Допплеровский измеритель скорости кровотока

Введение

В началом дипломногопроекта передразработчикомставится задачак определенномусроку выполнитьвсе части заданияи подготовитьсяк защите дипломногопроекта передкомиссией.Передо мнойбыла поставленазадача разработкисовременногодатчика измеренияскорости кровотокана базе существующихметодов.
Скорость кровотока, наряду с давлениемкрови, являетсяосновной физическойвеличиной, характеризующейсостояниесистемы кровообращения.Возможностьнеинвазивной, объективнойи динамическойоценки кровотокапо сосудаммалого калибраостается однойиз актуальныхзадач современнойангиологиии смежныхспециальностей.От ее решениязависит успехранней диагностикитаких заболеваний, как облитерирующийэндартериит, диабетическаямикроангеопатия, синдром и болезньРейно, всевозможныхокклюзий истенозов артерий.
Перед решениемзадач проектированияновых устройств, как и при решениилюбой задачиповышеннойсложности, необходиморазбить всюработу наопределенноеколичествоэтапов, определитьтрудоемкостькаждого из них, четко определитьграфик выполнениякаждого участкаработ, для каждойчасти определитьсрок выполненияи перехода кследующемуэтапу. Определившисьс планом работнужно тщательноизучить историюразвития техники, методов измеренияскорости, предложений и решений втой областинауки, в которуювходит предметпроектирования.Все это быломной проделанои сделаны выводыо целесообразностипримененияопределенныхметодов иконструкторскихрешений наразных этапахпроектирования.
В аналитическомобзоре будетпроведен анализсуществующиханалогов, принципових действия, конструкторскогоустройстваи погрешностей.На основанииобзора, в специальнойчасти будетпредложенвыбранныйметод, конструкция, необходимыерасчеты иматематическиевыкладки, функциональнаяи структурнаясхемы. В ней жебудет произведенрасчет надежностии анализ погрешностейдля проектируемогоустройства.В экономическойчасти будетприведен расчетцелесообразностивнедренияпроектируемогоприбора впроизводство.В разделе«Безопасностьжизнедеятельности»будет рассчитани устранен одиниз факторовмешающий безопаснойработе с прибором.В технологическойчасти будутопределенытехническиеусловия производстваприбора, технологическиекарты его наладкии начерченычертежи конструкцииприбора илииспытательногостенда дляпроверки изделияна соответствиетехническимусловиям. Взаключениибудут сделанывыводы о проделаннойработе.
Аналитическийобзор
Методы измерения скорости кровотока.
В восьмидесятыегоды значительноеразвитие получилаклиническаядиагностиказаболеванийчеловека спомощью введенияв его организмрадиоизотоповв индикаторныхколичествах.Визуализацияс помощьюрадиоизотоповвключает в себяряд методовполученияизображения, отражающихраспределениев организмемеченныхрадионуклидамивеществ. Этивещества называютсярадиофармпрепаратами(РФП) и предназначеныдля наблюденияи оценки физиологическихфункций отдельныхвнутреннихорганов. ХарактерраспределенийРФП в организмеопределяетсяспособами еговведения, атакже такимифакторами, каквеличина кровотокаобъема циркулирующейкрови и наличиемтого или иногометаболическогопроцесса.
Первое применениерадиоизотопадля диагностикизаболеванийщитовиднойжелезы относитсяк концу 1930-хх гг. Ранние разработкиустройстввизуализациив 1950-х гг. представлялисобой сканерыс двухкоординатнымсканированиеми сцинтилляционные камеры. В клиническойпрактике обаэтих типа устройствстали широкоиспользоватьсяк середине1960-х гг. Именнос этого периодакамера Энгерастановитсяодним из основныхтехническихсредств визуализациис помощью изотопов.
Радиоизотопныеизображенияпозволяютполучать ценную диагностическуюинформацию.В ядерной медицинев те годы наиболее распространеннымметодом клиническойдиагностикиявлялась статическая изотопнаявизуализацияв плоскости, называемаяпланарнойсцинтиграфией.Планарныесцинтиграммыпредставляютсобой двумерныераспределения, а именно проекциитрехмерногораспределенияактивностиизотопов, находящихсяв поле зрениядетектора. Вотличие отрентгенографии, в которой точноизвестно начальноеи конечноеположениекаждого рентгеновскоголуча, при визуализациирадиоизотопногоисточника можноопределитьположение лишьрегистрируемогоg-излучения.
Одним из возможныхперспективныхпримененийультразвукав медицинскойдиагностикеявляетсядопплерография, т. е. измерениескорости кровив кровеносномсосуде с помощьюэффекта Доплера.Современнаяаппаратураобработкиданных позволяетопределитьне толькосреднеквадратическуюскорость всосуде, но иотносительныеамплитудысигналов, соответствующиеразличнымскоростямсоставляющихкровотока. Этодостигаетсяпосредствомвычисленияспектра принимаемогодоплеровскогосигнала в реальноммасштабе времени.
Первые сообщенияо применениипринципа Допплерадля измеренияскорости кровотокапринадлежатSatomura (1960), Franclin е.a.(1961).
В последующиенесколько летультразвуковыедопплеровскиеприборы былизначительноусовершенствованы.Применениедетекторанаправлениякровотока(McLeod,1968,Beker e.a.,1969) значительнорасшириловозможностидиагностики.
В 70-х годахбыл предложенметод «спектральногоанализа»допплеровскогосигнала, позволившийколичественнооценить степеньстеноза сонныхартерий. В этиже годы параллельнос развитиемпостоянноволновыхдопплеровскихсистем внедряютсясистемы с импульснымизлучением.Сочетаниепоследних соспектральныманализом иэхоскопиейв «B» — режимепривело к созданиюдуплексныхсистем.
1982 год являетсяточкой отсчетадля транскраниальнойдопплерографии.Первые клиническиерезультатыпримененияэтого методабыли опубликованыR.Aaslid именно в этомгоду. Транскраниальнаядопплерография, образно говоря,«замкнулапоследнююбрешь» в диагностикеокклюзирующихпораженийбрахиоцефальныхартерий, позволивдиагностироватьинтракраниальныепоражения, доэтого временисчитавшиесянедоступнымидля ультразвуковогоисследования.
В основедопплерографиилежит физическийэффект Допплера, суть которогосостоит в изменениичастоты посланныхультразвуковыхволн при перемещениисреды, от которойони отражаются, или при перемещенииисточникаультразвука, или при одновременномперемещениисреды и источника(Рис 1.1).
В нашем случаеультразвуковыеволны отражаютсяот частиц крови, и это изменениенапрямую зависитот скоростикровотока.
/>
Рис 1.1.
Схема эффектаДопплера.
В современныхультразвуковыхдопплеровскихсистемах используетсяодин датчики для излучения, и для улавливанияотраженнойволновой энергии.Принцип Допплераописываеткомпонентвектора скоростивдоль линиинаблюдения.Этот компонентскорости (илинаблюдаемаяскорость) равна:
Vo = V x cos a,
где V — абсолютнаяскорость кровотока,
a — угол междувектором скоростикровотока инаправлениемультразвуковогопучка.
Посколькунаблюдаемаяскорость Vo зависитот угла a, то Vo=V (при a=0 ) и V > Vo во всехостальныхслучаях, когда0
Иначе говоря, скорость, воспринимаемаяпо принципуДопплера, нетождественнаабсолютнойскорости кровотока.Равными величиныабсолютнойи воспринимаемойпо принципуДопплера скоростеймогут бытьтолько при a=0.
В наиболееобщем видеэффект Допплераописываетсяформулой:
Fd = 2 x Fo x Vo/c, (1)
гдеFd — допплеровскаячастота,
Fo- посылаемаячастота,
c — скоростьраспространенияультразвуковыхволн в среде(в данном случае- крови).
Однако, сучетом зависимостинаблюдаемойскорости отугла междудатчиком инаправлениемдвижения крови, формула приобретаетокончательныйвид:
Fd = 2 x Fo x V x cos a/c
/>
Рис1.2.
Влияние углаa на значениедопплеровскойскорости.

Болезни, диагностируемые с помощью измерения скорости кровотока и варианты методик обследования.
Скоростькровотока, наряду с давлениемкрови, являетсяосновной физическойвеличиной, характеризующейсостояниесистемы кровообращения.Возможностьнеинвазивной, объективнойи динамическойоценки кровотокапо сосудаммалого калибраостается однойиз актуальныхзадач современнойангиологиии смежныхспециальностей.От ее решениязависит успехранней диагностикитаких заболеваний, как облитерирующийэндартериит, диабетическаямикроангеопатия, синдром и болезньРейно. Не менееважным аспектомпроблемы эхолокациинизкоскоростныхпотоков кровиявляется мониторингпроходимостимикрососудистых анастомозов при реимплантациисегментов конечностей, трансплантациитканевых лоскутови органов. Спомощью высокочастотной(ВЧ) ультразвуковойдопплерографии(УЗДГ) открываютсяперспективыв определениижизнеспособноститканей прикритическойишемии, обширныхожогах и обморожениях.
Нарушениямозговогокровообращенияявляются однойиз основныхпричин смертностинаселенияразвитых стран.Ишемическаяболезнь мозгапо распространенностипрактическисоответствуетишемическойболезни сердцаи составляетоколо 36% в структуресердечно-сосудистыхзаболеваний.Особое местосреди причин, приводящихк нарушенияммозговогокровообращения, занимаетпатологическаяизвитостьсонных артерий.С одной стороны, это связанос ее высокойраспространенностьюв качествепричины недостаточностимозговогокровообращения, уступающейтолько распространенностиатеросклеротическогопоражениякаротидныхартерий. С другойстороны, до сихпор нет единогомнения о гемодинамическойзначимостидеформациисонных артерийи целесообразностиее хирургическойкоррекции.
Стенозирующиепоражениябрахиоцефальныхартерий в настоящеевремя занимаютвторое местопо частотелетальныхосложнений.Отмечаетсяувеличениеколичествабольных сатеросклеротическимпоражениемвнутреннихсонных артерий(ВСА).
Успешноепредупреждениеи эффективноелечение нарушениймозговогокровообращения, обусловленныхпатологическойизвитостьюсонных артерий, атеросклеротическихпораженийартерий, всевозможныхокклюзий истенозов вомногом зависитот диагностикипараметровкровотока.Существующиев настоящеевремя методыисследованиябрахиоцефальныхартерий и мозговогокровотока, такие как дигитальнаясубтракционнаяангиография, компьютерно-томографическаяангиография, магнитно-резонанснаяангиография, инвазивны и(или) небезопасныдля пациента, дорогостоящи, дают в основноминформациюо морфологическихизмененияхи не позволяютдетально оценитьколичественныехарактеристикикровотока
Использованиетранскраниальнойдопплерографиипозволилоустановитьважнейшиезакономерностинарушениймозговой гемодинамикипри атеросклеротическихпораженияхсонных артерий.В то же времяпрактическинеисследованнымостается состояниемозговой гемодинамикипри патологическойизвитостикаротидныхартерий.
Анатомо-физиологические особенности системы брахиоцефальных артерий
Сокращения:
БА – бедреннаяартерия
БЦС – брахиоцефальныйствол
ВПА – внутренняяподвздошнаяартерия
ГА — глазничнаяартерия
ЗМА – задняямозговая артерия
ЗСА – задняясоединительнаяартерия
ЗТА – задняятибиальнаяартерия
ЛА – лучеваяартерия
НПА – наружнаяподвздошнаяартерия
НСА – наружнаясонная артерия
ОА – основнаяартерия
ОПА – общаяподвздошнаяартерия
ОСА – общаясонная артерия
ПА – позвоночнаяартерия
ПВА – поверхностнаявисочная артерия
ПКА – подключичнаяартерия
ПМА – передняямозговая артерия
ПСА — передняясоединительнаяартерия
ПТА – передняятибиальнаяартерия
СМА – средняямозговая артерия
ТКД – транскраниальнаядопплерография
УЗДГ – ультразвуковаядопплерография

От дуги аортыотходят триосновных артериальныхствола — слеваобщая соннаяи подключичнаяартерии, справа- короткийбрахиоцефальныйствол, которыйделится направую подключичнуюи правую общуюсонную артерии.Обе позвоночныеартерии отходятот соименныхподключичныхартерий, являясьграницей первогои второго сегментовПКА. Общая соннаяартерия у верхнегокрая щитовидногохряща делитсяна наружнуюсонную артериюи внутреннююсонную артерию(рис. 1.3).
/>
Рис 1.3

Рентгеноанатомиябрахиоцефальныхветвей дугиаорты.
1- дугааорты, 2- брахиоцефальныйствол, 3- праваяПКА, 4- левая ПКА,5- правая ОСА,6- левая ОСА, 7-правая ВСА, 8-левая ВСА, 9- праваяПА, 10- левая ПА,11- правая НСА,12- левая НСА.
Наружнаясонная артерияимеет короткийствол, делясьна ряд ветвей, что легко позволяетотличить ееот ВСА. Насчитываютдевять ветвейНСА, ряд из которых(терминальныеветви лицевой, поверхностнойвисочной иверхнечелюстнойартерий) анастомозируютс конечнымиветвями глазничнойартерии (перваяинтракраниальнаяветвь ВСА) (Рис1.4).
/>
Рис 1.4.
Схема глазничногоанастомоза.
1-ОСА, 2- НСА, 3- лицеваяартерия, 4- ПВА,5- ГА, 6-глазничныйанастомоз.

Внутренняясонная артериядо входа в полостьчерепа ветвейне дает. Непосредственнопосле выходаиз кавернозногосинуса онаотдает первуюветвь глазничнуюартерию, а затемделится на двеконечные ветви- переднюю мозговуюартерию и среднююмозговую артерию(Рис 1.5).
/>
Рис 1.5 Интракраниальныеветви ВСА.
1- ОСА,2- ВСА, 3- сифон ВСА,4- ПМА, 5- СМА.
Обе передниемозговые артерииотходят (чащепод прямымуглом) от переднейполуокружностивнутреннейсонной артериив месте, соответствующемнаружному краюперекрестазрительныхнервов. Этиартерии направляютсявперед и внутрьв продольнующель мозга надcorpus сollosum. Диаметрпередних мозговыхартерий варьируетот 1.5 до 2.5 мм. Числои ход вторичныхветвей ПМАвесьма вариабельны.Различают от6 до 8 вторичныхветвей переднеймозговой артерии.Корковые ветвипередней мозговойартерии анастомозируютна поверхностимозга с корковымиветвями среднейи задней мозговыхартерий.
Средняямозговая артерияявляетсянепосредственнымпродолжениемВСА. ДиаметрСМА варьируетот 1.9 до 3.2 мм. Пройдянесколькомиллиметров, средняя мозговаяартерия погружаетсяв боковую щель.Протяженностьосновногоствола СМА (Iсегмент СМА)различна исоставляетот 5 до 30 мм. Отпервого сегментаСМА (MI) берут началоцентральныеартерии, идущиек коре большихполушарий, отних отходятвторичные, третичные ит.д. ветви. Вбассейне СМАможно наблюдатьветви до седьмогопорядка. Числоцентральныхартерий, составляющихв совокупностиMII сегмент СМА, колеблетсяот 4 до 10. Артериитретьего, четвертогои других болеемелких порядковсоставляютMIII cегмент СМА(рис. 1.5).
Корковыеветви СМА широкоанастомозируютс корковымиветвями ПМАи задней мозговойартерии (ЗМА).
Стенозирующиепоражениябрахиоцефальныхартерий в настоящеевремя занимаютвторое местопо частотелетальныхосложнений.Отмечаетсяувеличениеколичествабольных сатеросклеротическимпоражениемвнутреннихсонных артерий(ВСА). Частотаишемическихинсультов унелеченныхпациентов вданной категориисоставляетот 20 до 40 %. У 40 — 50% больныхсо стенозамиВСА остроенарушениемозговогокровообращения(ОНМК) возникаетбез каких-либопредшествующихпреходящихнарушениймозговогокровообращения(R.H.Holdsworth et.al., 1995). Операциейвыбора пристенозах ВСАявляется каротиднаяэндартерэктомия(КЭ). Однако вранние срокипосле КЭ отмечаютсярасстройстваобщей и локальнойгемодинамики, в частности, в виде послеоперационнойгиперперфузиии гипертонииголовногомозга, котораясоставляетот 10 до 60% (E.L.Bove et al., 1989; TowneJ.B. et al., 1997). В связи сэтим необходимаинтраоперационнаяоценка скоростиобъемногокровотока воВСА с цельюточности определенияинтенсивностикровотока вданном артериальномбассейне.
Головноймозг — один изглавных органов-мишенейпри гипертоническойболезни. Цереброваскулярныеосложненияво многом определяютсудьбу больныхгипертоническойболезнью, являясьважнейшейпричиной стойкойутраты трудоспособностии летальногоисхода.
Одним изосновных показателейперфузии головногомозга служитскорость мозговогокровотока, которая рассчитываетсяв миллилитрахв минуту на 100г веществамозга. Скоростьмозговогокровотока вразных участкахголовного мозганеодинакова.Прежде всего, это касаетсяразличий междусерым и белымвеществомбольших полушарийголовногомозга: скоростимозговогокровотока вэтих областяхсоотносятсякак 3,0-3,5:1. Межполушарнаяасимметриямозговогокровотока впокое в нормене выявляется.С возрастомскорость мозговогокровотокауменьшается, что объясняютатеросклеротическимиизменениямиартерий, снабжающихкровью головноймозг, а такжеснижениемметаболическихпотребностейголовного мозгав процессестарения.
С помощьюразличныхметодов былиопределеныосновные параметрымозговогокровообращенияу человека. Поданным литературы, общий мозговойкровоток колеблетсяв среднем от614 до 1236 мл/мин. Дляголовногомозга, весящегов среднем 1400 г, общий мозговойкровоток составляетв среднем 756 98мл/мин. В расчетена 100 г веществаскорость мозговогокровотока впокое, по даннымразных исследователей, колеблетсяот 40 до 60 мл/мин(W. Powers, 1992; M. Reivich, 1971).
Скоростьмозговогокровотоканаходится впрямой зависимостиот величиныперфузионногодавления иобратно пропорциональнасопротивлениюмозговых сосудов.При снижениирегионарногомозговогокровотока донекоторогокритическогоуровня возникаетишемия головногомозга с исходомв некроз. Этоткритическийуровень неодинаковдля различныхучастков головногомозга. В клиническихисследованияхпоказано, чтоу человекакритическаяскорость мозговогокровотока, прикоторой появляетсяневрологическаясимптоматика, составляетдля сероговещества 15-29мл/мин, т.е. примерно30-40% от нормы. M. Reivich(1971 г.) приводитболее высокиезначения критическогоуровня мозговогокровотока. Поего наблюдениям, симптомы ипризнаки ишемииголовного мозгапоявляютсяпри снижениисреднего системногоАД до 30 мм рт.ст., когда скоростьмозговогокровотокасоставляетоколо 30 мл/минна 100 г веществаили около 60% отнормы. S. Strandgaard (1976 г.)наблюдал начальныепризнаки ишемииголовного мозгау больных снормальнымАД при снижениисреднего системногоАД до 43 8 мм рт.ст.
1 >--PAGE_BREAK--
/>,
гдеTпр — время прохождениялуча в прямомнаправлении;
Tобр — времяпрохождениялуча в обратномнаправлении;
К — системнаяконстанта;
f — рабочаячастота;
Q — объемныйрасход;
c — скоростьзвука;
 — угол междунаправлениямиультразвуковоголуча и потоком.
Затемполученныйрезультатмасштабируетсяв соответствиисо значениемпредела измеренийпо шкале приборадля датчикаи выводитсяна дисплей какабсолютныйобъемный расходпотока черездатчик в мл/мин(л/мин).
Нетнеобходимостивычислятьвеличину поперечногосечения сосуда, как это делаетсяв электромагнитныхили доплеровскихсистемах, измеряющихскоростьперпендикулярнохорде или вточке сосуда.В системахTransonic широкийультразвуковойпучок полностьюпронизываетакустическоеокно датчика, включая всевнутреннеепоперечноесечение сосуда.Разница междуизмереннымвременем прохожденияультразвукав прямом и обратномнаправленияхдает сигнал, пропорциональныйобъемномурасходу, независимоот размеров.
Благодарятому, что флоуметрыTransonic используютшироколучевыепреобразователи, полностьюпронизывающиевесь потоквнутри сосуда, каждая частьпотока непосредственновлияет на увеличениеили уменьшениевремени прохожденияультразвуковойволны, так, чторазница междупрямым и обратнымпрохождениямипрямо пропорциональнаобъемномурасходу жидкостичерез чувствительноеокно датчика.Этот прямойметод, использующийполное ультразвуковоепросвечиваниепотока, аналогиченоперацииматематическогоинтегрированияизмерений узкимпучком по площадивнутреннегопоперечногосечения сосуда.Таким образом, время прохожденияпрямо пропорциональнопроизведениюплощади поперечногосечения потокаи средней скоростижидкости, котороепо определениюесть объемныйрасход. Техническийприем полногопросвечиванияпотока позволяетпроводитьизмеренияобъемногорасхода независимоот размеровсосуда (т.е. дляданного объемногорасхода, уменьшениевдвое площадипоперечногосечения приводитк удвоениюзначения скорости, а разница временипрохожденияостается постоянной).Независимостьизмерений отдиаметра ипрофиля сосудадает возможностьприменятьприбор, например, на пульсирующихартериях ирасширяющихсясосудах, насосудах изменяющейсяформы и дажена пучках сосудов.
Выпускаетсянесколькомоделей расходомеров:
Интраоперационныйизмерителькровотока всосудах.
/>



