Національний університет “Львівська політехніка”

Сторчун Юрій Євгенович

УДК 615.47

Моделювання елементів біотехнічної системи багатоканальної пульсометрії
та розроблення пристрою формування пульсових сигналів

05.11.17-Медичні прилади та системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів-2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті “Львівська політехніка”
Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Мандзій Богдан
Андрійович, Національний університет “Львівська політехніка”, Інститут
телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки, директор,
завідувач кафедри “Теоретична радіотехніка та радіовимірювання”.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шайко-Шайковський
Олександр Геннадійович, Чернівецький Національний університет ім.
Ю.Федьковича, професор кафедри “Загальна фізика” інженерно-технічного
факультету.

кандидат фізико-математичних наук, с.н.с. Білий Олександр Іванович,
Львівський Національний університет ім. І.Франка, завідувач лабораторії
оптико-електронних приладів кафедри “Фізична і біомедична електроніка”.

Провідна установа: Харківський національний університет радіоелектроніки
Міністерства освіти і науки України, м.Харків.

Захист відбудеться “ 26 ” січня 2005р. о 14 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 35.052.10 Національного університету
“Львівська політехніка” (79013, Львів-13, вул.С.Бандери,12)

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету
“Львівська політехніка” (Львів, вул.Професорська,1)

Автореферат розісланий “ 16 ” грудня 2004р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради
Бондарєв А.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У переважній більшості сучасні методи медичної
діагностики, у тому числі медичної інтроскопії ( ультразвукова-,
рентгенівська-, ЯМР –томографія), мають на меті виявлення та верифікацію
існуючої патології в організмі людини. Але до появи клінічних ознак
захворювання переходить доклінічні (функціональні) стадії розвитку. Тому
для клінічної та профілактичної медицини важливо виявлення
функціональних розладів на ранніх стадіях, оскільки основний приріст
захворювань з клінічними ознаками дають люди із соматичною
симптоматикою. Існуюча у світовій медицині тенденція до розвитку
профілактичної спрямованості стимулює пошук нових діагностичних
технологій, зокрема, оперативної інтегральної оцінки функціонального
стану організму людини чи окремих функціональних систем на підставі його
сигналів.

Серед сигналів організму людини особливу увагу привертають пульсові
коливання в системі кровообігу, що зумовлено не тільки їх доступністю
для реєстрації та аналізу, але й тому, що серцево-судинна система є
індикатором адаптивних реакцій організму і стану вегетативної нервової
системи. Стан серцево-судинної ситеми і функції кровообігу в організмі
людини тісно пов(язані зі станом усіх інших органів і систем.

Однією із проблем медичної діагностики є оцінка, за отриманими
показниками, функціонального стану обстежуваного-віднесення його до
нормального чи патологічного. Методика багатозональної пульсометрії за
канонами східної медицини, поряд з прагненням формалізації значного
лікарського досвіду, була запропонована як один із підходів до вирішення
даної проблеми – медичної інтерпретації показників функціонального стану
людини. Зазначена методика грунтується на синхронній реєстрації, за
певних умов, обробці та порівнянні між собою показників пульсових
сигналів дистальних відділів променевих артерій людини.

Важливість розробки ефективних і порівняно недорогих методів
діагностики, до яких належить багатозональна пульсометрія, для
практичної медицини України пов(язана зі станом здоров(я населення та
економічними можливостями держави. Для нинішньої ситуації в Україні
характерно зменшення народжуваності та збільшення смертності людей.
Основні причини смертності пов(язані з серцево-судинними захворюваннями,
злоякісними новоутвореннями та травмами. Тривожним є висока смертність
чоловіків працездатного віку, що створює дефіцит продуктивної сили і
впливає на економічний потенціал країни. Зрозумілим є надання ваги
засобам функціональної діагностики у Державній комплексній програмі
розвитку медичної промисловості на 1997 — 2003 р.р., прийнятої
постановою Кабінету Міністрів України за № 1538 від 18.12.1996 р.

Сучасний рівень розвитку багатозональної пульсометрії відрізняє
використання частотно-чутливих оцінок пульсових сигналів, які
ускладнюються і поповнюються новими. Зокрема, поряд з відношенням оцінок
енергії в різних частотних смугах пульсового сигналу, запропоновано
використання відношення дисперсій нормованого сигналу пульса та його
першої похідної.

За словами Н. Бора реальність пізнається як комбінація досліджуваного
процесу і приладу. Поглиблення аналізу сигналів у багатозональній
пульсометрії вимагає більш точного дотримання для всіх зон умов та
незалежності їх формування. Однак, у відомих пристроях формування
пульсових сигналів не вирішено проблеми усунення взаємного впливу
каналів, оптимізації характеристик, до яких висувають протилежні вимоги,
що стримує подальший розвиток методики та підвищення ефективності за її
допомогою медичної діагностики. Означені проблеми багатозональної
пульсометрії були підставою для розробки теми дисертаційної роботи.

Зв(язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Задачі, які
розв(язувалися у дисертаційній роботі, є складовою частиною робіт у
галузі медичного приладобудування, що виконуються на кафедрі теоретичної
радіотехніки та радіовимірювань Національного університету “Львівська
політехніка”.

Результати дисертаційної роботи були використані, зокрема, під час
виконання досліджень за договором № 28 від 11.02.2003р. Національного
університету “Львівська політехніка” з Бурятським науковим центром
Сибірського відділення РАН.

Мета і задачі роботи. Метою роботи було розроблення і дослідження
моделей елементів та процесів у біотехнічній системі, обгрунтування
структури та характеристик технічних елементів і створення нових
пристроїв синхронного формування вхідних сигналів для методу
багатозональної пульсометрії за канонами східної медицини з обмеженою
функціональною залежністю каналів.

Досягнення мети роботи було пов(язано з розв(язанням наступних задач:

— розробкою математичних моделей нелінійних пружних властивостей зон
реєстрації пульсових сигналів променевих артерій людини в залежності від
площі та деформації, дистальна із яких розташована у западині
проксимально від латеральної щиколотки променевої кістки;

— визначенням міжзональних співвідношень: розмір пульсового сигналу –
сила деформації — жорсткість зон;

— розвитком математичної моделі пульсометрії для біотехнічної системи
синхронної реєстрації пульсових сигналів променевих артерій за допомогою
багатоканального пристрою з урахуванням характеристик закріплення
останнього на тілі людини та джерела сигналу;

— дослідженням взаємного впливу, на акустичній стороні, каналів
пристроїв зі спільною платформою у процесі встановлення умов і
синхронної реєстрації сигналів за методом багатозональної пульсометрії
та обгрунтуванням структури нового пристрою;

— обгрунтуванням метрологічних та антропометричних показників нового
пристрою для багатозональної пульсометрії з обмеженою функціональною
залежністю каналів та подальшим розвитком методики розрахунку
характеристик пристроїв із застосуванням первинних перетворювачів
п(єзоелектричного типу;

— виготовленням дослідних зразків нових пристроїв і проведенням
технічних та клінічних випробувань.

