Рефераты по медицине
Устройство для регистрации ночной остановки дыхания

Скачать реферат [812,0 Кб]   Информация о работе

Реферат

Тема выпускной квалификационной работы «Устройство для регистрации ночной остановки дыхания».

Устройство для регистрации ночной остановки дыхания предназначено для диагностики ночного апное, принцип которого заключается в регистрации движения грудной клетки через сканирование ее ультразвуком и сравнение отраженной волны с излученной. При движении объекта отраженная от него волна не совпадает по частоте с падающей и отличается от нее на некоторую разницу, называемую доплеровской частотой, величина которой зависит от скорости объекта. Если человек не дышит доплеровская частота будет равна 0.

Цель работы – разработка устройства, регистрирующего доплеровскую частоту, которое на основе этого определяет есть дыхание или нет.

В пояснительную записку данной работы вошли такие разделы как: расчет доплеровской частоты ; разработка структурной и электрической схем устройства; разработка печатной платы для устройства обнаружения дыхания.

Введение

История развития естествознания убедительно свидетельствует о высокой эффективности математизации естественных наук. Количественное, математическое описание явлений природы поднимает науку на более высокий уровень, углубляет понимание процессов. [4]

Значительную роль играют математические методы в решении проблем машинной диагностики заболеваний. Особая роль принадлежит математическому моделированию патологических процессов. Именно это направление применения математических методов имеет значительные перспективы в аспекте раскрытия сущности, т. е. более глубокого понимания патогенеза заболеваний и изыскания действенных методов их лечения. [1]

В настоящее время проводятся различного рода исследования в области заболеваний сердца и сердечно-сосудистой системы в целом. Производится большое количество медицинской аппаратуры и приборов для диагностики сердечных заболеваний и их лечения (кардиостимуляторы). Однако невозможность проводить экспериментальные исследования на сердце in vivo (в живом организме) приводит к необходимости разработки различных моделей. [15] Поэтому в последнее время широко ведутся научные работы в области создания математической модели сердца, на которой можно было проводить различного рода эксперименты без причинения вреда здоровью человека.

Модель сердца позволит врачам отрабатывать свои действия при лечении различных заболеваний, а также выявить такие пороки сердца, как недостаточность митрального клапана, слипчатый перикардит, стеноз митрального клапана. [26]

Целью данной работы является моделирование насосной функции правой половины сердца с учетом упругости вен.

В данной работе по имеющейся расчетной схеме механико-гидравлической системы и физиологическим параметрам сердца необходимо составить систему уравнений, описывающую процессы функционирования сердца. Заданными физиологическими параметрам сердца являются масса и линейные размеры сердца и его клапанов. Масса сердца взрослого человека составляет в среднем около 300 г, длина -12-15 см, поперечный размер - 8-11 см.

1. Анализ технического задания

В выпускной квалификационной работе необходимо разработать математическую модель сердца, а именно смоделировать насосную функцию правой половины сердца с учетом упругости вен. Для получения математического описания следует постороитъ расчетную схему соединения элементов, имеющих различную физическую природу, отражающую их взаимосвязи между собой. На основании этой расчетной схемы составить систему дифференциальных и алгебраических уравнений, математически связывающих их в единую систему отражающую функционирование правой половины сердца во времени с учетом значений исходных данных:

Масса сердечной мышцы- 300 г.,P систолы правого предсердия –5 мм рт. ст.; P систолы правого желудочка –28 мм рт. ст.; P в диастоле правого предсердия –2 мм рт. ст.; P в диастоле правого желудочка –8 мм рт. ст.; P систолы легочной артерии- 20 мм рт.ст.; P в диастоле легочной артерии 7 мм рт. ст.; давление в полой вене- 0,001 мм рт. ст.; конечно- диастолический объем –65-130 мл; конечно- систолический объем –40-60 мл.

Для системы уравнений составить совместную программу ее решения. Решение на каждом новом шаге должно учитывать изменения всех координат в результате предыдущего решения. Результаты каждого шага решения представить в виде графиков, отражающих изменение каждой моделируемой величины на соответствующем шаге времени.

Заключительным этапом работы является сравнение полученных путем моделирования результатов с соответствующими значениями параметров сердца из физиологических данных.