Интраоперационныеизмерителикровотока всосудах: одноканальный- HT107 (вверху) идвухканальныйHT207 (внизу).
ФлоуметрНТ107/207 (выпускаютсяодноканальныеи двухканальныемодели.) предназначендля измеренияобъемногокровотока всосуде во времяоперации. Встроенныйв прибор микропроцессоропределяетзначение объемногопотока в соответствиис размеромдатчика икалибровкой, поддерживаетточность выборкиданных, контролируетпрохождениеультразвука, представляетданные на таблоприбора и формируетинформациюдля персональногокомпьютера.Размер датчикавыбираетсяв соответствиис размерамисосуда, например, датчик Н8 — дляизмерениякровотоковв сосудах диаметром6,6 — 8,8 мм. Такимобразом, с помощьюфлоуметровTransonic можно измерятьобъемный потокв сосудах диаметромот 0,7 до 36 мм.
Предлагаютсядатчики трехмодификаций:

/>
Типа«Handle — M»- с ручкой-держателемиз нержавеющейстали для удобного, быстрого охватасосуда.

Ультразвуковойдатчик типа«Handle — M».

Типа«Basic — R или S» — безручки, легкий, позволяющийфиксироватьдатчик на сосудес помощью подвижнойпластины. Буква«R» или «S» определяетугол наклонапьезопреобразователейи, соответственно, размер датчикаи его абсолютнуюпогрешность.«R» имеют большийразмер и лучшиеточностныекачества, поэтомупредпочтительнеедля маленькихсосудов (0,7- 2,5 мм).

/>



Ультразвуковойдатчик типа«Basic — R»
Типа«Cardiac Output — A» — для измерениясердечноговыброса.
Особенношироко флоуметрыиспользуютсяв сердечно-сосудистойхирургии, трансплантологии, нейрохирургии.Позволяютоперативнооценить результатреконструктивнойоперации.
С/>
осени 1997 годаTransonic Systems Inc. выпускаетновую модельфлоуметра — HT311 с встроеннымсамописцем.
Интраоперационныйультразвуковойизмерителькровотока всосудах HT311.

ФлоуметрыHT109 (новая модель- НТ110) предназначеныдля измеренияобъемных потоковв системахискусственногокровообращения,HD01 — для контролякачества гемодиализа.Неинвазивно, в режиме реальноговремени, измеряетрециркуляцию, сердечныйвыброс, кровотокартерио-венознойфистулы.
Принципдействия.
Скоростьультразвукав крови (1560-1590 м/сек)зависит в основномот концентрациив ней белков, солей. Transonic Монитордля гемодиализас датчикомпотока можетизмерять объемныйпоток в трубкеи скоростьультразвукав крови. Болюсноевведение растворас известнымисвойствами(скорость ультразвука1533 м/сек) вводитсяпоток кровии уменьшаетскорость ультразвука, что приводитк появлениюрегистрируемойкривой разведения.
Функциональныеособенности.
Немедленноеопределениепроцента рециркуляции- для оперативногодиагноза безотбора образцовкрови;
Измерениекровотокаартерио-венознойфистулы — простаяпроцедура свведениемфизиологическогораствора можетповторятьсянеоднократно;
Определяетслучаи рециркуляции- измерениепрямого проходящегопотока устанавливаетразличие междуточкой помещенияиглы недостаточностьюпрохождения;
Непрерывноеопределениепотока кровив экстракорпоральномконтуре — подтверждаетуказаннуюпроизводительность;
Совместимыйсо всеми диализнымисистемами — неинвазивныйультразвуковойдатчик помещаетсяна любые стандартныетрубки;
Лазер-доплеровскиефлоуметры BLF21 (одноканальныйи двухканальный)
/>


Лазер-доплеровскийфлоуметр BLF 21 — дляизмерениякровоснабженияткани

Малыйуровень излучаемойэнергии (
постоянныхизмеренийкапиллярноймикроциркуляции — с помощьюповерхностныхдатчиков;
вовремя операцийна органах — с помощьюповерхностного, карандашногоили иглообразногодатчиков;
вслизистойоболочке — спомощью эндоскопическихдатчиков.
Приборыиспользуютсядля диагностикив кардиологии, ревматологии, при диабете, при ожогах (втом числеэлектрическихи ингаляционных), для оценкистепени пораженияткани приогнестрельныхранениях, длямониторингав сосудистойхирургии, встоматологии.Выпускается7 типов датчиков: поверхностные, иглообразные, эндоскопический, стоматологический.
/>



Лазер-доплеровскийдатчик дляповерхностныхизмерений (типR).

/>


Лазер-доплеровскийиглообразныйдатчик (тип N).
Важнымсвойством всехприборов фирмыTransonic Systems Inc. являетсяуниверсальностьвыдачи измеренныхзначений — ваналоговомвиде на самописец, в цифровом видена табло и черезинтерфейс наэкраны персональныхкомпьютеровтипа IBM/XT/AT. Инструкциипо эксплуатациипереведенына русскийязык. Естьрусифицированнаяверсия сервиснойпрограммы.Собрана обширнаябиблиотекапубликацийоб использованииприборов.

Болееподробнуюинформациюможно получитьпо адресам:
ЗАО«Спектромед»Росия, Москва, Зеленоград,www.spectromed.com
НФП«Биосс» Росия, Москва, Зеленоград, а/я 33, «Технопарк-Зеленоград»,www.Bioss.ru
Фирма«Transonic» www.transonic.com

Форм. …… ат
Зона
Поз.

Обозначение

Наименование

Кол.

Примечание










Документация












СКБ.003.СБ
Сборочный чертеж
1












Сборочные единицы













Детали











1
ДУП.002
Корпус
1






















































































































СКБ.003.001СБ





Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Разраб.


2001г.
Измеритель скорости
кровотока
Литер
Лист
Листов
Проверил






1
2





Н. контр.



Утвердил




Форм. …… ат
Зона
Поз.

Обозначение

Наименование

Кол.

Примечание




Документация












R1-R17
Резистор ОМЛТ-0,125
29




R19- R22
 / /ОМЛТ-0,125





R24,R26-R36
 / /ОМЛТ-0,125





R18,R23,R25
Резистор СП3-1
3











C1,C3-C6,
Конденсатор KD-2
10




C8,C9,C12,
 / /KD-2





С15, С16
 / /KD-2





C2,C7
Конденсатор KM-5
2




C10,C11,C13
Конденсатор KM-6
4




C14
 / /KM-6












A1,A2
Микросхема К153УД1
2




А3
 / /К140УД14
1




А4
 / /К140УД11
1




А5
 / /К284СС2А
1











VT1,VT2,
транзистор КТ3102
4




VT3,VT4
 / /КТ3102





VD1,VD2
диод Д226
2




VD3,VD4
 / /КС156
2




VD5
 / /КС133
1


























Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Разраб.


2002г.
Измеритель скорости
кровотока
Схема принципиальная
электрическая
Литер
Лист
Листов
Проверил






1
1





Н. контр.