Об(єкт дослідження. Перетворювачі пульсових сигналів у багатоканальних
біотехнічних системах пульсометрії.

Предмет дослідження. Характеристики елементів та процесів взаємодії
перетворювачів з біооб(єктом у методі багатозональної пульсометрії за
канонами східної медицини.

Методи дослідження. У роботі застосовано методи статистичного,
структурно-функціонального, імітаційного та фізичного моделювання, метод
електромеханічних аналогій, основи техніки експериментів з біологічними
об(єктами.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше розроблено статистичні моделі нелінійних пружних властивостей
зон реєстрації пульсових сигналів променевих артерій людини за канонами
східної медицини в залежності від площі та деформації, що описують
акустичний імпеданс зазначених зон у діапазоні частот пульсу.

2. Розвинуто структурно-функціональну модель пульсометрії на випадок
багатоканальних пристроїв, в якій, на відміну від відомих, враховано
характеристики елементів закріплення пристрою на тілі людини та
акустичний імпеданс зон реєстрації пульсових сигналів.

3. За результатами імітаційного та фізичного моделювання вперше
встановлено наявність та причину взаємного впливу, на акустичній
стороні, каналів відомих пристроїв у складі біотехнічної системи
пульсометрії під час встановлення зональних умов (досягнення однакової
дії з боку первинних перетворювачів на артерію) та сихронної реєстрації
пульсових сигналів, пов(язану з недостатньою жорсткістю закріплення
(рухливістю) спільної платформи.

4. Вперше одержано співвідношення жорсткостей зон, за умови однакового
зонального впливу первинних перетворювачів на променеву артерію, в
залежності від рівня реєстрації (розміру) пульсових сигналів.

5. Показано принципове обмеження знизу похибки перетворення сили
пульсового сигналу в біотехнічних системах з реєстрацією сигналу в
системі координат кінцівок обстежуваного та визначено міжзональні
відмінності зазначеної похибки в залежності від розміру пульсового
сигналу.

6. Обгрунтовано метрологічні характеристики і одержано обмеження щодо
антропометричних показників пристроїв для багатозональної пульсометрії,
які забезпечують прийнятну похибку встановлення зональних умов
формування та реєстрації пульсових сигналів, а також необхідний робочий
діапазон частот.

Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному:

1. Доведено однорідність, за акустичним імпедансом в області
інфранизьких частот, одноіменних зон реєстрації пульсових сигналів
променевих артерій людини, розташованих на різних кінцівках.

2. Синтезовано нову структуру пристрою для методу багатозональної
пульсометрії, яка забезпечує, на відміну від відомих, практичну
незалежність встановлення зональних умов формування та синхронного
перетворення сили пульсових сигналів окремими каналами. Остання захищена
патентом України № 46316 А МКВ А61В/02.

3. Розвинуто методику розрахунку характеристик і антропометричних
показників первинних перетворювачів та каналів нового пристрою, де
враховано параметри джерела сигналу і закріплення пристрою на тілі
людини.

4. Проведено технічні та медичні випробування дослідних зразків нового
пристрою у складі комплексу пульсової діагностики, які засвідчили їх
відповідність метрологічним та клінічним вимогам.

Обгрунтовано вимоги щодо тривалості реалізації – кількості реалізацій
пульсових сигналів із застосуванням нових пристроїв, задоволення яких
забезпечує необхідну збіжність отримуваних діагностичних показників, що
представляють відношення потужностей пульсового сигналу в діапазонах
частот (0,5-10) Гц та більше 10 Гц, .

5. Дослідні зразки нових пристроїв у складі пульсодіагностичних
комплексів впроваджено в:

— санаторію-профілакторію Національного університету “Львівська
політехніка”,

— Центрі східної медицини Мінздрава Бурятії (м.Улан-Уде).

Результати дисертаційної роботи впроваджено також у навчальний процес
Національного університету “Львівська політехніка” для магістрів
спеціальності 7.091002 “Біотехнічні та медичні апарати і системи”
напрямку 6.0910 “Електронні апарати”.

Особистий внесок здобувача

Основні результати, які становлять суть дисертаційної роботи, отримані
автором самостійно. У статтях, опублікованих у співавторстві, автору
дисертаційної роботи належать: [1] – результати імітаційного
моделювання; [2] – розробка математичної моделі та результати
імітаційного моделювання амплітудно-частотних і фазових характеристик
каналу пристрою для багатозональної пульсометрії; [3]- обгрунтування
параметра оцінки біомеханічних властивостей зон реєстрації пульсових
сигналів, дослідження впливу пульсового сигналу та релаксації напружень
на отримувані результати; [6] – результати дослідження динаміки
формування вхідних сигналів та взаємного впливу каналів у процесі
встановлення умов синхронної реєстрації пульсових сигналів за канонами
східної медицини; [7] – результати математичного моделювання взаємного
впливу каналів у процесі синхронної реєстрації пульсових сигналів за
канонами східної медицини; [8] – розробка фізичної моделі та
експериментальні дослідження взаємного впливу каналів у процесі
синхронної реєстрації пульсових сигналів у пристроях зі спільною основою
та незалежним закріпленням первинних перетворювачів; [9] – ідея
структури нового пристрою і обгрунтування співвідношення його
метрологічних параметрів та антропометричних показників.

Апробація результатів дисертації

Основні положення і результати роботи доповідалися та обговорювалися на:
3 міжнародній студентській науково-технічній конференції “Сучасна
електроніка-каталізатор науково-технічного прогресу” (Харків, 1996 р.);
симпозіумі “Актуальні проблеми біофізичної медицини” (Київ, 1998 р.);
молодіжному форумі “Радіоелектроніка і молодь у ХХІ столітті” (Харків,
1998 р.); ІІ міжнародному симпозіумі “Актуальні проблеми біофізичної
медицини” (Київ, 2000 р.); міжнародній науково-технічній конференції
“Проблемы физической и биомедицинской электроники” (Київ, 2001 р.); 2
міжнародній науково-практичній конференції “Современные информационные и
электронные технологии” (Одеса, 2001 р.); міжнародній науково-практичній
конференції “Леотест-2002” (Львів, 2002 р.); міжнародній конференції
“CADSM 2003” (Львів-Славсько, 2003 р.).

Публікації

Результати дисертаційної роботи опубліковано у 8 статтях, із яких 6 у
фахових виданнях України, та 1 патенті, а також у матеріалах
конференцій.

