Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов
Проанализированы методы измерения давления и достижения высокой чувствительности измерения. Рассмотрен фонендоскопический метод измерения давления потока крови на стенки кровеносных сосудов....
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2013
|
| Назва видання: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69712 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов / А.Д. Бех, В.В. Чернецкий // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 83-88. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69712 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-697122025-02-09T14:46:11Z Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов Problem solution of noninvasive measuring of blood stream pressure on vessels walls Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. Проанализированы методы измерения давления и достижения высокой чувствительности измерения. Рассмотрен фонендоскопический метод измерения давления потока крови на стенки кровеносных сосудов. Проаналізовані методи вимірювання тиску і досягнення високої чутливості вимірювання. Розглянуто фонендоскопічний метод вимірювання тиску потоку крові на стінки кровоносних судин. The methods of the measuring of the blood pressure and ensitisation increase are analyzed. Phonendoscop method of the measuring of the blood pressure on the vessel walls is offered. 2013 Article Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов / А.Д. Бех, В.В. Чернецкий // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 83-88. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69712 681.335 ru Комп’ютерні засоби, мережі та системи application/pdf Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Проанализированы методы измерения давления и достижения высокой чувствительности измерения. Рассмотрен фонендоскопический метод измерения давления потока крови на стенки кровеносных сосудов. |
| format |
Article |
| author |
Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. |
| spellingShingle |
Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| author_facet |
Бех, А.Д. Чернецкий, В.В. |
| author_sort |
Бех, А.Д. |
| title |
Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов |
| title_short |
Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов |
| title_full |
Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов |
| title_fullStr |
Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов |
| title_full_unstemmed |
Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов |
| title_sort |
решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69712 |
| citation_txt |
Решение проблемы неинвазивного измерения давления потока крови на стенки сосудов / А.Д. Бех, В.В. Чернецкий // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 83-88. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| work_keys_str_mv |
AT behad rešenieproblemyneinvazivnogoizmereniâdavleniâpotokakrovinastenkisosudov AT černeckijvv rešenieproblemyneinvazivnogoizmereniâdavleniâpotokakrovinastenkisosudov AT behad problemsolutionofnoninvasivemeasuringofbloodstreampressureonvesselswalls AT černeckijvv problemsolutionofnoninvasivemeasuringofbloodstreampressureonvesselswalls |
| first_indexed |
2025-11-27T00:14:52Z |
| last_indexed |
2025-11-27T00:14:52Z |
| _version_ |
1849900398873149440 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 83
A. Bekh, V. Chernetsky
PROBLEM SOLUTION OF NON–
INVASIVE MEASURING OF
BLOOD STREAM PRESSURE
ON VESSELS WALLS
The methods of the measuring of the
blood pressure and ensitisation in-
crease are analyzed. Phonendoscop
method of the measuring of the
blood pressure on the vessel walls is
offered.
Key words: cardiovascular system,
pressure of the blood.
Проаналізовані методи вимірю-
вання тиску і досягнення високої
чутливості вимірювання. Розгля-
нуто фонендоскопічний метод
вимірювання тиску потоку крові
на стінки кровоносних судин.
Ключові слова: серцево-судинна
система, тиск крові.
Проанализированы методы изме-
рения давления и достижения
высокой чувствительности изме-
рения. Рассмотрен фонендоско-
пический метод измерения давле-
ния потока крови на стенки кро-
веносных сосудов.
Ключевые слова: сердечно-сосуди-
стая система, давление крови.
А.Д. Бех, В.В. Чернецкий,
2013
УДК 681.335
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ
НЕИНВАЗИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ
ДАВЛЕНИЯ ПОТОКА КРОВИ
НА СТЕНКИ СОСУДОВ
Введение. Путь к объективному знанию всех
существенных для жизни человека свойств
объектов и явлений природы проходит через
субъективное знание. Существенное для че-
ловека знание – это понимание физических
процессов, происходящих в его сердечно-
сосудистой системе. Оно должно быть объ-
ективным, поскольку качество диагностики
невозможно без достоверного знания устрой-
ства и функционирования органов и систем
человека. Сердечно-сосудистая система
предназначена для выполнения транспортной
функции доставки крови к каждой клетке
организма и обеспечивает пространственно-
временную реализацию главных физических
и физиологических процессов, которые оп-
ределяют жизнедеятельность человека.