Утвердил



    продолжение
--PAGE_BREAK--
Методика проведения ультразвуковой допплерографии Схема проведениядопплерографическогоисследования
Используемыедатчики: 4 или8 МГц в постоянноволновомрежиме.
Исследуемыйнаходится вположении лежана спине. Головаоткинута нескольконазад так, чтобыбыли легкодоступны дляпальпации общиесонные артерии.Дистальныйконец датчикаустанавливаетсяв медиальныйугол глазницытак, чтобыультразвуковойпучок был направленв проекциюперекрестазрительныхнервов. Легкимидвижениямипроксимальногоконца датчикадостигаетсямаксимальныйустойчивыйсигнал.
В норме кровотокв надблоковойартерии направленк покровамчерепа (антеградныйкровоток), тоесть навстречувектору ультразвуковогопучка с регистрациейдопплерограммывыше изолинии(Рис 1.6).
/>
Рис 1.6 Допплерограмманадблоковойартерии.
В то же время, антеградныйкровоток можетиметь местои при коллатеральномперетоке черезпередние отделывиллизиевакруга (например, при окклюзииВСА). Поэтому, в дополнениик фоновомуисследованию, проводятсякомпрессионныепробы в следующемпорядке:
гомолатеральная общая сонная артерия,
контралатеральная общая сонная артерия,
ветви наружной сонной артерии со стороны исследования,
ветви наружной сонной артерии с контралатеральной стороны.
В норме компрессиясоименной общейсонной артерииприводит кредукции кровотокав надблоковойартерии, чтоуказывает напроходимостьвнутреннейсонной артерии(Рис 1.7).
Компрессияветвей наружнойсонной артерии(поверхностнойвисочной артерии- у козелка ушнойраковины, лицевой-у угла нижнейчелюсти, верхнечелюстной-в «собачьейямке» у нижнегокрая орбиты)в норме приводитк увеличениюкровотока внадблоковойартерии илиреакция накомпрессиюотсутствует.
/>
Рис 1.7. Допплерограмманадблоковойартерии с компрессиейгомолатеральнойОСА.
Нормальныепоказатели
Приводя вэтом разделенормальныепоказателипериорбитальнойдопплерографии, следует отметить, что они разработанына основанииизучения большихгрупп клиническиздоровых пациентов.
Приведенныев табл. 1 показателинормы верныдля допплеровскихсистем типа«БИОМЕД» (Россия)и моделей фирмыEME/Nicolete (Германия-США).
При использованиидругих моделейнеобходимапредварительнаяразработканормальныхпоказателейпериорбитальнойдопплерографиидля конкретногоприбора.
Таблица 1 Артерия ЛСК в см/сек Асимметрия надблоковая >15 см/сек
б.Каротиднаядопплерография
Используемыедатчики: 4 МГцв постоянноволновомили импульсномрежимах.
Суть методасостоит в изученииспектральныххарактеристикдопплеровскогосигнала принепосредственнойлокации сонныхартерий. Получаемаяв реальноммасштабе времениспектрограммасостоит източек разногоцвета, совокупностькоторых даетспектр скоростейв поперечномсечении артерииза время сердечногоцикла. Положениеданной точкипо отношениюк оси ординат(шкала частот)соответствуетопределеннойлинейной скоростикровотока(выражаемойв соответствиис принципомДопплера вКГц), а ее цвет- удельномувесу даннойчастоты в спектре(при максимальнойинтенсивноститочка окрашиваетсяв красный, приминимальной- в синий цвета).
СпектрограммыВСА и НСА различаютсяпо форме: спектрограммаНСА имеет острыйсистолическийпик и низкуюдиастолическуюсоставляющую, а спектрограммаВСА — широкийсистолическийпик и значительноболее высокуюдиастолическуюсоставляющую(Рис 1.8).
/>
Рис 1.8 ДопплерограммыВСА и НСА.
В сомнительныхслучаях спектрограммыВСА и НСА дифференцируютсяс помощью пробыD.Russel. Суть ее состоитв том, что вовремя локацииартерий в областибифуркацииОСА проводятсяочень кратковременнаяповторнаякомпрессияповерхностнойвисочной артерии(ПВА) перед козелкомуха (фактически, исследовательнаносит короткиеудары указательнымпальцем свободнойруки в областьпроекции ПВА, сила которыхдолжна бытьдостаточной, чтобы вызватькомпрессиюПВА). Если лоцируетсяНСА, то на спектрограммепоявляютсянебольшиедополнительныесистолические«пички», посколькукомпрессияПВА в систолувыключает частькровотока изНСА, котораявозвращаетсяв нее во времядиастолы (Рис1.9).
/>
Рис 1.9 ДопплерограммаНСА с пробойRussel.
Проведениеэтой пробы прилокации ВСАне приводитк появлениюдополнительныхсистолических«пичков», чтоявляетсядифференциальнымпризнаком.
Метод оценкистепени стенозапри каротиднойдопплерографииоснован на том, что при условиинеразрывностипотока (кровеноснаясистема человекаотвечает этомуусловию) массакрови, протекающейчерез поперечноесечение сосуда(ОСА или ВСА), является величинойпостоянной.Следовательно, сужение ВСАв определенномсегменте должновызывать увеличениескорости кровотокав этом сегменте, причем очевидно, что чем большесужение, тембольшая скоростькровотока будетрегистрироваться.
В постстенотическомсегменте скоростькровотока резкозамедляется, то есть упорядоченныйламинарныйтип кровотокастановитсянерегулярным(турбулентным)(Рис 1.10).
/>
Рис 1.10 Соотношениетипов потокаи скоростейпри локальномсужении соннойартерии.
Диагностическиекритерии каротиднойдопплерографииоснованы наэтих гемодинамическихособенностях.
Математическаяобработкаспектрограммыдает целый ряддополнительныхдиагностическихкритериев, ценность которыхразлична. К нимотносятся:
Smax — максимальнаясистолическаяамплитуда, отражающаянаибольшуюсистолическуюскорость кровотокав точке локации.
Smax являетсяосновным критериемпри каротиднойдопплерографии.Ее увеличениебольше нормальныхзначенийсвидетельствуето наличии стенозав зоне локацииартерии.
Dmax — максимальныйдиастолическийпик, отражающиймаксимальнуюдиастолическуюскорость вданной точке.
Увеличениеэтого показателябольше нормальныхвеличин свидетельствуето наличии стеноза, а снижение — обувеличениициркуляторногосопротивленияв бассейнелоцируемойартерии.
SB ( spectrum broadening ) или индексспектральногорасширенияхарактеризуетстепень турбулентностикровотока вместе локации.
Этот индексрассчитываетсяпо формуле:
SB = ( Smax-A ) /Smax,
где A — скоростьмаксимальнойинтенсивностипотока.
При преобладаниинизких скоростейкровотока, чтохарактернодля турбулентногопотока, индексSB увеличиваетсявыше нормальныхвеличин.
PI — индекспульсации, характеризующийциркуляторноесопротивлениев бассейнелоцируемойартерии ирассчитываемыйпо формуле:
PI = ( Smax — Dmax )/M,
где M — средняяскорость кровотокав точке локации.
Уменьшениемаксимальнойдиастолическойскорости илисредней скоростикровотокаприводит кувеличениюэтого показателя, указывая наповышениециркуляторногосопротивления.
IR ( индекс Пурселло) — индекс циркуляторногосопротивления.
Рассчитываетсяпо формуле:
IR = ( Smax- Dmax )/Smax.
Увеличениеэтого индексатакже указываетна повышениециркуляторногосопротивления, а его снижениена снижениепериферическогосопротивленияв бассейнелоцируемойартерии.
Обследованиебольных проводитсялежа на спине, так, чтобы головабыла слегкаповернута всторону, противоположнуюлоцируемымартериям. Накаждой сторонепроводитсялокация покрайней мерев трех точках: у нижнего краякивательноймышцы (ОСА), уверхнего краящитовидногохряща (проксимальныйсегмент ВСА)и у угла нижнейчелюсти (дистальныйсегмент ВСА).
Нормальныепоказатели
Таблица 2 Артерия
Smax Dmax SB PI IR ОСА
1
0.5
0.5 ВСА
0.5 Вертебральнаядопплерография
Исследованиепозвоночныхартерий впостоянноволновомдопплеровскомрежиме проводитсяпри использованииаппаратов, неимеющих в комплектеимпульсныхдатчиков (типаVASOFLO-3). При использованиимногофункциональныхдопплеровскихприборов (типаБИОМЕД) предпочтительнееработа с датчиком2 МГц, причемметодика исследованияодинакова.
Исследуемыйнаходится вположении лежана спине. Головаоткинута нескольконазад и повернутав сторону, противоположнуюобследуемойартерии, так, чтобы общиесонные артериибыли легкодоступны дляпальпации.Датчик устанавливаетсяв область, ограниченнуюсверху сосцевиднымотростком, спереди — грудиноключичнососцевидноймышцей так, чтобы осьультразвуковогопучка быланаправленак противоположнойорбите глаза.Перемещениемдистальногоконца датчикадостигаетсямаксимальныйсигнал, послечего проводитсяего идентификация, поскольку вуказаннойобласти помимопозвоночнойартерии могутлоцироватьсяветви наружнойсонной артерии.
Проводитсякратковременнаякомпрессияобщей соннойартерии состороны исследования.При локацииветвей наружнойсонной артериипроисходитредукция кровотока, а при локациипозвоночнойартерии сигналусиливаетсяили не изменяется(Рис 1.11).
/>
Рис 1.11 ДопплерограммаПА.
Истинное направлениекровотока впозвоночнойартерии прифоновом исследованииопределитьне представляетсявозможным, поскольку здесьона совершаетпетлю, огибаяатлант и даваядвунаправленныйспектр. В восходящемколене этогоизгиба кровотокнаправлен отдатчика (совпадениевекторов движениякрови и ультразвуковогопучка), а в нисходящемколене — к датчику(противоположноенаправлениевекторов движениякрови и ультразвуковогопучка). На практикечаще регистрируютсяобе составляющиесуммарногокровотока вПА (Рис 1.12).
Таким образом, при фоновойлокации III сегментаПА, определяетсятолько скоростькровотока.
/>
Рис 1.12 Зависимостьнаправлениякровотока вПА от положенияультразвуковогодатчика.
1- ПКА,2- III сегмент ПА,3- ультразвуковойдатчик.
a- направлениекровотока вПА на датчик,b- направлениекровотока отдатчика.
Исследованиенаправлениякровотока впозвоночнойартерии актуальнопри пораженииподключичнойартерии в I сегменте, что определяетсяс помощью пробы«реактивнойгиперемии».Проба основанана том, что приокклюзии ПКАчерез ПА ретрограднозаполняетсяплечевая артерия.При компрессииплечевой артерии(например, обычнойпневматическойманжетой, применяемойдля измеренияартериальногодавления) втечение 2-3 минути последующейбыстрой декомпрессии, в позвоночнойартерии возникаетэффект «экспресс-сброса», то естькратковременноерезкое усилениекровотока споследующейего нормализацией.Если усиленияскорости кровотокав позвоночнойартерии в момент«экспресс-сброса»не происходитто, следовательно, ПКА не поражена, а проба реактивнойгиперемииотрицательна, если происходитусиление кровотока, то это свидетельствуето наличии пораженияПКА в I сегментеи ретроградномнаправлениикровотока вПА.
Нормальныепоказатели
Таблица 3 Позвоночная >18 см/сек
г. Транскраниальнаядопплерография
Первым этапомисследованияопределяетсяместоположениеакустического«окна», черезкоторое ультразвуковойлуч может проникнутьс минимальнойпотерей энергии.Основным условиемявляется выборудачного углазондированияи положениядатчика дляполученияоптимальногосигнала.
Следующимэтапом проводитсяидентификациясегментовартериальнойсети у основаниячерепа. Онаоснована, во-первых, на знанияханатомии и, во- вторых, на учетеособенностейкровотока вразличныхартериальныхсегментах иего реакциина компрессиюОСА.
Локализацияи поиск акустическихультразвуковыхокон для
исследованиявнутричерепныхартерий
Описаны триосновных путилокации внутричерепныхартерий (Рис1.13.):
Темпоральное окно (исследование СМА, ПМА и артерий виллизиева круга).
Орбитальное окно (глазничная артерия, сифон внутренней сонной артерии).
Субокципитальное окно (основная артерия, внутричерепные сегменты позвоночных артерий).
/>
Рис 1.13 Акустическиеокна для транскраниальногоисследования.
1-темпоральное,2- орбитальное,3- субокципитальное.
Полноценноеисследованиепроводитсячерез все триакустическихокна, и позволяет, таким образом, исследоватьбольшую частьвнутричерепныхартерий.
1. Темпоральноеокно
Исследованиечерез темпоральноеокно являетсяосновным, открываядоступ к ПМА, СМА, ЗМА и ВСА, а также позволяетопределитьфункцию переднейсоединительнойи задней соединительнойартерий.
Локация ввисочной областипроводитсячерез чешуювисочной кости.У молодых пациентов, как правило, можно получитьдостоверныесигналы вотносительнобольшой области.У пациентовстаршего возрастатолщина костейили их плотностьменяется настолько, что нередкоедва возможнополучить достоверныесигналы из-зауменьшенияакустическойпроницаемости.Во всех случаяхследует передвигатьзонд медленно, мелкими шагами, обращая вниманиена обеспечениехорошегоультразвуковогоконтакта междудатчиком икожей, чтообеспечиваетсянанесениемдостаточногоколичестваультразвуковогогеля не толькона датчики, нои волосы и кожупациента.
В этом случаедля полученияхорошегоультразвуковогоконтакта понадобитсятолько умеренноедавление назонд, посколькуизбыточноедавление приводитк нарушениюультразвуковогоконтакта.
Темпоральныеокна расположенынад скуловойдугой. Приблизительноерасположениедуги можноопределитьпальпацией.Часто оказываетсянеобхо-димымпоместить зонднижним ободомна выпуклостьнад скуловойдугой, чтобыпропуститьультразвуковойпучок точнонад верхнимкраем дуги. Вочень ред-кихслучаях окнарасполагаютсянад скуловойдугой на расстояниибольше 3 см.
Различаюттри положениятемпоральногоокна:
Переднее окно(AW) расположенонад проксимальнойчастью скуловойдуги.
Заднее окно(PW) расположеновпереди уха.В некоторыхслучаях этоокно лежит вышеостальных.
Среднее окно(MW) расположеномежду AW и PW.
бычно, в случае AW зонднаправленнаклонно ислегка кзади.В случае PW зондрасположенкпереди, чтобыультразвуковойпучок достигартерий виллизиевакруга. При MW датчикрасполагаетсятак, чтобыультразвуковойпучок проходилперпендикулярноповерхностикожи.
В некоторыхслучаях дляисследованияиспользуютвсе три, но типичнымявляетсяиспользованиетолько одноготемпоральногоокна. Зондированиечерез PW являетсялучшим дляпациентовстаршего возраста.Необходимоисследоватьвсе три области, чтобы выбратьлучшее из возможныхокон.
Локациябазальныхартерий черезтемпоральноеокно представляетзначительныетрудности дляначинающегоисследователя.Следует проявитьдолжное терпение, настойчивостьи элементытворчествадля овладенияэтим методомдиагностики.Так, здесь описаныобщепринятыеспособы локациичерез темпоральноеокно. На практикеоказывается, что «акустическийход» ультразвуковоголуча подвержениндивидуальнымособенностям.Посколькуосновная цельисследования- получениедостовернойинформацииот искомойартерии, несуть важно, подкаким угломи в какой частиакустическогоокна она получена.
Поиск акустическогоокна
Поиск акустическогоокна рекомендуетсяначинать наглубине 55 — 60 мм.На этом уровнеможно получитьультразвуковойсигнал от сифонасонной артерии, СМА, ПМА и ЗМА.Во время процедурыпоиска следуетмысленно представлятьприблизительноерасположениебазальныхмозговых артерийи соответственнонаправлятьось датчика(рис. 1.3). Одновременнос этим датчикмедленно перемещаютдля получениякачественногосигнала.
После получениясигнала оптимальнойсилы и чистотыследует мысленнозафиксироватьудачное положениедатчика воизбежаниеповторныхманипуляцийпоиска оптимальногоокна.
Идентификацияартерий
Критерииидентификации:
Глубина и угол зондирования.
Направление кровотока (к датчику или от него).
Реакция кровотока на компрессию ОСА.
Компрессиюобщей соннойартерии следуетпроводить какможно ниже нашее для исключенияраздражающеговоздействияна каротидныйклубочек(брадикардия, аритмия), а такжесдавливанияатеросклеротическойбляшки (рискразвития артерио- артериальнойэмболии). ОбычнаяпродолжительностькомпрессииОСА — 2-3 сек.
/>
Рис 1.14. Примерноенаправлениеоси ультразвуковогодатчика при
исследованиибазальныхартерий черезтемпоральноеокно.
1- IV сегментлевой ПА, 2- ОА,3- ЗМА,
4 — ЗСА, 5- ПСА,6- СМА, 7- ПМА.
Внутренняясонная артерия
После того, какнайдено оптимальноеположениедатчика, можноприступатьк локациитерминальногоотдела ВСА(точно дифференцироватьуровни терминальногоотдела ВСА илиее сифона весьмазатруднительнои, по сути, нестоль важно).
Идентификациюпроводят последующимкритериям:
1. Кровоток(по направлениюк датчику)обнаруживаетсяна глубине 65-75 мм (зависитот размеровчерепа). Ориентировочноось датчиканаправляетсяна нижний крайпротивоположнойорбиты глаза, посколькуполучаемыйсигнал формируетсяприблизительнона уровне виллизиевакруга. Скоростькровотока вдистальномсегменте ВСАниже, чем в СМАи ПМА (локацияпод тупым углом).
2. Двунаправленныйкровоток (вобоих направлениях)наблюдаетсяпримерно натой же глубине(при разделениипотока крови)в области сифонаили бифуркацииВСА (Рис 1.15).
/>
Рис 1.15 Допплерограммакровотока всифоне ВСА.
3. КомпрессиягомолатеральнойОСА приводитк ослаблениюили редукциипо-лученногосигнала.
4. КомпрессиягомолатеральнойОСА приводитк изменениюнаправленияпотока крови(инверсии сигнала).
5. КомпрессиягомолатеральнойОСА приводитк редукциикровотока ивызываеткомпенсаторныйкровоток изконтралатеральнойВСА через ПСА.
Средняя мозговаяартерия
СМА расположеналатеральнои немного cпереди, как продолжениевнутри-черепногоотдела ВСА.Локация черезтемпоральноеокно достаточноточно соответствуетабсолютномузначению скоростикровотока вСМА (угол междувектором потокакрови и направлениемУЗ датчикаприближаетсяк нулю) (Рис 1.16, поз. A). Критериямидля идентификацииСМА являются:
1. Кровотокв МI сегментеСМА лоцируетсяна глубине55-65 мм.
2. Направлениекровотока кдатчику (рис.1.1.6.).
/>
Рис. 1.16. Допплерограммакровотока вМI сегментеСМА.
3. Сигнал отвечаетредукцией илиослаблениемпри компрессиигомолатеральнойОСА (рис. 1.17).
/>
Рис. 1.17 Допплерограммакровотока вСМА с компрессиейгомолатеральнойОСА.
Сравнительный анализ ультразвуковых допплеровских датчиков
Одним изпринциповработы УЗдопплеровскогоприбора являетсяпьезоэлектрическийэффект. Именноблагодаря этомуэффекту возможнопреобразованиеакустическойв электрическуюэнергию и наоборот, и, таким образом, электрическаярегистрациянеэлектрическихвеличин, такихкак скоростькровотока.
Пьезоэлектрическийэффект представляетсобой явление, которое наблюдаетсяв образцахнекоторыханизотропныхматериалови заключаетсяв нарушенииравновесногораспределенияэлектрическихзарядов поддействиеммеханическойдеформацииобразца. Возможен и обратныйпьезоэффект, состоящий вмеханическойдеформациисреды под действиемэлектрическогополя. В настоящеевремя известнодовольно многомоно- и поликристаллическихматериалов, обладающихпьезоэлектрическимисвойствами.Наиболее широкоеприменениенаходятмонокристаллические, керамическиеи полупроводниковыепьезоэлектрики.Идеальнымпьезоэлектрическимматериаломдля электроакустическогопреобразователяявляется такойматериал, которыйобеспечиваетнизкий уровеньшума, высокуюэффективностьпреобразованияи позволяетсоздать преобразовательс высокойдобротностью.Обычно активныйэлемент ультразвуковогодатчика изготавливаетсяиз пьезокерамическойкерамики. Самымраспространеннымпьезокерамическимматериаломявляетсяцирконат-титанатсвинца (ЦТС).Также находятсвое применениедатчики изпластическихматериалов, напримерполивинилиденфторида(ПВДФ), имеющих, по сравнениюс керамикой, более близкиемягким тканямчеловеческогоорганизмахарактеристики, что более эффективнос точки зренияпередачи акустическойэнергии черезграницу активныйэлемент – исследуемаясреда. Такжесвое применениенаходят датчики, построенныена комбинациипластика икерамики, например, с керамическимпередающими пластиковымпринимающимэлементами.
Конструктивноразделяютсядатчики, работающиев непрерывно-волновоми импульсныхрежимах. Приеми излучениеультразвукадля первогоиз них разнесеныв пространстве, для второго– во времени.Таким образом, первый состоитиз двух активныхэлементов, расположенныхвплотную и поднекоторым угломдруг к другу, а второй имеетв своем составетолько один, поочередноработающийто на прием, тона передачу(рис. 1.18).
/>
Рис. 1.18 Непрерывно-волновой(а) и импульсный(б) УЗ допплеровскиедатчики
На переднююи заднюю поверхностьактивных элементов– пьезоэлектриковвжигаютсяпроводящиеэлектроды изсеребра, послечего он поляризуетсяпо толщине вэлектрическомполе. Скоростьзвука в ЦТСсоставляетприблизительно4000 м/с; при этомтолщина пьезоэлемента/>, соответствующаяосновномурезонансу (/>)на частоте />, определяетсясоотношением
/>(2.5)
В следующейтаблице приведенытолщины пьезоэлементовУЗ датчиковдля работы начастотах 2, 4, 8, 10,16 и 20 МГц, изготовленныхиз ЦТС.
Таблица 2.1. Зависимостьтолщины пьезоэлементаот частотыизлучаемогоультразвука.Частота, МГц 2 4 8 10 16 20 Толщина, мм 1 0,5 0,25 0,2 0,125 0,1
1>4>    продолжение
--PAGE_BREAK--
Из даннойтаблицы видно, что на частотахсвыше 10  МГцтолщина активногоэлемента становитсяменьше 0.2 мм.Обработкаматериала такойтолщины затруднена, из-за хрупкостиобразца. Электрическиеконтакты, напыляемыена противоположныеповерхностипьезокерамическойпластины, из-засуществованияпор в объемекерамики могутобразовыватьэлектрическиесоединениядруг с другомчерез эти поры, и такой преобразовательстановитсянепригоднымдля работы.

Исследование зависимости глубины проникновения от частоты излучаемого ультразвукового сигнала
Одним изосновополагающихмеханизмов, ограничивающимобласть применениявысокочастотнойУЗ допплеровскойаппаратуры, является быстрое(экспоненциальное)возрастаниезатуханияультразвукав тканях человеческоготела с ростомчастоты колебаний.
Дляповышениячувствительностии для увеличенияглубины зондированияувеличиваютинтенсивностьультразвуковыхколебаний.Однако этоувеличениеограниченоусловиямибезопасностиобследования, т.к. при существенномповышенииинтенсивностиультразвукавозможен нагреви даже разрушениебиологическойструктуры. ПоГОСТу 26831-86, пределполностьюбезопаснойдозы интенсивностипри воздействииУЗ на человеческийорганизм составляет50 мВт/см2.
С другойстороны, работаУЗ допплеровскогоприбора всецелообусловленарелеевскимрассеянием, а одним из следствиймеханизмарелеевскогорассеяния, является четвертаястепень зависимостиэнергии рассеянногосигнала отчастоты излучаемогоультразвука.Т.е.красныекровяные тельца, являющиесяосновными движущимисяотражателямив исследуемомкровотоке, рассеиваютУЗ высокойчастоты лучше, чем УЗ низкойчастоты. Этотэффект позволяетчастичнокомпенсироватьповышенноезатухание УЗвысокой частоты.
Совокупностьдвух указанныхфакторов приводитк тому, чтосуществуетоптимальноезначение частоты, обеспечивающеемаксимальноесоотношениесигнал/шум длякаждого частногослучая (т.е.коэффициентазатухания иглубины залеганияисследуемогососуда). Данноезначение можнополучитьматематически.Как было отмечено, в случае релеевскогорассеивания, интенсивностьобратногорассеиванияУЗ связана счастотой />, на которойпроводятсяисследования, следующимсоотношением:
/>
где /> — коэффициентрассеивания.Ввиду затуханияУЗ в ткани, егоинтенсивностьуменьшаетсяс глубиной позакону
/>
где /> — интенсивностьпадающего УЗ, знак “-“ указываетна затухающийхарактер даннойфункции, коэффициент2 определяетдвойное расстояние(до сосуда иобратно), /> — коэффициентзатухания, зависящий оттипа ткани, /> — глубина исследуемогососуда. Очевидно, что интенсивностьотраженногоот кровотокав исследуемомсосуде сигналабудет определятьсяпроизведениемэтих функций:
/>(1)
Графикэтого выражения, представленногов виде функции/>, для несколькихглубин исследуемыхсосудовизображен нарис. 1.19
/>
Рис. 1.19. Зависимостьинтенсивностиотраженногосигнала отчастоты излучаемогоУЗ
Как видноиз графика, длякаждой глубинырасположенияисследуемогососуда существуетопределеннаячастота УЗсигнала, прикоторой наприемник возвращаетсямаксимум излученнойэнергии. Этучастоту можнонайти, продифференцировав(1) по />, и приравнявполученноевыражение нулю.Ненулевойкорень последнегоуравнения имеетвид:
/>(2)
Коэффициент, может изменятьсядля мягкихтканей от0.2 дБ/МГц·смдо более чем2 дБ/МГц·см (взависимостиот вида ткани).
Графикна рис. 1.20иллюстрируетзависимостьрасчетногодиапазоначастот какфункции глубинызондированиямышечной ткани.Эта зависимостьсоответствуетмаксимальномуотношениюсигнал/шум прирегистрацииУЗ сигналов, рассеянныхна элементахкрови. Заштрихованнаяобласть награфике соответствуетразличнымвеличинамкоэффициентазатухания .
/>Рис. 1.20 Оптимальнаячастота УЗсигнала дляисследованияна заданнойглубине
Как видноиз данногографика, длясуществующихв настоящеевремя ультразвуковыхдопплеровскихприборов, работающихна частотахдо 20 МГц, предпочтительнымиявляются глубиныболее 0,5 см. В тоже время, оптимальнойдля высокочастотныхприборов, сточки зрениясоотношениясигнал/шум иполучениямаксимальноймощности отраженногосигнала, являетсяглубина расположенияисследуемыхсосудов, меньшая, чем 0,5 см.

