Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор работ по методам исследования нестационарной фильтрации 9
1.1 Аппаратура и методы исследования гидродинамики в пористых средах 9
1.2 Методы использования капиллярно-пористых тел 13
1.3 Методы исследования нестационарной гемодинамики 18
1.4 Постановка задачи 22
2 Аппаратура и методы исследования деформируемых пористых сред 23
2.1 Ротаметр с ферритовым кипящим слоем 23
2.2 Регулирование расхода через зернистый слой магнитным полем 34
2.3 Исследование деформации зернистого слоя давлением 43
2.4 Регулятор пространственного распределения скорости по сечению канала 49
3 Прикладные аспекты зернистого слоя в медицинских задачах 55
3.1 Использование не деформируемых пористых упаковок в приборах гипоксическои гиперкапнии 55
3.2 Применение деформируемых пористых сред в приборах гипоксическои гиперкапнии 60
3.3 Экспериментальная апробация и прогнозирование развития приборов гипоксическои гиперкапнии 63
4 Экспериментальные методы диагностики пульсовой волны 68
4.1 Аппаратура и методы измерения 69
4.2 Экспериментальные данные по исследованию пульсовой волны и их обсуждение 82
Заключение 97
Список условных обозначений 99
Список литературы 103
Приложения 113
- Методы исследования нестационарной гемодинамики
- Регулирование расхода через зернистый слой магнитным полем
- Экспериментальная апробация и прогнозирование развития приборов гипоксическои гиперкапнии
- Экспериментальные данные по исследованию пульсовой волны и их обсуждение
Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время имеется потребность в создании новой медицинской аппаратуры и соответствующих экспериментальных методик. Например, при фильтрации воздуха в легких для создания гипоксической гиперкапиии или фильтрации биологических жидкостей в почках, печени и кровеносных сосудах требуется измерение и управление расходом жидкости и газа. По статистике смертность в результате заболевания сердечно-сосудистой и легочной систем человека занимает одно из первых мест. Это обстоятельство требует новых приборов диагностики и устройств воздействия на организм человека.
В медицине доказано, что нехватка во вдыхаемом воздухе кислорода 02 (гипоксия) и избыток углекислого газа С02 (гиперкапния) оказывает на организм стрессорный эффект. В результате сосуды во всей системе, для выполнения функции доставки кислорода и вывода углекислого газа, стремятся увеличить сбои поперечные сечения. Многочисленные медицинские опыты показали, что тренировкам легко потдаются не только мышцы, как у спортсменов, но и кровеносные сосуды. Так, опыты на крысах, которые были разделены на две группы, (одна из них подвергалась тренировке в течение месяца по 20 мин в сутки готовой газовой смесью) показали увеличение устойчивости головного мозга к ишемии в 2-3 раза. Этот эффект позволяет снизить риск при оперативных вмешательствах, где возможна остановка кровообращения. Кроме этого результатом других медицинских экспериментов по тренировке гипоксической гиперкапнией, явилось увеличение проходного сечения сосудов, особенно мелких, почти не влияющих на перенос крови до тренировок. Это дает эффект резервного питания в случае закупорки сосудов, осуществляющих основную доставку крови. У здоровых людей в следствии тренировок, улучшается самочувствие, пропадает сонливость, дети начинают лучше учиться в школе.
Чтобы создать дозированную гипоксическую гиперкапнию прибегают к использованию готовой газовой смеси, что требует наличия наркозных аппаратов или барокамер и стоит весьма недешево. Более простой способ получения С02 состоит в повторном вдыхании части выдохнутого воздуха. В настоящее время отечественной промышленностью не выпускаются приборы такого направления. Обзор современных публикаций говорит, что имеющиеся близкие по назначению устройства не достаточно эффективны, либо направлены на другое действие, например, известный аппарат Фролова, тренирует мышечную систему.
Одним из наиболее перспективных направлений профилактики нарушений фильтрации крови в организме человека является разработка методов ранней диагностики атеросклероза. В настоящее время основная диагностика атеросклероза основывается на ультразвуковом исследовании. В последние годы, с этой же целью, используется исследование дисфункции эндотелия, как наиболее раннего функционального проявления атеросклеротического процесса. Отсюда, существенно вырос интерес к диагностике атеро склеротических изменений сосудистой стенки на основе измерения СРПВ (скорости распространения пульсовой волны) и спектра пульсовой волны. Более того, отклонение СРПВ от нормы провозглашен как новый, независимый фактор риска ишемической болезни сердца. Это потребовало разработки адекватных методов измерения СРПВ, Однако, на Западе пошли дорогостоящим и технически сложным путем использования с этой целью ультразвуковой допплерографии (УЗДГ). Разработанный Nichols и ОДигке в 1998 году ультразвуковой метод определения СРПВ является технически сложновыполнимым, дорогостоящим и нереальным для ранней диагностики большого количества населения.
