Человек во все времена стремился продлить себе жизнь и улучшить ее качество. Пожалуй, одним из ключевых моментов является здоровье. С этим связано появление и развитие такой науки, как медицина. Однако даже в настоящее время, несмотря на все достижения современной медицины заболевания остаются основной причиной смертности. По данным статистики всемирной организации здравоохранения на 2015 ишемическая болезнь сердца и инсульт уносят больше всего человеческих жизней в 2015 г. в общей сложности 15 миллионов. Последние 15 лет эти заболевания остаются ведущими причинами смерти в мире. [1]. Отягощающими факторами развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) являются вредные привычки, а также такими факторами выступают другие заболевания, такие как сахарный диабет, сердечнососудистая гипертензия, ожирение. Как правило, ССЗ развивается и прогрессирует в совокупности с другими ССЗ. Сдерживающим фактором служит систематическое наблюдение физиологических показателей больного, для принятия своевременных мер (лечения) или неотложных действий (купирования приступа).
Одним из ключевых направлений для наблюдения является артериальное давление. Так, как последствия инфаркта и инсульта представляют из себя разрыв сосудов, что приводит к гипоксии участка ткани и как следствие развитие некротического процесса на данном участке. Глобальный план действий всемирной организации здравоохранения в отношении ССЗ предусматривает снижение распространенности случаев повышенного кровяного давления в мире на 25 %. Уровень распространенности повышенного кровяного давления (определяемого как систолическое и/или диастолическое давление 140/90 мм рт.ст.) в мире среди лиц в возрасте 18 лет и старше в 2014 году составлял около 22 %. 9
10 Для достижения этой цели необходимо снизить частоту случаев гипертонии путем осуществления общенациональных мер политики, направленных на борьбу с поведенческими факторами риска, включая вредное употребление алкоголя, отсутствие физической активности, избыточную массу тела, ожирение и высокий уровень потребления соли. Для раннего выявления и экономически эффективного ведения случаев гипертонии в целях профилактики инфаркта миокарда, инсульта и других осложнений необходим подход с учетом всех факторов риска. [2].
Не мало важным фактором в борьбе с повышенным АД является раннее обнаружения гипертонии. Для диагностики этого заболевания необходимы измерения АД. Однако еще в конце 19 века при проведении нескольких замеров подряд выяснилось, что данные полученные в результате измерений имеют тенденцию к изменениям во времени, в свою очередь это означает, что АД является динамическим показателем. АД меняется в течении дня и зависит от многих факторов, например, в стрессовой ситуации отмечается повышение уровня АД, а во время сна уровень АД снижен относительно состояния покоя во время бодрствования. Соответственно возникла необходимость измерения показателей АД в течении всего дня и ночи так как, для выявления отклонений единичного измерения не достаточно. С развитием техники появились приборы для автоматического измерения давления. Они не требуют специально обученного медицинского персонала. Дальнейшее развитие микроэлектроники в этом направлении дало возможность для появления аппаратов суточного мониторинга артериального давления (СМАД), которые стали полноценной альтернативой амбулаторному суточному наблюдению. Данные приборы позволяют производить наблюдение за пациентами в течение суток, когда замер производится раз в минут. Такой метод исследования более объективно отражает состояние человека. К тому же, в момент проведения исследования пациенту нет необходимости находится в стационаре. Это, в свою очередь, 10
Температура тела. Методы измерения: история развития и современность
... 10 минут). ·Нормальная температура тела при измерении в подмышечной ямке: 36,3-36,90 С. Измерение температура в паховой складке. Это не лучший способ измерения температуры тела, но его допустимо использовать ... прямой кишки иногда бывает заполнена каловыми массами), понос, заболевания прямой кишки (проктит, геморрой и др.) ·Перед введением в прямую кишку кончик термометра надо смазать вазелином или ...
11 дает экономию на содержании койко-мест и такие преимущества как нахождение объекта наблюдения в естественных для него условиях и возможность избежать такого понятия как «синдром белых халатов». Несмотря на свои достоинства, суточный монитор имеет один основной недостаток стоимость. Ведь самый простой монитор стоит примерно в 20 раз дороже автоматического тонометра. Цель работы создание прибора суточного мониторинга артериального давления (СМАД).
11
12 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1 Артериальное давление Артериальное давление один из ключевых параметров гемодинамики. Условия, от которых зависит значение показателей АД, заключаются в объемной скорости кровотока и величины общего периферического сопротивления сосудов. Объемная скорость представляет собой минутный объем крови, нагнетаемым сердцем в аорту. ОПСС является расчетной величиной, зависящей от тонуса сосудов мышечного типа (в основном артериол), что изображено на рисунке 1, определяющего их радиус, длину сосуда и плотности протекающей крови. Рисунок 1 Строение артериолы 12
13 АД не является постоянной величиной, оно постоянно колеблется в пределах среднего уровня. На кривой артериального давления колебания имеют различный вид. Кривая представлена на рисунке 2. Рисунок 2 Кривая АД Волны первого порядка (пульсовые) самые частые. Они синхронизированы с сокращениями сердца. Во время каждой систолы порция крови поступает в артерии и увеличивает их эластическое растяжение, при этом давление в артериях повышается. Во время диастолы поступление крови из желудочков в артериальную систему прекращается и происходит только отток крови из крупных артерий: растяжение их стенок уменьшается и давление снижается. Колебания давления, постепенно затухая, распространяются от аорты и легочной артерии на все их разветвления. Наибольшая величина давления в артериях (систолическое, или максимальное, давление) наблюдается во время прохождения вершины пульсовой волны, а наименьшая (диастолическое, или минимальное, давление) во время прохождения основания пульсовой волны. Разность 13
Исследование сосудов
... (ЭКГ, ФКГ, сфигмография, измерение артериального и венозного кровяного давления, рентгенологические и др.) методы, количество последних при этом неуклонно возрастает. Исследование кровеносных сосудов слагается из исследований ... пульсацию. В разных фазах сердечной деятельности давление крови в артериях неодинаково: в момент прохождения волны артерия испытывает давление, почти в 2 раза большее, чем ...
14 между систолическим и диастолическим давлением, то есть амплитуда колебаний давления, называется пульсовым давлением. Оно создает волну первого порядка. Пульсовое давление при прочих равных условиях пропорционально количеству крови, выбрасываемой сердцем при каждой систоле. Кроме пульсовых колебаний, на кривой АД наблюдаются волны второго порядка, совпадающие с дыхательными движениями: поэтому их называют дыхательными волнами: у человека вдох сопровождается понижением АД, а выдох повышением. В некоторых случаях на кривой АД отмечаются волны третьего порядка. Это еще более медленные повышения и понижения давления, каждое из которых охватывает несколько дыхательных волн второго порядка. Указанные волны обусловлены периодическими изменениями тонуса сосудодвигательных центров. Они наблюдаются чаще всего при недостаточном снабжении мозга кислородом, например при подъеме на высоту, после кровопотери или отравлениях некоторыми ядами [3].