Анализ структурных схем существующих ультразвуковых допплеровских приборов
Рассмотримсхемотехникунаиболеераспространенныхвариантов УЗдопплеровскихприборов.
Непрерывно волновойультразвуковойдопплеровскийприбор
со звуковойиндикациейбез выделенияинформациио направлениикровотока
Для построениядопплеровскихиндикаторовскорости кровотокаиспользуютсяряд известныхрадиотехническихузлов и блоков, применяющихсяв коротковолновыхприемо-передающихустройствахи доработанныхс учетом спецификивзаимодействияс электроакустическимэлементомдопплеровскогоприбора –ультразвуковымдатчиком.
Блоксхема простейшегонепрерывно-волновогоУЗ прибора созвуковой индикациейбез выделенияинформациио направлениикровотокапоказана нарис. 1.21
/>


Рис. 1.21Блок схеманепрерывно-волновогодопплеровскогоприбора созвуковой индикацией без выделенияинформациио направлениикровотока
1 – УЗ датчик,2 – УМ, 3 – предварительныйусилитель, 4 –задающий генератор,5 – синхронныйдетектор, 6 –кварцевыйрезонатор, 7 –полосовойфильтр, 8 – УНЧ,
9 – громкоговоритель.
Рассмотримработу данногоиндикатора.Вырабатываемыйзадающим генератором4 (частота которогостабилизируетсякварцевымрезонатором6) сигнал подаетсяна вход усилителямощности (УМ)2, усиливаетсяпоследним иизлучаетсяв виде акустическойволны, сфокусированнойУЗ преобразователем1 по направлениюисследуемогососуда. Отраженныйсигнал, несущийинформациюо движенииформенныхэлементов кровив данном сосуде, преобразуетсяприемным элементомУЗ датчика, усиливаетсяпредварительнымусилителемс малым уровнемшумов 3 и детектируетсясинхроннымдетектором5, управляемымзадающим генератором4.
Эхосигналсодержит спектрдоплеровскихчастот, обусловленныйдвижениемотдельныхэлементовкровотока ванализируемомобъеме. Этотсигнал можнопредставитьв виде суперпозициисигналов, привносимыхвсеми линиямитока, проходящимичерез измерительныйобъем. Вкладкаждой компонентыв этот сигналпропорционаленмощности ультразвука, рассеяннойэлементамикровотока вдольданной линии, т.е. интегралупо линии токаот чувствительностив пучке (зависимостивеличины сигнала, принятого отточечногорассеивателя, от координатэтого рассеивателя).
Для упрощенияпоследующихвыкладок, рассмотримсигнал на выходеблока 3, каксостоящий изтрех компонентов: несущей частотыи сигналов, отраженныхот прямого иобратногокровотоков.Такой сигналможет бытьпредставленв виде:
/>(3)
где />,/>и /> — соответственноамплитуда, угловая частотаи фаза каждогосигнала, а индексы,f и rобозначаютнесущую, прямойи обратныйкровоток.
Этотсигнал поступаетна детектор5. С математическойточки зрениядетектор представляетсобой перемножительдвух сигналов.Умножая данноевыражение на/> — сигнал с выходаопорного генератора, получаем сигнал на выходесинхронногодетектора 5:
/> (4)
Этот сигналдалее фильтруетсяполосовымфильтром 7 дляустранениянизкочастотныхпомех, возникающихвследствиеотражения УЗсигнала отмедленно движущихсястенок сосуда(амплитудасигнала откоторых нанесколькопорядков вышеамплитудыполезногодопплеровскогосигнала), постояннойсоставляющей/>и ВЧ шума (включая/>,/>и />).
Выражениедля отфильтрованногосигнала имеетвид:
/>(5)
Данныйсигнал подаетсязатем на усилительнизкой частоты(УНЧ) 8 для воспроизведенияпосредствомнаушников (илигромкоговорителей)9.
Синхронноедетектирование
Дляультразвуковогодопплеровскогодиагностическогоприбора принимаемыйсигнал, несущийинформациюо распределении кровотока висследуемомсосуде, сравнимс шумом. Амплитудасигнала, отраженногоот медленнодвижущихсястенок сосудовна несколькопорядков превосходитполезный сигнал.Кроме этого, на входе приемногоусилителяприсутствуеттак называемыйсигнал пролезания, т.е. сигнал, проникающийв приемныйтракт посредствомакустическойи электрическойсвязи, существующеймежду передающейи приемнойчастями прибора.Не последнююроль в этомпроцессе играети недостаточнаяэкранировкаультразвуковогодатчика.
Исходяиз вышеизложенного, а также из того, что принимаемыйполезный сигналпромодулированпо частоте, вследствиивыбранногопринципа регистрациикровотока, излучаемымсигналом, синхронноедетектированиеявляется естественнымспособом выделенияполезногосигнала.
Импульсныйультразвуковойдопплеровскийприбор со звуковойиндикациейбез выделенияинформациио направлениикровотока.
Блок схемаимпульсногоУЗ допплеровскогоприбора созвуковой индикациейбез выделенияинформациио направлениикровотокапоказанана рис. 1.22
/>



Рис. 1.22 Блок-схемаимпульсногоУЗ допплеровскогоприбора созвуковой индикациейбез выделенияинформациио направлениикровотока
1 – УЗ датчик,2 – УМ, 3 – предварительныйусилитель, 4 — формировательимпульсовразрешенияпередачи, 5 –селектор передачи,6 – селекторприема, 7 — формировательимпульсовразрешенияприема (линиязадержки), 8 — задающий генератор,9 – синхронныйдетектор, 10 –УВХ, 11 – кварцевыйрезонатор, 12 –полосовойфильтр, 13 – УНЧ,14 – громкоговоритель.
Как видно, импульсныйприбор отличаетсяот непрерывно-волновогоналичиемформирователяимпульсовразрешенияпередачи иприема, а такжеселекторовпередачи иприема, управляемыхэтими импульсами.Вырабатываемыйопорным генератором8 сигнал стробируетсяселекторомпередачи 5 встрого определенныепромежуткивремени, задаваемыеформирователемимпульсовразрешенияпередачи 4. Принятыйсигнал такжестробируетсяпо времениселекторомприема 6, апродетектированныйсинхроннымдетектором9 сигнал запоминаетсяв устройствевыборки и хранения(УВХ) 10 до приходаследующегоимпульса. Положение “объема выборки”на оси УЗ датчикаили глубинарасположенияисследуемогососуда определяетсявременнойзадержкой междуимпульсомизлучения истробом приема, открывающегоселектор приема6. Эта задержказадается формирователемимпульсовразрешенияприема 7.
Таккак амплитудапринятогопродетектированногосигнала определяетсямощностьюизлученногоультразвука, а из-за импульсногохарактераизлучения приодинаковойамплитудеизлучаемыхсигналовнепрерывно-волновогои импульсногоприборов средняяизлучаемаямощность последнегобудет меньше, то на УМ импульсноготракта подаетсябольшее напряжениепитания, посравнению снепрерывно-волновымрежимом дляобеспеченияподдержанияуровня среднейинтенсивностиизлучаемогосигнала в импульсномрежиме. УЗ датчикимпульсногоприбора представляетсобой одинпьезоэлектрическийэлемент, совмещающийфункции приемаи передачи, разнесенныево времени.Приемный трактдолжен обеспечиватьзащиту входногокаскада отперегрузокво время излучения.
Вцелом, работаимпульсногоУЗ допплеровскогоприбора аналогичнаработе радиолокационнойстанции обнаружениядвижущихсяцелей. Практическивесь математическийаппарат и многиесхемотехническиерешения, наработанныев военной области, без каких-либоизменений могутбыть использованыв медицине инаоборот. Вэтом заключаетсясмысл так называемыхдвойных направлений, развитие которыхимеет огромноенаучное ипрактическоезначение.
Синхронныйквадратурныйдетектор и блоквыделенияинформациио направлениикровотока
Описанные вышеприборы несохраняютинформациюо направлениикровотока, адает лишь величинусдвига частоты.Информацияо направлениинеобходима, чтобы следитьза изменениемскорости кровотокав течении кардиоциклав тех сосудах, где возникаетобратный кровоток, или если направлениекровотока несетдиагностическуюинформацию, например, приисследованиивен при недостаточностисердечныхклапанов.
Для того, чтобы разделитьсигналы, несущиеинформациюо прямом и обратномкровотоке, наиболеешироко в современныхприборах применяетсяквадратурнаядемодуляция(рис. 1.23.)./>

Рис. 1.23 Блоксхема квадратурногодемодулятора
Х – перемножители, ПФ – полосовыефильтры.
Усиленныйсигнал с выходапредварительногоусилителя 3(рис 1.21,1.22)подается надва перемножителяХ, выполняющихроль детекторов, на управляющийвход одногоиз которыхподается сигналс выхода опорногогенератора/>, на управляющийвход другого– сигнал, сдвинутыйотносительнопервого на />, т.е. />.Таким образом, на выходе одногоиз каналовприсутствуетсинфазныйсигнал />, описываемый(5), на выходевторого –квадратурныйсигнал />, имеющий вид:
/>
или />(6)
Знакдопплеровскогосдвига, а значит, и направлениекровотокаопределяетсяпо соотношениюфаз прямого(синфазного)и квадратурногоканалов. Еслиэтот сдвигположителен, то квадратурныйсигнал отстаетна />от синфазного, и опережаетв противномслучае.
Из выражений(5) и (6) следует, что для разделениясигналов необходимо“сдвинуть”один из каналовотносительнодругого на />, а затем произвестисуммарно-разностнуюоперацию надполученнымисигналами.
Из предложенныхдо сих пор методовразделениясигналов прямогои обратногокровотоканаибольшееразвитие получили2 метода:
обработка прямого и квадратурного канала в фазовой области;
применение цифровой обработки сигналов и, в частности, фильтра Гильберта.
П/>ервыйметод поясняетсяна рис.1.1.7.2.3.

Рис. 1.24Выделениесигналов прямогои обратногокровотока вфазовой области.
Обасигнала, прямойи квадратурный, описываемыесоответственноуравнениями(2.3) и (2.4), сдвигаютсяна />и суммируютсяс другим, несдвинутым, сигналом. Врезультатеполучаютсядва полностьюразделенныхканала.
Так, сдвигая прямойсигнал />, описываемый(5), получаем:
/>
Суммированиес квадратурнымсигналом />приводитк удалениюкомпонента, относящегосяк обратномукровотоку:

/>
Точнотакже, сдвигаяквадратурныйканал />исуммируя спрямым каналом/>, получим компонентуобратногокровотока:
/>
Второйподходосновываетсяна применениифильтра Гильберта.ФГ представляетсобой обычный, нерекурсивныйфильтр. Именноиз-за своегосвойства сдвигатьфазу на 90, он применяетсяв модемах какдетектор огибающей.КоэффициентыФГ рассчитываютсяпо формуле:
/>
для />, где /> — порядок ФГ, и/>для />.
Так какФГ реализуетсяв цифровомвиде, обрабатываемыйсигнал долженбыть оцифрованпосредствомАЦП. В этом случаетракт обработкипрямого иквадратурногоканала имеетвид, показанныйна рис.1.25:
/>


Рис.1.25 Выделениесигналов прямогои обратногокровотока вчастотнойобласти.
ЗдесьZ – линия задержкина половинудлины ФГ. Такимобразом, структурнаясхема непрерывно волновогоУЗ допплеровскогоприбора
созвуковой индикациейи выделениеминформациио направлениикровотокавыглядит какпоказано нарис. 1.26.
Отличие отранее рассмотреннойсхемы – в блоках5 и 7. Блок синхронногодетектора 5включает в себясхему формированияквадратурногосигнала, котораябудет рассмотренапозднее и рассмотреннуюранее схемуквадратурногодемодуляторарис. 1.24. Блок 7 содержитдва полосовыхфильтра и схемувыделенияинформациио направлениикровотока –рис. 2.4. или 2.5., сигналыс выходов которыхусиливаютсяпосредствомУНЧ и подаютсяна громкоговорителиили головныетелефоны 9.

/>


Рис.1.26Блок схеманепрерывно-волновогодопплеровскогоприбора с выделениеминформациио направлениискорости кровотока
1 – УЗ датчик,2 – УМ, 3 – предварительныйусилитель, 4 –задающий генератор,5 – синхронныйдетектор исхема формированияквадратурныхсигналов, 6 –кварцевыйрезонатор, 7 –полосовойфильтр и схемавыделениясигналов прямогои обратногокровотока, 8 –УНЧ, 9 – громкоговорители.
Формировательквадратурногосигнала.
Как былопоказано вп.1.1.6., для разделенияканалов прямогои обратногокровотоков, необходимосформироватьдва сигнала, сдвинутые одинотносительнодругого на />.На практикевместо того, чтобы умножатьсигнал />на />и />, этот сигналумножают насигнал прямоугольнойформы (меандр)с частотой, кратной />. Аналитическоепредставлениетакого сигнала[]:
/>(7)
Как видноиз приведенноговыражения, синхроннаядемодуляцияв этом случаесводится ксинхронномудетектированиюпосредствомнабора синхронныхдемодуляторовс коэффициентамиусиления />и несущимичастотами />.Входным избирательнымусилителем, нивелирующимпролезаниев низкочастотнуюобласть спектравыходногосигнала компонентс частотами/>являетсясам ультразвуковойдатчик, работающийв области своегорезонанса.
Таким образом, задача демодуляциивходного сигналасводится кзадаче детектированияэтого сигналас помощью простейшегоаналоговогоключа, управляемогосигналам, имеющимформу меандра, и описываемого(7).
Эта задачанаиболее просторешается вцифровом видепри помощи трехD триггеров(рис.1.27).
/>
Рис. 1.27Блок схемаформирователяквадратурногосигнала.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
Преимуществомданной схемыпо сравнениюс аналоговойявляется отсутствиедискретныхкомпонентови, как следствие, гораздо меньшиечастотные, временные итемпературныепогрешностисдвига фаз.
Временнаядиаграмма дляданной схемыприведена нарис. 1.28.