Первый спектральный анализ пульсовой волны проводил Broemser в 1914 году, затем Hansen в 1949 г, Fergusson, Wells в 1959 г, Ф. Ф. Гетман в
1960 г. В этих исследованиях определялся состав гармоник, который бы мог с помощью обратного преобразования Фурье восстановить приблизительную картину пульса. Были попытки проанализировать сходства и различия между спектром пульса человека и различных животных. Но на тот момент времени спектр пульсовой волны не рассматривался с точки зрения диагностической информации, и эта тема долго оставалась без внимания. По мере развития медицинской аппаратуры и диагностики многие исследования приобретают новую актуальность и значимость. Известно, что в тибетской медицине по пульсу определяют более 100 болезней организма человека. В одном из вариантов, пульсовая волна снимается по методике Цунь Коу Май в точках Цунь, Гуань, Чи рисунок 1.
Левая рука Правая рука
Рис. 1 Точки снятия пульса
По этому учению, точки пульсов Цунь, Гуань, Чи расположены на меридиане легких. Позиции, используемые для исследования пульсов, имеют связь с функциональными системами, включающими внутренние органы, их функции, наружные и внутренние энергетические каналы, структуры и части тела. Говоря современным языком, жизнедеятельность внутренних органов накладывает свой отпечаток на спектр и скорость распространения пульсовой волны (Васант Л. 2004; Якушкин М. 2004). Из этого следует актуальность задачи получения спектра пульсовой волны в широком диапазоне с последующей его обработкой на персональном компьютере.
Решение поставленной задачи позволит улучшить техническое оснащение медицины, в результате чего для практического здравоохранения будут доступны новые приборы, с новыми и более совершенными методами диагностики и воздействия на сердечно-сосудистую и легочную систему человека. А устройства, регистрирующие пульсовую волну человека, на базе современных компьютеров дадут возможность проведения дальнейших медицинских исследований, а так же более тонкой и ранней диагностики заболеваний ишемической болезни сердца и инсультов.
Целью исследования является разработка новых методов измерения пульсаций давления и расхода жидкости, а также аппаратной базы для регулировки расхода жидкости и газа по длине и сечению канала в широком диапазоне чисел Рейнольдса, которые могут быть использованы при фильтрации в нестационарной гемодинамике для диагностики и воздействия на сердечно-сосудистую и дыхательную систему человека. При этом ставились следующие задачи:
Разработка устройств фильтрации воздуха, позволяющих плавно дозировать содержание углекислого газа и кислорода в медицинских комплексах по гипоксической гиперкапнии.
Разработка экспериментального метода фильтрации, позволяющего расширить диапазон измерения расходных скоростей в ротаметрах.
Создание устройства быстрого изменения расхода жидкости и газа по длине и сечению канала, с использованием особенностей фильтрации жидкости через деформируемый зернистый слой.
Разработка устройства регистрации и обработки пульсовой волны, для исследования нестационарной гемодинамики при фильтрации крови.
Научная новизна
Экспериментально разработаны и научно обоснованы новые методики:
Метод регулировки расхода и расслоения выдыхаемого воздуха человеком за счет деформации пористой среды или изменения количества проводящих каналов.
Метод расширения диапазона измерения расхода в расходомерах постоянного перепада давления, с помощью ферритового кипящего слоя.
3. Получение и обработка спектра пульсовой волны на основе использования звуковой платы персонального компьютера.
Практическая значимость результатов работы заключается в создании новых приборов по воздействию на дыхательную и сердечнососудистую систему человека, используемых в практической медицине.
Основные положения представляемые к защите
Новый класс устройств по созданию гипоксической гиперкапнии с применением деформируемых и не деформируемых капиллярно-пористых тел.
Экспериментальное доказательство увеличения диапазона измерения в расходомерах постоянного перепада давления при использовании кипящих слоев из ферритовых частиц.
