение ударного объема, так и относительное увеличение х ударного объема SV при токовом воздействии к его начальному значению SV». 3 По результатам анализа объекта и условий контроля обоснованы требования к методу контроля ударного объема, базовыми из которых являются электросовместимость, безопасность, быстродействие, простота и низкая стоимость. 4 Проведенный обзор и анализ существующих методов контроля ударного объема показал, что ни один из них не удовлетворяет предъявляемым требованиям, на основании чего обоснована необходимость разработки нового метода неразрушающего экспресс-контроля ударного объема. 5 В качестве образцового метода измерения ударного объема при проведении экспериментальных исследований в условиях токового воздействия выбран метод эхотомоскопии, обеспечивающий электросовместимость и безопасность при хорошей точности. В работе рассмотрен ряд известных моделей сердечнососудистой системы и сердца. Анализ моделей проводился по следующим критериям: - возможность выражения из модели значения ударного объема SV; - возможность практического расчета значения ударного объема по параметрам связанным с ударным объемом и поддающимся измерению неэлектрическим методом; - учет моделью влияния параметров токового воздействия на ударный объем. Модель, представленная в работах В.Б. Парашина и Г.П. Иткина [32], описывает работу сердца со стороны энергетического подхода. Ударный объем в модели связан с энергетическими параметрами сердца: работой, мощностью, коэффициентом полезного действия. Указанные параметры определяются связью с ударным объемом следующей зависимостью: Использовать эту модель для выявления связи с влияющими на ударный объем параметрами не возможно, так как она их не учитывает. Модель сердца, полученная под руководством Мархасина [33], описывает его сократительную способность и структуру на клеточном уровне. Отмечается высокая точность и адекватность модели. Однако она состоит из множества дифференциальных уравнений. Модель теоретическая, с практической точки зрения для решения поставленных в работе задач интереса не представляет. В модели Лищука-Мостковой-Ведру [34, 35, 36] для имитации участков сердечнососудистой системы применено «камерное» моделирование, то есть система представлена в виде камер. Использована электрическая схема замещения сердечнососудистой системы. При этом сосуды описывают с помощью свойств эластичности (электрическая емкость С), сопротивления (электрическое сопротивление К) и инерционности (индуктивность L). На основе такого подхода установлена общая структура модели гемодинамики и построено 9-камерное описание сосудистых участков модели [36].
Математическое описание сосудистой системы выражается в модели системой соответствующих дифференциальных уравнений состояния. Поведение сократительных элементов сердца в течение сокращения описывается с помощью их закона сокращения, который выведен на рснове закона Стар-линга для сердца [37].
Экспериментальные исследования погрешности метода контроля
Анализ полученной модели позволил предложить новый принцип контроля ударного объема, который заключается в использовании выявленного в результате проведенных теоретических исследований характера взаимосвязи ударного объема с систолическим и диастолическим давлением, частотой и ритмичностью сердечных сокращений, а также с функцией влияния токового воздействия.
Указанные параметры являются индивидуальными и однозначно характеризующими фактическое состояния сердечнососудистой системы при косвенном воздействии электрическим током физиотерапевтического диапазона или его отсутствии. Ударный объем предлагается определять косвенным методом из выражения (2.13) с учетом (2.14) путем предварительного измерения значений Ps, PD, HR неэлектрическим методом и оценки ритмичности при отсутствии токового воздействия и при его наличии.
Предварительный анализ предложенного принципа показывает, что разработанный на его основе метод контроля ударного объема будет удовлетворять предъявленным выше требованиям, поскольку измерение указанных параметров широко применяется на практике, в частности при тонометрии. При этом эти измерения электросовместимы, безопасны, не требуют больших затрат времени и реализуются сравнительно простыми и дешевыми автоматизированными и автоматическими средствами измерений.
Для реализации предложенного принципа, однако, необходимо решить комплекс научных и технических задач по разработке метода контроля, первостепенной из которых является задача определения вида и характеристик функции влияния электрического токового воздействия на ударный объем а(г). Решить теоретически эту задачу не представляется возможным.