Об(єм і структура роботи

Дисертація складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку
використаних джерел та додатків. Обсяг дисертації становить 170
сторінок, з яких 116 сторінок займає основний текст, 7 сторінок — 18
таблиць, 21 сторінку — 58 рисунків, список використаних джерел (151
найменування) займає 13 сторінок, а три додатки -13 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність дисертаційної роботи для практичної
медицини і медичного приладобудування України, сформульовано мету і
задачі досліджень, показано наукову новизну і отримані практичні
результати, наведено відомості щодо особистого внеску автора, апробацій
результатів, публікацій за темою роботи та структуру дисертації.

У першому розділі проаналізовано методологію пульсової діагностики в
західній і східній медицині.

Західна (наукова) медицина сформувалася на основі
структурно–аналітичного підходу – послідовній декомпозиції складного на
складові елементи, що дещо обмежило використання пульсових сигналів у
діагностичних цілях.

Показано, що останнім часом у західній медицині зростає увага до
дослідження діагностичних можливостей пульсометрії, встановленню
інформаційних зв’язків пульсових сигналів зі станом органів,
функціональних систем організму людини, а також до обгрунтування умов
проведення відповідних обстежень.

Східній медицині притаманний функціонально–синтетичний підхід –
композиція взаємодії різних рівнів організації біологічних систем,
оцінка гармонійності якої значною мірою грунтується на результатах
пульсової діагностики.

Відзначено, що багатозональна пульсометрія, яка передбачає синхронну
реєстрацію ряду пульсових сигналів, є одним із напрямків технізації і
залучення до медичної практики бази знань східної пульсової діагностики.
Щільнсть розташування діагностично значимих зон зумовило використання
багатоканальних пристроїв синхронного формування вхідних сигналів.

Виявлено структурні та параметричні особливості відомих пристроїв, які
не задовільняють вимогам багатоканальної пульсометрії – незалежності
встановлення зовнішніх умов та синхронної реєстрації пульсових сигналів,
що обмежує діагностичні можливості даного методу діагностики.

Встановлено необхідність дослідження біомеханічних характеристик зон
реєстрації пульсових сигналів променевих артерій людини, обгрунтування
вимог та оптимізації структури і параметрів окремих перетворювачів та
пристроїв у цілому.

У другому розділі представлено результати статистичного моделювання
механічних властивостей зон (по три на кожній руці) реєстрації пульсових
сигналів променевих артерій людини, дистальні із яких розташовані в
областях латеральних щиколоток променевих костей.

Обгрунтовано моделювання механічних властивостей названих зон у
діапазоні частот пульсового сигналу (0,5 – 40) Гц пружними елементами.

Розроблено статистичні моделі зон: Kt=Kt(Ft) та Kt=Kt(S ),де Kt —
жорсткість зони на площі контакту з технічним інструментарієм, Ft- сила
деформації зони, S – площа контакту.

Експериментальні дані (Kt, Ft), за прийнятою методикою досліджень
механічних властивостей біооб(єктів, було отримано після формування
умовного початкового стану зон, який досягався шляхом циклічної
деформації. За попередніми оцінками відмінності Kt, порівняно з не
“тренованими” зонами, не переважали (12%. Експериментальний пристрій
складався з індикатора часового типу, вузла мікрометричної подачі,
перетворювача сили тензорезистивного типу та штампу круглої форми,
закріпленого на елементі введення сигналу у перетворювач (пелоті).

Вихідні дані для моделей Kt=Kt(Ft) визначалися в режимі заданого
переміщення корпусу перетворювача сили, яке контролювалося індикатором
часового типу з похибкою ( 5*10-6 м. Сила деформації вимірювалася за
графічно зареєстрованим сигналом каліброваного каналу, що складався із
зазначеного перетворювача сили, підсилювача та швидкодіючого
реєструючого приладу типу Н338-4. Графічна реєстрація була викликана
впливом пульсових коливань артерій і необхідністю оцінки характеристик
релаксації напружень (рис.1).

(Рис.1)

Рис.1. Приклад зареєстрованого вихідного сигналу каналу вимірювання сили
деформації зони. h – амплітудний показник, за яким визначалася величина
сили, ( -постійна релаксації напружень, v- напрямок руху діаграмної
стрічки.

Величина Ft вимірювалася за нижньою огинаючою сигналу h за допомогою
інструментального мікроскопа (рис.1). Похибка визначення Ft, з
урахуванням похибки калібрування, не переважала ( 1,4%. За результатами
графічної реєстрації сигналу було також оцінено постійну часу релаксації
напружень ( (рис.1), пов(язану з перерозподілом міжклітинної рідини.При
швидкості зростання навантаження зони ( 0,1 Н/с розмір ( становив
(3,3(0,7) с (рівень гарантії висновку 0,95), що визначило вимірювання
Ft через 10 с після деформування зони.

Тактика експериментальних досліджень полягала у застосуванні схеми з
повторними спостереженнями, що дозволяло оцінити адекватність моделей.
Час досліджень шести зон однієї особи становив, в середньому, 2,5
години.

Величина Kt обраховувалася за отриманим в роботі співвідношенням

,

де Хо – переміщення корпусу перетворювача сили, м; Ft – сила деформації
зони, Н; КП – жорсткість перетворювача сили, яка визначалася незалежно,
Н/м.

Похибка визначення Kt не переважала ± 2%.

Попередня статистична обробка експериментальних даних Kt полягала в
оцінці стохастичності отриманих результатів за критерієм Аббе,
однорідності дисперсії за (2 –розподілом та розподілу графічним методом.

Було обстежено 14 осіб (84 зони) у віці (19 – 53) років, серед яких 6
осіб жіночої та 9 чоловічої статі.

У тибетській медицині зони реєстрації пульсових сигналів променевих
артерій людини дістали назви ЦОН, КАН та ЧАГ, серед яких ЦОН –
дистальна, а дві інші розташовані проти кровообігу на ділянках артерії,
довжиною близько 3,8*10–2 м.

Статистичні моделі виду Kt = KО + aFt будувалися матричним методом в
діапазоні зміни предиктора (0 – 1,1) Н при діаметрі штампу d = 6*10-3 м.
Отримані вихідні дані були стохастичними, з однорідною дисперсією та
розподіленими за законом, близьким до нормального. У всіх випадках, за
результатами перевірки, гіпотеза а = 0 була відкинута.

Загальні характеристики отриманих результатів (рівень гарантії висновку
0,95):

— параметри KО одноіменних зон різних рук належали до однієї виборки і
статистично достовірно відрізнялися тільки для крайніх зон ЦОН і ЧАГ;

— відмінності параметрів а в обстеженій виборці були статистично
недостовірними.

Середні зональні значення KО: ЦОН – (74±8) Н/м, КАН – (63±8) Н/м, ЧАГ –
(54±6) Н/м. Середнє значення а = (148 ± 5) 1/м. Статистичні моделі Kt =
KО + aFt різних зон однієї руки проілюстровано на прикладі особи
чоловічої статі у віці 53 роки (права рука) (рис.2).

(Рис.2)

Рис.2. Регресії Kt = KO + aFt зон ЦОН (1), КАН (2) та ЧАГ (3) правої
руки.