Новые устройства управления потоком жидкости и газа за счет деформации пористых сред.
Устройство для получения спектра пульсовой волны с использованием звуковой платы персонального компьютера.
Методы исследования нестационарной гемодинамики
В последние годы капиллярно-пористые тела приобретают все большую популярность, в науке и технике. Связано это, безусловно, с ростом прогресса и возрастающей значимостью экологии и медицины. Огромное количество работ посвящено исследованию фильтрации жидкостей и газов (Накоряков Е.В., Горелик Р.С, Евсеев А.Р.; Балакриашнан А. 1988; Луцых Р.В. и др 1992; Смирнов Г.Ф., Цой А.Д. 1999; Заславский Ю.М. 2003) и их использования в народном хозяйстве нефтегазодобывающей промышленности космонавтики и в других областях.
В медицинских задачах существует актуальность создания экзогенной гипоксии и гиперкапнии для исследования мозговой гемодинамики за счет вдыхания готовых газовых смесей с той или иной концентрацией 02 и С02 (Алешин И.А., 1997; Yoshioka Н., Miyake Н„ Smith D. et ah, 1995; Clar С, Pedersen M., Poulin M. et al., 1997). Так для оценки перфузионного резерва мозгового кровообращения применяется гиперкапническая проба (Шахнович A.P., Шахнович В.А., 1996; Верещагин Н.В., Бархатов Д.Ю., Джибладзе Д.Н., 1999; Карпочев М.В., Лелюк В.Г., Кутузова А.Б. и соавт., 2001; Reith W., Pfadenhauer К., Loeprecht Н., 1990; Babikian V., Wechsler L., 1993; Baptista A., Ribeiro J., 1998). Вдыхание в течение 1 минуты 5-7% смеси С02 с воздухом приводит к возрастанию линейной скорости кровотока в артериях мозга и снижению регионального сосудистого сопротивления (Куликов В.П., 1997; Auer L., 1978; Babikian V., Wechsler L., 1993; Takahara Y„ Sudo Y„ Nakano H. et al., 2000). В диссертационной работе (Беспалов А.Г. 2003) доказан положительный эффект влияния гипоксической гиперкапнии на мозговую гемодинамику и толерантность головного мозга к ишемии. Медицинские работы (Mogozov А.1995; Куликов В.П 1996; Gerasimenko I. 1997; Куликов В.П 1997; Безматерных Л.Э 1998; Куликов В.П 1998; Киселев В.И. 1998; Безматерных Л.Э; Doronina NX. 1999; Kulikov V.P 1999) указывают на актуальность создания приборов получения гипоксии и гиперкапнии одновременно.
Способ создания гипоксии и гиперкапнии, с помощью готовых газовых смесей, является самым надежным, поскольку известна концентрация вдыхаемых газов. Однако, в связи с необходимостью использования барокамер, наркозных аппаратов, газоанализаторов, этот способ является трудоемким и мало используется в повседневной практике (Косицкий Г.И., 1987; Карпочев В.М., Лелюк В.Г., Кутузова А.Б. и соавт., 2001).
Ряд авторов рекомендует упрощенный вариант создания гиперкапнии путем проведения пробы с задержкой дыхания. Эта проба приводит к увеличению концентрации эндогенного СОг и снижению 02 и, как следствие, к увеличению пиковой систолической скорости кровотока в интракраниалъных артериях на 20-25% (Markus Н., Harrison М., 1992), по другим данным (Peters P., Claridge К., Browse N., et al., 1994) на 8,8-12,2%.