/>
Рис.1.28 Временнаядиаграммаработы формирователяквадратурногосигнала
Как видно изданной диаграммы, частота опорногосигнала должнабыть выше частотырезультирующихсигналов вчетыре раза.Таким образом, для работыдопплеровскогоприбора в диапазоне2 МГц частотана выходе опорногогенераторадолжна составлять8 МГц, для 4 МГц– 16 МГц, и для 8 МГц– 32 МГц.
При построенииприборов, работающихна частотахсвыше 20 МГц, частотаопорного генераторастановитсявыше 80 МГц. Припроектированииблоков генератора, формирователяквадратурногосигнала и смесителя, работающихна таких частотах, предъявляютсяповышенныетребованияк разводкепечатной платы, ее экранировке, которые труднообеспечить.Поэтому возникаетотклонениеразности фазсигналов, подаваемыхна квадратурныйдетектор от/>, что приводитк проникновениюэтого отклоненияв выходнойсигнал, и, какследствие, кискажениямрезультатовобработкидопплеровскогосигнала.
Так, еслисигнал, подаваемыйна детекторпрямого канала, имеет вид />, а сигнал, подаваемыйна детекторквадратурного- />, т.е. имеетсяошибка сдвигаопорного сигналаот величины/>, то в этом случаевыражение дляотфильтрованногоквадратурногосигнала приобретаетвид:
/>
Как нетруднозаметить, полученноевыражение легкопреобразуетсяв следующее:
/>
Т.е. квадратурныйсигнал в этомслучае содержитчасть прямогосигнала. Это– случай такназываемого«пролезания»или отсутствияразделенияканалов. Сдвигэтого сигналана />аналоговымили цифровымспособом ипроведениенад полученнымрезультатомсуммарно-разностнойоперации ужене приведетк полному разделениюсигналов прямогои обратногокровотока, ирезультатырасчетовспектрограммыи индексовбудут искажены.
На рис.1.29 приведенасмоделированнаяспектрограммадля случая />.Для примерана рис. 1.30приведена тажесамая спектрограммадля />.
/>
Рис.1.29 Спектрограммасигнала приналичии отклонениясдвига фазопорного сигналаквадратурногодетектора отвеличины />

/>
Рис.1.30 Спектрограммасигнала приотсутствииотклонениясдвига фазопорного сигналаквадратурногодетектора отвеличины />
Ультразвуковойспектроанализатор
Для количественнойоценки параметровисследуемогокровотокаприменяютсяалгоритмыцифровой обработкисигналов (ЦОС)и, в частности, БПФ с последующимпостроениемспектрограммына экране монитора.Сигналы с выходовполосовыхфильтровквадратурногодетектора рис1.23 дискретизируютсяпосредствомдвухканальногоАЦП и подаютсяна вход блокаЦОС. Спектрограммаисследуемогокровотокапредставляетсобой спектральнуюплотностьмощности его компонентов.Эта плотностьмощности вычисляетсяобычно с помощьюметода периодограмм, т.е. взвешиваниемнепрерывногопотока данныхс помощью тойили иной временнойфункции, вычисленияБПФ (т.н. кратковременногоБПФ), вычислениямодуля комплексногорезультатаБПФ и отображенияполученногорезультатас помощью функциигамма коррекции.
По результатамполученнойспектрограммы, а точнее, ееогибающей, рассчитываютсятак называемыеиндексы, являющиесяколичественнойоценкой исследуемогокровотока.Строго говоря, для вычисленияиндексов расчети построениеспектрограммыне обязательны, так как дляполученияогибающейвполне пригодныдругие методы, не требующиетаких вычислительныхзатрат, какБПФ. Необходимоотметить, чтовыделениеогибающей можетбыть произведенов аналоговойформе. Такойподход характерендля некоторыхпортативныхУЗ приборов, а также устаревшихаппаратов, т.е.для тех приборов, где расчет БПФлибо затруднен, либо являетсяизлишним из-заотсутствиясредства отображенияспектрограммы.Такие приборымогут бытьклассифицированыкак детекторыогибающей.
Алгоритмы ЦОСмогут бытьреализованыкак аппаратнос применениемцифровых процессоровобработкисигналов (ЦПОС), так и программнымобразом, благодарядостаточнойдля этих целейпроизводительностисовременныхпроцессоровперсональныхкомпьютеров.
АппаратнаяреализацияЦОС оправданатам, где производительностиуниверсальногопроцессоране хватает наодновременнуюобработкупринимаемыхданных, расчетпараметрови вывод информациина экран. Этохарактернодля дешевыхили портативныхспециализированныхрешений УЗдопплеровскойаппаратуры.
Например, для отображенияна экране Nг= 400 линий по горизонталидля двух каналовза время Тэ = 2с, максимальнодопустимоевремя вычисленияодной спектральнойсоставляющейравно Т1 = Тэ / (Nг* 2) = 2,5 мс. Учитывая, что для вычисленияБПФ (без учетапредшествующейфильтрациии последующихвзятия модуляи другой обработки)необходимовыполнить [9] />комплексныхарифметическихопераций (типаумножения сосложением), где N — количествоточек БПФ (обычноN = 256), максимальнодопустимоевремя на выполнениеодной такой операции равноТ0 = Т1 / М = 1,25 мкс.
Широкопредставленныев настоящеевремя специализированныецифровые процессорыобработкисигналов специальноразработаныдля даннойцели. По сравнениюс микропроцессором486DX2-66, производящегорасчет 1024 точечногоБПФ за 20 мс, ЦПОС ADSP2101 с циклом в60 нс решает туже задачу за2,23 мс, т. е. на порядокбыстрее.
Одно из возможныхаппаратныхрешений допплеровскогоспектральногоиндикатораскорости кровотокапредставленона рис. 1.31.

/>


Рис. 1.31Структурнаясхема аппаратнойреализациидопплеровскогоспектральногоиндикатораскорости кровотока.

ЗдесьРК — блок радиоканала, обеспечивающийзапитку УЗдатчика, съемс него информации, усиление сигналоввысокой и низкойчастоты, выделениедопплеровскихсигналов иперенос последнихс несущей частотыв низкочастотнуюобласть. ЦПОС– блок сигнальногопроцессора, выполняющийквантованиеаналоговыхдоплеровскихсигналов повремени, дискретизацию по амплитудеи вычисляющийспектральныесоставляющиепосредствомБПФ. ПК решаетзадачу отображениявычисленныхспектральныхсоставляющихна экране, рассчитываетчисленныепараметрыкровотока идокументируетрезультатыизмерения.
БлокЦПОС обычновыполняетсяв виде платырасширения, установленнойвнутри ПК, т.е.обмен междуЦПОС и ПК происходитпо внутреннейшине ПК, чтообеспечиваетнеобходимуюскорость пересылкиданных дляотображенияспектра в реальноммасштабе времени. Например, дляшины ISA пересылкаслова данныхпо шине с тактовойчастотой Fт =4,33 МГц занимает как минимумчетыре циклашины, а пересылкавсей спектрограммы(два канала) — Т3 = (4 * N * Nг * 2) / Fт = 200 мс.Все остальноевремя Т4 = Тэ — Т3= 90 % Тэ процессорIBM PC тратит наотображениеспектрограммыи расчет параметровкровотока.
Примерструктурнойсхемы такойплаты показанана рис. 1.32.

/>



Рис. 1.32Структурнаясхема платыЦПОС.
Специальнаячасть
Разработкафункциональнойсхемы измерителя

ОсобенностьУЗДП состоитв использованиив качествезондирующегосигнала механическихвибраций, передаваемыхв тело человека.В процессеработы приборапроизводятсямеханическиеколебанияэлементовтканей на поверхноститела. Распространениеультразвуказависит отплотности, структуры, однородности, вязкости исжимаемоститканей. Интегративнымотражениемэтих свойствявляется акустическийимпеданс(АИ)ткани. АИ характеризуетстепень сопротивлениясреды распространениюУЗ. АИ= d*c, где d– плотностьсреды (кг\м3), с – скоростьраспространенияУЗ в среде. Циклическоедвижение элементовтканей наповерхности, производимоепьезоэлектрическойпластиной, вызывает своюочередь, силовыевоздействияна элементытканей с болееглубоких слоев, и, соответственно, их циклическоеперемещениеи т.д. Таким образом, за счет передачисиловых воздействийсжатия-растяжениямежду соседнимиэлементамитканей возникаетпередача механическихвибраций в телочеловека, называемоеУЗ волной.
В настоящеевремя в УЗДГприменяетсяУЗ с частотамидо 20 МГц, Так, например, приУЗ обследованийголовы используютсамые низкиечастоты порядка0.5 — 2 МГц, при обследованиипериферическихсосудов — до 10МГц, в офтальмологии- до 15 МГц. А чемвыше частота, тем ниже минимальнаярегистрируемаяскорость, поэтому, применяемыев настоящеевремя УЗДП, имеют ограниченияна минимальнуюрегистрируемуюскорость.
Указанноеограничениевозникает подвум причинам:
из-за зависимости доплеровского сдвига от частоты излучения;
из-за необходимости фильтрации принимаемого сигнала.
Допплеровскийсдвиг (разностьчастот излучаемогои принимаемогосигнала) прямопропорционаленчастоте УЗсигнала, накоторой проводитсяисследованиекровотока — т.е. чем нижечастота УЗ, темменьше допплеровскийсдвиг, получаемыйпри обследованииодного и тогоже кровотокана различныхчастотах.
Так, среднеезначение минимальнойрегистрируемойскорости дляУЗДП, работающегона частоте 8МГц, составляет2 см/с, что, номеньшей мере, вдвое большевеличины, характернойдля кровотокав малых венах, и болеечем напорядок превышаетскорость кровотокав капиллярах(табл.1).

Таблица 1.Средняя скоростьдвижения кровив различныхсосудах.
Сосуд

Средняя скорость течения в см/с

Аорта

30-60

Большие артерии

20-40

Вены

10-20

Малые артерии, артериолы

1-10

Венулы, малые вены

0.1-1

Капилляры

0.05-0.07


Ограничения, налагаемыена частотныйдиапазон существующихдопплеровскихизмерителейскорости кровотока, обусловлены, в основном, двумя причинами:
сложностьюполученияприемлемыхпараметровУЗ преобразователя, выполненногона основепьезокерамики, для работы начастотах свыше10 МГц. Толщинапьезокерамическойпластины, используемойв качествеактивногоэлемента, составляетполовину длиныволны, и на частотахсвыше 10 МГцстановитсяменьше 0.2 мм. Из-засуществованияпор в объемекерамики, напыляемыена противоположныеповерхностипьезокерамическойпластиныэлектрическиеконтакты образуютэлектрическиесоединениядруг с другомчерез эти поры, и такой преобразовательстановитсянепригоднымдля работы;
существующиев настоящеевремя схемыпостроенияблоков обработкисигналов УЗпреобразователей(в диапазонедо 16 МГц) предполагаютпроизводитьэту обработкунепосредственнов ВЧ области, что приводитк усложнениюсхемы, ужесточениютребованийк параметрамЭРЭ и, как следствие, к заметномуудорожаниювсего допплеровскогокомплекса.
Упрощеннаяблок схеманепрерывно-волновогоНЧ УЗ индикаторапоказана нарисунке 2.1.

1
2
3
5
6

/>/>/>/>/>/>

/>/>/>

/>

/>/>/>
4/>

/>/>


рис 2.1 Блоксхема непрерывно-волновогодопплеровскогоиндикатораскорости кровотока
где1 — Малошумящийусилитель 2 — НЧ фильтр 3 — Фазовыйдетектор 4 — Генератор 2 МГц5 — Усилитель 6- АЦП
Рассмотримработу даннойсхемы:
Вырабатываемыйзадающим генератором4 сигнал подаетсяна вход излучающегопреобразователяи излучаетсяв виде акустическойволны, сфокусированной по направлениюисследуемогососуда. Отраженныйсигнал, несущийинформациюо движенииформенныхэлементов кровив данном сосуде, преобразуетсяприемным элементомУЗ датчика, расположеннымвокруг излучающего, усиливаетсяусилителемс малым уровнемшумов 1 и детектируетсяфазовым детектором3, управляемымзадающим генератором4. Отражение УЗпроисходитна границераздела средс различнымиАИ, причем величинаотражения УЗпрямо пропорциональнаразности АИсред. Генераторустройствасобран на транзистореVT1. Рабочаяточка генератораопределяетсясопротивлениемрезисторовR8C4. Максимальнодостигаемаяс помощью генераторамощность ограниченавеличиной токавысокой частоты(2 МГц), проходящейчерез кварц.Слишком большойток высокойчастоты нагреваеткристалл, чтоотрицательносказываетсяна стабилизациичастоты. Поэтомугенераторрассчитан нанебольшуюмощность (порядка8мВт), но при высокойстабильностиколебаний.Требуемуюмощность получаютв следующемкаскаде, собранномна транзистореVT2, по схемес разделеннойнагрузкой.Рабочая точкакаскада определяетсясоотношениемрезисторовR10R11. Вцепь эмиттеравключен излучающийпьезоэлемент.В цепь коллекторапараллельныйколебательныйконтур, настроенныйна частотугенератора(2 МГц) с которогоопорный сигналпоступает нафазовый детектор.
Усиленныймалошумящимусилителем1 сигнал далеефильтруетсяполосовымфильтром 2 дляустранениянизкочастотныхпомех, возникающихвследствиеотражения УЗсигнала отмедленно движущихсястенок сосуда(амплитудасигнала откоторых нанесколькопорядков вышеамплитудыполезногодопплеровскогосигнала) ивысокочастотногошума и подаетсязатем на усилитель5 и далее на АЦП.
Необходимостьнизкочастотнойфильтрациивызвана наличиеммощных низкочастотныхсоставляющихв спектрепринимаемогоУЗ сигнала, обусловленнымразличнымиартефактами(колебаниямистенок сосудов, так называемым«пролезанием»сигнала с выходапередатчикана вход приемника, что особеннохарактернодня прибора, работающегов непрерывномрежиме).
Схема фазовогодетекторадетектируетразность фаздвух сигналов, так что приналичии разностифаз могут бытьприняты определенныемеры по корректированию.Фазовый детекторчасто называюттакже фазовымдискриминаторомили частотнымкомпаратором.Схема фазовогодетектораблизка к схемедискриминатора(демодулятора)ЧМ-сигналов, а их основныерабочие характеристикипрактическиидентичны.
Подлежащийанализу сигналприкладываетсяк входной обмоткеL4и трансформируетсяво вторичнуюобмотку L5.Вторичнаяобмотка шунтируетсяконденсаторомпеременнойемкости С1, благодаря чемуобразуетсяпараллельныйрезонансныйконтур, настроенныйна частотуконтрольного(опорного) сигнала, который прикладываетсяк первичнойобмотке L2трансформатораи наводится на L3.
Если обасигнала имеютидентичныечастоты, то прихорошей балансировкесистемы, прикладываемыек диодам сигналыодинаковы.Каждый диодпроводит черезполупериод, вследствиечего черездиоды протекаютпульсирующиетоки. Однакопульсациинапряженияна резисторахR13и R14сводятся кминимуму благодаряфильтрующемудействиюконденсаторовС7 иС2, такчто через R13и R14протекаютпрактическипостоянныетоки. Вследствиеиспользованияцентральногоотвода в обмоткеL5 иравенстварезисторовR13и R14падения напряженийна этих выходныхрезисторахравны и противоположныпо знаку; поэтомупри равенствечастот сигналоввыходное напряжениеравно нулю.
ИндуктивностьL3не связана сL4, т.е. она являетсявторичнойобмоткойтрансформатораL3L2.
Посколькукатушка L3связана с входоми выходом системы, каждый диодподверженвоздействиюдвух сигналов: опорного ивходного. Однакообщее напряжениена каждом диодеявляется неарифметической, а векторнойсуммой напряженийсигналов. Этообъясняетсятем, что падениенапряженияEL5на нижней половиневторичнойобмотки, отсчитываемоеот среднейточки этойобмотки, опережаетна 900ток Iк, протекающийчерез эту частьобмотки, поэтой же причинепадение напряженияЕL5на верхнейполовине вторичнойобмотки, такжеотсчитываемоеот среднейточки этойобмотки, должноотставать отвектора Ikна 900;
Если входнойсигнал на L4отличаетсяот опорногосигнала на L2, то фазовыесоотношениясигналов врассматриваемомкомпаратореизменяются, в результатечего один издиодов проводитлучше другого.Поэтому падениенапряженияна одном извыходных резисторовстановитсябольше падениянапряженияна другом резистореи их суммарноепадение напряженияперестает бытьравным нулю, причем еговеличина иполярностьзависят отразности этихпадений напряжений.
При изменениичастоты входногосигнала колебательныйконтур L5C1выходит изрезонанса иток Ikво вторичнойобмотке неизменяетсяв фазе с э.д.с.Eинд.Это объясняетсятем, что колебательныйконтур на частотевыше или нижерезонанса имеетиндуктивноеили емкостноесопротивление.Но между Ikи ЕL5сохраняетсяразность фаз, равная 900.В результатеэтого напряжениена диоде VD1увеличиваетсяа на диоде уменьшается.В этом случаедиоды проводятнеодинаково, и на выходекомпараторапоявляетсянапряжение.
Изменениечастоты входногосигнала в другомнаправленииприводит кувеличениюЕVD2и уменьшениюЕVD1.Появляетсявыходное напряжение, полярностькоторогопротивоположнаполярностинапряжения, образующегосяв предыдущемслучае.
Однако передподачей принятогосигнала надетектор, егонеобходимоусилить т.к.сигнал оченьслаб. Для этогоиспользуетсямалошумящийусилитель смалым дрейфом.
С выходафазового детекторасигнал, черезусилитель намикросхемеК224ПП1, поступаетна АЦП. С АЦПоцифрованныйсигнал с помощьюинтерфейсаRS-232Cпоступает наблок ЦПОС.
При относительномедленнойпередаче сигналов(порядка сотенбитов в секунду)наиболее подходящимявляется стандартRS-232C.Этот стандартопределяетуровни сигналовобеих полярностей, а величиныгистерезисаи временизапаздыванияобычно задаютсявходнымиформирователями(для выходногоформирователянужны источникипитания отрицательнойи положительнойполярностей, а для входногопреобразователяэто не обязательно).Типовая структураприведена нарисунке 2.1.2.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
/>/>1488 RS-232C 8Т16
Т/>/>/>/>/>/>/>/>/>ТЛ ТТЛ

330 пФ

рис. 2.2.
Надо отметить, что при конденсаторенагрузки емкостью330 пФ обеспечиваютсявремена нарастанияи спада на уровнеменее 1 мкс. СтандартRS-232Cшироко используетсяпри передачеданных междутерминальнымоборудованиеми ЭВМ со стандартизованнымискоростямив диапазонеот 110 до 19200 бит/с.Полный стандартопределяетдаже распайкуконтактныхвыводов сверхминиатюрного25-контактногоразъема типаD иобычно используетсяпри передачеданных в стандартеIEEE422/
ПрименениеПК в медицинскойдиагностическойаппаратурене толькоимеет своейцелью универсализациюиспользуемоговрачами оборудования, но и снижениеего стоимости, что особенноактуально данроссийскоймедицины. Главнаяпроблема, которуюрешает применениеПК в разрабатываемомприборе — этовозможностьпостроенияаппаратурыобработкиданных с минимальнымизатратами.Возможностисовременныхпроцессоровпозволяютпроизводитьсложные вычисленияв реальноммасштабе времени, что раньше былопод силу толькоспециализированнымцифровым процессорамобработкисигналов (ЦПОС).
Разработкапринципиальнойсхемы измерителя

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
f01
/>


3
V 



2

/>45 6 7 8
/>/>/> f2
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>
/>/>/>/>fg
f/>0

рис 2.3 Структурнаясхема УЗ измерителяскорости кровотокас использованиемэффекта Допплера.