Експериментальні дані для моделей Kt = Kt (S), де S – площа штампу,
було отримано в режимі заданої сили деформації зони Ft, для чого канал
вимірювання сили було доповнено інтегруючою ланкою з постійною часу 1,5
с. Значення Ft коректувалося через 10 с після вдавлювання штампу, що
пов’язано з релаксацією напружень. Умовний початковий стан зон
формувався аналогічно попереднім дослідженням. Похибка визначення Кt не
переважала ±3 %.

Статистичні моделі Кt = КО1 + bS будувалися матричним методом у
діапазоні значень S (12,6 – 50,5)*10–6 м2 та значень тиску на зону
(80–200) мм Hg.

Вихідні дані були стохастичними з однорідною дисперсією та розподілом,
близьким до нормального. За результатами перевірки гіпотеза b= 0 була
відкинута.

Було обстежено 15 осіб (6 жіночої та 9 чоловічої статі) у віці (19–55)
років. Перекриття виборок обстежених (3 особи) дало також можливість
додаткової перевірки коректності моделей Kt = KО + aFt .

Загальна характеристика отриманих результатів (рівень гарантії висновку
0,95):

– параметри KO1 статистично достовірно відрізнялися, незалежно від тиску
на зону, тільки для крайніх зон ЦОН та ЧАГ. Середні значення KO1
становили для зон ЦОН (54 ± 9) Н/м, ЧАГ – (37 ± 6) Н/м.

– параметри b мали статистично недостовірні відмінності у об’єктному
вимірі і залежали від тиску на зони. Середні значення b становили (2,90
± ±0,50)*106 Н/м3 (тиск 80 мм Hg), (3,05 ± ±0,60) * 106 Н/м3 (тиск 140
мм Hg) і (3,95±1,00) * 106 Н/м3 (тиск 200 мм Hg).

Статистичні моделі Кt = КО1 + bS для зони ЦОН особи жіночої статі у віці
19 років показано на рис.3.

(Рис.3)

Рис.3. Регресії Кt = КО1 + bS зони ЦОН. Тиск на штамп: 1-10640 Па або 80
мм Hg, 2-140 мм Hg,

3-200 мм Hg.

Результати співставлення оцінок параметрів статистичних моделей,
експериментальні дані для яких було отримано різними методами, а також
порівняння з відомими результатами для передпліччя людини показали
адекватний опис пружних властивостей зон реєстрації пульсових сигналів
променевих артерій у досліджених, фізіологічно обгрунтованих, діапазонах
зміни предикторів і придатність зазначених моделей для подальших
досліджень.

У третьому розділі досліджено зональну динаміку формування пульсових
сигналів у прийнятих зонах променевої артерії людини та оцінено взаємний
вплив каналів відомих пристроїв у процесі встановлення умов та
синхронної реєстрації названих сигналів.

Відома умова синхронної реєстрації пульсових сигналів променевих артерій
людини за канонами східної медицини – рівність вихідних (вхідних)
сигналів сенсорів сили, що створюються коливанням тиску в артеріях.
Виконання даної умови забезпечує однаковий рівень взаємодії
перетворювачів у різних зонах з нелінійною за пружними властивостями
артерією.

Відмінність пружних властивостей зон реєстрації пульсових сигналів,
показана у попередньому розділі, та глибини розташування артерії
визначають зональні відмінності зовнішньо встановлюваних умов синхронної
реєстрації зазначених сигналів.

Експериментальна схема дослідження зональної динаміки формування
пульсових сигналів представляла комбінацією схем досліджень Kt = Kt (Ft)
та Kt = Kt (S) з доповненням п’єзоелектричним перетворювачем сили
пульсового сигналу Fd, послідовно з’єднаного (у механічному сенсі) з
перетворювачем сили деформації зон Ft.

Розмір пульсового сигналу Fd визначався за допомогою каліброваного
каналу з графічною реєстрацією вихідного сигналу п’єзоелектричного
перетворювача, а сили деформації зони Ft – шляхом вимірювання цифровим
вольтметром типу В3-38.

Умовний початковий стан формувався аналогічно попереднім дослідженням,
значення Ft коректувалося через 10 с після деформування зони. Відносна
похибка встановлення Ft не переважала ±2,5%, а вимірювання Fd – ±1,4%
для діаметру штампу (6 ± (0,1)*10–3 м.

Дослідження було проведено в діапазоні значень Ft, що відповідає тиску
Рt (7980 – 33250) Па або (60 – 250) мм Hg. Розмір Fd змінювався в
діапазоні (0,010 – 0,025) Н.

Було обстежено 12 осіб (5 жіночої та 7 чоловічої статі) у віці (17 — 56)
років. Отримані результати проілюстровано на прикладі особи жіночої
статі у віці 21 рік (табл.1).

Таблиця 1.

Співвідношення між тиском Рt на зони та їх жорсткістю Кt за умови

однакового рівня сили дії пульсових сигналів Fd на вході перетворювача.

Fd ( 103, Н Рt ( 10-4, Па Кt , Н ( м

ЦОН КАН ЧАГ ЦОН КАН ЧАГ

10

15

20

25 0,82

0,96

1,12

1,28 1,62

1,92

2,19

2,69 2,18

2,59

2,91

3,17 117

125

134

141 114

126

138

158 150

169

185

196

Значення Кt (табл.1) було обраховано за розробленими статистичними
моделями Kt = Kt (Ft).

Отримані міжзональні співвідношення Ft (Рt) та Кt було використано для
оцінки взаємного впливу на механічні стороні відомих пристроїв у процесі
встановлення умов (однаковий рівень Fd) та синхронної реєстрації
пульсових сигналів.

Спільною конструктивною особливістю відомих пристроїв для синхронної
реєстрації пульсових сигналів променевої артерії людини є втановлення
трьох перетворювачів на одній платформі, яка фіксується на руці
обстежуваної особи за допомогою ремінців. Алгоритм застосування цих
пристроїв передбачає послідовне притискання окремих перетворювачів до
відповідних зон з метою досягнення рівності Fd.

В одному з пристроїв, як більш загальному прикладі, передбачено
пневматичну систему індивідуального притискання перетворювачів до
поверхні тіла людини – зональної зміни Ft. Розроблена в роботі модель
процесу зональної зміни Ft для двох каналів даного пристрою показана на
рис.4, де Рі – тиск у сильфонах різних каналів; КС, ККР, Ktі –
жорсткість сильфонів, елементів закріплення спільної платформи на руці
обстежуваного та відповідних зон реєстрації пульсових сигналів (i=1,2).

(Рис.4)

Рис.4. Механо-пневматична модель процесу встановлення першого (а) та
другого (б) перетворювачів у зонах реєстрації пульсового сигналу
(перетворювачі закріплено на спільній платформі).

I

?

i

??$

??????$??

?????Њ??????$???????

