Введение к работе
Актуальность проблемы
Электрическая стимуляция дыхания (ЭСД) как метод лечения хательной недостаточности с помощью возбуждения электрические шульсами респираторных нерыш-мпшечша структур известна с мца 40-х годов. До сих пор развитие метода шло в основном по ти совершенствования медицинских сторон стимуляции: расширения ласти применения ЭСД , расширения либо уточнения показаний к вменению, подбора режимов и длительности сеансов стимуляции и д. Это привело к определенному распространению ЭСД в клинике, последние года стимуляция дыхания успешно применяется уже не ілько для пациентов с поражением центральной регуляцией дыхания Dogget e.a.X^b^elasrus е .^.1975, G/елі «?.«.1970-t980/, НО И :я лечения послеоперационной дыхательной недостаточности и 'специфических заболеваний легких /Бенцианов А.Д. 1987, Прий-lk А.А. с соавт.1986, Редькин А.Н. 1985/.
Вместе с тем, в настоящее время для ЭСД применяется аппарата, имеющая ограниченные возможности управления инспираторным юцессом, отсутствует единый взгляд на конструкцию аппаратов, на [бор характеристик стимуляторов дыхания, слабо разработаны вопроси [равления стимуляцией в зависимости от патологических условий, юбенностей методики, аппаратуры и электродов. Несовершенство чествующей аппаратуры проистекает, в частности, из недостат-)В современной методики ЭСД - несовершенства используемых кри-іриев управления дыханием, выбора параметров стимуляции. Все ю приводит к многочисленным ошиокам при электростимуляционном гравлении дыханием, а в ряде случаев и к недостаточной его эффектности.
Для дальнейшего совершенствования метода и аппаратуры ЭСД, >евде всего, требуется oV іить эффективность известных электро-?имуляторов дыхания, провес лі выбор и обоснование оптимального вида :имула и его параметров, изучить особенности управления инспира->рным процессом с помощью ХД в условиях нормы и патологии. Даль-эйшее распространение метода ХД требует новых подходов в реше-іи этих проблем.
Экспериментальные исследования далеко не всегда позволяют злучить данные, необходимые для решения задачи эффективного травления дыханием с помощью ХД. Всесторонний анализ резуль-1тов стимулирующего воздействия на СВД требует проведения боль-
шого числа методически сложных экспериментов. Кроме того, некоторые важные, параметры стимуляционного инспираторного процес са не могут бить изучены о помощью существующих инструментальню средств.
В качестве инструмента для решения проблем, связанных с развитием методики ЭСД в данной работе предложен метод математи* кого моделирования и модельного эксперимента. Моделирование на микро-ЭВМ электростщулящюнного воздействия на систему внвшнегс дыхания позволяет провести анализ работы известных и перспективных аппаратов ЭСД, дать рекомендаций по определению оптимальЕ значений параметров елвктросхимудяционных воздействий на функциональные характеристики внешнего дыхания, в которых учити лись, как патологические, так и индивидуальные особенности организма.
Реализация математической модели в виде комплекта соответствующих программ на микро-ЭВМ позволяет на практике использс вагь результаты модельных экспериментов для определения необходо mux параметров воздействия на диафрагмальние мышцы при различии) условиях ЭСД,
Цель настоящей работы;
Разработка модельного эксперимента на микро-ЭВМ для оптиш зации параметров управления процессом вдоха при электростимулящ дыхания.
Задачами исследования являются;
1. Разработка математической модели и программных средств для микро-ЭВМ, необходимых для анализа функциональных параметров дыхания и выбора параметров стимулирущих импульсов в услові эл^ктростимуляционного вдоха.
4 . ,2. Выбор на модели физиологически оптимальных п\ аматров управления биомеханикой вдоха при ЭСД.
' з. Разработка путей модификации существующих аппаратов 3 обоснование мадико-технических требований на перспективные электростимуляторы дыхания.
Научная новизна
В настоящем исследовании была проведена разработка, экспе ментальное и теоретическое обоснование структуры математической модели электростимуляционного воздействия на процесс вдоха.