АД имеет прямую корреляцию с психоэмоциональным состоянием обследуемого. Во время сна наблюдается снижение уровня артериального давления на мм рт. ст. [4].
В клинической практике АД в большинстве случаев определяют в области плечевой артерии. У здоровых людей в возрастной группе от 16 до 50 лет максимальное давление составляет порядка 120 мм рт. ст. После достижения 50 летнего возраста, как правило оно имеет тенденцию к повышению. В возрасте 60 лет максимальное давление примерно соответствует значению 140 мм рт. ст. У новорожденных максимальное значение АД соответствует 50 мм рт. ст., через несколько дней давление становится 70 мм рт. ст., и к концу первого месяца жизни его значение обычно составляет порядка 80 мм рт. ст. Минимальное артериальное давление у взрослых людей возрастной группы лет обычно составляет 70 мм рт. ст. 14
15 1.2 Патологические изменения уровня артериального давления Основным инструментом регуляции АД выступает ОПСС. При наличии патологических состояний изменения тонуса сосудов возникают симптоматические изменения давления. Тонус сосудов складывается из двух компонентов: базального и вазомоторного. Базальный компонент сосудистого тонуса определяется структурными особенностями стенки сосуда жестким коллагеновым каркасом плюс миогенный фактор. Последний зависит от степени сокращения гладкой мускулатуры в ответ на растяжение стенок кровью. Напряжение гладких мышц определяется соотношением ионов натрия и калия в цитоплазме этих клеток и в околоклеточном пространстве. Вазомоторный компонент сосудов зависит от состояния сосудосуживающей симпатической иннервации и определяет ту часть сокращения мышц стенки сосуда, которая зависит от адренергических эффектов катехоламинов. Суммарное сопротивление артериол составляет около 50 %, венул 5 % капилляров 25 % и эластических сосудов 20 % от общего периферического сопротивления. В окончаниях симпатических вазоконстрикторных нервов выделяется медиатор симпатин, который состоит из адреналина (20 %) и норадреналина (80 %), которые опосредуют свое влияние через альфа и бета адренорецепторы. Возбуждение a-адренорецепторов приводит к сужению сосудов, активация b-адренорецепторов к их расширению. Норадреналин действует только на a-рецепторы (вазоконстрикция), адреналин и на a- адренорецепторы, и на b-адренорецепторы, то есть может и расширять, и суживать артериолы и венулы. Окончательная реакция сосуда будет зависеть от того, каких рецепторов альфа или бета больше в данном сосуде или региональном сосудистом русле. Если больше a-рецепторов, то произойдет вазоконстрикция, если b-рецепторов, то вазодилятация. Количественное распределение a-адренорецепторов и b-адренорецепторов зависит от органа. Например, в коронарных артериях среднего и, в меньшей степени, мелкого 15
Артериальное давление, техника измерения, виды артериальной гипертонии
... только уровень артериального давления, а не степень тяжести заболевания больного. В повседневной клинической практике принята классификация артериальной гипертонии Всемирной организации здравоохранения, основанная на поражении ... заболевания ИБС у ближайших родственников. 2.4 Методы измерения артериального давления В настоящее время кровяное давление измеряется двумя методами: 1. Метод Короткова ( ...
16 калибра больше b-адренорецепторов, поэтому адреналин расширяет их. Нарушения тонуса в системе резистивных сосудов могут привести к гипотензии или гипертензии, то есть понижению или повышению артериального давления (АД) в системном кровотоке [5].
Артериальная гипотензия уровень АД ниже 100/60 мм рт. ст. у пациентов в возрасте 25 лет или моложе, а у людей старше 30 лет — ниже 105/65 мм рт. ст. при случайных измерениях по методу Н.С. Короткова (критерии диагностики артериальной гипотензии были согласованы на Всесоюзной научной конференции в Вильнюсе (1966)).
Артериальная гипотензия может не сказываться на самочувствии и быть вариантом нормы, т.е. физиологическим состоянием. Тем не менее, для части пациентов с артериальной гипотензией свойственны определённые клинические симптомы, низкое качество жизни. Риск развития сердечно-сосудистых осложнений (инфаркта миокарда, инсульта, деменции) и смерти у этих больных в целом несколько увеличен, особенно у людей преклонного возраста или при сопутствующих болезнях ССС. Данное состояние рассматривают как болезнь (патологическая артериальная гипотензия)[5].
Выделяют 3 вида гипотензии: физиологическая артериальная гипотензия; эссенциальная гипотензия, стойкую выраженную форму, которой называют гипотонической болезнью; симптоматическую гипотензию, ее наблюдают при различных патологических состояниях, вызванных другими заболеваниями или же приемом лекарственных препаратов. У здорового человека во время сна является абсолютно естественным снижение АД на мм рт. ст. по сравнению с дневными показателями. Встречается также излишнее снижение уровня АД более чем на 25 единиц. Если убрать из общего числа случаи, обусловленные приемом лекарственных средств, то остаются люди с эндогенными расстройствами нейрогуморальной регуляции. Сильное снижение АД создает опасность развития ишемии 16
17 сердца, ишемических инфарктов мозга, повреждения зрительного нерва в результате гипоперфузии органов. Артериальная гипертензия (АГ) состояние, при котором систолическое АД составляет 140 мм рт. ст. и более и/или диастолическое АД 90 мм рт. ст. и более при том условии, что эти значения получены в результате как минимум трёх измерений, произведённых в различное время в условиях спокойной обстановки, а больной в этот день не принимал ЛС, изменяющих АД[6].
При выявленных причина АГ ее считают симптоматической. Если причины АГ не обусловлены явной причиной и не были диагностированы, то она считается эссенциальной, в России ее называют гипертонической болезнью или гипертонией. АГ характерны показатели систолического АД выше 140 мм рт. ст. и нижнего давления в районе 90 мм рт. ст. Так же выделяют злокачественную гипертонию при значении диастолического давления более 110 мм рт. ст. и четко выраженных изменениях глазного дна. Этому заболеванию подвержено более 30 % взрослого населения, а также более 60 % лиц преклонного возраста. При проведении сложных методов исследований и дифференциации диагноза можно выделить до 40 % симптоматической гипертонии из общего числа пациентов. АГ может прогрессировать в течение лет без клинических проявлений. Дальше возрастает риск развития гипертрофии левого желудочка, гипертензивной нефропатии, ретинопатии и других осложнений. Определена прямая зависимость риска развития ССЗ от уровня АД. При повышении САД и ДАД увеличивается риск ССЗ, с уровня 115/75 мм рт. ст., риск ССЗ повышается с увеличением АД на каждые 20/10 мм рт. ст. При отсутствии лечения АГ приводит к летальному исходу. Причиной смерти половины всех нелеченных гипертоников могут стать ишемическая болезнь сердца и сердечная недостаточность, треть пациентов имеет риск умереть от 17
Гидродинамические методы исследования скважин на Приобском месторождении
... скважин направлены на решение следующих задач: измерение дебитов (приемистости) скважин и определение природы флюидов и их физических свойств; измерение и регистрация во времени забойных и пластовых давлений, ... толщина составляет 70-100 м. Рисунок 2.1.1 Западная Сибирь. Модель комплекса Неокома ... и косвенные методы, основанные на интерпретации результатов исследований скважин геолого-геофизических ...