2. Обзор и анализ известных решений

2.1 Патентный поиск

Задание на проведение патентного и научно-технического исследования

Тема ВКР: Моделирование насосной функции правой половины сердца с учетом упругости полых вен.

Краткое содержание работы: Выявить аналоги и провести сравнительный анализ функциональных и основных параметров

Отчетный документ: Справка о патентном исследовании

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, и может быть использовано для диагностики заболеваний сердца, сопровождающихся специфическими изменениями динамики ударного объема во время физической нагрузки. Сущность изобретения: измеряют пиковую скорость выдоха до и после нагрузки с последующим определением изменения пиковой скорости выдоха относительно исходного уровня. Далее считают изменения ударного объема сердца обратно пропорциональными относительным изменения пиковой скорости выдоха. Способ позволяет повысить точность определения относительных изменений ударного объема сердца во время выдоха в вертикальном положении тела при физической нагрузке любой мощности.

Использование: в медицине, в частности в

сердечно-сосудистой хирургии. Сущность изобретения: искусственный клапан сердца содержит

кольцеобразный корпус и две створки, размещенные в нем с возможностью поворота между

верхними и нижними по потоку крови ограничителями и возможностью образования основной зоны проходного сечения по центру, ограниченной круглыми участками внутренних стенок корпуса и нижними по потоку краями створок. Нижние ограничители каждой створки представляют собой пару полуосей, установленных вблизи периферии сечения клапана, а верхний ограничитель каждой створки выполнен в виде упора, конец которого размещен в канавке прямоугольного сечения, выполненной на периферийном краю каждой створки, обращенном к упору.

Изобретение относится к медицине, а именно к способам испытаний искусственных клапанов сердца. Данный способ предусматривает размещение испытуемого и дополнительного клапанов в канале системы циркуляции с физиологическими параметрами потока рабочей жидкости с добавкой полимера, имеющей вязкость крови и определения величины степени гемолиза по изменению времени релаксации упругих напряжений в отбираемых в процессе эксперимента пробах рабочей жидкости. При фиксированных параметрах потока рабочей жидкости проводят предварительные испытания для нескольких дополнительных клапанов различных типов с различными гемолитическими свойствами. Измеряют величину суммарной степени гемолиза для различных сочетаний установки дополнительных клапанов в канале системы циркуляции. После решения системы линейных уравнений определяют величины степени гемолиза вносимые системой циркуляции и дополнительными клапанами.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, в частности к неинвазивным способам диагностики электрофизиологических механизмов развития аритмий. Регистрируют электрокардиограмму и определяют предэктопический интервал (ПЭИ) желудочковой экстрасистолии (ЖЭ). При этом при выявлении мономорфной ЖЭ с разбросом ПЭИ ≤10% как минимум в 10 экстрасистолических комплексах диагностируют механизм re-entry. При регистрации мономорфной ЖЭ с разбросом ПЭИ ≥10% как минимум в 10 экстрасистолических комплексах или полиморфной экстрасистолии диагностируют механизм задержанной постдеполяризации. Способ позволяет сократить время определения механизмов желудочковой экстрасистолии и значительно снизить трудоемкость определения ЖЭ.

2.2 Обзор реферативных журналов, периодических изданий

По теме данной работы был произведен обзор журналов, периодических изданий и технической литературы за период 1997- 2007 г. Были найдены следующие статьи:

—в журнале «Физико-математические науки. Современные наукоемкие технологии» опубликована статья: «Трехмерная реконструкция сложных биосистем с аномалией строения».[14]

Она посвящена вопросу разработки модели трехмерной реконструкции формы правого желудочка сердца, заданная в виде параметрических поверхностей с деформациями, при различных топографических вариантах аномально расположенных хорд в условиях не фиксированного количества исходных данных. Показано что, при описании высокоуровневых деформаций с использованием техники свободной деформации формы, достигается гладкость поверхности и минимальное число данных для описания модели. [13]

—в журнале «Вестник Новгородского государственного университета» опубликована статья: «Математическая модель ишемической болезни сердца».

