Введение к работе
Аюуальнооь pauuiM. В последние десятилетия наблюдается рост количества заболеваний желудочно-кишечного" тракта-(ЖКТ). ..Патология органов пищеварения занимает второе место после заболеваний сердечно-сос\днсгой системы." (Сак показы-. вает анализ, jo 78 % всех заболеваний обусловлено нарушением функциональною состояния (ФС), которое определяется чоюрно-звакуагорным процессом (МЭП), протекакшн»! в структуре указанных органов. Наряду с этим отмечается отставание в развитии тєхші'ісскил средств, позволяющих проводить оценку состояния ЖКТ.
Лізти? сугяествуютцих способов исследования ФС гнутриполосгных органов пищеваріие.іьного тракт показал, чю »ш один из чтих способов не отвечает в полной мере совокупности предъявляемых к ним треоссатпгй. Чаше всего комплексно применяют два и более методов, усложняя диагностические мероприятия при незначительном повышении их точности.
В связи с этим становится актуальной задача разработки методов и аппаратных средств, а также повышения их точности для изучения не только качественных, но и количественных характеристик МЭП внуфинолоетных органов. Эффективным путем ее решения является создание системы управления функциональным состоянием органов пищеварения, включающей усіройсікн активного контроля нарамс-ірон шлого органа. Гакой контроль рационально производить, измеряя параметры органов под действием различных іестов. Это позволит но данным об исходном состоянии объекта и ПОЛЧЧСН-НЫМ при тес юных воздействиях (например, механических, электрических, физиологических, фармакодої ических и др.) осуществлять комплексную оценку ФС. Однако реалн-зашія данной системы возможна лишь при создании специализированных технических средств, обеспечивающих измерение нарамеїрон могорно-эвакуа торной функции.
Цель н jaju'iii исследовании. Целью работы является повышение достоверности данных о функциональном состоянии органон пищеварительного тракта и эффективности лечегота патологаческих процессов путем создания комплекса технических средств, реализующего в реальном масштабе времени совместный способ измерения параметров моторно-эвакуазорной функции для автоматизированной системы управлення состоянием полых органов Ж К 1.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решены елс/тующие задачи: 1. Проведен комплекс экслериментально-аналитичеемк исследований органов пищеварительного тракта как объекта управления. Определены цели чадячи и основные функции системы управления состоянием МЭП, а также сформулированы метрологические и технические требования к средствам, работающим в составе этой системы.
-
Выношены анализ и классификация существующих меюдов исследования функционального состояния органов ЖКТ и реализующих их технических средств на основе единого мешдологическої о подхода, определяемого іребованиями системы управления.
-
Разработан новый способ одновременного измерения манометрических и миоэлектрических показателей внутриполоетных органов пищеварительного тракта, основанный на введении измерительных электродов, расположенных на баллоне, в полость органа, и обеспечении их надежного контакта со слизистой оболочкой путем создания избыточного давления в баллоне.
-
Разработаны математические модели первичных преобразователей злекіро-манометрлческого устройства для системы управления функциональным состоянием полых органов ЖКТ.
-
Разработана методика расчета бадлонометрического преобразователя внутри-полостного давления, основанная на полученной экспериментально-аналитической зависимости, связывающей величины, характеризующие контролируемый объект, с искомыми режимно-конструктивными особенностями первшшого преобразователя.
-
Определены, исследованы и классифицированы тины шумов и помех, искажающих результаты измерения миоэлектрической активности органов ЖКТ и существенно дополненных не рассматривавшимися ранее помехами, обусловленными ин-вазивньш способом наложения измерительных электродов на контролируемый орган.
-
Создан и апробирован комплекс технических средств, реализующий указанный способ контроля параметров МЭП в составе системы управления ФС органов пищеварения.
-
Выполнены экспериментальные исследования для подтверяедсния адекватности предложенных математических описаний реальным объектам и уточнения параметров измерителей манометрических и биоэлектрических показателей, а также определена область практической применимости полученных результатов.