????????????$??

?????

???

?????

??????????$

???????

???????

?????$

???

?????

???

????

?????

?????

???

??????гатозональної пульсометрії на руці обстежуваного (обмеженість ККР
).

При встановленні першого перетворювача (зона ЦОН) зміною Р1 (рис.4а)
досягається необхідна величина Fd, при цьому сила деформації зони F1 (за
умови ККР > Kt1(F1) та КС > Kt1(F1)), як показано у роботі, буде
дорівнювати

,

де S – площа перетину сильфона.

Сихронна реєстрація пульсових сигналів передбачає встановлення рівних
значень Fd на входах різних каналів, що у випадку пристрю (рис.4)
досягається за різних значень тиску Р притискання перетворювачів до
відповідних зон.

, що становить, за результатами аналізу,

,

де ККР > Кt2(F2), KC > Kt2(F2), F2=P2*S, m = P2 / P1(1 (табл.1).

може досягати 0,73 F1, що надає процесу встановлення однакового
розміру Fd в різних каналах ітераційного характеру і значно збільшує
тривалість обстеження.

Відмінності клінічних результатів від модельних, отриманих на 3 особах
(2 жіночої та 1 чоловічої статі у віці (19–55) років) не переважали (
4,6 %.

Зазначені особливості конструкцій і обмеженість ККР викликають взаємний
вплив каналів відомих пристроїв формування пульсових сигналів у методі
багатозональної пульсометрії на акустичній стороні також і в процесі
синхронної реєстрації пульсових сигналів.

Еквівалентна електрична схема (за першою системою електромеханічних
аналогій) обгрунтованої у роботі моделі незалежної реєстрації пульсового
сигналу одним каналом розглянутого пристрою, наприклад, зони ЦОН,
показана на рис.5, де х-переміщення стінки артерії; F1, Fd -сила
деформації зони та дії пульсового сигналу на перетворювач ; К1, К2, Кd,
КС, ККР – жорсткість елементів, що моделюють передачу коливань стінки
артерії до поверхні тіла, перетворювача, сильфона та елементів
закріплення платформи, відповідно.

(Рис.5)

Рис.5. Еквівалентна електрична схема системи незалежної реєстрації
пульсового сигналу одним каналом розглянутого пристрою.

Для першого встановленого перетворювача (зона ЦОН) величина дії
пульсового сигналу Fd буде становити (рис.5)

,

де Kt(F1) = K1(F1) + K2(F1) –жорсткість зони ЦОН.

При встановленні другого перетворювача в сусідній зоні КАН величина дії
пульсового сигналу на перший перетворювач Fd1 у зоні ЦОН, внаслідок
обмеженості ККР і передачі частини сигналу зони КАН до сенсора зони ЦОН
через спільну платформу, як показано у роботі, буде дорівнювати

,

де Fd — сила дії на перетворювач при незалежній реєстрації пульсового
сигналу в зоні ЦОН.

Зменшення Fd1 порівняно з Fd відбувається внаслідок закріплення
перетворювачів окремих каналів на спільній платформі пристроїв та
обмеженості ККР , що свідчить про наявність функціонального впливу
каналів пристроїв розглянутого типу у процесі синхронної реєстрації
пульсових сигналів .

За модельними оцінками, підтвердженими клінічними даними на тій самій
виборці обстежених, взаємний вплив каналів відомих пристроїв у процесі
синхронної реєстрації пульсових сигналів може досягати 15%, що
принципово обмежує їх застосування.

У четвертому розділі обґрунтовано структуру пристроїв для синхронної
реєстрації пульсових сигналів променевих артерій людини з обмеженою
функціональною залежністю каналів, а також метрологічні та
антропометричні характеристики вузлів окремих каналів.

Показано, що обмеження функціональної залежності каналів відомих
пристроїв не може бути досягнута шляхом збільшення ККР, оскільки
величина ККР є суб’єктивно – технологічним параметром, окрім того,
існують обмеження щодо антропометричних показників пристроїв.

Функціональна залежність може бути обмежена в структурі з шарнірним
з’єднанням елементів окремих каналів і їх незалежною фіксацією на руці
обстежуваної особи (рис.6), де 1 – корпус, 2 – платформи окремих
каналів, 3 – сильфони із встановленими всередині модулями первинних
перетворювачів, 4,5 – елементи незалежного закріплення та регулювання
сили притискання сенсорів до зон реєстрації пульсових сигналів.

(Рис.6)

Рис.6. Схематичне зображення структури пристрою для синхронної
реєстрації пульсових сигналів з обмеженою функціональною залежністю
каналів.

У новій конструкції також введено опорні площадки 6 (рис.6), які на
відміну від відомих пристроїв, дозволяють реєстрацію поверхневого
пульсу.

Обґрунтування характеристик вузлів окремих каналів базувалося на
аналізі:

· відносної величини вхідного сигналу ( = Fd / FО , де ( – відносна
величина вхідного сигналу; Fd, FО – амплітуда сили дії пульсового
сигналу на реальний перетворювач та за умови повного гальмування
пульсових коливань поверхні зони, відповідно,

, оскільки Fd < F0, · плавності деформації зони РL = Хg / Хt де PL – плавність деформації зони, Хg – переміщення гвинта 5 (рис.6), Хt деформація зони та · забезпечення необхідного значення верхньої границі робочого діапазону частот (40 Гц). На підставі розроблених моделей показано, що між наведеними характерристиками існують функціональні залежністі ( + ( = 1 та ( * РL = 1. За незалежну змінну було обрано відносну похибку перетворення сили пульсового сигналу (. У загальному випадку, ( = ( (Кt, КП, ККР), де Кt, КП, ККР – жорсткість зони реєстрації сигналу; вхідна жорсткість каналу, яка визначається жорсткістю гумового сильфона 3 (рис.6), та елементів закріплення 4 (рис.6), з урахуванням жорсткості тіла на площі контакту з цими елементами, відповідно. Стаціонарні точки даної залежності в області біофізично значимих величин Кt, КП та ККР відсутні. За попередніми експериментальними оцінками, діапазон значень ККР становить (0,5 – 4)*103 Н/м. Діапазон можливих значень Кt оцінювався за розробленими математичними моделями Kt = Kt (Ft) для Рt (0- – 35386) Па або (0 – 266) ммНg, діаметр сприймаючого сигнал елемента каналу 6*10-3 м. Величина КП підлягала обгрунтуванню. Залежність ( = ( (Кt, ККР) для КП = 1000 Н/м показана на рис.7. (Рис.7) Рис.7. Залежність відносної похибки ( перетворення сили пульсового сигналу Fd від ККР та Кt. Дотримання умови рівних, з певною похибкою, зональних значень Fd висуває вимоги, перш за все, до співвідношення відносних похибок (. У випадку біотехнічних систем пульсометрії вимога малих значень ( є необгрунтовано жорсткою і не може бути виконаною за фізіологічних умов, які не створюють дискомфорт для обстежуваного, оскільки визначається величиною ККР. Залежність (рис.7) отримана у всьому діапазоні можливих значень Кt, який значно переважає індивідуальну (для кожного обстежуваного) область цих величин. Показано, що у випадку найбільш несприятливих для вимірювань, але фізіологічних значень ККР в діапазоні (500 – 1500) Н/м, міжзональні відмінності відносної похибки перетворення сили пульсового сигналу ( не переважають ± 5 % при значенні вхідної жорсткості каналів КП ? 500 Н/м. Останнє визначило діапазон значень величини КП (800 – 1200) Н/м. За умов ККР = 1000 Н/м та КП в діапазоні значень (800 – 1200) Н/м, характеристика S приймає значення (0,69 – 0,8), а PL – (1,26 – 1,45). Параметр КП визначається жорсткістю сильфона КС (рис.6), оскільки в пристрою застосовано п’єзоелектричні первинні перетворювачі у вигляді двохопертої балки жорсткістю Kd1 (Kd1 >> KС).

