Библиотечный каталог авторефератов Украины

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, τ -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 τ (рис.1), пов′язану з пере­розподілом міжклітин­ної рідини.При швид­­­кості зростання наван­та­ження зони ≥ 0,1 Н/с роз­мір τ 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 χ2 –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.

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).

У моделі (рис.4) вперше враховано не жорстке закріплення платформи пристроїв для багатозональної 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.

Внаслідок обмеженості ККР і закріпленні сенсорів на спільній платформі, притис­кан­­ня другого перетворю­вача до зони (зона КАН, рис.4б)  викликає зміну F1 до величи­ни , що становить, за результатами аналізу,

,

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

За, отриманими у роботі модельними оцінками, величина   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.