Метод и средства контроля ударного объема, совместимые с токовым воздействием

Широкое распространение токовой физиотерапии обусловлено простотой технической реализации, локальностью воздействия и доказанными лечебными эффектами. В то же время, говорить о полном отсутствии воздействия на организм в целом, а также об отсутствии побочных эффектов от электрофизиотерапевтических процедур неправомочно. Неконтролируемое изменение состояния сердечнососудистой системы (ССС), сопутствующее токовым процедурам, может приводить к негативным последствиям, вплоть до летального исхода. При этом контроль параметров организма во время проведения таких процедур за исключением субъективной оценки ощущений пациента практически не осуществляется.

Принимая во внимание, что 46,6% больных страдают сердечнососудистым заболеваниям, становится очевидной высокая актуальность проблемы объективного контроля состояния ССС при проведении токовой физиотерапии. При этом целью такого контроля является получение достоверной информации о фактическом состоянии ССС и обеспечение условий для автоматического управления токовым воздействием.

Анализ состояния проблемы показал, что существенный вклад в исследования и разработку методов и средств контроля состояния ССС внесли: Л. И. Калакутский, Э. С. Манелис, Б. А. Егоров, B.C. Мархасин и др., а вопросам моделирования параметров работы ССС посвящены работы В.Л. Карп-мана, Е. П. Попечителева, Б. И. Мажбич, Г. П. Иткина, А. П. Прошина, H.H. Савицкого, A.A. Ушакова, B.C. Улащика, С. П. Маркина, В. М. Боголюбова, и др.

Сложность решения проблемы заключается в том, что, с одной стороны, состояние ССС характеризуется несколькими десятками различных параметров, а, с другой стороны, специфика объекта и условий контроля выдвигает дополнительные требования к методу контроля: электросовместимость (возможность контроля в условиях воздействия на объект электрическим током) — безопасность (отсутствие негативного воздействия средства контроля на объект) — быстродействие (малое время контроля, обеспечивающее возможность многократного проведения контроля за период токового воздействия) — простота и низкая стоимость (возможность использования средства контроля совместно или в составе средств токового воздействия).

На основе анализа результатов исследований, проведенных различными авторами, включая соискателя, установлено, что в качестве интегрального комплексного параметра, обеспечивающего объективную оценку состояния ССС, целесообразно принять ударный объем (ЯУ), а в качестве критерия принятия решения — величину возрастания БУ при токовой нагрузке по отношению к значению при ее отсутствии х = 8У / 8У&bdquo-. При этом, осуществить экспресс-контроль ударного объема в процессе токового. воздействия существующими методами не представляется возможным, поскольку они либо электронесовместимы, либо крайне трудоемки, сложны и дороги.

Таким образом, задача разработки объективного, простого и безопасного метода контроля ударного объема, совместимого с токовым воздействием, является актуальной. Решению этой задачи посвящена. настоящая диссертационная работа.

Объектом исследования является контроль сердечнососудистой системы, функционирующей в условиях внешнего нагружения электрическим токовым воздействием, а предметом исследования — принципы, модели, алгоритмы и средства контроля ударного объема, изменяющегося под воздействием внешним электрическим током.

Цель работы: разработка метода и средств неразрушающего экспрессконтроля ударного объема, совместимых с токовым воздействием и обеспе чивающих возможность управления средствами токового воздействия.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1 Обоснование требований к разрабатываемому методу контроля.

2 Проведение анализа существующих методов контроля ударного объема и выбор совместимого с токовым воздействием метода для проведения экспериментальных исследований с разработкой на его основе исследовательского комплекса.

3 Исследование принципа контроля ударного объема, включая:

— разработку модели ударного объема SV, описывающей его связи с внутренними и внешними факторами и учитывающей влияние параметров токового воздействия;

— экспериментальные исследования характера влияния параметров токового физиотерапевтического воздействия на изменение ударного объема;

4 Разработка алгоритма контроля ударного объема;

5. Обоснование режимов контроля ударного объема;

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

7 Разработка средств контроля.

Исследования базируются на теории точности, биомеханике кровообращения, гидродинамике и гемодинамике, теории информационно-энергетического взаимодействия объектов живой и неживой природы, методов корреляционного и регрессионного анализов, аналитических группировок и других методов математической статистики.

Экспериментальные исследования проведены с использованием стандартного контрольно-измерительного, диагностического и физиотерапевтического оборудования и комплекса разработанных соискателем алгоритмов и программ, реализованных в оболочках Lab VIEW, Nemetchek Allplan 2005, Mathcad 11 Enterprise Edition, CorelDRAW Graphics Suite 12. В экспериментах участвовали медицинские специалисты и добровольцы различного пола и возраста (от 20 до 75 лет).

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработана модель функционирования ССС при воздействии на объект электрического тока, учитывающая влияние параметров тока на ударный объем;

— экспериментально установлен характер функций влияния амплитудных и временных параметров токового воздействия на значение ударного объема;

— разработан принцип контроля заключающийся в использовании взаимосвязи ударного объема с систолическим и диастолическим давлением, частотой и ритмичностью сердечных сокращений, а также с влиянием токового воздействия;

— раз работай алгоритм и обоснованы режимы неразрушающего экспресс-контроля З’К.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

— разработанные метод и средство экспресс-контроля ударного объема обеспечивают объективную оценку состояния ССС в процессе проведения токовой физиотерапии, что способствует повышению эффективности и безопасности средств токового воздействия;

— разработанное средство контроля ударного объема’обеспечивает возможность управления техническими средствами токового воздействия.

— разработанный экспериментальный комплекс, обеспечивающий возможность непрерывного мониторинга ударного объема в условиях воздействия электрическим током, может использоваться в качестве экспериментального оборудования для проведения исследований.

Положения, выносимые на защиту:

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

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

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

4. Экспериментальный комплекс, обеспечивающий возможность получения объективной количественной информации об ударном объеме в условиях косвенного воздействия электрическим током.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: XVI и XVII Международные научно-технические семинары «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации» (г. Алушта, 2007, 2008 г.) — 10-я Всероссийская научно-техническая конференция «Состояние и проблемы измерений» (г. Москва, 2008 г.) — Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, образовании и производстве (ИТНОП)», (г. Орел, 2006 г.), 9-я и 11-я международные конференции «Медико-экологические информационные технологии» (г. Курск, 2006, 2008 г.), Международные научно-технические конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии (ФРЭМЭ)» (г. Владимир, 2006 — 2008 г.), Международная конференция «Виртуальные и интеллектуальные системы (ВИС)» (г. Орел, 2006 г.).

Разработанные метод и средство контроля апробированы и внедрены на предприятии ЗАО «Научприбор» г. Орла, а также Орловском государственном техническом университете в рамках реализации образовательных программ подготовки специалистов, бакалавров и магистров по направлениям «Приборостроение» и «Биомедицинская инженерия»,-'.

Публикации. По результатам работы опубликованы 20 научных работ, включая 11 статей, 8 материалов и тезисов докладов, положительное решение о выдаче патента на полезную модель. Кроме того, на способ контроля подана заявка на изобретение.