Разработка и обоснование структурной схемы реографа

Добрать

Тема 5 . Проектирование реографов.

Реография, или электроплетизмография, – один из самых распространенных методов исследования гемодинамики – движения крови в сосудах. Реографы предназначены для исследования кровообращения в различных органах и тканях человека или животных в клинических и экспериментальных условиях. Они позволяют получить ценную информацию: о величине кровотока в исследуемой области; провести качественную оценку динамических характеристик кровообращения в тканях; оценить сосудистый тонус и определить скорость распространения реографической волны. Одним из существенных преимуществ реографов является возможность реализации многоканального съема и обработки биомедицинской информации. Проведение одновременных реографических измерений в различных сосудистых областях позволяет изучать закономерности общей гемодинамики в условиях длительных исследований при возлействии различных функциональных и фармакологических тестов.

Внешнее проектирование.

В процессе внешнего проектирования разработчик должен конкретно сформулировать и обосновать:

– назначение проектируемого реографа;

– цель проектирования;

– исходные данные для проектирования с учетом назначения и условий эксплуатации.

Рассмотрим кратко эти вопросы на примере проектирования 4-х канального реографа.

Целью проектирования является модернизация существующего 4-х канального реографа типа Р4-02 в направлении повышения показателей качества:

1) более высокой информативности и повышения точности оценки реографических показателей (РП);

2) повышения степени и уровня автоматизации расчетов РП.

Указанные выше показатели функционального назначения можно обеспечить:

– включением в структуру разрабатываемого реографа, наряду с каналом электрокардиографии, дополнительного канала фонокардиографии;

– возможностью интерфейсного сопряжения всех каналов реографа с персональным компьютером.

Результатом первого этапа внешнего проектирования реографа является разработка медико-технических требований (медицинских и технических), а также требований по метрологическому обеспечению.

5.1.1. Формулировка медицинских требований к разрабатываемому реографу

В состав медицинских требований к проектируемому реографу включаются следующие:

1) Для расширения объема функциональных задач в лечебно-диагностическом процессе необходимо предусмотреть:

– режим регистрации и (или) отображения реограммы на дисплее персонального компьютера (вариант – специализированный микро ЭВМ)

– режим компьютерного анализа реограмм и автоматизированного расчета основных показателей (по известным методам);

– возможность (при разработке соответствующего программного обеспечения) получения компьютерного заключения при исследовании центральной гемодинамики методом тетрапорярной грудной реографии (по Кубичеку).

2) Требования по месту и условиям эксплуатации.

Проектируемый реограф предназначен для работы в стационарных условиях кабинетов (отделений) функциональной диагностики поликлиник, многопрофильных больниц, различных специолизированных лечебных учреждений в условиях экспериментальных лабораторий и диагностических центров.

3) Количество каналов ввода и регистрации реограмм, а также каналов ввода других показателей жизнедеятельности. Реограф должен обеспечить:

– регистрацию и анализ реограмм по 4-м каналам;

– регистрацию электрокардиограммы по 1-ому каналу;

– регистрацию фонокардиограммы (синхронно с реограммой и электрокардиограммой);

– одновременную аналоговую регистрацию реограммы (РГ) электрокардиограмму (ФКГ) с помощью многоканального регистратора;

– одновременную цифровую регистрацию РГ, ФКГ и ЭКГ с помощью компьютера.

– возможность автоматизированного расчета амплитудных и временных параметров РГ, а также? (расчет) показателей гемодинамики;

4) Требования к средствам установки, контроля и регулирования режимов работы. К числу этих требований относятся:

– цифровая регистрация базового импеданса;

– возможность реализации как биполярного так и тетраполярного способа измерения реограммы;

– исключение необходимости в балансировке прибора;

– обеспечение возможности автоматической калибровке прибора

5) Требования к способам и средствам отображения и регистрации РГ. Прибор должен обеспечить:

– цифровое отображение значения базового импеданса;

– вывод аналоговой информации об изменении импеданса (реограммы) внешним регистратором электрокардиографа

– возможность интерфейсного сопряжения реографических каналов с персональным компьютером

6) Требования об отсутствии отрицательного побочного эффекта от принятия решения реографа.