Для реализации предложенного в п. 2.2 принципа контроля ударного объема необходимо знать функцию влияния токового воздействия на ударный объем. Данный вопрос ранее не исследовался. Нет информации о том, какие параметры токового воздействия оказывают влияние на ударный объем и каков характер этого влияния. Первостепенной задачей реализации нового метода контроля является получение функции влияния сг(/), входящей в основное уравнение контроля (2.13).
Для обоснования выбора режимов контроля необходимо также исследовать объект контроля и сам контролируемый параметр — ударный объем. Ударный объем - это параметр, изменяющийся при каждом сердечном сокращении, при этом задачей контроля ударного объема при токовом воздействии является определение некоторого усредненного значения ударного объема. Необходимо рассмотреть, как изменяются отдельные значения ударного объема при каждом сердечном сокращении, каков разброс значений ударного объема и оценки закона распределения вероятности этих значений.
В соответствии с проведенными рассуждениями сформулированы задачи экспериментальных исследований данной главы, которые заключаются в следующем: - определение характеристик токового воздействия, оказывающих влияние на ударный объем; с - исследование закона распределения вероятности значений ударного объема при каждом сердечном сокращении; - определение вида функций влияния различных характеристик токового воздействия на ударный объем; - определение параметров функций влияния характеристик токового воздействия на ударный объем. Разработан комплекс для экспериментальных исследований ударного объема. Целью разработки комплекса явилось обеспечение возможности мониторинга действительных значений ударного объема при каждом ударе сердца на протяжении длительного интервала времени при достижении приемлемой точности. Основные технические проблемы заключались в минимизации времени измерения отдельного значения ударного объема до значений, позволяющих вести непрерывный мониторинг этих значений при каждом ударе, а также сохранение большого массива данных с последующим их анализом. Структурная схема разработанного комплекса представлена на рисунке 2.4. Базовым измерительным элементом комплекса является эхотомоскоп ЭТС-ДМУ-02-02 [49]. Основные технические характеристики эхотомоскопа и его настройки сканирования, применявшиеся в работе, представлены в таблице 2.1. Представленный аппарат в полной мере реализует возможности М-модального сканирования, позволяет измерять 25 геометрических и временных параметров сердца, в том числе ударный объем методом Тейхольца. Погрешность измерения линейных размеров нормирована уровне 1 мм, погрешность измерения ударного объема не превосходит 4 мл. Аппарат не имеет электрического контакта с телом пациента, ультразвуковые датчики электро-и водоизолированы.
Параметры эхотомоскопа удовлетворяют выдвинутым требованиям электросовместимости, безопасности. Однако эхотомоскоп имеет ряд недостатков в отношении быстродействия и точности измерения. Эхотомоскоп формирует эхограмму, состоящую из 2-5 циклов, типовой вид которой представлен на рисунке 2.5. Измерение указанных на рисунке параметров производится вручную в режиме паузы. При этом возможность позиционирования измерительного курсора встроенными средствами эхото-москопа не позволяет устанавливать его на границы с достаточной точностью вследствие большого шага перемещения курсора, что ограничивает точность измерений ударного объема. При этом разрешающая способность кадра позволяют позиционировать курсор точнее.
Принципиальная схема устройства
Эхотомоскоп при его использовании указанным в инструкции способом позволяет измерять ударный объем за время порядка 60 с. При тренировке оператора время можно снизить до 20 с. Очевидно, такое время при частоте сокращений сердца от 1 до 2 Гц не обеспечивает возможность непрерывного мониторинга ударного объема при каждом сердечном сокращении.
Предложена модификация метода эхотомоскопии, позволяющая измерять ударный объем в каждом цикле с повышенной точностью. Для этого в комплекс включено устройство фоторегистрации Lumix DMC-LZ2 с физическим разрешением матрицы 5,2 Мпк размером 2,5", размером отснятого кадpa 2560x1920 при времени экспозиции - 60 мс (развернутые технические характеристики фотокамеры представлены в приложении А). Фотокамера фик-сируется на штативе неподвижно по отношению к экрану эхотомоскопа с контролем горизонтальности перед началом экспериментов. Управление процессом производится пультом дистанционного управления.