18 инсульта, и % от почечной недостаточности [7].
Принято различать 3 степени гипертонии. Данные приведены в таблице 1. Таблица 1 Степени АГ Степень АГ Признаки АГ АГ I степени Повышенное АД, более 140/90 мм рт. ст. (при отсутствии органических изменений в органах-мишенях).
АГ II степени Повышенное АД, более 140/90 мм рт. ст. (в сочетании с изменениями в органах-мишенях (сердце, почки, головной мозг, сосуды глазного дна) обусловленные АГ).
АГ III степени Поражение органов-мишеней, ассоциированых клинических состояний (поражения головного мозга, заболевания сердца, почек, болезни артерий и тяжелая ретинопатия).
Основное лечение АГ направлено на снижение уровня АД. При оценке эффективности лечения артериальной гипертензии (АГ) выделяют кратко-, средне- и долгосрочные цели. Краткосрочной целью лечения является снижение артериального давления (АД) до целевых уровней, и коррекция модифицируемых факторов риска, среднесрочной целью предупреждение появления или прогрессирования поражения органов-мишеней, долгосрочной целью лечения пациентов с АГ является предупреждение сердечно-сосудистых осложнений и увеличение продолжительности жизни [12].
Одной из самых основных задач лечения АГ является достижение целевого уровня АД [13].
1.3 Инвазивные методы измерения артериального давления Первое измерение артериального давления было произведено инвазивным методом, то есть с помощью проникновения в полость организма специального инструмента. Исследование АД было произведено в 18
19 1733 году английским естествоиспытателем Стивеном Хейлсом. В своем опыте он связывал животных веревками. С помощью веревки передавливал артерию животного. Далее артерия прокалывалась и в полость вставлялась медная трубка. Трубка в свою очередь была подсоединена к стеклянной колбе. После чего у веревки постепенно ослабляли натяжение, и в колбе происходило постепенное поднятие и опускание уровня крови. Его измерения были таковы, что у лошади давление было 9 футов, а у собаки 4 фута. Иллюстрация опыта приведена на рисунке 3. Рисунок 3 Опыт Хейлса В следствии наблюдения этого процесса Хейлс пришел к выводу, что давление крови не постоянное и имеет прямую зависимость от сокращений сердечных мышц. Результаты своих наблюдений он задокументировал в статье «Толчки крови». Следующим кто продолжил исследования в этом направлении был Жан Луи Мари Пуазейль. Французский физик уже подсоединил U-образный ртутный манометр к артерии животного, и впервые были получены 19
Методы измерения силы
... технических измерениях составляют 1--2%. К измерению силы сводится измерение таких физических величин, как давление, ускорение, масса, погрешность измерения которых во многих случаях не должна превышать 0,001%. 2. Обзор методов измеряемой ...
20 показания в мм.рт.ст. откуда, кстати и берется традиция измерения АД в этих единицах. Изображение его устройства приведено на рисунке 4. Рисунок 4 Манометр Пуазейля Он определил, что верхнее давление у лошади равно 159 мм рт. ст., а у собаки 151 мм рт. ст. Пуазейль был первым в мире, кто измерил давление у человека. Это произошло в 1856 году во время операции по ампутации бедра. Значение АД было равно 120 мм рт. ст. Следующим изобретателем был физиолог Карл Людвиг, который изобрел кимограф. Изображение кимографа представлено на рисунке 5. Рисунок 5 Кимограф Карла Людвига 20
21 Он произвел усовершенствование прибора Пуазеля, добавив писец к одному концу ртутного манометра, и установил записывающий цилиндр с закопченной лентой. На ленте с помощью писца была получена первая пульсовая осциоллограмма. Цилиндр приводился в движение с помощью веревки намотанной на катушку, которая находилась на одной вращающейся оси вместе с записывающим цилиндром. Стоит отметить, что инвазивным методом измерения пользуются и по сей день. Он не потерял своей актуальности особенно в ситуациях, когда необходимо произвести прямое измерение АД. Инвазивный метод используют только в условиях стационара. Современный метод представлен на рисунке 6. Рисунок 6 Инвазивное измерение 1 артериальная канюля; 2 артериальная линия; 3 мембранный трансдьюсер; 4 интерфейс к монитору; 5 модуль инвзивного АД; 6 монитор модульного типа 21
22 Показания к применению: после обширных оперативных вмешательств; во время проведения хирургических операции (для постоянного мониторинга); в отделении реанимации; для измерения давления в полостях сердца и центральных сосудах; шоковое состояние. Данный метод должен проводиться только специалистами. Так как требует особого внимания и постоянного наблюдения, поскольку имеет ряд возможных осложнений: тромбоз; эмболия; воздушная эмболия; артериальное кровотечение, связанное с отсоединением катетера; занесение инфекций; образование гематомы после удаления катетера. 1.4 Неинвазивные методы измерения артериального давления Неинвазивные методы являются косвенными так, как прямой контакт с артерией отсутствует. Данный метод в настоящее время нашел наибольшее применение, так как не требует вмешательства специалистов. С появлением автоматических тонометров и их популяризации их можно встретить практически у каждого человека, имеющего патологию АД. Если механический тонометр требует наличия минимальных навыков для проведения измерений, то электронные в этом не нуждаются. От пациента требуется закрепить манжету на 3 см. выше локтевого сгиба и положить руку в правильном положении. Остальное прибор сделает сам и выведет на дисплей числовое значение АД. Первый неинвазивный прибор для измерения АД был предложен Карлом Вирардтом. Он назвал его сфигмограф. Вирардт выдвинул гипотезу, 22
23 что давление можно измерить с помощью косвенных измерений. Это может быть достигнуто путем противодавления, в результате действия, которого пульсация прекращается. Сфигмограмма, полученная этим методом изображена на рисунке 7. Рисунок 7 График сфигмограммы Этьен-Жюль Марэ, известный физиолог конца 19 века, продолжил работу над совершенствованием прибора Вирордта. Он получил результаты своих измерений с помощью плетизмографа, и впервые в истории получил два показания давления систолическое и диастолическое. Его устройство изображено на рисунке 8. Рисунок 8 Плетизмограф Марэ 23
Методы и устройства для измерения высоких напряжений
... мкс. 3. Измерение электростатическим киловольтметром Для прямого измерения высокого напряжения применяют электростатические киловольтметры. Принцип измерения напряжения электростатическим киловольтметром основан на измерении сил электрического поля, возникающих между заряженными электродами (рисунок 2). Рисунок 2. Схема ...