Цель данной публикации — изложить основные принципы построения математической модели ИБС и показать возможности разработанной программы. Статья посвящена вопросу разработки математической модели, представляющей собой совокупность алгоритмов, задающих математическое описание процессов ИБС и ее лечения. Модель учитывает случайность значений соответствующих величин и появления различных событий в развитии и лечении ИБС. Законы распределения случайных величин выбраны на основе экспертных решений. Общее количество параметров модели равно 79. [8]

—в журнале «Математическое моделирование» опубликована статья: «Оптимальная структурно-функциональная организация систем кровообращения и внешнего дыхания».

В статье приводится обзор математических моделей структуры и установившихся функциональных состояний систем кровообращения и внешнего дыхания, основанных на решении задач оптимизации с различными критериями оптимальности. В результате математического моделирования определены оптимальные величины основных структурных и функциональных параметров систем кровообращения (диаметр сосудов артериального дерева, гемодинамическое сопротивление сосудов для изолированного левого желудочка, конечно-диастолический и ударный объемы изолированного левого желудочка, зависимость выброса крови левым желудочком от времени) и внешнего дыхания (диаметр ветвей бронхиального дерева, частота дыхания, длительности фаз вдоха и выдоха, зависимость расхода воздуха от времени). [7]

3. Обзор технической литературы

3.1 Основы строения сердца

3.1.1 Физиология сердца

Сердце – полый мышечный орган, имеющий форму уплощенного конуса с закругленной верхушкой. Оно расположено в грудной полости, позади грудины, в области переднего средостения. В левой половине грудной клетки находятся 2/3 сердца, и только 1/3 лежит в правой ее половине. Считают, что по размеру сердце соответствует сложенной в кулак кисти руки данного человека. В среднем масса сердца у мужчин составляет 300 г, у женщин – 250 г, длина (от основания до верхушки) – 12 – 15 см, ширина (на уровне основания) – 8 – 10 см, толщина (переднезадний размер) – 6 – 8 см. Наибольшая длина окружности составляет 28 – 30 см. Широкое основание сердца направлено вверх и кзади, а суженная часть – верхушка вниз, кпереди и влево. Сердце имеет поверхности: переднюю, или грудино-реберную, и нижнюю, или диафрагмальную. Продольная ось сердца расположена косо сверху вниз, справа налево и сзади наперед, под углом около 40° во фронтальной плоскости.[2]

Стенки сердца состоят из трех слоев.

Внутренний слой – эндокард – выстилает полости сердца изнутри. Он образован соединительнотканными элементами, гладкомышечными клетками и эпителиальной тканью (эндотелием), покрывающей поверхность эндокарда, обращенную в полость сердца. Складки эндокарда образуют клапаны сердца. Атриовентрикулярные клапаны — левый (двустворчатый или митральный) и правый (трехстворчатый) — располагаются между предсердиями и желудочками. При повышении давления крови в желудочках во время их сокращения эти клапаны закрывают предсердно-желудочковые отверстия, что препятствует обратному току крови из желудочков в предсердия. Полулунные клапаны расположены в проксимальных отделах аорты и легочного ствола. Каждый такой клапан представляет собой три карманообразные складки, направленные свободными краями в просвет сосудов. Во время расслабления желудочков давление в них становится меньше, чем в аорте и легочном стволе, вследствие чего кровь наполняет кармашки полулунных клапанов. В результате просвет сосудов перекрывается, что препятствует обратному току крови из аорты и легочного ствола в желудочки.[16]

Врожденные или приобретенные дефекты строения клапанов сердца, отверстий или перегородок между камерами сердца, а также отходящих от него крупных сосудов называются пороками сердца. Дефекты клапанного аппарата сердца могут приводить к развитию сердечной недостаточности. [27]

Средний слой – миокард – состоит из особой сердечной исчерченной мышечной ткани. Сокращение мышцы сердца, хотя она является исчерченной, происходит непроизвольно. В миокарде различают менее выраженную мускулатуру предсердий и мощную мускулатуру желудочков. Мышечные пучки предсердий и желудочков не соединяются между собой. Правильная последовательность сокращений желудочков и предсердий обеспечивается так называемой сердечной проводящей системой, состоящей из мышечных волокон особого строения, которые образуют в миокарде предсердий и желудочков узлы и пучки.

Миокард предсердий состоит из двух слоев — поверхностного, образованного циркулярными волокнами, который является общим для обоих предсердий, и внутреннего, который образован продольно расположенными волокнами, самостоятельными в каждом предсердии. Внутренний слой предсердий образует вокруг устьев полых и легочных вен подобие сфинктеров, которые при сокращении предсердий почти полностью перекрывают просвет этих сосудов, препятствуя обратному току крови из предсердий в указанные вены.