Основной недостаток пробы с задержкой дыхания заключается в невозможности стандартизации уровня гиперкапнии. (Москаленко Ю.Е., Бекетов А.И., Орлов Р.С., 1988; Muller М., Voges М.5 Piepgras U., 1995). Еще одним вариантом создания гипоксии и гиперкапнии является метод возвратного дыхания (Холден Д.С., Пристли Д.Г., 1937; Фарфель B.C., 1965). (Холден Д.С, 1937) впервые установил, что при дыхании через дополнительный объем «мертвого» пространства (ДОМП) уровень парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе снижается, а углекислого газа повышается. Метод привлекателен тем, что позволяет создать определенный уровень 02 и С02 изменяя объем дополнительного «мертвого» пространства, а также относительной технической простотой и дешевизной (Косицкий Г.И., 1987). Для увеличения объема «мертвого» пространства многие авторы использовали дыхание через трубки различной длины (Холден Д.С, Пристли Д.Г., 1937; Фарфель B.C., 1965; Косицкий Г.И., 1987). В опытах (Зверьковой Е.Е. 1982) использовалось устройство, выполненное в виде параллельно расположенных лабиринтных каналов, образованных перегородками, установленными внутри корпуса. Такие устройства не позволяли плавно дозировать содержание С02 по вдыхаемом человеком воздухе. Владимир Фролов разработал - тренажер дыхания, авторскую систему дыхательной гимнастики (патент N 2123865 - Способ тренировки дыхательной системы). Первые исследования были проведены во 2-м московском медицинском институте им. Н.И. Пирогова в 1989 г., было установлено, что аппарат можно использовать для проведения лечебного дыхания в режиме сопротивления дыханию на вдохе и выдохе, в режиме дыхания в условиях гиперкапнии и умеренной гипоксии. Этот аппарат имеет основную направленность на тренировку мышечной системы легких, и также не обладает плавной регулировкой концентрации углекислого газа.
На территории бывшего СССР существует несколько моделей устройств такого класса, например «Устройство для нормализации функций дыхательной системы» [Авт. Свидетельство СССР № 1123692, кл. А 61 И 31/02,] содержащее корпус с регулируемой емкостью «мертвого» пространства. Регулируемый объем выполнен в виде установленной на кольцевой мягкой основе эластичной мехообразной камеры с эластичными дыхательными шлангами и шлейками. Недостатком устройства является низкая точность регулировки поддерживаемой концентрации. Известно устройство «Устройство для нормализации функций дыхательной системы» [Авт. Свидетельство СССР № 747474, кл. А 61 Н 31/02], представленное корпусом из органического стекла с емкостью "мертвого" пространства в виде параллельно расположенных лабиринтных каналов с площадью поперечного сечения, близкой к площади поперечного сечения трахеи. Регулируемый объем дополнительного мертвого пространства состоит из объемов 500 мл, 1000 мл, 1500 мл, 2000 мл. Это обеспечивает дозирование гипоксической гиперкапнии. Для уменьшения турбулентности и смешивания порций выдыхаемого воздуха предложены так называемые "закругления" см. рис. 1.2.
Регулирование расхода через зернистый слой магнитным полем
Для оценки зависимости изменения пористости от давления использовалась установка, блок-схема показана на рис. 2.18. Сосуд 1 крепился на штоке соединенном с поршнем 2, скользящем в цилиндре с испытуемым эластичным зернистым слоем 3. Перемещение поршня относительно стеклянного цилиндра фиксировалось датчиком 4. Вся конструкция располагалась на электронных весах 5.
Стеклянный цилиндр диаметром 14 мм, имеющий плоское не герметичное дно, заполнялся резиновыми стержнями диаметром и длинной 1 мм, образуя пористый слой высотой 8 мм. Сверху, как показано стрелкой на рис. 2.18, он деформировался через шток металлическим поршнем. На верхней части штока был закреплен сосуд. На корпусе стеклянного цилиндра устанавливался датчик перемещения, индикатор ИЧ 10 ДМ часового типа класса 0. Измерительный шток индикатора упирался в сосуд и фиксировал перемещения. Шток поршня в верхней части придерживался бронзовой втулкой. Вся эта конструкция ставилась вертикально на электронные весы РС-100W/1. Для уменьшения систематической погрешности, уменьшалась сила трения поршня о цилиндр и штока о втулку с помощью силиконовой смазки. Оценка силы трения осуществлялась методом взвешивания цилиндра и измерения массы при перемещении поршня вверх и в низ при отсутствии в цилиндре эластичных частиц. Эта установка при относительно простой конструкции давала возможность измерения зависимости перемещения поршня от давления, возникающего в результате наливания или отбора воды из емкости, при одновременном контроле массы с небольшой систематической погрешностью, и небольшой трудоемкостью проведения многократных измерительных экспериментов. Так как масса всей конструкции изменялась только от воды, то приращение общей массы возникало через давление на деформируемый пористый слой. При исследовании указанных частиц (Кандауров О.Н. 2005) выполненных из резины марки EPDM, на основании 30 циклов заполнения и спуска воды, получен усредненный график (рис 2.19) зависимости перемещения поршня от давления (кривая №1). На графике (рис 2.19) по оси абсцисс отложено перемещение в миллиметрах, где за нулевую точку отсчета бралось состояние с пустым сосудом 1 (рис. 2.18). Пунктирной линией (рис. 2.] 9) показано перемещение, при котором пористость є становится равной 0. По оси ординат отложено давление, полученное при измерении электронными весами общей массы. При проведении опытов температура окружающей среды составляла 22 С. При этом, для кривой № 1, максимальная приведенная погрешность составила 14%.