24 Очередная модернизация была произведена Самуэль Зигфридом Карл Риттер фон Башем. Только вместо колбы он использовал резиновый мешок с водой, который уже он обматывал вокруг руки. Но его прибор еще не имел возможности показать диастолическое давление. Определение производилось путем пальпации ниже точки сдавливания артерии. Его устройство представлено на рисунке 9. Рисунок 9 Метод фон Баша В 1986 появляется новый метод измерения АД, которым мы обязаны Шипионе Ривва-Роччи. Он стал прообразом всех современных тонометров. Для определения давления пальпаторным методом он использовал прибор состоящий из резиновой шины, шириной порядка 5 см., ртутного манометра, резиновой груши и соединительных резиновых трубок. Суть метода заключалась в следующем: пациенту одевалась на руку шина, с помощью груши нагнетался воздух, а манометр показывал давление в системе. При пропадании пульса регистрировалось систолическое давление, далее воздух постепенно стравливался, и в момент возвращения пульсации регистрировалось диастолическое давление. Прибор Ривва-Роччи имел некоторые неточности, связанные с областями повышенного давления из-за ширины шины в 5см. Прибор Ривва-Роччи изображен на рисунке
25 Рисунок 11 Сфигмоманометр Ривва-Роччи Далее его устройство прошло модернизацию Генрихом фон Реклингхаузеном. Он заменил ртутный манометр на пружинный и внес изменения в манжету, увеличив ее ширину с 5 до 12 см. Что обеспечило более комфортный процесс измерения. Его устройство представлено на рисунке 12. Рисунок 12 Манометр, использованный Генрихом фон Реклингхаузеном 1.5 Тоны Короткова Выдающийся российский хирург Николай Сергеевич Коротков, сделал весьма значительное открытие дополнившее прибор Рива-Роччи. 25
26 Николай Сергеевич был военным хирургом и принимал участие в Русско-Японской войне с 1904 г. Там ему довелось произвести десятки операций. Ранения конечностей, в результате которых повреждались крупные артерии были далеко не редкостью. При том уровне медицины открытые кровотечения останавливали только путем передавливания сосудов. В свою очередь это приводило к гипоксии клеток, что как следствие вызывало некроз, и означало неминуемую ампутацию конечностей. Для получения прогнозов необходимости ампутации, необходимо было диагностировать начало некротических процессы. Для этой цели он использовал метод предложенный Рива-Роччи. Он заключался в постоянных аускультациях поврежденных сосудов. Вероятно, это и послужило толчком для изобретения такого способа измерения АД. В 1905-м Коротков вернулся в Санкт-Петербург и начал работу над диссертацией. Но известность (впоследствии мировую) ему принес доклад в Императорской военно-медицинской академии в ноябре 1905 года, посвященный измерению артериального давления. Общепринятым методом тогда было использование манжеты (рукава Рива-Роччи) и пальпация пульса ниже расположения манжеты. Николай Коротков предложил гораздо более точную альтернативу «звуковой метод определения кровяного давления на людях». Отчет о его докладе, опубликованный в «Известиях Императорской военно-медицинской академии», состоял всего лишь из 281 слова, меньше страницы: «При падении ртути манометра до известной высоты появляются первые короткие тоны, которые указывают на прохождение части пульсовой волны под рукавом. Следовательно, цифры манометра, при которых появился первый тон, соответствуют максимальному давлению». Время исчезновения звуков указывает на свободную проходимость пульсовой волны; другими словами, в момент исчезновения звуков минимальное кровяное давление превысило давление в рукаве. Следовательно, цифры манометра в это время соответствуют минимальному 26
Оптимизация технологической схемы УПН «Жигулевская»_______ Студент
... ПНГ Методы утилизации Преимущества Недостатки ПНГ 1 2 3 Работы по закачиванию Полная утилизация В процессе дальнейшей в пласт всего полученного разработки увеличивается объема объем попутного нефтяного ... Российской Федерации в 2013-2015 гг. позволил составить диаграмму, которая представлена на рисунке 2. Рисунок 2 – Диаграмма сравнения по добычи и факельному сжиганию ПНГ в России ...
27 кровяному давлению. Опыты на животных дали положительные результаты» [10].
Иллюстрация метода представлена на рисунке 13. Рисунок 13 Измерение АД по методу Короткова С тех самых пор этот метод признан эталонным во всем мире. А название носит его фамилию «тоны Короткова». По сей день метод «тонов Короткова» является единственным признанным эталоном неинвазивных измерений АД по версии ВОЗ. Для калибровки автоматических устройств и при верификации прибора перед началом измерений производится 2 замера и сравнение с полученными данными по методу Короткова. 1.6 Автоматические средства измерения артериального давления Вследствие бума и семимильного развития микроэлектроники в 1960-х стало возможным появление первых электронных тонометров. 27
28 Первый электронный тонометр появился в 1965 г. в США. Его автором был Сеймур Лондон. На научной конференции Американской медицинской ассоциации он представил свой прибор, в котором заменил стетоскоп на микрофон и стал использовать вместо груши компрессор для нагнетания давления в систему. В процессе конференции на себе его смогли опробовать около 400 человек. С тех пор электронные тонометры получили толчок для развития и плотно вошли в обиход. Надо отметить, что эти приборы используют 2 метода. Короткова с применением микрофона в качестве датчика. И заново обрел актуальность осциоллометрический метод, придуманный Марэ. В качестве примера сравнения всех неинвазивных методов измерения АД, а именно аускультации, пальпации и осциоллографии, можно ознакомиться на рисунке 14. Рисунок 14 График всех способов неинвазивного измерения АД 28
29 1.7. Осциоллометрический метод В 1976 г. фирма Criticon создала и выпустила на рынок модель Dinamap 825 прикроватный автоматический измеритель АД. Это был первый автоматический измеритель АД работающий по осциоллометрическому методу. При измерении АД давление в манжетке стравливается постепенно (по 5 8 мм рт. ст.), и анализируется амплитуда осцилляций давления в манжете, возникающих при воздействии на нее пульсации артерий. Зависимость амплитуды пульсаций от уровня давления в манжете имеет характерную колоколообразную форму [17].
Ее анализ позволяет определить значения систолического, среднего и диастолического давления [11].
Иллюстрация областей поиска САД и ДАД изображена на рисунке 15. Рисунок 15 Область поиска САД и ДАД Основной сложностью данного способа является математическая обработка полученного сигнала. Самый популярный способ это алгоритм 29
Вакуумная перегонка мазута. Технологическая схема типовой установки ...
... Блок атмосферной перегонки нефти высокопроизводительной, наиболее распространенной в нашей стране установки ЭЛОУ - АВТ - 6 функционирует по схеме двухкратного испарения и двухкратной ректификации. Это показано на рисунке 1. Обезвоженная ... вторым потоком в секцию питания, а в низ К-1 в качестве испаряющего агента подается водяной пар (≈0,7% мас.). 3. Блок вакуумной перегонки мазута установки ЭЛОУ – ...