В желудочках миокард образован тремя слоями: поверхностным, средним и глубоким. Косо расположенные волокна поверхностного слоя спускаются к верхушке сердца, где загибаются внутрь и переходят в глубокий продольный слой. Производными последнего являются сосочковые (папиллярные) мышцы, выступающие в просвет желудочков. От этих мышц отходят сухожильные нити (хорды), которые прикрепляются к атриовентрикулярным клапанам со стороны, обращенной в полость желудочков. При сокращении миокарда желудочков сокращаются и сосочковые мышцы. В результате сухожильные нити натягиваются и удерживают створчатые клапаны от прогибания в полость предсердий. Расположенный между поверхностным и глубоким средний слой образован циркулярными волокнами, самостоятельными для каждого желудочка. Большая часть мышечных волокон предсердий и желудочков прикреплена к фиброзной ткани, которая разделяет эти камеры сердца и электрически изолирует их друг от друга. Следствием этого является возможность раздельного сокращения предсердий и желудочков.[15]

Толщина миокарда камер сердца зависит от приходящейся на них нагрузки: стенки левых отделов сердца толще стенок правых, а стенки желудочков толще стенок предсердий. Наибольшую толщину (10—15 мм) имеет стенка левого желудочка, который проталкивает кровь по сосудам большого круга кровообращения. Толщина стенок правого желудочка составляет 5—8 мм; толщина стенок предсердий еще меньше (2—3 мм). В процессе приспособления сердца к повышенной нагрузке масса миокарда и толщина стенок сердца могут увеличиваться, что наблюдается, например, у спортсменов и у больных с повышенным артериальным давлением. [19]

Наружный слой – эпикард – покрывает наружную поверхность сердца и ближайшие к сердцу участки аорты, легочного ствола и полых вен. Он образован слоем клеток эпителиального типа и представляет собой внутренний листок околосердечной серозной оболочки.

Околосердечная сумка имеет наружный листок – перикард. Между внутренним листком

16 – мышечная оболочка (миокард) левого желудочка.

перикарда (эпикардом) и его наружным лепестком имеется щелевидная перикардиальная полость, содержащая серозную жидкость. Она способствует уменьшению трения между листками при сердечных сокращениях.[21]

Сердце человека продольной перегородкой разделено на две не сообщающиеся между собой половины – правую и левую. В верхней части каждой половины расположено предсердие (atrium) (правое и левое), в нижней части – желудочек (ventriculus) (правый и левый) (см. рисунок 3.1.1).

Т. о., сердце человека имеет четыре камеры: два предсердия и два желудочка. Каждое предсердие сообщается с соответствующим желудочком через предсердно-желудочковое отверстие. Особые выпячивания предсердий образуют правое и левое ушки предсердия. Стенки левого желудочка значительно толще стенок правого (за счет большего развития миокарда). На внутренней поверхности правого и левого желудочков имеются сосочковые мышцы, представляющие собой выросты миокарда. [19]

В правое предсердие поступает кровь из всех частей тела по верхней и нижней полым венам. Кроме того, сюда же впадает венечная пазуха сердца, собирающая венозную кровь из тканей самого сердца. В левое предсердие впадают четыре легочные вены, несущие артериальную кровь из легких. Из правого желудочка выходит легочный ствол, по которому венозная кровь поступает в легкие. Из левого желудочка выходит аорта, несущая артериальную кровь в сосуды большого круга кровообращения. [3]

3.1.2 Сосуды сердца

В целом функциональная организация сердечно-сосудистой системы представлена на рисунке 3.1.2. Поскольку на данном рисунке скорее представлена функциональная, а не анатомическая точка зрения, то сердце изображено трижды: как правый сердечный насос, левый сердечный насос и как миокард. Обычно сердечно-сосудистую систему рассматривают как малый (легочный) круг кровообращения, включающий правый сердечный насос и легкие, а также большой круг кровообращения (системную циркуляцию), в рамках которого левый сердечный насос обеспечивает кровью все системы органов (все структуры организма за исключением той, где осуществляется функция газообмена в легких), Легочная и системная циркуляция функционируют в организме последовательно, т.е. одна вслед за другой. Соответственно, правое и левое сердце должны выбрасывать в сосудистое русло идентичный объем крови в минуту. Этот объем крови носит название минутного объема сердца. В норме величина минутного объема сердца составляет 5-6 л/мин в покое.