Измерительныйучасток этихустройствсодержит дваустановленныхна теле пьезоэлектрическихпреобразователя1 и 2 с диаграммаминаправленности, пересекающимисяна оси кровотокаили в точкахсечения, гдескорость равнасредней скоростипотока. Дляполучениямаксимальнойчувствительностиуглы междуосями главныхлепестковдиаграммнаправленностипреобразователейи направлениемпотока устанавливаютсядополнительнымидо 1800.Излучающийпреобразователь1 возбуждаетсягенератором4 синусоидальныхколебаний.НепрерывныеУЗ колебания с частотой f0рассеиваютсяна неоднородностяхпотока, которымимогут служитьэритроцитыв крови. Перемещающиесявместе с потокомрассеивателиможно рассматриватькак вторичныеисточники УЗколебаний счастотой

f1=f0/>,
гдеv –скорость перемещениярассеивателя; с – скоростьзвука в контролируемойсреде; - угол ввода УЗколебаний впоток.
ВторичныеУЗ звуковыеколебания, возникающиев области 3, достигаютприемныйпреобразователь2 и воспринимаетсякак колебанияс частотой:

f2=/>,
Центральнаячастота доплеровскогоспектра определяютсякак разность
fд=f0– f2=/>.
НепрерывныеУЗ колебания, воспринятыепреобразователем2, преобразуютсяв электрическиеи через усилитель5 поступают навход смесителя6 частоты, навторой входкоторого подаетсячастота возбужденияf0.Фильтр нижнихчастот 7 используетсядля выделениядопплеровскойчастоты fд, которая регистрируетсячастотомером8.
Если учесть, что объемныйрасход Qчерез измерительныйучасток круглогосечения диаметромDсвязан со скоростьюпотока в озвучиваемойобласти соотношением:

/>,
гдеm –коэффициент, учитывающийнесовпадениесредней скоростипотока со скоростьюрассеивателя, то статическаяхарактеристикадопплеровскогоУЗ измерителяскорости кровотокаможет бытьпредставленав виде
/>
Практическиесхемы допплеровскихУЗ измерителейнесколькосложнее изображеннойна рис 2.3. В нихпроизводитсяучет «размытия»допплеровскогоспектра из-законечностиугловой шириныхарактеристикнаправленностипреобразователей.Благодаряразличию проекцийскоростейвторичныхисточниковУЗ колебанийна границыозвученныхобластей отраженныйот области 3сигнал будетсодержатьспектр частотот />до />.
Ширинадопплеровскогоспектра равна:

/>,
Посленесложныхтригонометрическихпреобразований:
/>=/>,
откудаследует, чтоширина спектрапропорциональнаугловой ширинедиаграммынаправленности.Увеличениедиапазонавыходной частотыУЗ расходомераза счет «размытия»спектра, чтов свою очередь, приводит кухудшениюпомехоустойчивостиустройства.Для ослабленияпомех, сопутствующихотраженномусигналу, в рядепрактическихреализацийиспользуютавтоматическиесистемы фазовойили частотнойподстройкичастоты.
К методическимпогрешностямдопплеровскихустройств впервую очередьотноситсясильная зависимостьизмерительнойинформацииот измененийскорости звукав контролируемойсреде. Неравномерностьраспределениярассеивателейв озвучиваемомобъеме, а такженарушениеусловия ихгидродинамическойпассивностиотносительнопотока приводятк существеннойслучайнойпогрешности.Малый КПДпреобразования(отношениеэнергии отраженныхУЗ колебанийк возбуждению)требует большихмощностейвозбуждения.Для допплеровскихизмерителейскорости кровотокахарактернасильная зависимостьпоказаний отпрофиля скоростейв вене или артерии, так как они неявляются датчикамиинтегрирующеготипа.
Практическиесхемы доплеровскихизмерителей, основанныена различныхкомпенсационныхметодах, неодинаковореализуютприведенныевыше достоинства.
В схеме показаннойна рис.2.4, направленияУЗ луча и потокасоставляютугол, близкийк прямому.

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> 1 2 3 7 4 5 8 9
6
рис. 2.4 Типоваяструктурнаясхема измерениясноса УЗ колебаний
Генератор1 непрерывныхколебанийрабочей частотывозбуждаетизлучающийпьезопреобразователь2. Приемныйпьезопреобразователь3 составлен издвух идентичныхпьезоэлементов, сориентированныхтаким образом, что в неподвижнойкрови интенсивностиУЗ колебаниявблизи лицевыхповерхностейодинаковы. Споявлениемдвижения скоростьзвука с и осредненнаяпо длине лучаскорость кровотокаvгеометрическисуммируются, и направлениераспространенияУЗ колебанийотклоняетсяот начальногона угол , величина которогоопределяетсясоотношением
=arcsin v/cv/c
Для увеличениячувствительностиэтих устройствУЗ колебания, прежде чемдостичь приемногопреобразователя, испытываютнесколькоотражений отвнутреннейповерхностиартерии. В этомслучае снослуча у лицевойповерхностиприемногопреобразователя выражаетсяформулой:
d=DNDN(v/c),
гдеD –внутреннийдиаметр артерии,N –число отраженийУЗ колебаний.
ОтношениеизмененияинтенсивностейУЗ колебанийна приемныхпьезоэлементах Iк начальнойинтенсивностиI0в неподвижнойсреде можносчитать пропорциональнымотношению сносак средней ширинеУЗ луча на приемномпреобразователе, т.е.
/>,
гдеk –постоянныйкоэффициент.
При этомдопущенииоказывается, что изменениеинтенсивностейна приемныхпьезоэлементахявляется меройскорости потокав озвученнойобласти среды.
/>
Выражаяскорость потокачерез расход, получаем упрощеннуюстатическуюхарактеристикуметода:
/>,
гдеm –коэффициент, учитывающийнесовпадениесредней скоростикровотока соскоростьюусредненнойвдоль УЗ луча.
Сигналы с приемныхпьезоэлементовпоступают надифференциальныйусилитель 4, выходное напряжениекоторого выпрямляетсяс помощью детектора5 и регистрируетсяиндикатором6.
Для исключениязависимостивыходногонапряженияот скоростизвука схемуобычно дополняютимпульсно-циклическимизмерителемскорости звукаи арифметическимустройствомдля коррекциирезультатовизмерений.импульсно-циклическийскоростемервключает в себядополнительныйпьезопреобразователь7, излучающийимпульсыперпендикулярнооси артерии, и генератор8 возбуждающихимпульсов, образующихединую замкнутуюцепь – «синхрокольцо».В системе«синхрокольца»каждый УЗ импульс, отразившисьот стенки артерии, воспринимаетсяпреобразователем7 и вновь запускаетгенератор.Частота следованияимпульсов вэтом устройстве, пропорциональнаяскорости звукав контролируемойсреде, вместес выходнойинформациейизмерителясноса поступаетна вход арифметическогоустройства9, корректирующегорезультатыизмерений.Однако, посколькуконтролируемаясреда – кровь– имеет вполнеопределеннуюскоростьраспространениязвука, то даннаясхема не представляетсобой актуальнуюразработку.
Фазовый методизмеренияхарактеризуетсяиспользованиемнепрерывныхУЗ колебаний.В основе фазовыхсхем лежитсопоставлениесдвига фазколебаний, прошедших черезпоток. Статическаяхарактеристикафазовых УЗизмерителейимеет вид:
/>=/>

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>

t/>/>/>

/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>Схемыфазового методаимеют многореализаций.Например:
 6

/>/>/>/>1 2

3 4 5
7 8

рис.2.5 Схемаэлектроннойкоррекции вфазовых УЗскорости кровотока
Первичныйпреобразовательэтого УЗ прибораимеет дваизмерительныхучастка 1 и 2, содержащиеволноводы ввиде призм.Излучающиепреобразователивозбуждаютсягенератором3 непрерывныхУЗ колебанийчерез широтно-импульсныймодулятор 4, нанизкочастотныйвход которогоот управляющегогенератора5 поступаютпрямоугольныеимпульсыдлительностью1.Прямоугольныепакеты колебаний, пройдя контролируемуюсреду, преобразуютсяприемнымипреобразователямив электрическиесигналы и подаютсяна вход коммутатора6. Управляющиевходы коммутатораи фазометра7 подключенык инвертирующемувыходу управляющегогенератора, который открываетих на время2=Т-1, где Т – периодследованияуправляющихимпульсов.Длительностипакетов приемныхсигналов меньшеизлученныхи составляют:
П1=Т– t1 — 2,
П2=T– t2 — 2,
где 2– задержка вволноводе.
С увеличениемскорости звукапакеты импульсов, поступающиена фазометр, расширяются, а длительностиимпульсов вних, определяемыеразностью фазколебаний, уменьшаются.Фазометр нормируетамплитудыимпульсов впакетах науровне Uфи усредняетих, поэтомунапряжение, регистрируемоевольтметром8, остаетсянеизменнымпри колебанияхскорости звукав среде.
Оптимальноезначение периодауправляющихимпульсов Т, при которомпроисходитполная автоматическаякомпенсацияпоказанийустройства, определяетсязависимостьюТ=2t0+2, где t0– время распространенияУЗ колебанийв неподвижнойсреде.
При использованиипреобразователейбез преломленияна основе этогоспособа можетбыть произведенакомпенсациятемпературныхнестабильностейскорости звука.
Малая чувствительностьфазовых схемв совокупностис невысокойточностьюизмерений угласдвига фаз(погрешность0,5-1%), затрудняетсоздание наоснове этогометода измерителейскорости кровотока, однако этотметод представляетсянаиболее удобнымс точки зренияпрактическойреализациии компенсацииразличныхпогрешнстей.Анализметрологическиххарактеристик

Погрешностьрасчета индексовскладываетсяиз погрешностипроведения эксперимента, погрешностидатчика, погрешностианалоговогоблока, погрешностиАЦП и погрешностиобработкицифровогосигнала. Средняяскорость
Как былоуказано выше, измерениесредней скоростивозможно толькопри равномерномоблучениисосуда. Проведенныена имитатореопыты показаличто, при условиидостаточнойширины УЗ пучка, охватывающегососуд и четкойлокализацииэтого сосуда, средняя скоростьможет бытьизмерена спогрешностьюменее 10% в непрерывномрежиме. Этапогрешностьдля импульсногоприбора немноговыше и зависитот формы импульса.Четкая локализациясосуда означаетотсутствиесильных возмущенийУЗ пучка. Напрактике довольнотрудно обеспечитьравномерноеоблучениесосуда и результирующаяпогрешностьможет достигатьвеличины 50%.
Методвычислениясредней скоростина основе данныхо максимальнойскорости, предполагаетпрохождениеУЗ пучка черезцентр исследуемогососуда. Этогоможно достичь, наблюдаяспектрограмму(сонограмму)и прослушиваявысоту тонадопплеровскогосигнала Необходимотакже иметьданные о формераспределениясоставляющихкровотока посечению сосуда.Для некоторыхслучаев этораспределениехорошо аппроксимируетсяпараболой, данные длянекоторыхдругих сосудовможно взятьиз литературы.Максимальнаяскорость частоможет бытьизмерена спогрешностьюменее 5%. Экспериментыс имитаторомпотока показали, что средняяскорость такжеможет бытьизмерена спогрешностью5% для непрерывногоизлучения и10% для импульсного.Уголнаклона датчика
Если кровеносныйсосуд обладаетдостаточнопрямой формой, угол между осьюУЗ пучка и этимсосудом можетбыть измеренс погрешностью2 — 3 градуса. Втаблице показано, как погрешностьв 3 градуса призадании углаотражаетсяна вычислениисредней скорости.Отсюда следуетвывод о необходимоститщательногоизмерения иустановки угланаклона датчика.

Таблица 1.Погрешностьизмеренияскорости дляразличных угловнаклона датчика.Угол 10 20 30 40 50 60 70 80 Погрешность, % 0.1 1.1 2.0 3.1 4.6 6.4 9.2 14.3 29.9

Если же сосудизогнут, задачаизмерения угланаклона датчикаосложняется.Также нельзягарантировать, что кровяныетельца в такомсосуде движутсяпараллельностенкам сосуда.Сечение датчика
В таблицепогрешностиизмеренияплощади поперечногосечения сосудаиз-за ошибкив измерениидиаметра. Изэтой таблицывидно, что указанныеошибки достаточновысоки особеннодля малых сосудов.
Таблица 2.Погрешностьизмеренияплощади поперечногосечения сосудадля сосудовразличногодиаметра.Диаметр, мм 2 5 10 15 20 25 Погрешность, % 75 36 19 13
10 10

Дополнительнымисточникомпогрешностиявляется изменениеплощади поперечногосечения пульсирующейартерии. Изменениев 10% характернодля крупныхсосудов.Высокочастотныйфильтр
Для того, чтобы уменьшитьвлияние нарезультатыизмерения оченьсильного эхо-сигналаотраженногоот стенок сосуда, этот сигналобычно отфильтровываетсявысокочастотнымфильтром. Этимже фильтромубираютсянизкочастотныесоставляющиеот медленнодвижущейсякрови. Обычноприменяетсяфильтр с перестраиваемойчастотой среза. Движениесосуда
Изменениеили даже потерядопплеровскогосигнала можетбыть обусловленадвижениемисследуемогососуда придыхании.Турбулентность
Это явлениеприсуще даженормальнымсосудам и становитьсясильно выраженнымдля сосудовс патологиейиз-за измененияструктурысосуда. Наличиетурбулентностина сонограммезатрудняетнахождениесредней скоростив сосуде вплотьдо невозможностирешения этойзадачи. Любойпризнак наличиятурбулентностив сосуде ставитпод сомнениеправильностьизмерениясредней скорости.Расширениеспектра
Как показалиэксперименты, проводимыена имитаторахпотока, эффектспектральногорасширенияв довольнослабой степенивлияет на результатыизмерения.Ошибкиизмеренияиндексов
Довольнотрудно иливообще невозможнодобиться равномерногооблученияисследуемогососуда (особеннокрупного). Изменениечувствительностинепрерывно-волновогодатчика зависити от приемногои от передающегоэлементов, атакже, от ихвзаимногорасположенияи ориентации.Evans и Рarton (1981) и Douville с соавторами(1983) опубликовалирезультатыисследованиядиаграммнаправленноститаких датчиков, причем в обоихслучаях отмечалисьсущественныеразличияхарактеристикэтих датчиков, выпущенныхдаже одним итем же производителем.
Обычноисследованияпроводятсяпо «наилучшему»сигналу, наблюдаемомуна мониторе.В этом случае, вероятностьперекрытияУЗ лучом центрасосуда довольновелика. Еслисечение сосудадостаточномало, УЗ пучокполностьюперекрываетего и спектрсодержит информациюо всех составляющихкровотока. Впротивномслучае, частьсосуда остаетсявне диаграммынаправленностии допплеровскийспектр, а такжеиндексы, рассчитываемыена его основе, оказываютсянесостоятельными.
Главнымвыводом являетсято, что неравномерноеоблучениеисследуемогососуда серьезнымобразом влияетна форму допплеровскогоспектра, что, в свою очередь, приводит кнеправильномурасчету индексов.Анализогибающейдопплеровскогосигнала
Целью анализадопплеровскогосигнала являетсявыявлениеотклоненийего формы отнормальной.Характер этихотклоненийможет свидетельствоватьо наличие техили иных физиологическихили патологическихнарушений всостоянииисследуемогососуда.
Задачу анализадопплеровскогосигнала можноразбить на триэтапа: приеми предварительнаяобработка этогосигнала, выделениепараметровсигнала иклассификация.Прием, в частности, заключаетсяв выделениинекоего вектора, например, огибающейскорости кровотока, или спектрамощностидопплеровскогосигнала, описывающегокровоток висследуемойартерии. Второйэтап состоитв выделениихарактерныхпараметровисходноговектора и вычислениина их основенового вектора, компонентамикоторого являются, например, индекспульсации ииндекс спектральногорасширения.И, наконец, классификациязаключаетсяв принятиирешения о нормальномили патологическомсостоянииисследуемогососуда.
Необходимоотметить, чтокаждый последующийэтап зависитот предыдущего, поэтому различныеметоды исследованиясосудов, различныеметолы цифровойобработки иразличныеалгоритмырасчета огибающейв совокупностибудут влиятьна результатыи на качествообработкипоследующихэтапов.
Опытныйспециалистможет многосказать о состоянииисследуемогососуда толькопо аудио сигналудопплеровскогосдвига или повиду спектрограммы.В этом случаедовольнозатруднительнобывает определитьточную причинутого или иногозаключения.
С другойстороны, объективныеметоды не полагаютсяна оценкупользователя, они должныобеспечитьсвободный обменмедицинскимиметодикамимежду различнымиучреждениями, и могут выявитьскрытые изменениясигнала. В настоящеевремя, однако, большинствообъективныхметодов сосредоточенона одной сторонесонограммы(например, наогибающей) имогут игнорироватьочевидные длячеловеческоговзгляда вещи.Вывод:
Исходя извышеизложенного, ультразвуковоймедицинскийдопплеровскийприбор целесообразнорассматриватьне как средствоизмеренияскорости кровотокаили его составляющих, а как средствоиндикации, позволяющеелишь качественнооценить состояниеисследуемогососуда в частностии сердечно-сосудистойсистемы в целом.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Расчет надежности