Основная часть. В движение поток крови
приводится силами, генерирующимися серд-
цем. Поддержание непрерывности потока
крови – наиболее очевидная функция сер-
дечно-сосудистой системы. В сердечно-со-
судистой системе сила F действует в форме
давления Рк, которое равномерно распреде-
лено по площади S кровеносного сосуда
F = Рк S .
Частицы крови в этом сечении приводятся
в поступательное движение со скоростью
Vк . Параметры Рк и Vк – основные парамет-
ры динамики сердечно-сосудистой системы.
Поэтому необходимо располагать точно из-
меренными давлением потока крови на стен-
ки сосудов и скоростью потока как главных
динамических параметров сердечно-сосуди-
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 84
стой системы человека. В физике давлением называют силу, действующую на
единицу поверхности и измеряемую методами, основанными на использовании
различных законов физики. Механические методы основаны на определении
упругости или пластической деформации чувствительных элементов, а также
сжатия жидкости и газов, электрические методы – на определении электриче-
ских параметров среды, тепловые методы – на определении теплопроводности
вещества, которая зависит от давления [1]. Один из известных методов опреде-
ления давления состоит в измерении величины взаимодействия вещества, в ко-
тором измеряется давление, с веществом, которое изменяет свои параметры под
действием давления. По изменению этих параметров судят о величине давления
[2]. Изменение размеров тела взаимодействия осуществляется вследствие его
деформации под действием силы давления. Величина деформации тела – основ-
ной признак изменения давления.
Задача определения параметров движения крови в сосудах решается посред-
ством измерения процесса F(t) =Pк (t)S, где S – сечение сосуда; Pк (t) – давле-
ние, создаваемое сердцем и вызывающее поток крови в сосудах. До недавнего
времени непосредственное измерение давления Pк (t) было невозможно по при-
чине отсутствия средств измерения необходимой чувствительности и быстро-
действия. Аппаратное измерение Pк (t) может быть выполнено устройством на
основе цифрового микрофона давления, имеющего цифровую чувствительность
существенно более высокую, чем стандартный порог слышимости
Ро = 2⋅10 –5 Н/м2. В свою очередь проблема создания цифрового микрофона дав-
ления потребовала разработку способа измерения интенсивности выходных сиг-
налов измерительного преобразователя давления, амплитуда которых сущест-
венно ниже уровня теплового шума на входе микрофонного усилителя.
Качественно более совершенную технику для физических исследований
цифрового преобразования давления потока крови в сосудах дает электромаг-
нитная теория вещества и поля [3]. Успех этой работы обеспечен изобретением
электромагнитного усилителя подшумовых сигналов [4], который имеет чувст-
вительность к входному сигналу на несколько порядков выше, чем в обычных
полупроводниковых усилителях, а также разработкой полевых функциональных
преобразователей аналоговых гармонических сигналов в цифровую форму через
преобразование их амплитуды в интервал времени. Работа усилителей и преоб-
разователей основана на едином принципе управления магнитным полем фор-
мой электрического тока в проводниках. Существенными признаками аналого-
вых способов измерения есть преобразование измеряемой величины в аналого-
вый сигнал в виде напряжения или тока с дальнейшим квантованием его ампли-
туды. Незначительная чувствительность аналоговых способов измерения явля-
ется следствием того, что в природе отсутствуют стабильные величины напря-
жения, тока, силы, которые могут быть мерой квантования аналоговых сигналов.
Наиболее эффективный путь достижения максимальной чувствительности со-
стоит в исполнении цифрового измерительного преобразования, основанного на
временном развертывающем преобразовании магнитного сопротивления и кван-
товании интервала времени.
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ НЕИНВАЗИВНОГО …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 85
Ограничение аналоговых способов измерения не относится к электромаг-
нитным и электромеханическим колебаниям в атомах, молекулах, кристаллах.
Квантование интервала времени, заданного фазами электрического гармониче-
ского сигнала, может использоваться для точного и надежного измерения ин-
тервала времени с применением, например кварцевого резонатора. Существен-
ными признаками измерения интервалов времени является использование толь-
ко двоичных решающих элементов – компараторов напряжения.
Для преобразования измеряемых величин в интервал времени, который за-
дается разностью фаз низкочастотных гармонических сигналов, используется
процесс накопления энергии магнитного поля в магнетике и процесс ее преобра-
зования в тепло в проводнике, индуктивно связанном с магнетиком. Энергия
магнитного поля создается в магнетике в результате преобразования активной
энергии источника э.д.с. в реактивную энергию магнитного поля в электромаг-
нитной системе магнетик-проводник.