Установка и контроль правильности установки фокальной плоскости фотокамеры относительно экрана эхотомоскопа производилась при помощи лазерного дально/угломера Leica DISTO D3, технические характеристики которого указаны в приложении А. Погрешность установки фокальной плоскости относительно плоскости экрана не превосходила единиц угловых минут.
Перед началом экспериментальных исследований при помощи эхотомоскопа встроенными средствами измерения размечены размерными линиями известной длины /т (5 мм, 10 мм, 15 мм) пять кадров. Далее произведена их съемка. Длина размерных линий /Ац на кадрах измерялась в программе Nemetchek Allplan 2005. Таким образом, получена их длина в программе. Затем размер изображений масштабировался с сохранением пропорций сторон до совпадения длины линий в программе с их длиной, измеренной томоско пом с точностью до 0,1 мм. Полученное отношение s = /т А11 является коэффициентом масштабирования. Размеры каждого измеряемого изображения фиксированного разрешения в последующем автоматически уменьшались в s раз. Так гарантировалась точность измерения и упрощалась процедура измерения ударного объема.
Для получения одного отсчета датчик эхотомоскопа устанавливается в парастеральную [18] позицию на объекте исследования. Далее томоскоп переводится в режим одномерной временной развёртки (режим М-модальный); При наличии изображения, содержащего 2 — 3 кардиоцикла на экране эхотомоскопа и нахождении линии сканирования экрана в крайнем правом положении, изображение фиксируется фотокамерой. При этом в атрибуты файла автоматически добавляется время произведения съемки.
При проведении экспериментов комплексом производится фиксация изображений каждого удара в необходимой серии. Различные серии маркируются условными символами. Таким образом обеспечивается получение массива фотоизображений в сериях. По этому массиву производится измерение конечного систолического LVs и диастолического LVd диаметров левого желудочка сердца и времени сокращения сердца Т по методу Тейхольца (раздел 1.4). Каждый результат измерений соотносится со временем воздействия. Далее численные значения LVs и LVd передаются в Mathcad. По этим двум значениям автоматически рассчитываются систолический EVs, диастоличе-ский EVd объемы и ударный объем SV. Частота сердечных сокращений определяется как величина, обратная Т. Конечные результаты вычислений сохраняются в программе MS Excel.
Точность оцифровки проверена путём сравнения результатов с образцовым методом высокого разрешения, реализуемым ...кардиоанализатором (точность ± 1 мл). На основании метрологической аттестации комплекса установлено, что предельная погрешность определения SV не превышает ± 2 мл.
В качестве устройства воздействия током, руководствуясь результатами анализа применяемых физиотерапевтических токов и устройств их воспроизведения, выбраны аппараты для среднечастотной электрофизиотеапии «Амплипульс-7» и «ДТ-50-3». Аппараты являются аттестованными медицинскими приборами, лицензированными и допущенными к практическому применению, что обосновывает и допускает их использование при эксперименте.
Соединение аппаратов с субъектом осуществляется посредствам изолированных проводов, присоединяемых к аппарату электроизолированным разъемом, а к электродам — зажимами типа «крокодил». Электроды, осуществляющие непосредственный электрический контакт с объектом, выполнены из токопроводящей бумаги на клейкой основе. При использовании электроды наклеиваются на объект, чем обеспечивается гарантированная площадь контакта и защита от нарушения этого контакта.
При выборе аппаратуры в составе экспериментального комплекса для измерения артериального давления, частоты и ритмичности сердечных сокращение руководствовались следующими требованиями: - минимальное время измерения; - минимальное время релаксации объекта исследования до следующего получения отсчета; - максимальная точность измерения; - возможность непрерывного мониторирования параметров; - медицинские рекомендации по применению. Проведенный анализ медицинских рекомендаций по применению тонометров для измерения артериального давления [19] и технических характеристик выпускаемых тонометров показал, что: - для использования у людей разного возраста подходят только тонометры, манжета которых надевается на плечо, что объясняется состоянием сосудистой системы и ее выраженными возрастными изменениями на запястье, влияющими на результат измерения; - размер манжеты влияет на точность измерения, при этом универсальной манжетой для людей возраста от 20 до 80 лет, обеспечивающей нормируемую точность измерения давления, является манжета, шириной 18 см. - автоматические тонометры дают преимущество в быстродействии над полуавтоматическими.
