- •Билет №3
- •Вопрос 1
- •Датчики давления крови человека и животных.
- •Схемы включения и термокомпенсации
- •Вопрос 2
- •Конструкции электродов. Требования к электродам. Электроды для экг. Электродные пояса. Электроды для мониторных систем и скорой помощи. Электроды для миографии. Микроэлектроды. Стеклянные электроды.
Билет №3
Вопрос 1
Датчики давления крови человека и животных.
В медицине используются датчики для измерения следующих видов давления:
Таблица 2. 2
Датчики давления |
Диапазон давления |
Максимальный габарит жесткой части, мм |
Максимальная абсолютная погрешность |
Венозного давления крови |
-30+300 мм рт. ст. |
3,610 |
10 мм вод. ст. |
Артериального давления крови |
-30+300 мм рт. ст. |
3,610 |
3 мм рт. ст. |
Внутриплеврального: |
|
|
|
Нормального |
-10+15 мм рт. ст. |
0,42,2510 |
1 мм рт. ст. |
Форсированного |
-60+120 мм рт. ст. |
|
5 мм рт. ст. |
Дыхательного тракта: |
|
|
|
Нормального |
-10+10 мм рт. ст. |
|
1 мм рт. ст. |
Форсированного |
-60+120 мм рт. ст. |
|
5 мм рт. ст. |
Пищеварительного тракта |
-30+300 мм рт. Ст. |
515 |
10 мм вод. ст. |
Контактного давления при стоматологических исследованиях |
05 Н |
Толщина 0,3 Ширина 2 |
0,1 Н |
Как видно из таблицы, датчики должны быть высокоточными и малогабаритными, т. е. меньше влиять на жизнедеятельность организма при измерении.
Создание устройств, предназначенных для измерения параметров кровотока непосредственно во внутренних полостях сердечно-сосудистой системы человека и животных, является актуальной задачей, решение которой необходимо для клинических и биомедицинских исследований. Одним из важнейших параметров кровотока является артериальное и венозное давление. Давление и особенно изменение давления в системе кровообращения в значительной степени определяет параметры давления в других полостях — грудная полость, спинномозговая полость, глазное яблоко и т. д.
прямой метод определения давления крови предусматривает измерение давления непосредственно в русле сосуда или полости сердца в отличие от косвенных методов, при которых давление передается через стенки сосудов и другие ткани на устройства, определяющие давление на базе косвенных критериев. До настоящего времени для измерения давления крови прямым методом применяли в основном устройства, датчики которых находились вне организма и были связаны с источником давления, гидравлически, при помощи иглы или катетера, на наружных концах которых они размещались. Второй (внутренний) конец катетера (иглы) вводится в организм, в ту полость сердечно-сосудистой системы, где необходимо измерять давление. Использование иглы как приемника давления доступно в основном для внешних сосудов и имеет ограниченный характер (кратковременность эксперимента и т. д.). Датчики, используемые при упомянутом методе измерения давления крови, принято называть наружными (выносными).
2.Миниатюрные полупроводниковые внутриполостные датчики
Использование катетера как канала передачи давления имеет целый ряд недостатков, основные из них следующие:
1) ввиду значительной длины гибкого катетера (около 1 м) при его перемещениях, изгибах, колебаниях и прочих случайных движениях возникают аддитивные и мультипликативные помехи, величина которых нередко превышает полезный сигнал;
2) необходимость уравновешивания статических давлений в живом организме ив датчике усложняет проведение эксперимента и требует значительного подготовительного времени, что исключает проведение измерений на живых объектах при их свободных перемещениях в естественных условиях;
3) низкие частотные свойства метода измерения (как правило, до 15—20 Гц) по причине увеличения массы подвижных частей из-за длинного измерительного канала:
, (2. 12)
где m – масса подвижных частей;
- частота собственных колебаний системы;
- жесткость;
mж - масса жидкости.
Поэтому в настоящее время используются датчики непосредственного измерения давления, имеющие чувствительный элемент в полости давления (вене, артерии, полости сердца). Такой датчик располагается на конце катетера в виде мембраны.
Жесткость мембраны ДД определяется из условий:
А. Линейности статической характеристики датчика. Плоская, заделанная по контуру, мембрана имеет нелинейность не более 1% при прогибе ее центра, не превышающем 0,2 от ее толщины.
Б. Частотных свойств датчика.
Частота собственных незатухающих колебаний датчика определяется зависимостью
[Гц], (2. 13)
где f0 - частота собственных незатухающих колебаний, Гц;
R - радиус мембраны, м;
Еv - модуль объемной упругости ( );
p - максимальное рабочее давление, V - объем, ометаемый мембраной при давлении p;
l - длина катетера, м;
- плотность среды, кг/м3.
Частота собственных затухающих колебаний определяется зависимостью
[Гц], (2. 14)
где - динамическая вязкость среды, Нс/м-2.
Ометаемый объем V может быть определен как расчетным, так и экспериментальным путем; в последнем случае целесообразно использовать стеклянный капилляр с отверстием диаметра -0,1—0,2 мм и определять V при давлении 300 мм рт. ст. по величине перемещения мениска в капилляре. При этом заполнение жидкостью полости под мембраной и капилляра должно быть вакуумным.
Для внутриполостных ДД величина V не должна превышать 0,01—0,05 мм3.
В. Механической прочности и устойчивости мембраны.
Конструкция упругого элемента мембраны, способ ее заделки и материал в значительной степени определяют характеристики датчика. Она может быть выполнена плоской или колпачковой из листового материала с последующей калибровкой и термообработкой. Эти мембраны наиболее перспективны и имеют высокие упругие свойства, отличаются повышенной чувствительностью и технологичностью изготовления.
Мембраны и корпус датчика должны изготавливаться из сплавов с высокими упругими свойствами и с коэффициентом линейного расширения, равным или близким по величине с коэффициентом линейного расширения кремния (t=3,210-6 1/°С).
Применяемые в настоящее время рентгеноконтрастные сердечные катетеры предназначены для введения в полость сердца или крупные вены. Они изготавливаются из пластмассового материала на трубчатой основе, сотканной из хлопчатобумажной или синтетической нити. Номер катетера соответствует длине периметра по наружному диаметру в мм (например, катетер номер 11 имеет наружный диаметр 3,6 мм). Длина катетера около метра.
Катетеры должны обладать стабильными определенными вязкоупругими свойствами. Модуль объемной упругости катетеров резко увеличивается со снижением диаметра (например, у катетера номер 8 он равен 80109 динсм-5, а у катетера номер 9 12109 динсм-5) и резко уменьшается с повышением температуры.