Высокая чувствительность способа измерения перемещения мембраны
цифрового микрофона с магнитной индукцией достигается благодаря тому, что
модуляция магнитного сопротивления магнитопровода перемещением мембра-
ны микрофона и преобразование ее в фазовый сдвиг тока относительно фазы
э.д.с. направлены на реализацию резонансного преобразования энергии электри-
ческого поля внешнего источника гармонической э.д.с. в энергию магнитного
поля проводника, а последней в тепло. Если выполняется условие равенства
мощности процессов резонансного преобразования энергии, то в проводнике с
током отсутствует фазовый сдвиг между током и э.д.с. В таком режиме проис-
ходит полное преобразование электромагнитной энергии в теплоту и достигает-
ся максимальная цифровая чувствительность измерения перемещения мембраны
микрофона, которая обусловлена тем, что небольшая модуляция магнитного по-
тока перемещением мембраны вызывает максимальную фазовую модуляцию
тока в проводнике.
Для использования фазоразностного способа измерения физических вели-
чин [5], нашел применение электромагнитный процесс преобразования сопро-
тивления в разность фаз гармонических сигналов в электромагнитной системе
магнетик-проводник в режиме электрического резонанса. Теоретически и прак-
тически доказано, что такая электромагнитная система осуществляет преобразо-
вание модуляции магнитного сопротивления в разность фаз между э.д.с. возбу-
ждения и током в замкнутом проводнике [6].
Если для развертывающего преобразования магнитного сопротивления ис-
пользовать процессы электромагнитной индукции в электромагнитной резо-
нансной системе магнетик-проводник, то частота внешней э.д.с. должна рав-
няться частоте электрического резонанса
ωо = EM RR ,
где RM – магнитное сопротивление потока магнитного поля в магнитопроводе;
RE – электрическое сопротивление потока электрического поля в замкнутом про-
воднике.
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 86
Для повышения чувствительности измерения перемещения мембраны мик-
рофона необходимо уменьшать RМ и RE . На уменьшение этих параметров элек-
тромагнитной резонансной системы указывает первое и второе уравнения Мак-
свелла. Взаимные преобразования потоков электрических и магнитных полей
симметричны. Для максимального увеличения связи при взаимном преобразова-
нии полей необходимо магнитные силовые линии замкнуть магнитопроводом по
кратчайшему пути по всей длине замкнутого проводника и по всей длине замк-
нутого магнитопровода. Такая конструкция называется электромагнитной резо-
нансной системой магнетик-проводник. Развертывающее измерительное преоб-
разование, следствием которого является преобразование в цифровой поток
гармонических сигналов с фазовой модуляцией, которую преобразуют во вре-
менную, выполняется электромагнитной системой, характеризующейся низким
шумовым сопротивлением.
Для всех гармонических процессов справедливо соотношение между разни-
цей фаз ∆ ϕ двух сигналов одинаковой частоты ω = 2π/Т и временным интерва-
лом ∆ t задержки одного сигнала относительно другого.
∆ ϕ = ω ∆ t.
Уточненное фазовое соотношение получается благодаря использованию
практически идеальных трансформаторов для выполнения аналоговых операций
над гармоническими сигналами методом сложения и вычитания магнитных по-
лей. Для анализа информационного сигнала используется полевой сигнальный
процессор, который разлагает измеряемый гармонический сигнал на косинус-
ную и синусную составляющие ( коэффициенты Фурье). Значения коэффициен-
тов полевой сигнальный процессор преобразовывает в разность фаз гармониче-
ских сигналов, которая измеряется с высокой точностью в каждом периоде зон-
дирующего магнитного поля [6].
Для определения давления потока крови на стенки кровеносных сосудов
используется фонендоскопический метод измерения [7]. Устройство измерения
содержит точечный фонендоскоп, цифровой микрофон, интерфейсный блок и
персональный компьютер. Цифровой микрофон содержит мембрану из магни-
томягкого материала, расположенную между двумя чашкообразными феррито-
выми магнитопроводами. Акустический канал фонендоскопа нагружен на мем-
брану микрофона. В одной и другой чашке феррита расположены катушки ин-
дуктивности, вместе с двумя первичными обмотками трансформатора образую-
щими мост, питающийся гармоническими сигналами возбуждения магнитного
поля в промежутке между ферритом и мембраной.