Надежностьявляется однойиз основныхинженерныхпроблем. Проблемойнадежностизанималисьвсегда с техпор, как появиласьтехника.Ненадежныеизделия никогданикому не былинужны. Давноуже было понятно, что надежностьсвязана сизбыточностью.В связи сэтим в инженерныхрасчетах вразличныхобластях тех­никишироко используютсянеобходимыекоэффициентызапаса.
Однакоза последние25—30 лет проблеманадежноститехниче­скихсистем и входящихв нее элементовсильно обострилась.Это обусловленоглавным образомследующимипричинами:
Ростом сложности современных технических систем, включающих до 104-106 отдельных элементов;
Интенсивностью режимов работы системы или отдельных
ее частей: при высоких температурах, высоких давлениях, высоких скоростях;
Сложностью условий, в которых эксплуатируется техническая система, например: низкие или высокие температуры, высокие влажность, вибрации, ускорения и радиация и т. п.;
4. Требованиямик качествуработы системы: высокие точность, эффективностьи т. п.;
Повышениемответственностифункций, выполняемыхсисте­мой; высокой техническойи экономическойценой отказа;
Полной или частичной автоматизацией и исключением не­посредственного участия человека при выполнении техническойсистемой ее функции, исключением непрерывногонаблюденияи контролясо сторонычеловека.
Однойиз главныхпричин обострениявнимания кпроблеме надежностиявляется ростсложноститехническихсистем.
Сложностьусловий, в которыхмогут эксплуатироватьсясов­ременныетехническиесистемы, характеризуетсяработой в широкихдиапазонахтемпературот -70 до +70, наличиемвакуума, вы­сокой(98—100%) влажностью, вибрациямис большой амплиту­дойи широким спектромчастот, наличиемлинейных ускоренийдо 10-300(1000) и даже 20 000 g,наличиемвысокой солнечнойи кос­мическойрадиации.
Этоприводит ктому, что вероятностивозникновенияотказов могутвозрасти в25—100 или даже500—1000 раз по сравнениюс вероятностьюотказов приработе техническихсистем в условияхлабораторий.
Сложностьаппаратурыи тяжелыеэксплуатационныеусловия контрольза исправностьюаппаратуры, входящей втехническуюсистему, чтоне дает возможности,
своевременнообнаружитьпроцессы, приводящиек отказу, ипредупредитьего появление.
Проблема обеспечения надежностисвязана совсеми этапамисоздания изделия и всем периодом его практическогоиспользования.Надежностьизделия закладываетсяв процессе егоконструированияи расчета иобеспечиваетсяв процессе егоизготовленияпутем правильноговыбора технологиипроизводства, контроля каче­стваисходных материалов, полуфабрикатови готовой продукции, контролярежимов и условийизготовления.
Надежностьсохраняетсяприменениемправильныхспособов храненияизделий иподдерживаетсяправильнойэксплуатациейего, планомернымуходом, профилактическимконтролем ире­монтом.
I.При проектированииизделия должныбыть учтеныследую­щиефакторы:
Качествоприменяемыхкомпонентови деталей. Выбор ком­плектующихкомпонентови элементовдолжен бытьпроведен суче­томусловий работыизделия (климатическихи производственных).Элементыдолжны удовлетворятьтребованиямпо своим функцио­нальнымсвойствам ихарактеристикам, иметь необходимуюмеха­ническую, электрическуюи тепловуюпрочности, требуемуюточностьи надежностьи заданныхусловияхэксплуатации. Необхо­димостремитьсяприменять текомпонентыи элементы, входящие всхемуи конструкциюизделия, которыепоказали вслучаях, ана­логичныхконструируемомуизделию, наилучшиерезультаты.Это особенноважно для изделий, выполняющихответственныефункции.
Разработкасложных изделийи систем показала, что при ис­пользованииунифицированныхкомпонентов, деталей, узлови эле­ментоврезко повышаетсянадежностьизделия (системы).Это свя­занос тем, что унифицированныеэлементы лучшеотработаныв схемноми конструктивномотношении иимеют установившуюсяи хорошо контролируемуютехнологиюизготовления.
В настоящеевремя широкораспространяетсямодульно-блочный(агрегатный)принцип построениясхем и конструкцийсложных изделий.Сложное изделие(система) составляетсяиз функциональ­ныхэлементов, конструктивнооформленныхв виде типовых, стан­дартныхпо конструкциимодулей илиблоков. Стандартизациявходныхи выходныхсигналов, параметровисточниковпитания, габаритныхи присоединительныхразмеров обеспечиваетсовмест­нуюсогласованнуюработу их визделии;
2) режимыработы компонентови деталей. Этодолжно соответ­ствоватьих физическимвозможностям.Использованиекомпонентови деталей врежимах, непредусмотренныхдля их применения, являетсяодним из основныхисточниковотказов.
Неправильныйвыбор рабочихрежимов обычнопроисходитот незнанияконструкторомсвойств элементов, их характеристик, влиянияразличныхфизическихфакторов иособенностейприме­нения.
Нельзядопускатьрежимы болеетяжелые, чемте, которыеука­зываютсяв официальнойтехническойдокументациина компонен­ты, детали илиэлементы иприборы, выбираемыепри конструиро­ванииданного изделия.
Существеннымтакже являетсясхемное решениеи конструк­цияизделия в целом.Наличие переходныхпроцессов всхеме в от­дельныемоменты ееработы можетвызывать появлениедополни­тельныхфакторов, приводящихк отказам. Разнымвариантамраз­мещениякомпонентов, деталей и элементоввнутри изделиябудет соответствоватьразличныймикроклимат, различные повеличине воздействиявибраций, радиациии т. д.
Такимобразом, правильныйвыбор и применениекомпонентови элементовсхем и деталейконструкции, тщательнаяразработкасхемыи ее компоновки, а также конструкцииизделия являютсяважнымусловием вдостиженииего высокойнадежности;
3)доступностьвсех частейизделия и входящихв них компо­нентов, деталей, узлов, блоков и элементов для осмотра, контроля иремонта илизамены. Этоявляется важнымусловием вподдер­жании надежности в период эксплуатации. В настоящеевремя
широкораспространенныймодульно-блочный (агрегатный) прин­циппостроенияизделия позволяетлегко заменятьотдельныеэле­ментыпри сохраненииобшей работоспособностиизделия (системы).
Легкийдоступ к приборам, элементам, узлам, деталямконструкциии компонентамсхем для осмотраоблегчаетэксплуатациюизделия(системы)в целом и обеспечиваетбыстрое восстановлениеего рабо­тоспособностипосле появленияотказа.
В случаесложных изделийи систем находятприменениеуст­ройствадля автоматическогоконтроля исправностиизделия (сис­темы).Такие устройствамогут использоватьсялибо для проверкиисправностиизделия (системы)перед началомее работы, либодля непрерывногоавтоматическогоконтроля ииндикацииисправностиаппаратурыизделия в процессеего работы.Наличие такихуст­ройств, позволяющихперсоналуобъективносудить о работоспособ­ностиизделия, имеетбольшое значениедля его эффективностиис­пользования;
защитные устройства. При проектировании изделии (систем) для автоматического регулирования и управления необходимо та­кое построение схем и конструкций, чтобы отказ в работе элемента, узла, прибора не приводил к аварийному состоянию всего объекта.
В случае, если этого не удается добиться при построении основной схемы или конструкции изделия, то необходимо введение специальных элементов или устройств защиты, позволяющих предотвра­тить развитие аварийной ситуации (например, путем перехода на работу в более грубом режиме, включения резервной системы управ­ления и т. п.)- Одним из путей защиты является применение резер­вирования элементов, приборов и устройств, несущих наиболее ответственные функции.
II.Приэксплуатацииизделий основнымифакторами, влияю­щимина их надежность, являются:
условияэксплуатации: климатическиеи производственные.Воздействиевысоких илинизких температурокружающейсреды; большиесезонные исуточные колебаниятемпературыи влажности; высокаявлажность, туман, дождь, иней оказываютбольшое влия­ниена надежностьаппаратуры, работающей вне помещений.Не меньшеевлияние оказываютвысокие температуры, резкое их изме­нение, наличие влагии различныхагрессивныхпримесей ввоздухе прииспользованиив помещенияхцехов металлургическихи хими­ческихзаводов Размещениеаппаратурыоколо крупныхагрегатов исиловых установокили около крупныхмашин связанос воздей­ствиемна них механических, а часто и акустическихколебаний. Этовызывает ускорениестарения материалови появлениеотказов. Еслиаппаратураустанавливаетсяна подвижныхобъектах: кораб­лях, поездах, автомобилях, самолетах, ракетах, то к действию
климатических факторов прибавляется воздействие вибраций иускорений;
тщательно продуманная система обслуживания имеет существенноезначение длясохранениянадежностиизделий (аппара­туры).Налаженныйуход за аппаратурой, периодическийпрофи­лактическийосмотр и контроль, установленнаяпо регламентучист­ка и подналадка, ремонт и заменаизносившихсядеталей и элемен­тов, характеристикикоторых показалипри очередномконтроле отклоненияот нормы, позволяютпредотвратитьотказы и продлитьсрокслужбы изделия.
Следуетуказать на то, что созданиесистемы правильногооб­служиваниясовременныхсложных техническихсистем частотребуетбольших предварительныхисследованийи приводит кпоявле­ниюнового научногонаправления, связанногос разработкойтео­ретическихоснов и инженерныхметодов организацииоптимальногообслуживания;
3) квалификацияи ответственностьобслуживающегоперсонала имеютважнейшеезначение дляобеспечениянадежности, долговеч­ностии эффективностиработы изделия(аппаратуры).Надежностьработыаппаратурыодного и тогоже типа будетсущественноотли­чаться, если обслуживающийперсонал имеетнеодинаковуюпод­готовку, либо различнуюстепень ответственностиза исправностьаппаратурыи выполнениеею заданныхфункций.
Опытпоказывает, что частаясмена персоналаснижает ответ­ственностьи, с другой стороны, мешает емуполностьюосвоить ап­паратуру.Современныесложные изделиядля глубокогоизучения иосвоения требуютзначительноговремени практическойработы, в течениекотороговырабатываютсянеобходимыенавыки в качествен­номпроведениипрофилактическихработ, быстройи правильнойна­стройкеи регулировкеаппаратуры, в отысканиин устранениинесложныхотказов инеисправностей, замене быстроизнашиваемыхчастейи деталей.
Расчетнадежностиэлектрическойсхемы:
Задающийгенератор 1шт=0,35
Резисторы32 шт =0.68*32=21,76
Микросхемы5 шт =15*5=75
Транзисторы4 шт =0,84*4=3,36
Диоды5 шт =0,2*5=1
Конденсаторы16 шт =0,625*16=1

Таккак при эксплуатацииприбора интенсивностьотказов являетсяконстантой:
/>,
где - интенсивностьотказов (усредненная), Т – срок безотказнойработы (по ТУ).
P=e-0.00001209388*8100=0,90668
Вывод: Надежностьсхемы удовлетворяюттребуемымусловиям.
Технологическаячасть

ТЕХНИЧЕСКИЕУСЛОВИЯ
Настоящиетехническиеусловия (ТУ)распространяютсяна измерителькровотока, предназначенногодля измеренияскорости кровотока.Специальноеизделие (СИ)должно удовлетворятьтребованиямГОСТ 27.001-81.
1. ТЕХНИЧЕСКИЕТРЕБОВАНИЯ.
Основные параметрыи характеристики:
Диапазонизмеренийдолжен бытьот 10-3до 0,1 м/с.
Погрешностьизмерениялинейных размеровпо ГОСТу 26831-86 недолжна бытьболее 0,8 мм.
Ток потребления (при напряжениипитания 12 в) недолжен превышать0,03 А.
Частотаследованияимпульсовдолжна бытьв пределах1,8-2.2 МГц
Время установлениярабочего режимадолжно бытьне более 10 с.
Напряжениепитания приборасоставляет+-12 В +- 5%; 5В +-1%;
Габаритныеразмеры приборасоставляют150х150х40
Масса приборане более 350гр
2. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕТРЕБОВАНИЯ.
1. Материалы, полуфабрикаты, электрорадиоэлементы(ЭРЭ) и сборочныеединицы, применяемыедля изготовленияультразвуковогозонда, должнысоответствоватьгосударственнымстандартам, техническимусловиям наних и иметьпаспорт (сертификат)о приемке ихна предприятии-изготовителе.ЭРЭ, идущие наизготовлениеизмерителя, должны бытьприняты представителемзаказчика напредприятии-изготовителев соответствиис действующимиперечнями.Основные сборочныеединицы измерителясобственногоизготовлениядолжны испытыватьсяна соответствиетехническимусловиям наних.
2. Качество сборки, монтажа и внешнийвид ультразвуковогозонда должны соответствоватьследующимтребованиям:
все детали, сборочныеединицы должныбыть прочнозакрепленыбез перекосов, органы управленияи регулировкидолжны действоватьплавно и обеспечиватьнадежностьфиксации;
все винты, болты и детали, имеющие резьбу, не должны иметьповрежденийи должны бытьпрочно застопоренысогласно чертежам;
основныесборочныеединицы и деталидолжны маркироватьсясогласно чертежам;
все покрытиядолжны бытьпрочными, ровными, без царапини трещин иобеспечиватьзащиту от коррозии.
3. ТРЕБОВАНИЯПО НАДЕЖНОСТИ.
1. Наработка наотказ должнабыть не менее5000 ч.
2. Среднийтехническийресурс долженбыть не менее8100 ч.
3. Среднийсрок службыне менее 5 лет.
4. Прибор долженбыть устойчивк воздействиюследующихклиматическихфакторов:
— температураокружающейсреды от 10 до35 С;
— относительнаявлажностьвоздуха 80% притемпературе25 С;
5. Приборв транспортнойупаковке долженбыть устойчивк воздействиюклиматическихфакторов:
— повышеннойтемпературыокружающейсреды до 50 С;
— пониженнойтемпературыокружающейсреды до — 40 С;
— циклическомуизменениютемпературыи влажностив течении 2 суток;
— приборв транспортнойупаковке долженбыть проченк воздействиювибрационныхнагрузок вдиапазонечастот 10-55 Гц приамплитудевиброперемещения0,35 мм, ударныхнагрузок спиковым ускорением100 м/с (10g)с длительностьюдействия ударногоускорения 16мс, направлениевоздействияуказанныхфакторов –вдоль вертикальнойоси прибора.

4. КОМПЛЕКТНОСТЬИЗДЕЛИЯ.
Изделие должнопоставлятьсяв комплекте, указанном втаблице 1.
Таблица 1.Наименование Обозначение Количество Примечание Прибор
1
Ультразвуковой зонд
1

Компьютер с процессором тактовой частотой не ниже Pentium 260
1

Монитор SVGA
1

Тара для транспортировки
1
Паспорт
1

ПРАВИЛАПРИЕМКИ.
1. Правила приемкиизмерителядолжны соответствоватьтребованиямГОСТ 20.57.302-76.
2. Все 100% измерителейпредъявленныхна приемо-сдаточныеиспытанияпартии должныпроводитсяна соответствияследующимпункта № 2 настоящихТУ.
3. На приемо-сдаточныеиспытанияизмерителяпредъявляютсяс протоколамипроведенияприработкии технологическойтряски.
Примечание: На приемо-сдаточныеиспытанияпредставителюзаказчикапредъявляютсяизмерителис протоколамио проверке ихОТК в объемеприемо-сдаточныхиспытаний.
5. Если количествоэкземпляровизмерителя, забракованныхпо пунктам, проверяемыму 100% измерителей, достигает 15%от предъявленнойпартии, то вся партияпредъявленныхизмерителейсчитается невыдержавшейиспытаний ивозвращаетсяпредприятию-изготовителюдля выясненияпричин брака, его устраненияи перепроверкиОТК всей партииизмерителей.
6. Состав испытанийдолжен соответствоватьтаблице 2

Таблица2
Номер
пунктов ТУ
Виды испытаний

Номера пунктов
методики ТУ
Приемо-сдаточные
испытания
%

1
Проверка внешнего вида
7

100

2
Проверка комплектности

100

3

Проверка максимального напряжения на контактах излучающего пьезоэлемента


20 4
Проверка величины потребляемого тока 3 20 5 Проверка частоты генерации 4 100 6
Проверка времени установления рабочего режима 5 10 7 Проверка напряжения питания
10 8
Проверка на воздействие повышенных температур.
10 9 Проверка на прочность при транспортировке
10 10 Проверка массы прибора 8 10 11 Проверка безопасности
100 12 Проверка вибропрочности
10
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙПРОЦЕСС ИСПЫТАНИЙПРИБОРА
1. Проверкавнешнего вида.
Проверка внешнеговида производятвизуально путемсличения сдокументацией.
2. Проверкакомплектности
Комплектностьизделия проверяетсясличениемдействительнойкомплектностиизделия с даннымитаблицы 1.
3. Проверкамаксимальногонапряженияна излучающемпьезоэлементе
Максимальноепеременноенапряжениена излучающемпьезоэлементепри работеприбора должнобыть не менее10 В. Проверкуприбора насоответствиеданному требованиюпроводят вследующейпоследовательности:
включитьпитание компьютеракнопкой «питание», при этом загораетсясветодиод рядомс кнопкой;
подсоединитьк гнездам Y1и Y2схемы проверкиэлектронныйцифровой вольтметр, подготовленныйдля измерениянапряженийпеременноготока. («0 В» вольтметраподсоединяютк гнезду Y1);
произвестиизмерениенапряженияна гнездах;
Позавершениипроверки отсоединитьвольтметр отгнезд Y1 иY2.
Прибор считаютсоответствующимданному требованию, если измеренноенапряжениене менее 10 В.
4. Проверкавеличиныпотребляемоготока
Ток потребленияприбора приработе от источникапитания +12 В–неболее 0,03 А.
Для проверкивеличиныпотребляемоготока на соответствиетребованию, проверяемыйприбор подключитьк внешнемурегулируемомуисточникупитания, накотором установитьнапряжение(12 +- 0,5) В. Между плюсомисточникапитания и исследуемым устройствомвключитьмилиамперметрс пределомизмерений 0 –0,05 А. Включитьприбор.
Приборсоответствуетданному требованию, если измеренныйток потребленияне превышает0,03 А.
5. Проверкачастоты генерации
Частотагенерациидолжна бытьв пределах1,8-2,2 МГц. Для проверкиприбора насоответствиеданному требованиюк гнездам Y1и Y3подключитьчастотомер: в режиме излученияУЗ импульсовпроизвестиизмерениечастоты генерируемыхприбором импульсов.
Приборсчитают соответствующимданному требованию, если измеренноезначение частотыгенерируемыхприбором импульсовнаходится впределах 1,8 –2,2 МГц.
6. Проверкавремени установлениярабочего режима
Времяустановлениярабочего режимадолжно бытьне более 10 с.Проверку времениустановлениярабочего режимапроизводитьпосле включенияприбора с помощьюэлектронногосекундомераС-18. Отсчитатьпосле включенияприбора 10 с, произвестиизмерения, предусмотренныев пунктах 3-5настоящих ТУ.
7. Проверканапряженияпитания
С помощьюцифровоговольтметрапроизводитьпроверку питающихнапряженийприбора. Дляэтого при включенномприборе измеритьнапряжения+- 12 В и + 5 В на разъемепитания устройства.Измеренныенапряжениядолжны соответствоватьвышеуказаннымдопускам.
8. Испытанияна воздействиеповышенныхтемператур
проводитьв соответствиис ГОСТ 20.57.306-76, приэтом:
— времявыдержки вкамере теплапри предельнойрабочей температуредолжно бытьне менее 18 ч.
— время выдержкив нормальныхусловиях послеиспытаний припредельнойтемпературедолжно быть2 ч. Результатыиспытанийсчитаютсяудовлетворительными, если изделиеудовлетворяет требованиямпунктов 5 …8
9.Проверка напрочность притранспортировке
проводить понормам, установленнымдля приборовмассой до 1 кг.
10. Проверка массыприбора
проводитьвзвешиваниемна техническихвесах с точностьюдо 10 гр.
11. Проверкабезопасности
проводитьсогласно требованиямпо ГОСТ Р 50267.0 дляизделий с внешнимисточникомпитания.
12. Проверкавибропрочности.
Прибор долженбыть проченк воздействиювибрационныхнагрузок вдиапазонечастот 10- 55 Гц самплитудойвиброперемещения0.15 мм. Направлениевоздействиявибрации –вдоль вертикальнойоси прибора.После воздействиявибрационнойнагрузки приборвизуальнопроверить насоответствие 3 – 7, на отсутствиемеханическихдефектов.
Контрольно-проверочнаяаппаратура.
Линейка
МегаомметрМ 4101
Весы техническиеВ 11
Частотомерэлектронно-счетныйЧ3-63
ОсцилографуниверсальныйС1-117
Вибростенд ВС-8
Прибор комбинированый Ц 4352
СекундомерСОС пр-26-2
ВольтметруниверсальныйВ7-38
Камера теплаи холода КТ18-32
Примечание: Допускаетсяприменять иноеоборудованиеи средстваизмерений, обеспечивающиепроведениеиспытаний всоответствиис приведеннойметодикой итребуемуюточность измерений.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Экономическаячасть

Разрабатываемыйизмерительскорости кровотокапредназначендля использованияв медицинскихучрежденияхдля диагностики, планированияхирургическоговмешательстваи контролялечения такихзаболеванийкак: ишемическаяболезнь мозга, патологическаяизвитостьсонных артерий, стенозирующиепоражениябрахиоцефальныхартерий и многихдругих, поэтомуразработкаприбора актуальна.
4.1. Обоснованиецелесообразностиразработкиновой техники
Целесообразностьразработкиусовершенствованногоприбора определяетсяего ролью изначением длямедицинскихучреждений.При этом важно, чтобы этотприбор былэкономическиэффективени высокогокачества. Качествоже зависит отфункционально-техническиххарактеристик, а его изменениеоцениваетсяиндексом техническогоуровня разрабатываемогоприбора.
Для определенияиндекса техническогоуровня требуется:
обосноватьпереченьфункционально-техническиххарактеристик, отражающихуровень качествапроектируемойтехники;
выбрать аналог(прототип), которыйбудет использоватьсяв качестве базыдля сравнения.Прототип должениметь то жефункциональноеназначение.
Функционально-техническиехарактеристикипроектируемогоприбора и егоаналога, ихзначимостьзаносятся втабл. 1.