Т.к. площадь поперечного сечения в цилиндре зернистого слоя, при деформации, оставалась без изменений, то показания датчика перемещения можно интерпретировать как изменение пористости є.
В процессе проведения измерений, при монотонном увеличении и понижении давления, обнаружен гистерезис в образовании точек кривых. Деформации с увеличением давления от 0 до 10 кг/см2 и обратно образовывали кривые №2 и №3 рис 2.19 с относительной случайной погрешностью 5%. Если уменьшать в экспериментах верхний придел давления деформации, то кривые, построенные по точкам при деформации с увеличением давления и деформации с уменьшением давления, изменяясь, не совпадали с предыдущими, оставаясь между кривыми 2 и 3 рис. 2.19. Это явление, дающее основную случайную погрешность (13%), происходило из-за трения деформируемых частиц о стенку цилиндра, изменяющуюся вследствии перераспределения давления. Данное перераспределение зависит от отношения диаметра цилиндра к высоте зернистого слоя (Аэров М.Э., Тодес О.М., 1968.). Поэтому начальная высота зернистого слоя LQ выбиралась как можно меньше по отношению к диаметру цилиндра D. В свою очередь стремление отношения ведет к LQ— 0 при фиксированном D, или D— х при фиксированном LQ, ЧТО для проведения опыта недопустимо. Так как со стремлением толщины деформируемого слоя к нулю исчезает зернистый слой, а создание большого диаметра требует неоправданно больших затрат на материал и создание требуемых давлений. Рассмотрим более подробно это обстоятельство.
Применяемые частицы при доступных в эксперименте давлениях практически не меняют своего внутреннего объема. На основании этого можно записать соотношение: где - пористость зернистого слоя, Vceo6od объем не занятый частицами, У общий - общий объем, YJV I сумма всех внутренних объемов частиц слоя. Т.к. по эксперименту є имеет диапазон от начального значения равного 0,4 до 0 и исходя из равенства (2.4) и положения, что Уч = const находится диапазон изменения У0бщий а следовательно и диапазон изменения /\L, лежащий в пределе от LQ ДО О.бЬд, т.е. ДЛ—0.4 L0. Соответственно, при L— 0 измеряемая величина AL O, что наряду с исчезновением понятия зернистого слоя ведет к значительному увеличению ошибки эксперимента. Эта обусловлено естественным увеличением погрешности приборов при измерениях перемещений, стремящихся к 0. Кроме того, на сильно малых перемещениях уже нельзя пренебрегать тепловыми расширениями, деформациями металла и многих других факторов, которые могут возникать при проведении эксперимента.
Экспериментальная апробация и прогнозирование развития приборов гипоксическои гиперкапнии
Перемешивание вдыхаемого и выдыхаемого воздуха в мертвом объеме известных аппаратов происходило за счет молекулярной диффузии, что приводило к достаточно жесткому изменению концентрации углекислого газа в аппаратах по гипоксической гиперкапнии. Для более мягкого или плавного регулирования концентрации углекислого газа во вдыхаемом воздухе необходимо использовать системы с распределенными параметрами, такие как зернистые и пористые среды, в которых за счет пространственного распределения параметров можно получить плавное разбавление воздуха углекислым газом. В таких средах к молекулярному коэффициенту диффузии кроме конвекции добавляется релаксационные и флуктуационные составляющие. Для того, чтобы оценить коэффициенты продольной и поперечной дисперсии необходимо оценить соответствующее число Рейнольдса Re, которому эти коэффициенты пропорциональны. Для оценки возьмем объем воздуха 0,5 л. Этот воздух пропускается через зернистую среду общим диметром 8 см, наполненного шариками диаметром 1 см. Соответствующее число Рейнольдса где d - диаметр шарика зернистой среды, U - средняя расходная скорость, приведенная к незаполненному сечению канала, и у = 15 10 м/с кинематическая вязкость воздуха. При числах Рейиольдса меньше 100 режим течения в зернистом слое принято считать ламинарным, с наличием большого количества застойных зон и значительной извилистостью. В застойных зонах, образующихся в теневых областях, происходит накопление углекислого газа, который постепенно вымывается в проточные каналы. Меняя извилистость, пористость и количество элементов зернистого слоя можно, достаточно плавно, изменять содержание углекислого газа во вдыхаемом воздухе, поступающего из аппарата, наполненного зернистым слоем.