30 максимальной амплитуды. Хотя он имеет ряд недостатков, все же, является самым простым к реализации. В общем случае он представляет из себя, огибающую функцию осцилляций. Далее путем детектирования пика находится значение среднего давления. И у уже по заданным коэффициентам находится САД и ДАД. Коэффициенты вычисляют опытным путем. Но стоит учитывать, например, что при скорости стравливания в 5 мм рт. ст./с, ошибка в один кардиоцикл дает погрешность порядка 4 5 мм рт. ст. Это как правило превышает величину в 3 мм рт. ст., заявленную производителем [5].
1.8 Суточный монитор артериального давления В 1896 году, когда появился прибор Рива-Роччи, измерение АД активно вошло в клиническую практику. Тогда же была отмечена закономерность изменения уровня АД при нескольких измерениях с небольшим интервалом. Это положило начало динамическим исследованиям АД. Для формирования наиболее общей и понятной клинической картины, как уже отмечалось в разделах про патологию изменений АД, необходимо произвести суточные наблюдения. Это помогает диагностировать ранние стадии и скрытое протекание заболеваний. Так как ночью, во время сна у людей уровень АД снижается, чего в свою очередь не происходит при наличии некоторых патологий. Первый метод заключается в амбулаторном суточном измерении. Но он имеет ряд недостатков. Для начала синдром «белого халата». При нахождении в стационаре были выявлены случаи повышения уровня АД, т.к. АД напрямую связан с психофизическими факторами [18].
Второй метод появился, когда возможностей цифровой техники хватило для создания портативных суточных мониторов артериального давления или СМАД. Результаты полученного суточного профиля СМАД на рисунке
31 Рисунок 16 Суточный профиль СМАД Результаты охамского исследования показали, что недостаточное снижение АД и ночная гипертония ассоциируются с увеличением риска смерти независимо от среднесуточного АД. Человек, находящийся в стационаре, не производит привычных действий, а соответственно отсутствует возможность наблюдения за ним в привычных условиях жизни [13].
Рассуждая об измерениях АД при нагрузках и во время эпизодов ишемии миокарда нельзя не отметить, что большинство этих измерений было внеочередными при нагрузках было 87 %, а во время эпизодов ишемии 66 % измерений, автоматически «запущенных» аппаратом по признакам тахикардии и смещению сегмента ST. Если бы применялся монитор без данной функции, то только в трети эпизодов ишемии и в 13 % нагрузок удалось бы оценить АД, так как очередные измерения, проводимые каждые 15 минут, редко совпадали с нагрузками или эпизодами ишемии, длительность которых составляла от 1 до 6 минут [15].
При выборе САМД ключевую роль играет точность прибора. Для определения точности прибора проводятся клинические испытания, в ходе которых измерения прибора сопоставляются с эталонными. В качестве последних могут выступать инвазивно измеренное давление или давление, измеренное методом Короткова двумя экспертами [17].
Методики проведения испытаний и обработки результатов регламентированы 31
32 национальными и международными стандартами и протоколами (Европейский (En1063-3), ФРГ (58130), FDA (США) и др.).
Однако наиболее популярными остаются протоколы AAMI/ANSI (США) и BHS (Великобритания).
Согласно протоколу AAMI/ANSI среднее значение отличий в величинах АД, определенных прибором и экспертами, не должно превышать 5 мм.рт.ст., а среднеквадратичное отклонение 8 мм.рт.ст. По протоколу BHS после испытаний прибору присваивается класс точности в соответствии с таблицей частоты наблюдаемых отличий между показаниями прибора и значениями АД, определенными двумя обученными медицинскими специалистами [14].
Данные по определению класса точности в таблице 2. Таблица 2 Класс точности приборов Класс < 5мм рт. ст. < 10 мм рт. ст. < 15 мм рт. ст. A 80 % 90 % 95 % B 65 % 85 % 95 % C 45 % 75 % 90 % Приведем некоторые приборы, успешно прошедшие клиническое тестирование (по данным O`Brien et al на , Рогозы А.Н и др. на ).
Протоколы испытаний приведены на рисунке 17 [13] 32
33 Рисунок 17 Протокол испытаний СМАД Методика проведения СМАД включает следующие этапы: программирование и установка прибора; проведение контрольных измерений; устный инструктаж пациента; обработка и основные принципы оценки результатов СМАД. Современные регистраторы артериального давления имеют небольшой размер и вес ( г).
Разумеется, любая фирма-производитель стремится к прогрессирующему уменьшению размера и веса монитора в каждом последующем поколении. Для ношения регистратора используются специальные многоразовые (или одноразовые) сумочки с регулируемыми лямками. В отличие от суточного регистратора ЭКГ, сделать суточный монитор АД практически незаметным для окружающих невозможно из-за плечевой манжетки и звука работы компрессора во время очередного измерения. Перед началом мониторирования необходимо убедиться, что источник питания регистратора (батарейки или аккумуляторы) имеет достаточный заряд для проведения СМАД. После этого регистратор через специальный кабель подключают к персональному компьютеру, и с 33
34 помощью компьютерной программы проводится программирование (инициализация) регистратора. Программирование включает информацию о больном, установку периодов и интервалов измерения [11].