Как показано на рисунке 3.1.2, разнообразные органы тела функционально включены в систему кровообращения параллельно (т.е. имеют боковую параллель). Существуют два важных следствия этой параллельной организации системы кровоснабжения органов. Во-первых, почти все органы тела получают кровь с идентичным составом — таким, какой она имеет после того, как покидает легкие. Такая кровь носит название артериальной. Во-вторых, кровоток через любой орган тела может регулироваться независимо от кровотока через другие органы. Так, например, при реакции сердечнососудистой системы на физическую нагрузку может отмечаться увеличение кровотока через одни органы, снижение кровотока через другие и неизменность его через третьи органы. [29]

Многие органы в теле человека участвуют в выполнении задачи постоянного обновления крови, циркулирующей в сердечно-сосудистой системе. Ключевую роль здесь играют такие органы, как легкие, которые контактируют с окружающей средой. Как становится ясно из схемы на рисунке 3.1.2, вся кровь, которая только что прошла через какой-либо орган, возвращается в правое сердце и прогоняется через легкие, где происходит обмен кислорода и двуокиси углерода. Благодаря этому, газовый состав крови возобновляется сразу после прохождения крови через орган.

Подобно легким многие другие органы выполняют функции по возобновлению состава крови, хотя этот процесс происходит и не за один круг кровообращения. Почки, например, постоянно регулируют электролитный состав крови, которая протекает через них. Поскольку кровь, состав которой был возобновлен в почках, в дальнейшем свободно смешивается со всем объемом циркулирующей крови и, в связи с тем, что электролиты и вода свободно проникают через большинство стенок капилляров, то почки регулируют электролитное равновесие во всей внутренней среде организма. Для этого необходимо, чтобы определенный объем крови чаще проходил бы через почки. Фактически почки (в состоянии покоя) в норме получают одну четвертую от минутного объема сердца. Такое количество существенно превышает объем, необходимый для удовлетворения потребностей тканей почки в питании. Это явление типично для органов, которые осуществляют функции по возобновлении состава крови.

Библиографический список

1. Амосов Н. М. Моделирование сложных систем / Н. М. Амосов.- Киев: Наукова думка, 1968.- 392 с.

2. Балантер Б. И. Введение в математическое моделирование патологических процессов / Б. И. Балантер, М. А. Ханин, Д. С. Чернавский. – М.: Медицина

3. Барабанов С.В. Физиология сердца: учебное пособие / Под ред. Б. И. Ткаченко – СПб.: СпецЛит, 2001. - 143 с.

4. Бегун П. И., Шукейло Ю. А. Биомеханика; Уч. для вузов, – СПб.: Политехника, 2000. - 463 с.; ил.

5. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана труда./Г.П. Кукин, В.Л. Панин, Н.Л. Пономарев и др.,учеб.пособие для студентов сред. и спец. учеб. Заведений.М: Высш.шк.,2001,-431 с.:ил.

6. Безопасность труда в машиностроении в вопросах и ответах/ Еремин В.Г. Под ред.Г.А. Харламова.М: Машиностроение,2004,192 с.

7. БухаровИ.Б. Оптимальная структурно-функциональная организация систем кровообращения и внешнего дыхания / И. Б. Бухаров // Математическое моделирование.- 2005.- т.17.- №9.- с. 3-26.

8. Веников В. А. Теория подобия и моделирование : учебное пособие / В. А. Веников. – М.: Высшая школа, 1976.

9. ГОСТ 12.0.003-99 «Классификация вредных и опасных факторов».

10. ГОСТ 12.1.005-88 «Общие Санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны».

11. ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность»

12. ГОСТ 12.1.006-84 «Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот».

13. Кирьянов Б. Ф. Математическая модель ишемической болезни сердца / Б. Ф. Кирьянов, В. В. Майоров // Вестник Новгородского государственного университета.- 1998. -№ 7.- С. 4-18.

Скачать полную версию реферата [812,0 Кб]   Информация о работе