Разработка математического обеспечения САПР акустического спирометра

• Автор: Жердев, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 233 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАБОТЕ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор современных методов и средств спирометрии и задачи исследования.

1.1 Профессиональные заболевания органов дыхания шахтеров и возможности современной спирометрии

1.2 Анализ современных средств спирометрии.

1.3 Метод акустической спирометрии и его проблематика

1.4 Применение акустического спирометра в составе аппаратов защиты дыхания

1.5 Выводы по главе 1 и задачи исследования

Глава 2. Разработка математического обеспечения САПР акустического спирометра.

2.1 Обзор математических моделей распространения акустических волн в цилиндрических волноводах
2.2 Модель распространения акустического сигнала в спирометрическом канале.
2.3 Выводы по главе 2
Глава 3. Анализ чувствительности разработанной математической модели к изменениям входных параметров.
3.1 Теоретическая оценка влияния длины мундштука на точность измерения акустического спирометра.
3.2 Исследование проявления эффекта Доплера в спирометрическом канале
3.3 Оценка чувствительности математического обеспечения САПР к нестабильности частоты возбуждения пьезокерамических преобразователей
3.4 Исследования аэродинамического режима в канале вдохавыдоха акустического спирометра.
3.5 Выводы по главе 3.
Глава 4. Экспериментальные исследования акустического спирометра и разработка алгоритмов его САПР
4.1 Описание экспериментальной установки и методика проведения эксперимента.
4.2 Основные результаты эксперимента
4.3 Использование математической модели распространения акустического сигнала для выбора длины мундштука спирометра
4.4 Алгоритм проектирования длины мундштука.
4.5 Выводы по главе 4.
Глава 5. Испытания спирометрического канала и разработка прикладного программного обеспечения акустического спирометра
5.1 Испытания искробезопасности спирометрического канала
5.2 Разработка прикладного программного обеспечения акустического спирометра.
5.3 Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


В дальнейшем термин «спирометрия» будет употребляться именно в таком смысле, если не сказано иначе. Спирометрия зарекомендовала себя в качестве надежного метода выявления дыхательных расстройств, связанных с обструкцией и рестрикцией дыхательных путей, как в России, так и за рубежом [, , 5]. Раннее выявление изменений параметров функции внешнего дыхания, устранение провоцирующих развитие болезни факторов и профилактические мероприятия могут в значительной мере повлиять на сохранение качества жизни пациента и улучшить его долгосрочный прогноз []. На рисунке 1. Рисунок 1. Дыхательный объем (ДО) - объем воздуха, поступающий в легкие во время вдоха. Поскольку дыхание является произвольным процессом и подвержено определенной вариабельности, то при измерении ДО обычно усредняют за несколько (от 3 до 6) циклов дыхания. В покое ДО взрослого человека варьируется в диапазоне от 0 до 0 мл. Частота дыхания (ЧД) - число дыхательных циклов, совершаемых обследуемым пациентом, в течение минуты. На практике ЧД вычисляется из средней продолжительности (Т) 3-6 дыхательных циклов. Частота дыхания подвержена сильным физиологическим колебаниям и её обычно определяют только в спокойном состоянии. Минутный объем дыхания (МОД или МВЛ - минутная вентиляция легких) вычисляется по формуле МОД=ЧД*ДО. Если МОД значительно больше, чем потребности обмена, то говорят о гипервентиляции, при снижении - о гиповентиляции []. Резервные объемы вдоха и выдоха (РОвд и РОВыд) - максимальные объемы, которые пациент может дополнительно вдохнуть или выдохнуть после спокойного вдоха или выдоха соответственно. Евд) равна сумме ДО и РОВД и соответствует объему воздуха, вдыхаемого при спокойном глубоком вдохе. Жизненная емкость легких (ЖЕЛ) - сумма ДО и РО вдоха и выдоха. Другими словами, ЖЕЛ - максимальный объем воздуха, который пациент может вдохнуть после максимального выдоха. Как и ЕВд, ЖЕЛ в первую очередь снижается при рестриктивной патологии. До недавнего времени ЖЕЛ была единственным показателем, оцениваемым при массовых исследованиях ФВД. Остаточный объем легких (ООЛ) - объем воздуха, остающийся в легких после полного выдоха. Этот показатель не может быть измерен прямой спирометрией, и для его определения используют методы разведения гелия или «вымывания» азота кислородом. Соответсвенно, спирометрией нельзя определить показатели, в которых участвует ООЛ. Общая ёмкость лёгких (ОЕЛ) равна сумме ЖЕЛ и ООЛ. ОЕЛ -максимальный объем, который могут вместить легкие на высоте полного вдоха. ООЛ составляет у молодых лиц -% ОЕЛ, а у пожилых - до %. Функциональная остаточная ёмкость легких (ФОЕ) - объем воздуха, остающийся в легких после спокойного выдоха, т. В таблице 1. Таблица 1. Дыхательный объем до 0,-2,5 л. Частота дыхания чд 8- в мин. Минутный объем дыхания мод 1,5- л. Длительность дыхательного цикла Т, 0,-7,5 с. Жизненная ёмкость легких на вдохе ЖЕЛвд 0,5-8,0 л. Жизненная ёмкость легких на выдохе ЖЕЛвыл 0,5-8,0 л. Резервный объем выдоха РОвыд 0,1-1,5 л. Резервный объем вдоха РОвл 0,1-3,5 л. Емкость вдоха Евд 0,2-5,0 л. Форсированная жизненная емкость легких ФЖЕЛ 0,5-8,0 л. Максимальная вентиляция легких МВЛ 5-0 л. При измерении ЖЕЛвд вначале выполняют максимальный выдох, а затем полный вдох и переход к спокойному дыханию, а при измерении ЖЕЛВыд - сначала выполняется глубокий вдох, а затем выдох. Такой маневр выполняется частью пациентов со значительно меньшими сложностями, хотя в целом эти две величины мало отличаются между собой []. Как было описано выше, измерения только объемов дыхания недостаточно для всесторонней оценки легочной вентиляции. Со времен создания А. Флейшем пневмотахометра развиваются исследования скорости потоков вдоха и выдоха. В [] описано, что клиническим опытом и физиологическими исследованиями было показано, что наибольшей чувствительностью и специфичностью обладает именно форсированное дыхание. В источниках [4, , , , , ] отмечается, что при возможности осуществления графической регистрации форсированного выдоха наибольшее значение имеют графики поток-время (рисунок 1. Рисунок 1.