1.9 Вывод по главе 1 Проведенный литературный обзор показал, что давление можно измерять разными способами. Осциоллометрический метод является самым популярным среди устройств. Однако более точным является метод, сочетающий в себе аускультативный и осциоллметрический метод. Однако в приборах СМАД используется в большинстве своем именно осциоллометрический метод, за простоту реализации, устойчивость к шумам и возможность использования манжеты поверх тонкой ткани. Определение значений САД и ДАД осуществляется, в основном, с применением алгоритма максимальной амплитуды. В своей разработке также планируется определять давление именно этим способом. 34
35 2 РАЗРАБОТКА СМАД 2.1 Техническое задание. Техническое задание исходит из достаточных и минимальных требований, предъявляемых к суточным мониторам артериального давления, и рассмотрено в таблице 3. Таблица 3 Основные технические требования Параметр Ограничения Значение Ед. изм. Габариты размеры Не более 200x150x55 мм. Диапазон измерений давления Необходимо мм рт. ст. Вес Не более 900 г Напряжение Не более 8 В Источник питания Желательно 6 В Из всех возможных методов аппаратного измерения АД, решено остановиться на осциоллометрическом методе. Так как этот метод не требует дополнительных датчиков, таких как микрофон или пьезодатчик. Поскольку СМАД используется пациентами в привычных и естественных условиях для объекта исследования. устойчивость к уровню шума, например, поездка в метро; позволяет измерять АД при выраженном аускультативном провале, «бесконечном тоне», не ярко выраженных тонах Короткова; значения АД не изменяются от положения на руке, если манжета располагается выше локтевого сгиба на 2 см., не зависит от разворота манжеты; позволяет носить манжету поверх тонкой ткани одежды, что актуально поскольку прибор используется каждый день, и пользуются им разные люди, соответственно положительно влияет на гигиену; 35
36 клиническая практика показывает, что этот метод имеет больший процент удачных измерений в течении дня в сравнении с аускультативным методом. Для рационализации сборки устройства было принято решение использовать комплектующие работающие от 6 вольт постоянного тока. Это упрощает сборку и минимизирует затраты на комплектующие для стабилизации напряжения. В качестве источников тока рекомендуется использовать отсек под аккумуляторы формата АА 4 шт. Это обеспечивает возможность питания от обычных батареек заменив аккумуляторы того же формата, в случае если нет возможности зарядить аккумуляторную батарею. 2.2 Структурная схема устройства Структурная схема прибора изображена на рисунке 18. Рисунок 18 Структурная схема СМАД Прибор состоит из пяти основных частей: 1) внешние аппаратные средства; 36
37 2) аналоговая схема; 3) микроконтроллер; 4) питание; 5) устройства вывода информации. Внешние аппаратные средства: манжета, электромагнитный клапан, воздушный компрессор, медленный клапан. Аналоговая схема: датчика давления, полосовой фильтр, усилитель сигнала, инвертор напряжения для питания операционных усилителей. Её основное назначение преобразование значения давления в манжете в аналоговый сигнал, подходящий для обработки микроконтроллером. Микроконтроллер служит для управления аппаратными средствами, преобразования аналогового сигнала, математической обработки полученных данных, записи полученных данных на SD карту и вывода информации на дисплей. Питание необходимо для функционирования устройства. Будет осуществляться от источника постоянного тока 6 вольт. Как уже было отмечено выше в устройстве будет предусмотрен отсек для 4 батареек формат АА. Устройства вывода информации: microsd карта памяти, OLED дисплей. 2.3 Пневматическая схема Пневматическая схема устройства представляет из себя пневматический тракт состоящий из элементов, представленных на рисунке
38 Рисунок 19 Пневматическая схема 1 Клапан медленного спуска; 2 датчик давления; 3 ЭМ клапан; 4 пневматический компрессор; 5 манжета Таблица 4 Основные требования к внешним аппаратным средствам Параметр Ограничения Значение Ед. Изм. Питание пневматических Не более 6 В устройств Манжета рабочее давление Не менее 220 мм рт. ст. Клапан рабочее давление Не менее 220 мм рт. ст. Компрессор рабочее давление Не менее 220 мм рт. ст. Измеряемое давление Оптимально мм рт. ст. Манжета одевается на предплечье обследуемого. Далее компрессор нагнетает воздух в тракт. Датчик определяет давление в системе. Клапан медленного спуска служит для ступенчатого постепенного стравливания воздуха, что позволяет определить наличие пульсации по мере уменьшения давления в системе. Электромагнитный воздушный клапан служит для 38
39 быстрого спуска давления после определения систолического давления, чтобы минимизировать время воздействия на кровеносные сосуды пациента. Также клапан спустит весь воздух, если произойдет срабатывание авариной защиты при нажатии кнопки. 2.4 Аналоговая схема. Аналоговую схему было решено использовать с рабочим напряжением 5 В, так как большинство микроконтроллеров работает от 5 В. Структурная схема аналоговой части: 1) датчик давления; 2) активный полосовой фильтр; 3) смещение постоянной составляющей сигнала; 4) отключение внешних потребителей. Датчик давления решено выбрать работающий на основе тензорезисторов, т.к. это упростит схему и не будет необходимости использовать инструментальный усилитель для осуществления трансимпедансных преобразований. Это позволит сократить затраты, связанные с производством, плюс отпадет необходимость в источнике тока с заданным значением тока, что тоже благоприятно отразится на количестве деталей. Активный полосовой фильтр будет выполнен в виде каскада, состоящего из 2 полосовых фильтров. В общем виде активный полосовой фильтр представлен на рисунке
40 Рисунок 20 Активный полосовой фильтр в общем виде Смещение постоянной составляющей сигнала. Данная часть нужна, т.к. для удобства дальнейшей обработки сигнала есть необходимость сместить сигнал по уровню примерно на среднюю точку питания. Это позволит наблюдать всю амплитуду сигнала. А это в свою очередь неотъемлемая часть осциоллометрического метода. Конденсатор позволяет убрать постоянную составляющую сигнала, а резисторы смещение напряжение на середину питания. Общая схема подключения представлена на рисунке 21. Рисунок 21 Смещение сигнала по уровню 40
41 Подключение внешних потребителей таких, как ЭМ клапан и мотор компрессора решено осуществить от батареи. Это необходимо для стабильной работы МК, так, как МК не рассчитан на подключение таких нагрузок. В качестве способа управления включением и отключением устройств был выбран NPN транзистор с подключенным к базе цифровым выводом МК. Для защиты от всплесков и просаживания напряжения во всей цепи необходимы быстродействующие диоды Шоттке и конденсатор. Общая схема подключения потребителя представлена на рисунке 22. Рисунок 22 Общая схема подключения потребителя Для стабильной работы микроконтроллера и аналоговой части необходимо питание в 5 В. Это подразумевает общую шину питания. Поскольку основным источником питания является батарея на 6В., то необходимо использовать стабилизатор напряжения. Это упростит решение задачи и сэкономит место на плате. Основное требование поддерживаемое входное напряжение от 6 В, выходное напряжение 5 В. Питание операционных усилителей. Так как для питания операционных усилителей в большинстве своем требуется напряжение +5 В, и -5В, необходимо получить отрицательное напряжение. Это можно осуществить через среднюю точку, но для этого понадобиться 41