Создано программное обеспечение для микро-ЭВМ, позволяю-
- з -ходить модельные эксперименты для решения вопросов повышения яности инспираторного процесса при ЭСД. а основа модельных экспериментов разработаны рекомендации ршвнствованию как само^ методики ЭСД, так и элэкгростиму-ого воздействия, применяемого в аппаратуре ЭСД, оценить эф-ость существующей аппа]»атури ЭСД в условиях нормы и патоло-работать необходимые требования к новой аппаратуре ЭСД. рактическая значимость работы:
азработанное программное обеспечение позволяет оценивать изменения параметров стимулирующих импульсов на форми-инспираторного процесса и эффективность ЭСД при различ-овиях стимуляции: одно- и двусторонней ЭСД, раздельной ЭС мальных и абдоминальны): мышц, при синхронной со спонтанным м ХД; учитывать спонтанную иннервацию от дыхательного
езультаты модельных экспериментов были использованы для ия научно-обоснованных рекомендаций по модернизации сущих методик и аппаратої ЭСД и для разработки медико-гехни-требований на новый электростимулятор дыхания. недрение результатов ргботы.
работке и внедрениии в оложения, выносимые на
езультаты исследований на разработанной математической были внедрены в ФШИИЭГ, г.Истра при выполнении ОКР «Разра-лектростимуляторов дыхения' и в МНИИ туберкулеза МЗ РСФСР
клиническую практику метода ЭСД.
защиту.
. Разработана адекватнгя структура математической модели стимуляции дыхания, которая позволяет проводить модельные менты по раздельной стззиуляцпи диафрагмальных и абдоминаль-ц импульсами с различна,-и параметрами и по раздельному воз-ю мышц дыхательным цен 'р. '. Математическая модель ЭСД ет проводить шшлиа. дылецшя и условиях УОД различными аппаратов и патологических и индивидуальных изменений паїв системы внешнего дыхания и респираторных мышц. . Дано качественное и количественное обоснование факта, что ге энергозатрат респираторных мимц и обеспечение необходимого ;влания вентиляции в легких являются основными направлениями :ия качества электростмулявдюнного дыхания в условиях обеспе-декватных параметров КЩБ и газов крови. Эксперименты на раз-
работайой модели позволяют проводить оптимизацию параметров і лируемого вдоха при ЭСД согласно указанным критериям.
-
Существенное влияние на энергозатраты респираторных и распределение вентиляции оказывает формируемая при ЭСД пла инспираторного процесса.
-
Модельные эксперименты, проводимые с помощью разраб тайного программного обеспечения позволяют получить даяние, которые можно использовать для модификации существувдих мето и аппаратов, и при разработке перспективного электростимулят дыхания.
-
Согласно установленным критериям, разработаны пути оптимизации:
параметров стимулируемого вдоха (соотношения глубины частоты дыхания),
основных параметров стимула (общая энергия и длителі ность стимула),
модуляции энергии импульсов.
внутренних параметров стимулирукщих импульсов (длит* ность и частота следования).
Апробация работы.
Суздаль, на школе 'Биофи:
Материалы диссертации докладывались на ежегодных конф< молодых ученых и специалистов МНЖ1 (1988, 1989 гг.), на кої щш-семинаре 'Актуальные проблемы ]>азработки инженерно-физш
ческих систем', октябрь 1987 г., г
ческие и биотехнические аспекта гонеостаза на различных уро:
г, г. Красноярск, на ко»
организации биосистем', март 1988
-совещании специалистов стран-членов СЭВ 'Персональные ЭВМ задачах проектирования и поддержки решений', октябрь-н, брь г.оу- г,аль.
t Публикации.
По теме диссертации опубликованы $ научных работ.
Обьем и структура работы
Диссертация, изложенная на 1І7 страницах, состоит из введения, трех глав , заключения, пьшодов, практических рек даций, списка литературы и приложений. Диссертация иллюстри 22 рисунками и распечатками и 12 :таблицами.
В первой главе рассматриваются особенности дыхания пр Приводится обзор литературы по проблемам электростимуляцион
управления дыханием. Устанавливаются основные критерии управления дыханием при ЭСД. Показывается необходимость проведения матегаги-ческого моделирования изучаемого процесса.
Во второй главе рассматриваются различные подходы к моделированию инспираторного процесса. Определяются требования к модели. Приводятся результаты экспериментального обоснования ряда положений взятых в основу структуры модели. Разрабатывается математическое описание модели дыхания при ЭСД-воэдействии, которое используется при разработке программного обеспечения для микро-ЭВМ
В третье! главе приводятся результаты модельных экспериментов.
В приложениях даются выводы некоторых математических формул модели, приводится листинг программы модели.