Одним из основных требований является выполнение требований по электробезопасности в соответствии с ГОСТ и стандартами ИСО, МЭК по медицинской технике, а также оценка биологического действия реографа как медицинского изделия на здоровье пациентов.

5.1.2. Формулировка технических требований к проектируемому реографу.

Требования по составу изделия:

– реограф должен работать в комплекте с электрокардиографом и (или) с персональным компьютером для регистрации и обработки реограммы.

– реограф должен содержать 4 канала регистрации изменений импеданса;

– канал вычисления производная реограммы;

– канал усиления и регистрации кардиограммы (по одному отведению)

Основные технические требования

1. Коэффициент преобразования.

2. Диапазон измеряемого импеданса – от 10 до 250 Ом (200–700 Ом).

3. Предел допустимой погрешности измерения базового импеданса и его переменной составляющей – ±10%.

4. Граничные частоты каналов реограммы:

– верхняя – не менее 30 Гц,

– нижняя – не менее 0, 3 Гц.

5. Величина зондирующего тока прямоугольной формы через биообъект – (1, 6–2, 0) мА.

6. Частоты зондирующих токов для различных реографических каналов

I канал – (40 ± 4) кГц

II канал – (50 ± 5) кГц

III канал – (70 ± 7) кГц

IV канал – (100 ± 10) кГц

7. Размах калибровочного сигнала – 0, 1 Ом ± 5%.

8. Полоса пропускания частот усилителя кардиосигнала – (0, 3–30) Гц.

9. Коэффициент подавления синфазного сигнала усилителя кардиосигнала – не менее 70 дБ.

10. Питание прибора – сеть переменного тока (220 ± 10%) В частотой 50 Гц.

11. Время установления рабочего режима прибора после включения – не более 5 мин.

12. Время непрерывной работы прибора – не менее 8 часов с последующим перерывом в течение 1 ч.

13. По электробезопасности прибор удовлетворяет требованиям II класса, тип защиты?

14. Условия эксплуатации прибора:

– температура окружающей среды – от +10° до +35° С;

– относительная влажность? (20 ± 5)° С – (60 ± 15)%

– атмосферное давление – (760 ± 30) мм рт. ст.

15. По ремонтопригодности конструкция прибора должна обеспечивать быструю разборку и сборку, а также легкий доступ к деталям и сборочным узлам.

При проектировании разработчик должен основательно изучить метод реографии, особенности реализации реографической аппаратуры, а также органные метедики реализации.

P.S. При дипломном проектировании студент обязан включить в раздел «Медико-техническое обоснование разработки» подробное изложение следующих вопросов:

1) сущность реографического метода исследования сердечно-сосудистой системы

2) техника и методика реографии

3) общие принципы анализа реограмм

4) принципы и техника грудной реографии по Кубичеку

См [ ]

1. Гуревич М.И., Соловьев А.И., Литовченко Л.П., Докоман Л.Б. Импедансная реоплетизмография. Киев: «Наукова думка», 1982.

2. Осколкова М.К., Красина Г.А. Реография в педиатрии. Москва: «Медицина», 1980.

3. Клиническая реография / Под ред. В.Г. Шершнева. Киев: «Здоровье», 1977.

4. Полищук В.И., Терехова Л.Г. Техника и методика реоплетизмографии. Москва: 1983

5. Реография. Импедансная плетизмография / Под ред. Г.И. Сидоренко. Минск: 1978

6. Старшов А.М., Смирнов И.В. Реография для профессионалов. Методы исследования сосудистой системы. Москва: «Познавательная книга пресс», 2003, 80 стр.