42 дополнительная батарея. Чтобы не увеличивать вес устройства и его габариты, решено использовать инвертор. Питание компрессора и клапана будет осуществляться напрямую от батареи. Так как для корректной работы этих устройств рабочее напряжение составляет 6 В, а на шине питания МК 5 В. 2.5 Подбор компонентов Подбор компонентов осуществляется с учетом требований, представленных в техническом задании и уточнениями, произведенными в результате разработки структурной схемы устройства. 1.Манжета. Манжета была выбрана марки Omron модель HEM-CR24. Это медицинская манжета, предназначенная для использования в тонометрах. Манжета среднего размера (для руки от 22 до 32 см в окружности), бесшовная, что обеспечивает более комфортный процесс измерения. Выполнена без применения латекса. Изображение манжеты представлено на рисунке 23. Рисунок 23 Манжета 42
43 2.Пневматический компрессор. Компрессор был выбран марки Mitsumi модель MAP-AM-265. Изображение приведено на рисунке 24. Рисунок 24 Компрессор Это медицинский пневматический компрессор идеально подходящий для решения поставленной задачи. Основные характеристики, которого приведены в таблице 5. Таблица 5 Основные технические характеристики компрессора Параметр Ограничения Условия Номинальное 6 В напряжение Допустимое 5,0 7,0 В напряжение Время надува 11,5 с либо менее Время нагнетания давления от 0 до 300 мм рт. ст. в емкость 500 см 3 при номинальном напряжении 6 В. 43
44 Продолжение таблицы 5 Ток потребления Утечка воздуха Максимальное давление Уровень шума 430 ма или менее 3 мм рт. ст./мин или менее 400 мм рт. ст. или более 55 дб или менее Максимальный ток при нагнетании давления от 0 до 300 мм рт. ст. в емкость 500 см 3 при номинальном напряжении 6 В Снижение давления за 30 секунд после остановки компрессора с емкостью 500 см 3 от 40±10 мм рт. ст. до 300±10 мм рт. ст. Шум в 30 см от компрессора 3.Электромагнитный пневматический клапан. Клапан был выбран марки ClarkSolutions модель KSV05B-6c. Клапан изображен на рисунке 25. Рисунок 25 ЭМ клапан Клапан предназначен для работы с воздухом либо инертными газами. Он полностью отвечает основным требования проекта к давлению и питанию. Основные характеристики приведены в таблице 6. 44
45 Таблица 6 основные технические характеристики ЭМ клапана Параметр Ограничения Питание 6 В Мощность 0,225 Вт Потребляемый ток 60 ма Сопротивление обмотки 100 Ом ± 10 % Рабочее давление 300 мм рт. ст. Максимальное давление 350 мм рт. ст. Примерное время спуска Менее 6 с. При спуске давления с 300 мм рт. ст. до 10 мм рт. ст. при использовании емкости 500 см 3. Рабочая температура От 0 до +60 С. Аналоговая схема устройства представляет собой датчик давления, блок обработки, АЦП, МК. 1.Датчик давления. Датчик давления был выбран компании Motorola, модель MPXV5050GP. Благодаря своим характеристикам датчик идеально подходит для производимых измерений. Краткие технические характеристики приведены в таблице 7. 45
46 Таблица 7 основные технические характеристики датчика давления Параметр Мин. Ном. Макс. Ед. изм. Диапазон давления 0 50 кпа Напряжение питания 4,75 5,0 5,25 В Ток питания 7,0 10 ма Минимальное значение давления, при 0,088 0,2 0,313 В питании 5В Максимальное значение давления, при 4,587 4,7 4,813 В питании 5В Время реакции 1 мс Чувствительность 90 мв/кпа Выходной ток 0,1 ма Датчик давления создает выходное напряжение, пропорциональное приложенному дифференциальному входному давлению. Таким образом, выходное напряжение будет пропорционально разнице между давлением в манжете и давлением воздуха в помещении. Основные характеристики датчика представлены в таблице. Передаточная характеристика показана на рисунке 26. Рисунок 26 Передаточная характеристика 46
47 2. Полосовой фильтр. Полосовой ступенчатый фильтр выполнен в виде каскада из двух активных полосовых фильтров. Причина использования двух этапов заключается в том, что на этапе фильтрации будет обеспечен большой коэффициент усиления и частотной характеристики фильтра будет сильнее фильтровать, чем используя только один этап. Этот метод позволит улучшить соотношение сигнал-шум на выходе. Схемы каскада на рисунке 6. Первый полосовой фильтр изображен на рисунке 27. Рисунок 27 Первый полосовой фильтр Нижняя частота среза: f ниж = Верхняя частота среза: f верх = (. )( ) ( )( ) = Гц Усиление полосы пропускания: A = = 12 = Гц Второй полосовой фильтр изображен на рисунке
48 Рисунок 28 Второй полосовой фильтр Нижняя частота среза: f ниж = Верхняя частота среза: f верх = (, )( ) ( )( ) = Гц = Гц Усиление полосы пропускания: A = = 33.3 Для усилительного каскада общее усиление раз. Выбранные частоты среза хороши для того, чтобы получить достаточно чистый сигнал. Схема усилительного каскада представлена на рисунке 29. Рисунок 29 Усилительный каскад В качестве операционных усилителей будут использованы OPA277 производства компании Texas Instruments, за свою доступность и так как они по своим свойствам вполне справляются с ролью усилителей в решаемой задаче. Изображение приведено на рисунке
49 Рисунок 30 Операционный усилитель OPA 277 Основные характеристики ОУ OPA 277 приведены в таблице 8. Таблица 8 Основные характеристики ОУ OPA 277 Параметр Смещение напряжения Смещение от температуры Коэффициент усиления Ток смещения Поддерживаемое напряжение питания Рабочее потребление тока Значение 10 мкв ±0,1 мкв 140 дб макс 1 на от ±2 В до ±12 В 800 мка 3. Инвертор напряжения. Питание операционных усилителей осуществляется напряжением +5 В и -5В. Для обеспечения рабочих условий усилителям было принято решение использовать инвертор. Для этих целей выбран конвертор компании Intersil модель 7660S. Данный конвертор имеет возможность использования в качестве сумматора или инвертора. Конвертор изображен на рисунке
50 Рисунок 31 Конвертор ICL 7660S Он позволяет получить отрицательное напряжение на выходе равное по модулю входному напряжению. Схема подключения представлена на рисунке 32. Рисунок 32 Схема подключения конвертора 4.Стабилизатор напряжения. Как уже отмечалось выше, необходим стабилизатор напряжения для питания 5 вольтовой шины устройства. В качестве данного компонента, использовался чип AMS По своим характеристикам он идеально подходит для решения вопроса. Схема подключения представлена на рисунке
51 Рисунок 33 Схема подключения стабилизатора напряжения Поскольку порты микроконтроллера не рассчитаны на силовые нагрузки, питание этих частей будет осуществляться напрямую от источника питания. Для управления включением и отключением устройств будут использоваться NPN транзисторы. Коллекторы подключены к + питания, эммиторы к + устройств, базы транзисторов подключены к порту d8 и d9 соответственно. Схема подключения клапана представлена на рисунке 34. Рисунок 34 Схема подключения ЭМ клапана Схема подключения мотора компрессора представлена на рисунке
52 Рисунок 35 Схема подключения мотора компрессора 5 Микроконтроллер. В качестве микроконтроллера решено использовать чипсет компании Atmel модель Atmega 328P. На данный момент у меня уже был опыт его использования в других проектах, где он себя довольно неплохо зарекомендовал. Предполагаю, что его возможностей будет достаточно для обработки сигнала, управления электромеханической частью, записи и вывода информации. Изображение МК представлено на рисунке 36. Рисунок 36 Atmega 328P 52