Значення маси елементів каналів визначалася за результатами моделювання
амплітудно – частотної характеристики у верхній частині робочого
діапазону частот. Еквівалентна електрична схема каналу показана на
рис.8, де F(() – сила, створювана пульсовим сигналом на вході каналу на
частоті (; vО(() – швидкість руху поверхні тіла в зоні контакту з
перетворювачем; Rd1, Kd1, md1, R1, K1, m1, R2, K2, m2 – опір тертя,
жорсткість та коливальна маса, відповідно п’єзоелектричного первинного
перетворювача з елементами узгодження електричних параметрів, сильфона 3
та платформи 2 з елементами закріплення і регулювання сили притискання
4, 5 (рис.6). vd(() – швидкість деформації п’єзоелемента на низьких
частотах робочого діапазону частот.

(Рис.8)

Рис.8. Деталізована еквівалентна схема одного каналу нового пристрою.

становить (0,07 – 0,1), а b1 – (0,49 – 0,51).

— швидкість деформації п’єзоелемента на середніх і високих та низьких
частотах робочого діапазону, відповідно, наведена на рис.9.

(Рис.9)

Рис.9. Залежність амплітудно-частотної характеристики каналів нового
пристрою на середніх та високих частотах спектру пульсового сигналу від
умов закріплення на руці обстежуваної особи.

, де K2 – жорсткість закріплення елементів каналу на руці
обстежуваного, m2 – параметр, що складається з маси платформи 2,
елементів закріплення та регулювання сили притискання перетворювачів до
зон реєстрації сигналів 4,5 (рис.6). Параметру (02 = 200 рад/с
відповідає маса m2 = 21*10-3 кг, (02 = 300 рад/с маса m2 = 11*10-3 кг, а
(02 = 400 рад/с маса m2 = 6,25*10-3 кг, за умови K1 = 800 Н/м, K2 =
=1000 Н/м . Зростання нижньої границі експериментальних оцінок K2 до
величини 1000 Н/м пов(язано з введенням у структуру нового пристрою
опорних площадок 6 (рис.6), що уможливлює більш жорстке закріплення
пристрою на руці обстежуваного. Умова нерівномірності амплітудно –
частотної характеристики ( 30% визначила коливальну масу m2, порядку,
20*10-3 кг.

Представлено результати подальшого розвитку методики розрахунку
характеристик і антропометричних показників первинних перетворювачів та
каналів нового пристрою, де враховано параметри джерела сигналу і
закріплення пристрою на тілі людини.

Отримано співвідношення між коливальними масами системи „модуль
перетворювача – сильфон” (m1) та елементів закріплення і регулювання
сили притискання перетворювачів до зон реєстрації сигналів (m2), яке
наведено у вигляді номограми і дозволяє визначити антропометричні
показники елементів каналу в залежності від схемотехнічних та
конструктивних показників вузлів первинних перетворювачів.

Амплітудно – частотна характеристика каналів нового пристрою в нижній
частині робочого діапазону частот (0,5 – 2) Гц визначається параметрами
електричної сторони первинних перетворювачів п’єзоелектричного типу.
Остання, зважаючи на мале значення нижньої граничної частоти робочого
діапазону частот (0,5 Гц), описується передавальною функцією послідовно
включених двох диференціальних ланок. Представлено залежність постійних
часу зазначених ланок для нижньої граничної частоти 0,2 Гц (рівень спаду
характеристики 0,7).

У п(ятому розділі наведено результати технічних і клінічних випробувань
дослідних зразків нових пристроїв формування пульсових сигналів, а також
експериментальні дані щодо умов забезпечення задовільної збіжності
результатів обстеження за допомогою пульсодіагностичного комплекса з
використанням зазначених пристроїв.

Результати технічних випробувань, отримані на 3 дослідних зразках
пристроїв (9 каналах реєстрації пульсових сигналів), представлено в
табл.2.

За модельними оцінками, величина верхньої граничної частоти каналів при
встановленні пристрою на біооб(єкті в найбільш фізіологічних умовах
обстеження ( метрологічно несприятливих, оскільки, ККР = 1000 Н/м)
становить не менше 40 Гц, що задовільняє вимогам пульсометрії (рис.9).

Клінічні випробування дослідних зразків нових пристроїв було проведено
на виборці, що складалася з 9 осіб (7 чоловічої та 2 жіночої статі) у
віці (20-56 років). Під час випробувань досліджувався взаємний вплив
каналів у процесі встановлення зональних умов ( відповідних зональних
значень Ft) та синхронної реєстрації пульсових сигналів.

Показано, що у новому пристрою, порівняно з відомими, взаємний вплив
каналів зменшено:

— під час встановлення зональних умов формування сигналів, всередньому,
у 11 разів,

у процесі синхронної реєстрації пульсових сигналів, всередньому, у 9,7
разів.

Таблиця 2

Характеристики каналів нового пристрою формування вхідних сигналів

для багатозональної пульсометрії

Характеристики Значення

Коефіцієнт перетворення, В / Н,

Поріг чутливості, В / Н,

Нижня гранична частота на рівні 0,7, Гц

Верхня гранична частота на рівні 0,7, Гц

Нелінійність амплітудної характеристики в діапазоні значень сили
(3,44*10-6 — 0,5) Н,

Жорсткість, Н/м

Відносна похибка перетворення сили за фізіологічно припустимих умов
реєстрації пульсових сигналів,

Міжзональні відмінності відносної похибки перетворення сили,

Середнє значення деформації зон реєстрації пульсових сигналів на один
оберт гвинта регулювання, м ,

Маса пристрою, кг

Габаритні розміри, м За вимогами замовника.

3,44*10-6 Н.

не більше 0,06.

не менше 120.

не більше 4,9 %.

1070 ( 85

не більше 0,32.

не більше 0,041.

не більше 0,35*10-3 .