При измерении фонендоскоп располагается над кровеносным сосудом, в ко-
тором необходимо определить давление потока крови на стенки сосуда. Поток
крови деформирует стенку сосуда, которая вместе с прилегающими к ней тка-
нями служит мембраной фонендоскопа. Акустический сигнал фонендоскопа пе-
редается на вход цифрового микрофона, который выдает в интерфейсный блок
информационные сигналы о величине давления с частотой возбуждения микро-
фона. Акустическое давление на мембрану микрофона пропорционально давле-
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ НЕИНВАЗИВНОГО …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 87
нию потока крови на стенки сосуда. В интерфейсном блоке на базе электромаг-
нитного полевого сигнального процессора осуществляется преобразование ин-
формационных гармонических сигналов в коэффициенты Фурье в течение одно-
го периода гармонического сигнала возбуждения цифрового микрофона. Даль-
нейшая математическая обработка результатов измерения возложена на персо-
нальный компьютер и его программно-ориентированное обеспечение. Цифро-
вые отсчеты давления потока крови на стенки сосуда отображаются в виде
циклограммы давления РК (t) (рис. 1, а). Также в реальном масштабе времени
выполняется цифровое интегрирование циклограммы давления, и результат вы-
числения отображается в виде циклограммы скорости потока крови VK (t)
(рис. 1, б). Данные измерения и вычисления допускают параметризацию интен-
сивности процессов РК (t) и VK (t) по их продолжительности.
РИС. 1. Цифровые циклограммы давления и скорости потока крови
А.Д. БЕХ, В.В. ЧЕРНЕЦКИЙ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 88
На циклограмме давления отмечаются максимальное давление Pm, соответ-
ствующее максимальному давлению в сосуде и, соответственно, в желудочке
сердца, а также максимальное давление торможения потока крови, соответст-
вующее максимальному давлению клапана сердца РТ . Система параметров,
служащих для диагностики работы сердечно-сосудистой системы, имеет такую
структуру. Ее физической величиной, образующей систему измеряемых и вы-
числяемых параметров, являются: давление или сила, приведенная к единице
площади, скорость потока крови, а также порядок и продолжительность фаз си-
лового взаимодействия потока крови с мышцами сердца и стенками сосудов.
Продолжительность фаз связана с важнейшими физиологическими процессами
и дает достоверную диагностику работы сердечно-сосудистой системы по вели-
чине отклонения фазовых интервалов времени от нормы. Благодаря цифровому
измерению фазовых интервалов исключается влияние индивидуальных откло-
нений интенсивности влияния механических процессов на качество их диагно-
стики. Для точного измерения силовых параметров имеет определяющее значе-
ние высокая цифровая чувствительность измерения силы, а для точности ото-
бражения динамики процесса – частота его дискретизации. Высокая чувстви-
тельность и временное разрешение дают возможность получить точные значе-
ния измеряемых и вычисляемых параметров, которые исчерпывающим образом
позволяют судить о физических процессах, происходящих в сердечно-
сосудистой системе.
Выводы. Решена задача определения параметров движения крови в сосу-
дах, главными из которых являются давление потока крови на стенки сосудов и
скорость этого потока. Доказана необходимость знания величины этих парамет-
ров для диагностики работы сердечно-сосудистой системы.
1. Бех О.Д., Чернецький В.В., Єлшанський В.В. Новий метод вимірювання тиску // Засоби
комп’ютерної техніки з віртуальними функціями і нові інформаційні технології. – 2002.
– Т. 1. – С. 18 – 23.
2. Измерения в промышленности // Кн. 2. Способы измерения и аппаратура / Пер. с нем.
Под ред. П.Профоса. – М.: Металлургия, 1990. – 384 с.
3. Бех А.Д., Чернецкий В.В. Концепция основ физической информатики // УСиМ. – 2001. –
№ 1. – С. 3 – 5.
4. Патент України № 87027. Електромагнітний підсилювач напруги / О.Д. Бех, В.В. Чер-
нецький, В.В. Єлшанський. – Опубл. 10.06.2009. – Бюл. № 11.
5. Бех О.Д., Чернецький В.В., Єлшанський В.В. Високочутливе вимірювання амплітуди ан-
тенного сигналу // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. – 2003. – № 2. – С. 63 – 71.
6. Бех А.Д., Чернецкий В.В., Елшанский В.В. Автоматический контроль физических пара-
метров монет // Там же. – 2004. – № 3. – С. 24 – 34.
7. Бех А.Д., Чернецкий В.В., Елшанский В.В. Визуализация процессов в сердечно-
сосудистой системе // Там же. – 2005. – № 4. – С. 138 – 144.
Получено 11.01.2013
|