Внутреннее проектирование

Вопросы разработки и расчета основных узлов реографа.

Добрать

Тема 5 . Проектирование реографов.

Внешнее проектирование.

В процессе внешнего проектирования разработчик должен конкретно сформулировать и обосновать:

– назначение проектируемого реографа;

– цель проектирования;

– исходные данные для проектирования с учетом назначения и условий эксплуатации.

Рассмотрим кратко эти вопросы на примере проектирования 4-х канального реографа.

1) более высокой информативности и повышения точности оценки реографических показателей (РП);

2) повышения степени и уровня автоматизации расчетов РП.

Указанные выше показатели функционального назначения можно обеспечить:

– возможностью интерфейсного сопряжения всех каналов реографа с персональным компьютером.

5.1.1. Формулировка медицинских требований к разрабатываемому реографу

В состав медицинских требований к проектируемому реографу включаются следующие:

1) Для расширения объема функциональных задач в лечебно-диагностическом процессе необходимо предусмотреть:

2) Требования по месту и условиям эксплуатации.

– регистрацию и анализ реограмм по 4-м каналам;

– регистрацию электрокардиограммы по 1-ому каналу;

– регистрацию фонокардиограммы (синхронно с реограммой и электрокардиограммой);

– одновременную цифровую регистрацию РГ, ФКГ и ЭКГ с помощью компьютера.

– цифровая регистрация базового импеданса;

– возможность реализации как биполярного так и тетраполярного способа измерения реограммы;

– исключение необходимости в балансировке прибора;

– обеспечение возможности автоматической калибровке прибора

5) Требования к способам и средствам отображения и регистрации РГ. Прибор должен обеспечить:

– цифровое отображение значения базового импеданса;

– вывод аналоговой информации об изменении импеданса (реограммы) внешним регистратором электрокардиографа

– возможность интерфейсного сопряжения реографических каналов с персональным компьютером

6) Требования об отсутствии отрицательного побочного эффекта от принятия решения реографа.

5.1.2. Формулировка технических требований к проектируемому реографу.

Требования по составу изделия:

– реограф должен содержать 4 канала регистрации изменений импеданса;

– канал вычисления производная реограммы;

– канал усиления и регистрации кардиограммы (по одному отведению)

Основные технические требования

1. Коэффициент преобразования.

2. Диапазон измеряемого импеданса – от 10 до 250 Ом (200–700 Ом).

3. Предел допустимой погрешности измерения базового импеданса и его переменной составляющей – ±10%.

4. Граничные частоты каналов реограммы:

– верхняя – не менее 30 Гц,

– нижняя – не менее 0, 3 Гц.

5. Величина зондирующего тока прямоугольной формы через биообъект – (1, 6–2, 0) мА.

6. Частоты зондирующих токов для различных реографических каналов

I канал – (40 ± 4) кГц

II канал – (50 ± 5) кГц

III канал – (70 ± 7) кГц

IV канал – (100 ± 10) кГц

7. Размах калибровочного сигнала – 0, 1 Ом ± 5%.

8. Полоса пропускания частот усилителя кардиосигнала – (0, 3–30) Гц.

9. Коэффициент подавления синфазного сигнала усилителя кардиосигнала – не менее 70 дБ.

10. Питание прибора – сеть переменного тока (220 ± 10%) В частотой 50 Гц.

11. Время установления рабочего режима прибора после включения – не более 5 мин.

12. Время непрерывной работы прибора – не менее 8 часов с последующим перерывом в течение 1 ч.

13. По электробезопасности прибор удовлетворяет требованиям II класса, тип защиты?

14. Условия эксплуатации прибора:

– температура окружающей среды – от +10° до +35° С;

– относительная влажность? (20 ± 5)° С – (60 ± 15)%

– атмосферное давление – (760 ± 30) мм рт. ст.