85,6*10-3.

(50 х 30 х 25)*10-3.

На рис.10 показано результати порівняння взаємного впливу каналів
відомих та нового пристрою формування вхідних сигналів для методу
багатозональної пульсометрії у процесі синхронної реєстрації на прикладі
особи жіночої статі у віці 22 років (права рука), де h11 = 7*10-3 Н,
h12 = 16,5*10-3 Н, h21 = 0,62*10-3 Н, h22 = 21*10-3 Н, v- напрямок
руху діаграмної стрічки. У наведеному прикладі зменшення зазначеного
впливу становить 14 разів.

(Рис.10)

Рис.10. Ілюстрація взаємного впливу каналів пристроїв для
багатозональної пульсометрії зі спільною платформою (а) та нового
пристрою (б).

Пульсові сигнали в пульсодіагностичному комплексі за канонами східної
медицини оцінюють за відношенням потужностей сигналу в частотних
діапазонах (0,5-10) Гц та більше 10 Гц. Час реалізації становить 4 с.

Збіжність результатів обстеження за допомогою зазначеного комплексу та
нових пристроїв формування вхідних сигналів досліджувалася на виборці з
5 осіб (3 чоловічої та 2 жіночої статі) у віці (20 – 57) років.

Отримані результати показали необхідність збільшення тривалості
реалізацій або усереднення даних за (5-6) спостереженнями, що дозволяє
зменшити вариації вказаного показника, приблизно, у 3 рази і уможливити
його моніторинг.

ВИСНОВКИ

У дисертації на основі розроблених моделей та результатів
експериментальних досліджень розвўязано науково-практичну задачу
створення і впровадження у медичну практику дослідних зразків нового
пристрою сихронного формування пульсових сигналів променевих артерій
людини з практично незалежними каналами.

1. Вперше розроблено моделі елементів та процесів взаємодії у
біотехнічній системі синхронної реєстрації пульсових коливань ряду,
послідовно розташованих, зон дистальних частин променевих артерій
людини, де біооб(єкт представлено джерелом сили з вихідним імпедансом,
залежним від деформації зазначених зон, а багатоканальний пристрій як
сукупність коливальних систем зі спільною основою чи шарнірно з(єднаних
в одній конструкції, жорсткість закріплення якого відносно променевої
кістки має скінчене значення.

Результати теоретичних та експериментальних досліджень моделей дозволили
створити і впровадити у медичну практику (в складі пульсодіагностичного
комплексу) дослідні зразки нового пристрою для багатозональної
пульсометрії, які забезпечують практичну незалежність:

— встановлення зональних зовнішніх умов формування та

— синхронної реєстрації пульсових коливань розташованих поряд зон
променевих артерій людини.

2. Розроблено та досліджено:

— статистичні моделі пружних властивостей зон реєстрації пульсових
сигналів за канонами східної медицини в залежності від деформації
названих зон та площі контакту з ними первинних перетворювачів, які
описують вихідний імпеданс джерела сили;

— моделі взаємодії каналів пристрою для багатозональної пульсометрії зі
спільною основою у процесі встановлення зовнішніх умов формування та у
процесі синхронної реєстрації пульсових коливань розташованих поряд зон
променевих артерій людини;

— співвідношення жорсткостей зон, за умови однакового зонального впливу
первинних перетворювачів на променеву артерію, в залежності від розміру
пульсових сигналів.

За отриманими результатами обгрунтовано структуру нового пристрою для
багатозональної пульсометрії з практично незалежними на акустичній
стороні каналами.

3. За результатами теоретичних і експериментальних досліджень
встановлено:

— принципову неможливість жорсткої фіксації інструментальних елементів
біотехнічної системи багатозональної пульсометрії відносно променевої
кістки, з чим пов(язаний взаємний вплив каналів відомих пристроїв у
процесі встановлення зовнішніх умов формування ( досягає 25%) та у
процесі синхронної реєстрації пульсових сигналів (в залежності від
величини сигналу досягає 15%);

— обмеженість знизу похибки перетворення сили, що створюється пульсовими
сигналами на входах первинних перетворювачів, міжзональні відмінності
якої, за обгрунтованих у роботі характеристик останніх, не переважають ±
4,1%, що забезпечує необхідну точність встановлення умов формування
сигналів.

4. За результатами технічних та клінічних досліджень дослідних зразків
нового пристрою показано:

— відповідність метрологічних та антропометричних показників вимогам
щодо технічних засобів формування вхідних сигналів методу
багатозональної пульсометрії;

— зменшення, порівняно з відомими пристроями, взаємного впливу каналів у
процесі встановлення зовнішніх умов формування ( в середньому в 11
разів) та у процесі синхронної реєстрації пульсових сигналів ( в
середньому в 9,7 разів).

5. Розроблено і впроваджено, в складі пульсодіагностичного комплексу, в
медичну практику дослідні зразки нового пристрою в
санаторію-профілакторію Національного університету “Львівська
політехніка” та Центрі східної медицини Мінздрава Бурятії (м.Улан-Уде).

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Смердов А., Сторчун Ю. Дослідження похибки перетворення сили
пульсового сигналу // Вісник ДУ “Львівська політехніка”.-1998.-№
343.-С.153-155.

2. Бороноев В.В., Поплаухин В.Н., Сторчун Ю.Е. Амплитудно-частотные и
фазовые характеристики преобразователя пульсового сигнала для
многозонной пульсовой диагностики//Медицинская
техника.-1998.-№2.-С.32-35.

3. Мандзій Б., Сторчун Ю. Методика дослідження пружних властивостей
пульсових зон променевих артерій людини//Вісник Національного
університету “Львівська політехніка”.-2000.-№ 399.-С.203-207.

4. Сторчун Ю. Модель “жорсткість-сила деформації” пульсових зон
променевих артерій людини // Технічні вісті.-2001.-№ 1(12),
2(13).-С.100-102.

5. Сторчун Ю. Залежність “жорсткість-площа” зон реєстрації пульсового
сигналу // Вісник НУ “Львівська політехніка”.-2001.-№ 428.-С.246-248.

6. Сторчун Е.В., Мандзий Б.А., Сторчун Ю.Е. Взаимное влияние каналов в
устройствах формирования сигналов для многозонной
пульсометрии//Электроника и связь.-2001.-№11.-С.88-90.

7. Сторчун Є.В., Вітенко Г.В., Сторчун Ю.Є. Взаємний вплив каналів під
час синхронної реєстрації пульсових сигналів//Збірник наукових праць НАН
України, серія: Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів
та виробів.-2002.-Вип.7.-С.194-198.

8. Мандзій Б., Сторчун Ю. Пристрій для багатозональної пульсометрії з
функціонально незалежними каналами//Науковий вісник: Збірник
науково-технічних праць.-Львів: УкрДЛТУ.-2003, вип.13.1-С.269-272.