Если проанализировать развитие подобных устройств с точки зрения законов развития техники, то ясно прослеживается переход от жесткой системы трубки Пристли, плохо поддающейся регулировке, к системе с гибкими связями, что увеличивает динамичность и управляемость устройства. Следующий шаг, по законам развития техники, логично требует перехода на микроструктуру или к пористым или зернистым средам, а в дальнейшем и к системам, включающим поля и ферритовые жидкости, управляемые магнитным полем. Причем зернистый слой может быть как эластичным, так и твердым. В этом плане любопытно, что система гипоксической гиперкапнии становится симметричной живому легкому, в котором присутствуют и распределенная пористая среда и «мертвый» объем, равный примерно 0,15 л, в котором не происходит обновление вдыхаемого воздуха. Воздух в застойных зонах слабо обменивается с проточными каналами, и коэффициент эффективной диффузии растет прямо пропорционально числу Рейнольдса. Здесь следует подчеркнуть принципиальное отличие насыпного слоя, например, из шариков и пористой среды типа керамического или эластичного фильтра. Фильтр имеет непродуваемые поры, в которых при долгой работе могут накапливаться токсичные газы, а насыпной зернистый слой легко разбирается и дезинфицируется, что позволяет его многократно использовать на разных пациентах.
Следует отметить, что упрощенный вариант такого устройства был апробирован на пациенте, имеющем склонность к астматическим заболеваниям, и страдающим от атеросклероза и гипертонии. Результат оказался положительным. Больной возраста 70 лет, мужского пола, среднего телосложения на первой процедуре не смог выдержать тренировку более пяти минут при малом объем мертвого пространства в 150 мл. Через неделю тренировок, по разу в день, пациент смог увеличить время тренировок до 15 мин. После второй недели тренировок пациент нормально справлялся с дыханием через ДОМП в 300 мл. в течении 15 мин. Через месяц тренировок объем дополнительного объема мертвого пространства удалось увеличить до 450 мл. при дыхании в течении 15-17 минут.
Практика показала, что пульсовая диагностика различных заболеваний обладает значительными возможностями и по ряду определенных вопросов превосходит другие диагностические методы заболеваний атеросклероза, ишемической болезни сердца, инфаркта.
Нестационарная гемодинамическая диагностика по пульсам является одним из основных методов диагностики в классической китайской медицине. Она основана на представлении о том, что в районе лучезапястного сустава на лучевой артерии находится "начало и конец" всех меридианов. В настоящее время эти работы продолжаются. Однако, упорядоченной системы оценки состояния пациента в зависимости от особенностей пульса, до настоящего времени нет.
Встал вопрос о возможности исследования пульсовой волны с помощью современных подходов к получению и обработки информации с помощью компьютерными технологиями, с целью создания диагностического аппаратно-программного комплекса, который с одной стороны регистрировал пульсовые волны, а с другой позволял обрабатывать получаемые данные, с учетом всех известных сведений из области пульсовой, диагностики.
Предлагаемый метод диагностики основан на исследовании волновых процессов, отражающих функциональное состояние внутренних органов. Организм человека представляет собой, с точки зрения ритмических процессов, сложный набор колебательных систем разной частоты. Для здорового организма необходимо гармоничное сочетание, определенное соотношение по частотам, фазам, амплитудам волн идущим ОҐ-разньїх органов. Каждая система имеет свои доминирующие параметры, которые взаимодействуют с параметрами других систем организма и с внешними волновыми процессами. Каждый орган или система имеет собственные функциональные ритмы, где главным задающим ритмом является сердечный ритм. Но в организации кровотока участвуют и пульсации со стороны других органов, а так же сокращения сосудов, мышц, которые, как было обнаружено в последнее время, могут иметь стохастический характер. Пульсовая волна (волна давления), перемещаясь от устья аорты к периферии, представляет собой совокупность гармоник разных частот. Это усложняет запись и расшифровку кривой пульса. Поэтому очень важно правильно выбрать методику измерения, тип датчика с соответствующими техническими характеристиками, держатель датчика и комплекс приемообрабатывающей аппаратуры. Практический опыт восточной медицины выявил ряд моментов, где информация о функциональном состоянии органов и систем отражается на параметрах пульсовой волны, что дает сложную волновую картину.