1) сущность реографического метода исследования сердечно-сосудистой системы

2) техника и методика реографии

3) общие принципы анализа реограмм

4) принципы и техника грудной реографии по Кубичеку

См [ ]

2. Осколкова М.К., Красина Г.А. Реография в педиатрии. Москва: «Медицина», 1980.

3. Клиническая реография / Под ред. В.Г. Шершнева. Киев: «Здоровье», 1977.

4. Полищук В.И., Терехова Л.Г. Техника и методика реоплетизмографии. Москва: 1983

5. Реография. Импедансная плетизмография / Под ред. Г.И. Сидоренко. Минск: 1978

Внутреннее проектирование

Разработка и обоснование структурной схемы реографа

Структурная схема РГ-прибора состоит их 4-х каналов реограммы, одного канала, электрокардиограммы (усилителя кардиосигнала), блока сопряжения с ЭВМ и блока питания.

Рисунок – Структурная схема реографического канала

Рисунок

Структурная схема канала реографии состоит из датчиков-электродов 2, которые в режиме рабочего измерения с помощью переключателя 4, могут быть подключены или к пациенту 1 или (при работе в режиме калибровки) к калибровочному устройству.

Рабочий режим может быть реализован или по схеме биполярной либо по схеме тетраполярной реографии.

Рисунок – Биполярная (а) и тетраполярная (б) схемы реографии

Часть падения напряжения, создаваемого при прохождении зондирующего тока высокой частоты через пациента, с помощью электродов? входное усилительное устройство 5. Выходной сигнал с этого устройства подается на вход синхронного демодулятора 6. Сигнал после демодуляции на подканал измерения реограммы Δ Z, подканал измерения базового импеданса Z и подканал формирования производной реограммы. Подканал измерения базового импеданса состоит из усилителя постоянного тока 7 и цифро-аналогового устройства 8.

Рисунок

Объем кровенаполнения v+Δ v увеличивается при каждом сокращении сердца. При этом импедансе, ему соответствующий z+Δ z, периодически подает при каждом сокращении сердца. Поэтому характеристика реограммы имеет инверсный (неинверсный) вид по сравнению с характеристикой кровенаполнения v+Δ v=f(t).

Поэтому при использовании реографов нужно четко определиться какую характеристику выдает прибор на свои выходы. Подканал реографии включает в себя: усилители низких частот 9 и 11, фильтр низких частот 10, схему автоматического успокоения 12 и дифференциатор 13.

Подканал дифференцирования реограммы представляет собой активное дифференцирующее звено 13 для вычисления производной реографического сигнала d(Δ R)/dt. Этот сигнал используется для вычисления амплитудных и фазовых характеристик реосигнала при расшифровке РГ, а также для вычисления скорости сосудистого кровотока.

При ,

Рисунок – Характеристики кровенаполнения

и реограммы: а – реограмма кровенаполнения,

б – дифференциальная реограмма, в – общая

реограмма z=f(t).

v – общий объем кровенаполнения, Δ v – изменение кровенаполнения, z – базовый импеданс, Δ z – реографический сигнал (Δ U ≡ Δ z). Так как измерение ведется на переменном токе, то общей реографический сигнал z=f(t) представляет переменный электрический сигнал, состоящей из суммы 2-х составляющих z и Δ z, где z – базовый импеданс, Δ z – реографический импеданс.

Соответственно, выходной сигнал с реографических электродов будет иметь вид синусоидальной кривой, промодулированной по амплитуде реографическим сигналом Δ z=f(t).

Рисунок – Выходной электрический сигнал реограммы

Задачей дальнейшего преобразования амплитудно-модулированного сигнала заключается в подавлении синусоидальной составляющей частоты модуляции и выделении низкочастотной огибающей. Эта операция осуществляется путем синхронной демодуляции входного сигнала с помощью различного рода амплитудных детекторов (демодуляторов), известных в радиотехнике.

12 3 4 5 6 Следующая ⇒