Основные положения, выносимые на защиту:
е модели процессов, протекающих в структуре ортана ішщевареїшя;
новый способ совместного измерения манометрических и миоэлектрических показателей внутриполостных органов системы пищеварения;
комплекс технических средств, включшощий электроманометрическое устройство одновременного контроля параметров полых органов ЖКТ;
экспериментально-аналитические описания разработанных устройств, положенные в основу расчета статических и динамических характеристик манометрического и биоэлектрического измерительных каналов;
алгоритм работы созданного измерительного комплекса в структуре системы управленій ФС органов пищеварительного тракта.
Научная новизна работы заключаемся в следующем:
-
Предложенный способ одновременного измерения манометрических и мио-злектричееких показателей внугригголостных органов пищеварительного тракта впервые обеспечнваеі ксошзскснбс исследование.моїирно-зваьуаіорноіо процесса, 'по позволяет существенно повысить достоверность информации о цд'нкниональном СО-_ стоянии органов ЖКТ и помехозащищенность измершедьных каналов.
-
Оригинальность математических молелен первичных преобразователей электроманометрическою устройства снетелгы управления ФС полых органов пищеварения заключается в том, что они учитывают основные коорлннагы. входящие в модель измерительного канала, дают возможность исследовать динамику преобразователей при различных начальных условиях и выбир.иь оіііиііальнме параметры создаваемых технических средств контроля показателей МЭП еще на стадии их проектирования.
-
Разработанная методика расчета баллономегрического преобразователя внуїри-полостного давлення дает возможность рассчитать параметры измерительного баллона в соответствии с анатомо-физиологическими характеристиками конкретного полого органа пищеварительного тракта при условии минимизации погрешности измерения.
-
Впервые полученные динамическая модель вігутриполостного органа, учитывающая взакмоснизн выходных параметров с управляющими воздействиями, и алгоритмы рабо к ы комплекса технических средств позволили обеспечить функционирование системы управления состоянием полых органов пищеварения.
Пракі ическа» ценноегь.
1 Разработаны принципы технической реализации способа совместного измерения манометрических и мяозлектртгческих показателей внугриполоетиых органов шицеварительного тракта, повышающею досюверность результатов исследования за счеч coisv.eemoro измерения вігутриполостного давления и биопотенциалов, которое осуществляется введением измериамьных электродов непосредственно в полость исследуемого органа, стабилизацией давления в момет измерения биопотенциалов и переключением измерительных каналов, и обеспечивающего помехоустойчивость полезного сигнала при регистрации биоэлектрической активности.
2. Создай и испытан в клинических условиях комплекс технических средств, реазіПующий предложенный метод одновременною кокіроли параметров биомеханических и биоэлектрических процессов чотортто-эвакуаторной функции органов гапиеварительного тракта.
?>. Даны и обоснованы рекомендации по выбору основных режимно - констр\ к-ТИВІШХ параметров первичіп>гх преобразователей вігутриполостного давления и биопотенциалов исходя из условий минимизации погрешности измерения и улучшения динамических свойств технических средств контроля.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской конференции-выставке вузов «Товары народного потребления»-О'-Нижний Новгород, 1993); Международной научно-техіагческой конференции «Автоматизация биотехнических систем в условиях рыночной экономики и конверсии» {т. Москва, 1994), Всероссийском совещании «Пневмоавтоматика» (г. Москва, 1996); научно-технической конференции студентов и аспирантов НГТУ (г. Новочеркасск, 1996); Международной конференции «Математические методы в химии и химической технологии» (г. Новомосковск, 1997); Всероссийской научной конференции «Акіуальньїе проблемы хирургии» (г. Ростов-на-Дону, 1999); ежегодных конференциях гірсподавательско - профессорского состава ЮРІТУ (і. Новочеркасск, 1997, 1999, 2000); Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Санкт-Петербург, 2000); Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерения, контроля и диапіостики» (г. Новочеркасск, 2000).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 статей и тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 151 наименования и приложений. Она содержит 222 страницы машинописного текста, включающего рисунки и таблицы.