9. Пат. 46316 А Україна, МКВ А61В/02. Пристрій формування пульсових
сигналів / Сторчун Ю.Є., Мандзій Б.А., Сторчун Є.В. (Україна), Бороноєв
В.В. (Росія); НУ “Львівська політехніка”.-№2001064224; заявл.
19.06.2001; опубл. 15.05.2002.-Бюл.№5.- 4с.

АНОТАЦІЯ

Сторчун Ю.Є. Моделювання елементів біотехнічної системи багатоканальної
пульсометрії та розроблення пристрою формування пульсових сигналів.-
Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за
спеціальністю 05.11.17- медичні прилади та системи – Національний
університет “Львівська політехніка”, Львів, 2004.

Дисертація присвячена розробці методологічних аспектів синхронної
реєстрації з поверхні тіла внутрішнього руху в організмі людини за
допомогою об(єднаною в одному конструктиві системи перетворювачів та
створенню пристроїв з практично незалежними на акустичній стороні
каналами.

Розроблено моделі елементів та процесів взаємодії в біотехнічній ситемі
пульсової діагностики за канонами східної медицини під час встановлення
зовнішніх умов та синхронної реєстрації сигналів. Встановлено
закономірності взаємодії з біооб(єктом та між каналами багатоканальних
пристроїв для пульсометрії, де визначальну роль відіграє контакт
елементів закріплення з м(якими тканинами організму людини.

Синтезовано нову структуру пристрою для багатоканальної пульсометрії,
обгрунтовано вимоги до метрологічних характеристик та антропометричних
показників первинних перетворювачів і каналів. Дослідні зразки нових
пристроїв впроваджено в медичну практику в складі пульсодіагностичного
комплексу.

Ключові слова:пульсова діагностика, біотехнічні системи, медичні
перетворювачі.

АННОТАЦИЯ

Сторчун Ю. Е. Моделирование элементов биотехнической системы
многоканальной пульсометрии и разработка устройства формирования
пульсовых сигналов.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по
специальности 05.11.17- медицинские приборы и системы — Национальный
университет “Львовская политехника”, Львов, 2004.

Диссертация посвящена разработке методологических аспектов синхронной
регистрации на поверхности тела внутреннего движения в организме
человека с помощью объєдиненных в одном конструктиве системы
преобразователей и созданию устройств с практически независимыми на
акустической стороне каналами.

Обосновано представление акустического импеданса зон регистрации
пульсовых колебаний лучевых артерий человека по канонам восточной
медицины, дистальная из которых расположена во впадине проксимально от
латеральной щиколотки лучевой кости, их упругими составляющими.
Предложено методику экспериментальных исследований упругих характеристик
указанных зон, позволяющую учитывать релаксацию механического напряжения
в поверхностных мягких тканях, а также исключить влияние пульсовых
колебаний на получаемые результаты.

Разработаны статистические модели жесткости этих зон в зависимости от
площади, определяемой элементами введения синала в первичные
преобразователи, и силы деформации. Доказана однородность по
акустическому импедансу в области частот спектра пульсовых колебаний
одноименных зон верхних конечностей человека. Получено соотношение
жесткостей разноименных зон одной руки человека в зависимости от
величины пульсового сигнала при условии равенства зональных воздействий
первичных преобразователей на соответствующие участки артерии.

Обобщены известные структурно-функциональные модели пульсометрии на
случай многоканальных устройств, где впервые учтены характеристики
элементов крепления и акустический импеданс зон регистрации сигналов.

Результатами имитациоонного и физического моделирования показано наличие
и исследована величина взаимного влияния каналов известных устройств для
синхронной регистрации пульсовых сигналов лучевых артерий человека в
указанных зонах в процессе установки внешних условий и регистрации
сигналов. Причина названного влияния связана с подвижностью общей основы
системы преобразователей. Величина взаимного влияния каналов исключает
возможность применения таких устройст в методах с использованием
частотно чувствительных диагностических показателей пульса.

Дополнительный учет жесткости элементов крепления позволил установить
принципиальное ограничение снизу погрешности преобразования силы
пульсовых сигналов в услоих их регистрации в системе координат
биообъекта. Получены междузональные отличия названной погрешности в
зависимости от величины пульсовых сигналов.

Обоснованы метрологические характеристики и ограничения относительно
антропометрических показателей системы преобразователей, объединеных в
одном конструктиве, которые обеспечивают приемлемую погрешность
преобразования силы пульсовых сигналов и необходимый рабочий диапазон
частот.

Синтезирована новая структура устройств для многозонной пульсометрии,
которая, в отличие от известных, обеспечивает практическую независимость
установки внешних зональных условий формирования пульсовых колебаний и
их синхронную регистрацию отдельными каналами, а также исключает влияние
начального прижима на получаемые результаты. Последнее позволяет в
физиологически допустимых услових регистрировать “поверхностный ” пульс
лучевых артерий человека.

Усовершенствована методика расчета характеристик нового устройства для
случая пьезоэлектрических первичных преобразователей с учетом параметров
источника сигнала и элементов крепления на теле человека.

Результаты технических и клинических испытаний опытных образцов нового
устройста показали их соответствие метрологическим требованиям, а также
практическую независимость процесса формирования внешних зональных
условий и синхронной регистрации пульсовых сигналов отдельными каналами.

Экспериментально обосновано требование к количеству ограниченных во
времени реализаций пульсовых сигналов, обеспечивающих сходимость
показателя, представляющего отношение мощностей сигнала в диапазоне
частот (0,5-10) Гц и больше 10 Гц.

Опытные образцы нового устройства для многозонной пульсометрии по
канонам восточной медицины внедрены в клиническую практику в составе
пульсодиагностического комплекса.

Ключевые слова: пульсовая диагностика, биотехнические системы,
медицинские преобразователи.

ANNOTATION

Storchun Y.E. Modeling of elements of biotechnical system multichannel
pulsometry and development of the device of formation pulse signals.-
Manuscript.

Thesis for the candidate’s degree in technical sciences on a speciality
05.11.17- medical devices and systems — National university » Lviv
Polytechnic «, Lviv, 2004.

The dissertation is devoted to development of methodological aspects of
synchronous registration on a surface of internal movement in body of
the man with the help of system of transducers and creation of devices
with channels, practically independent on the acoustic party.

The models of elements and processes of interaction in biotechnical
system of pulse diagnostics on canons of east medicine in an
installation time of external conditions and synchronous registration of
signals are developed. The laws of interaction with bioobject and
between channels of multichannel devices for pulsometry are established,
where the determining role is played the contact of elements of
fastening to soft fabrics of the man.

The new structure of the device for multichannel pulsometry is
synthesized, the requirements to the characteristics and parameters of
primary transducers and channels are proved. Skilled samples of new
devices are introduced into medical practice in structure of a complex
of the pulse diagnostic.

Key words: pulse diagnostics, biotechnical systems, medical transducers.

Похожие записи