Метод и средства контроля ударного объема, совместимые с токовым воздействием тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, кандидат технических наук Яковенко, Михаил Викторович

• Яковенко, Михаил Викторович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Яковенко, Михаил Викторович

Введение

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И 10 ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Характеристика применяемых токов терапевтического 10 Диапазона

1.2 Обоснование выбора ударного объема в качестве 14 информативного контролируемого параметра

1.3 Обоснование требований к методу контроля ударного объема

1.4 Анализ существующих методов контроля ударного объема 20 1.4 Л Метод ангиокардиографии для контроля ударного объема

1.4.2 Методы реографии для контроля ударного объема

1.4.3 Метод электрокардиографии для контроля ударного объема

1.4.4 Метод Фуко-кардиографии для контроля ударного объема

1.4.5 Метод тахоосциллографии для контроля ударного объема

1.4.6 Метод термодилюции для контроля ударного объема

1.4.7 Методы эхотомоскопии для контроля ударного объема

1.4.8 Имперический метод Старра оценки ударного объема

1.5 Постановка цели и задач исследований 44 Выводы по главе 1 , •

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕКТА И ПРИНЦИПА КОНТРОЛЯ

2.1 Теоретическое моделирование функционирования 48 сердечнососудистой системы

2.1.1 Анализ моделей функционирования сердечнососудистой

Системы

2.1.2 Физическая модель сердечнососудистой системы

2.1.3 Математическая модель функционирования 56 сердечнососудистой системы, учитывающая влияние токового воздействия на ударный объем -''

2.2 Принцип контроля ударного объема

2.3 Экспериментальные исследования объекта и принципа контроля

2.3.1 Цель и задачи экспериментальных исследований

2.3.2 Комплекс для проведения экспериментальных 64 Исследований

2.3.3 Метод экспериментального воздействия

2.3.4 Исследование влияния параметров модуляции тока на 72 ударный объем

2.3.5 Исследование закона распределения вероятности значений 79 ударного объема

2.3.6 Исследование функции влияния амплитуды тока на 83 ударный объем

Выводы по главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА КОНТРОЛЯ 91 УДАРНОГО ОБЪЕМА

3.1 Обоснование выбора методов измерений определяемых при кон- 91 троле ударного объема параметров

3.2 Алгоритм контроля

3.3 Обоснование режимов контроля

3.3.1 Общие положения по выбору режимов

3.3.2 Обоснование времени обеспечения установившегося 95 Режима '

3.3.3 Обоснование выбора времени измерения

3.4 Анализ точности метода контроля

3.4.1 Теоретический анализ точности метода контроля

3.4.2 Экспериментальные исследования погрешности метода 104 контроля

Выводы по главе

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ УДАРНОГО ОБЪЕМА

4.1 Структура и архитектура устройств

4.2 Алгоритм функционирования

4.3 Принципиальная схема устройства 124 Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод и средства контроля ударного объема, совместимые с токовым воздействием»

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, H.H. Савицкого, A.A. Ушакова, B.C. Улащика, С.П. 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 электрическим 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 (ЯУ), а в качестве критерия принятия решения - величину возрастания БУ при токовой нагрузке по отношению к значению при ее отсутствии х = 8У / 8У„. 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 экспрессконтроля 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.

2 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.

3 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 токового физиотерапевтического воздействия на изменение ударного объема;

4 Разработка алгоритма контроля ударного объема;

5. Обоснование режимов контроля ударного объема;

6 Метрологический анализ метода контроля ударного объема и экспериментальное подтверждение его работоспособности;

7 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 Lab VIEW, 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 объект 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 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 З'К.

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:

1. Метод неразрушающего экспресс-контроля ударного объема, совместимый с токовым воздействием, включающий оригинальный принцип, математический аппарат, алгоритм реализации и обоснованные режимы контроля.

2. Результаты экспериментальных исследований зависимостей ударного объема от параметров токового воздействия.

3. Принцип построения, структуры и алгоритмы работы средств контроля ударного объема предложенным методом, обеспечивающих возможность управления устройствами токового воздействия.

4. 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 (ИТНОП)», (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.