53 Краткие технические характеристики МК Atmega 328P приведены в таблице 9. Таблица 9 Основные характеристики МК Atmega 328P Параметр Значение Объем флэш памяти (FLASH) 32 кб Объем энергонезависимой памяти (EEPROM) 1 кб АЦП 8-канальный 10- разрядный Рабочее напряжение 1.8 В 5 В Поддерживаемые интерфейсы SPI, I2C Линии ввода/вывода 23 Потребляемый ток (в активном режиме) 0,2мА Для удобства пациента предусмотрен вывод результатов текущих измерений, в понятной для человека форме. Следовательно, для этого необходим графический дисплей, на котором человеку будут отображены значения систолического и диастолического давления. А для дальнейших исследований полученной информации врачу будут необходимы результаты всех измерений. Для выполнения этого лучше всего использовать внешний энергонезависимый источник хранения информации. Идеально подойдет карта памяти, благодаря своим размерам. Дополнительным плюсом будет отсутствие необходимости каждый раз соединять компьютер с устройством, разрабатывать и использовать дополнительный софт, что в свою очередь благоприятно отразиться на коммерческой составляющей при использовании готового продукта. 6.Графический OLED дисплей. В данном выборе я руководствовался размерами, так как предполагается размещение дисплея на верхней поверхности. И его ширина не может превышать глубину СМАДа. Как правило, СМАД используется в футляре-переноске и вешается на плечо пациента. Соответственно верхняя 53
54 часть прибора остается в поле видимости человека, где и планируется дальнейшее размещение экрана. Второй немаловажный аспект яркость дисплея, так как у человека могут быть проблемы со зрением, при использовании в светлое время суток из-за солнечных бликов могут быть плохо различимы показания, а в темное время суток, в условиях отсутствия освещенности необходима достаточно яркая подсветка. Этим требованиям полностью отвечает OLED дисплей. Было решено использовать OLED с диагональю 0.96 дюйма и разрешением 128×64 пикселей. Модуль был выбран с интерфейсом I2C, поскольку дисплей располагается отдельно платы с управлением, это обеспечит минимизацию пайки при сборке, т.к. для подсоединения требует всего лишь 4 проводов. Он уже оборудован контроллером SSD1306, для поддержки нужного интерфейса. Изображение данного модуля приведено на рисунке 37. Рисунок 37 OLED модуль 7.Карта памяти Для использования подойдет абсолютно любая карта памяти. Решено было остановиться на формате microsd, так как он еще некоторое время точно будет использоваться, и найти сменный носитель не будет представлять большой сложности. Основным вопросом в данной теме является соединение карты памяти с полученным устройством. Для 54
55 реализации решения данного вопроса был выбран готовый модуль, представляющий из себя держатель карты памяти под разъем microsd, уже оборудованный готовыми выводами под приемлемый интерфейс SPI и содержит на своей плате стабилизатор с 5 на 3.3 вольта. Изображение модуля на рисунке 38. Рисунок 38 microsd модуль После выбора всех компонентов в программной среде CircuitMaker была разработана полная принципиальная схема устройства, которая представлена в приложении A. 2.6 Выводы по главе 2 В ходе выполнения главы 2 была разработана структурная схема прибора. Далее была проведена работа по разработке аналоговой части. В ходе разработки аналоговой части прибора были выбраны основные критерии, по которым производился подбор компонентов, путем анализа элементной базы. Были использованы 1 датчик давления, 1 инвертор, 2 ОУ, 9 конденсаторов, 9 резисторов, 2 NPN транзистора, 2 диода Шоттке. В конце была получена полная принципиальная схема устройства СМАД. 55
56 3 СОЗДАНИЕ МАКЕТА 3.1 Алгоритм программы Сначала мы вводим период, с которым, будет производиться измерение АД. Далее запускаем счетчик, который отсчитает нужное количество циклов до завершения. После мы закрываем ЭМ клапан, путем подачи на него питания с цифрового порта D9. Это нужно для того, чтобы воздух не выходил из манжеты. Далее мы включаем компрессор, для нагнетания воздуха в систему. Включение производится путем подачи питания с цифрового порта D8. Далее мы считываем с датчика давления показания и при достижении значения давления равным 160 мм.рт.ст. отключаем компрессор. Если не достигли значения давления, подключаем компрессор. Следующее действие вызов программы-обработчика. Данная программа анализирует амплитуду осцилляций, найдя значение среднего давления, она дожидается перехода порогового уровня для диастолического давления. Далее вычисляется САД. Данные добавляются основную программу. Если программа-обработчик сразу не смогла детектировать осцилляции, то компрессор снова включается, пока значение давления не будет равно отметке в 200 мм.рт.ст. Если осцилляции были обнаружены, то программа-обработчик выдает данные по среднему АД, ДАД и САД. После этого данные сохраняются в массив. Оттуда записываются на карту памяти. После значения САД и ДАД выводятся на графический дисплей. 56
57 Далее программа сравнивает показания счетчика и номер текущего цикла, если они сравнялись, то программа завершается. А если нет, то к счетчику прибавляется 1, которая обозначает завершение текущего цикла. Далее идет пауза равная заданному периоду и снова начинается основной цикл программы. Блок-схема алгоритма программы СМАД приведена на рисунке
58 Рисунок 39 Блок-схема алгоритма программы СМАД 3.2 Макет устройства Для проверки работоспособности разрабатываемого СМАД, и необходимых доработок была выбрана отладочная плата Arduino Uno R3. На 58
59 ней установлен тот же микроконтроллер, что и на разработанном устройстве. В данном случае есть возможность воспользоваться готовыми библиотеками для реализации такой функции, как вывод информации на графический дисплей. Для сборки аналоговой схемы была использована беспаечная макетная плата. Все компоненты использованы в DIP корпусе, что дает возможность быстрого монтажа. OLED дисплей соединен с МК по протоколу I2C. Для подключения будут задействованы A4, A5, подключение к GND и VDD происходит с помощью подтягивающих резисторов номиналом 10 ком. Схема подключения изображена на рисунке 40. Рисунок 40 Схема подключения OLED дисплея Управление компрессором и соленоидом будет осуществляться с помощью 2 цифровых портов, также подключению к 4 цифровым портам, 3 из которых поддерживают широтно-импульсную модуляцию. 59
60 Карта памяти формата microsd вставляется в держатель карты памяти microsd, подключенный к цифровым портам d4, d11, d12, d13. Схема подключения на рисунке 41. Рисунок 41 Схема подключения карты памяти microsd В итоге получился готовый макет изображение на рисунке 42. Рисунок 42 Макет прибора 60
61 3.3 Данные полученные в результате измерений На основе результатов, полученных при проведении первого измерения, получились следующие диаграммы давления. Диаграмма изображена на рисунке измереиние Рисунок 43 Результаты измерения 1 Результат второго измерения можно посмотреть на рисунке измерение Рисунок 44 Результат измерения 2 Данные по третьему измерению представлены на рисунке
62 измерение Рисунок 45 Результаты измерения 3 Также были получены числовые значения САД, ДАД и среднего АД, на графическом дисплее. Фотография представлена на рисунке 46. Рисунок 46 Данные на дисплее после обработки МК 3.4 Разведение печатной платы Поскольку макет показал работоспособность, был принято решение произвести трассировку. На основании полной принципиальной схемы разрабатываемого устройства, в программной среде CircuitMaker была произведена трассировка печатной платы (рисунок 47).
62
63 Рисунок 47 Разведенная печатная плата 3.5 Выводы по 3 главе В результате макетирования устройства удалось поучить собственные осциоллограммы АД. А так же проверить работоспособность алгоритма максимальной амплитуды. Метод оказался вполне реализуемым на микроконтроллере, также стоит отметить, что ресурсов Atmega 328p вполне хватило, при условии, что пришлось использовать язык C++, для написания функции детектирования осцилляций, среда IDE была использована в качестве сценария, и для простоты управления аппаратными средствами. 63