Экспериментальные данные по исследованию пульсовой волны и их обсуждение
Спектральный анализ сфигмограмм, снятых с одного и тогоже пациента по три раза подряд по 10-15 мин, в течении пяти дней, отображен на графике рис. 4.7. На рис. 4.7 по оси ординат отложены значения амплитуд Am, по оси абсцисс частоты спектрального разложения. Для удобства наглядности и дальнейшего анализа, амплитудные пропорции каждого спектра пульсовой волны пересчитывались таким образом, чтоб максимальной амплитуде в каждом разложении соответствовало значение 15700.
Наименьшая повторяемость в один день наблюдалась на частотах ниже частоты пульса, их отклонение достигало в приведенном значении 3000 условным единицам, что соответствует 20% от максимального. На частотах выше пульсовой отклонение не превышало 9%. Низкая повторяемость на частотах меньших пульсовой, прежде всего, связана с непроизвольными сокращениями мышц.
Оценку погрешности и достоверности самого прибора, без биологического фактора провели на основании трех опытов. Идея опытов приведена на фото 8, фото 9 , фото 11. Сущность опытов, заключается в испытании всего тракта приема, преобразования и обработки устройства механическим воздействием разных абсолютных давлений на центр датчика, и анализа получающихся сфигмограмм. Т.к. сигнал идеальной ступеньки содержит бесконечный спектр, то его искажение на выходе будет вносить только прибор. А по их анализу можно судить о точности и ограничениям. Кроме того, просматривая файл данных съема АЦП, можно проанализировать сигнал пошагово с интервалом в 1/2000 сек. При сопоставлении результирующей ступеньки с идеальной, можно оценить систематическую погрешность всего устройства, предположить ее природу, и программными средствами оказать коррекцию.
Резистором R6 (рис. 4.4) выставлялся максимальный коэффициент усиления, при котором не происходило насыщения усилителя аппаратного преобразователя при опускании в стаканчик груза массой 50 гр. Далее, в процессе измерения, и во всех остальных двух экспериментах сопротивление этого резистора не менялось.
Опуская в стаканчик за нитку один и тот же груз 30 раз (см. фото 8), с интервалом в 2 минуты, производились измерения в течение пяти секунд, как самим устройством (рис. 4.1), так и осциллографом С1-73 на эмиттере ТІ (рис. 4.4). Были произведены измерения с грузами в 20, 10, 5, 2 и 1 грамм.
Полученные данные экспериментов с опусканием 20 гр. обобщены в графике рис. 4.8, где по ось абсцисс время, а ось ординат напряжение. Значения напряжений U(t) пересчитаны на шкалу соответствующую реальному напряжению с точностью ±0.1 вольт на 10 вольтах (погрешность осциллографа С1-73 подсоединенного к эмиттеру Ті и общему проводу). Относительная случайная погрешность результата составила 4%, систематическая 1%. На графике погрешность иллюстрируется шириной линии образованной тридцатью графиками, наложенными друг на друга.
Линия Uo(t) иллюстрирует напряжение покоя (при длительных отсутствиях деформации). На рис. 4.9 в одних координатах изображены усредненные графики зависимости напряжения (вольт) от времени начиная с 0,1 сек при измерениях опусканий 20 гр (U20(t)), 10 гр (U10(t)), 5 гр (U5(t)), 2 гр (U2(t)), 1 гр (Ul(t)). При этом относительная погрешность измерения в диапазоне времени от 0,1 сек до 5 сек. составила для 20 гр. - 4%, для 10 гр. - 8%, для 5 гр. - 10 %, 2 гр. - 13%, 1 гр. - 15%. В диапазоне времени до 0,1 сек, наблюдались выбросы напряжения, которые были детально видны на осциллографе. Связано это, прежде всего, с кинетической энергией опускаемого груза, а также упругости взаимодействия стаканчика и твердого груза, и резонансных явлений образующихся колебательных систем и др.