Таблица 1.
Функционально- техническая
характеристика
Единица
измерения

Уровень функционально-
технических характеристик

Значимость
характеристики
качества изделия

прототип
проектируемый
прибор

Минимальная
измеряемая ско-рость кровтока

мм/с

11

5
0,5
Средняя
рабочая частота

МГц

8

16

0,3
Производитель-
ность УЗ сканера

кадр/с

5

20
0,2
Индекс техническогоуровня проектируемогоприбора:
I’ту=/>,
гдеi, i0 — уровень I-ойфункционально-техническойхарактеристикисоответственнонового (проектируемого) и базовогоизделий; i– значимостьi-ойфункционально-техническойхарактеристикикачества изделия;n –количестворассматриваемыхфункционально-техническиххарактеристик.
Значимостьi-ойфункционально-техническойхарактеристикиIопределяетсяэкспертнымпутем, при этом/>=1,0;
Т.к. повышениетехническогоуровня изделиясвязано соснижениемабсолютнойвеличиныфункционально-техническойхарактеристики, то iи i0в формуле индексатехническогоуровня необходимопоменять местами:
I’ту=(11/5)*0,5+(16/8)*0,3+(20/5)*0,2=2,5

4.2. Определениепоказателейэкономическогообоснованияпроектируемогоприбора
Затраты напроектированиеи опытноепроизводствонового прибораопределяетсяпо даннымпреддипломнойпрактики последующимстатьям расходов:
основныерасходы;
комплектующиеизделия и покупныеполуфабрикаты;
затраты наспециальноеоборудование;
заработнаяплата разработчикови рабочих, занятыхпри изготовленииопытного образца;
цеховыерасходы;
общезаводскиерасходы;
прочие расходы;
Заработнаяплата разработчиковнового приборарассчитываетсяна основетрудоемкостистадий работи считаетсяпо формуле:
З=/>,
Где к — количествоэтапов, ТЕi– трудоемкостьi-гоэтапа; />i– средняядневная (часовая, месячная) тарифнаяставка оплатыработ i-гоэтапа.
Расчетзаработнойплаты сводитсяв таблицу 2.

Таблица2.
Стадия

Трудоем
кость
стадии,
чел –ч.
Исполнители

Дневная
(часовая)
ставка
, р.

Средняя
Дневная
(часовая)
ставка
/>, р.

Заработная
плата
Зi, р.

Заработная
плата с
учетом
премии
Зосн i, р.
должность численность
Техническое
з/>адание

8

Начальник
отдела

1

60

60

480


560
Техническое
предложение

8
Начальник
этапа

1

60

60

480

560
Эскизное
проектирование

24
Главный
инженер

1

50

50

1200

1450
Техническое
проектирование

24
Главный
инженер

1

50

50

1200

1450
Разработка
рабочей
документации

36
Главный
инженер

1

50

50

1800


2100
Изготовление
опытного
образца

1120
сварщик
техник
технолог
электрик
3
2
1
1
30
20
25
25

100

112000

125000
Испытания
(регулировка,
тестирование)

300

наладчик

2

35

35

10500

11900
 1520 14 405 126580 143020
Затратына проектированиеи изготовлениеобразца сводятсяв таблицу 3.

таблица 3.
№
п/п
Наименование статей затрат

Затраты, р

Удельный
вес, % 1 Основные материалы 21550 2,64 2 Комплектующие и покупные материалы 350 000 42,88 3 З.п. разработчиков и изготовителей опытного образца 143 020 17,54 4 Отчисление на социальные нужды (35,8 %) 51201,16 6,27 5 Накладные расходы (170 %) 243134 29,79 6 Прочие расходы (5 %) 7151 0,88
Итого: Зр=816056,16 100%
Удельныепроизводственныезатраты наразработкуприбора рассчитываютсяпо формуле:
УЗР=/>,
Где N– годовой объемпроизводствапроектируемогоприбора (реальновозможный), шт.
УЗР=816056,16/20=40802,8
4.3 Календарноепланированиеи построениедирективногографика

Календарноепланированиеи построениеработ по проектированиюи изготовлениюопытного образцаосуществляетсяпо директивномуграфику.
Разработкакалендарногоплана по проектированиюи изготовлениюопытного образцапроизводитсяна основанииданных о трудоемкостиработ, связанныхс выполнениемдипломногопроекта. Результатысводятся втаблицу 4.
Таблица4.
Наименование
этапов
Удельный
вес, %
Трудоемкость
этапа, чел.-ч
Количество
исполнителей
Длительность этапа,
календарные дни 1 0,53 8 1 1,5 2 0,53 8 1 1,5 3 1,58 24 1 5,2 4 1,58 24 1 5,2 5 2,37 36 1 6,4 6 73,68 1120 7 27 7 19,74 300 2 27
100% 1520 14 73,8
Производственныйцикл каждогоэтапа:
Тцi=/>,
где Tэi– трудоемкостьэтапа, чел.–ч;tрд–продолжительностьрабочего дня, ч; q- количествоработников, одновременноучаствующихв выполненииработ, чел.
Пересчетдлительностипроизводственногоцикла в календарныедни осуществляетсяумножением на коэффициент1,4

7/>/>/>/>/>/>/>/>/> этапы

6/>/>/>/>/>/>/>/>/>

5/>/>/>/>/>

4/>/>/>/>/>/>
/>
3/>/>/>/>/>

2/>/>/>/>/>
/>
1/>/>
/>
/>

1,5 3,0 6,3 8,5 12,8 40 58
Календарныедни
В связис запараллеливаниемработ срокразработкисократилсядо 68 дней.

4.4. Себестоимостьпроектируемогоприбора
Себестоимостьпроектируемогоизделия Снтопределяетсяукрупненно- по удельномувесу в структуресебестоимостистатьи затрат«Покупныеизделия». Этотметод укрупненногорасчета основанна том, что удельныйвес этой статьизатрат прототипаи проектируемогоприбора в известныхпределах остаетсянеизменными составляет17,5 %.
Затраты накомплектующиесводятся втаблицу 5.
Снт=Ски/dки,
где dки– удельный весстоимостипокупныхкомплектующихизделий всебестоимостиизделия в %.
Снт=35000/17,5=2000р

Таблица 5
%
п/п
Название
комплектующих
Количество
штук
Цена одного
изделия, руб
Общая
стоимость 1 Диоды 30 1 30 2 Дроссели 25 5 125 3 Источники питания 2 1500 3000 4 Конденсаторы 1400 3 4200 5 Микросхемы 150 10 1500 6 Разъемы 110 15 1650 7 Резисторы 1900 1 1900 8 Стабилитроны 2 5 10 9 Транзисторы 120 25 3000 10 УЗ – датчики 4 4896 19585
 3743 350 000 р

4.5. Отпускнаяцена и экономическаяэффективность
проектируемогоприбора.

Так как приборявляется товаромнародногопотреблениягодовые эксплуатационныерасходы нерассчитываются.
Отпускнаяцена базовойтехники определяетсяпо формуле:
Цботп=Сб(1+рн),
где Сб– себестоимостьбазовой техники; рн –нормативнаярентабельностьизделия (рн=20%)
Цботп=100000*1,2=120 000
Полезныйэкономическийэффект новогоприбора рассчитываетсяот производстванового прибора
Эфп=СбIту– Сн,
где Сб, Сн –себестоимостьбазового инового приборов.
Эфп=100000*2,5 – 20000 =230 000
Отпускнаяцена рассчитываетсяпо формуле
Цотп=Цботп+ЭфпКэ,
где Кэ– доля полезногоэффекта, учитываетсяна новую технику(Кэ=0,7)
Цотп=100000 + 230 000*0,7=261 000 р
Уровеньэкономическойэффективностинового прибора

Езп=/>,
Езп=230000 / (261 000+4802,8)=0,87

Вывод: Рассчитанныйуровень экономическойэффективностисвидетельствуето целесообразностипроведенияданной разработки.
Охрана трудаи окружающейсреды

Проектированиесистемы кондиционированияпри работе сПК.
5.1 Введение
Темой моегодипломногопроекта является:«Проектированиеизмерителяскорости кровотока».
Одним из возможныхпримененийультразвукав медицинскойдиагностикеявляется допплерография, т. е. измерениескорости кровив кровеносномсосуде с помощьюэффекта Доплера.Современнаяаппаратураобработкиданных (АОД)позволяетопределитьне толькосреднеквадратическуюскорость всосуде, но иотносительныеамплитудысигналов, соответствующиеразличнымскоростямсоставляющихкровотока. Этодостигаетсяпосредствомвычисленияспектра принимаемогодоплеровскогосигнала в реальноммасштабе времени.
В последнеевремя медицинскоеприборостроениеявляется наиболеединамичноразвивающейсяотраслью. Пообъему ежегоднозатрачиваемыхматериальныхресурсов развитыхстран эта областьзанимает существенныйудельный весв национальномпродукте, а поинвестициями темпам развитияв последниегоды, например, в США превосходиттакие отраслипромышленности, как аэрокосмическуюотрасль иэлектронику.
Существующиев настоящеевремя и широкопредставленныена российскомрынке ультразвуковыемедицинскиедиагностическиекомплексы(УЗМДК) такихфирм, как Toshiba,Siemenсe,Hewlett-Packard, наряду с широчайшимидиагностическимивозможностями, обладают настольковысокой ценой, что являютсянедоступнымидля подавляющегобольшинствароссийскихучрежденийздравоохранения.
Исходя извышеизложенного, исследованиеи разработкаУЗМДК, включающихосновные функциитаких приборови превосходящихсуществующиеприборы покритериюэффективность/стоимость, является актуальнойзадачей именнодля российскоймедицины.
СовременныеУЗМДК успешнорешают проблемуодновременногоотображенияинформациио состояниивнутреннихорганов и кровеноснойсистемы. В тоже самое время, обследованиеповерхностнорасположенныхсосудов инизкоскоростныхкровотоковдо сих пор вызываетопределенныетрудности, таккак существующиеприборы непозволяютпроводить такиеисследования.
Возможностьнеинвазивной, объективнойи динамическойоценки кровотокапо сосудаммалого калибраостается однойиз актуальныхзадач современнойангиологиии смежныхспециальностей.От ее решениязависит успехранней диагностикитаких инвалидизирующихзаболеваний, как облитерирующийэндартериит, диабетическаямикроангеопатия, синдром и болезньРейно. Спомощью высокочастотной(ВЧ) ультразвуковойдопплерографииУЗДГ открываютсяперспективыв определениижизнеспособноститканей прикритическойишемии, обширныхожогах и обморожениях.
Таким образом, исследованиеи разработкаУЗМДК на базеПК являетсяактуальнойзадачей длясовременноймедицины.
5.2 Анализ условийтруда на рабочемместе.
Преобразованиеи обработкаинформациипроизводитсяс помощью ПК.Скорость кровотокаотображаетсяна мониторе.Таким образомизмерительскорости кровотока(ИСК) это приборвстроенныйв ПК и работас ним можетквалифицироватьсякак работаоператора ЭВМ.
Работа с ИСКпроизводитсяв одной излабораторий диагностическогоцентра, гдеустановленприбор.
Характеристикапомещения:
Лаборатория имеет площадь76м, высота потолка3 м, имеются одноокно высотой2м и длиной 3мна расстоянии0,8 м от пола. Планпомещения срасположениемрабочих местприведен нарисунке 5.1.

/>/>

/>

2

/>
1/>/>

3

/>/>

5/>

4


Рисунок 5.1 — План рабочегопомещения
На рисунке5.1 цифрами обозначены:
1 — стол;
2,3 — столы лаборантов;
4 — шкаф с лабораторнымоборудованием;
5 – кресло;
В помещенииработает 4 человека, таким образом, на одного человекаприходитсяплощадь S=7,0м2 иобъем V=31,5м3, завычетом площадишкафа, столови стульев, чтосоответствуетСанПиН 2.2.2.542-96 (площадьна одного человекане менее 6,0 м2, а объем не менее20 м3, дляучебных учреждений24 м3).
5.3 Анализ вредныхфакторов нарабочем месте.
Состояниемикроклимата.
В помещенияхс ЭВМ параметрымикроклиматадолжны соответствоватьГОСТ 12.1.005 – 88 и СНиП4088-86. Показателями, характеризующимимикроклимат, являются:
— температуравоздуха;
— относительнаявлажностьвоздуха;
— скоростьдвижения воздуха;
— интенсивностьтепловогоизлучения;
Работас медицинскимоборудованиемможет бытьотнесена ккатегории Iа– к этой категорииотносятсяработы, производимыесидя и сопровождающиесянезначительнымфизическимнапряжением.В помещенияхс работающимиЭВМ при работес ИСК параметрымикроклиматадолжны соответствоватьзначениям, приведеннымв таблице 1.
В рассматриваемомпомещениипараметрымикроклиматане соответствуютнормам.

Таблица 1.
Параметрымикроклиматана местах пользования ИСК. Период года Категория работ
Температура, оС Относит. влажность, % опт-ая доп-ая Холодный
Легкая — Ia 22-24 21-25 40-60 Теплый
Легкая — Ia 23-25 22-26 40-60


Освещение
Нормированиеестественногои искусственногоосвещенияосуществляетсяСНиП 23-05-95 в зависимостиот характеристикизрительнойработы и объектаразличения.
Правильноспроектированноеи выполненноеосвещениеобеспечиваетвозможностьнормальнойпроизводственнойдеятельности.
При оценкеестественногоосвещения важнознать егодостаточность.Для оценкидостаточностислужит коэффициентестественнойосвещенности(КЕО), его нормативноезначение енорм=2%для зрительнойработы высокойточности.
Объектамиразличенияв лабораторииявляются данные(графики, таблицы, диаграммы ит.п.), отображаемыемониторами.По требованиямк условиямзрительнойработы освещениев рассматриваемомпомещениисовмещенное(естественноеи искусственное).Посколькупомещение имеетмалую запыленностьи нормальнуювлажность, применяемсветильникитипа ЛСП-02. Величиныискусственнойосвещенностии коэффициентаестественнойосвещенностина рабочихместах соответствуютнормированнымзначениямсогласно СНиП23-05-95. Выпискаиз санитарныхнорм приведенав таблице 2.

Таблица 2.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
Характе-ристика зрительной работы

Разряд и подразряд зрительной работы

Контраст объекта с фоном

Хар-ка фона

Искусственное освещение, лк Естественное освещение Совмещенное освещение При системе комбиниро-ванного освещения При системе общего освещения

КЕО, еН, %
при боковом освещении
Средней точности.
Размер объекта различения
св. 0,5
до 1,0

IV в

большой

светлый

400

200

1,5

0,9

Уровень шума
Допустимыеуровни шумана рабочихместах устанавливаютсяв соответствиис ГОСТ 12.1.003-83 и СН3223-85. Для помещенийс компьютерамивыписка изсанитарныхнорм приведенав таблице 3.
Таблица 3.
Допустимыеуровни звуковогодавления LДОПна рабочемместе при работес ЭВМ.

Таблица 3. Уровни звукового давления, дБ Уровни звука, дБА Среднегеометрические частоты октавных полос, Гц 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 71 61 54 49 45 42 40 38 50

Уровень звукаи эквивалентныйуровень звуковогодавления врассматриваемомпомещении, гдеработают пользователиИСК не превышает50 дБА.
Характеристикапомещения поопасностипораженияэлектрическимтоком.
Так как в рассматриваемомпомещенииинет повышеннойопасностипораженияэлектрическимтоком, то в качестветехническоймеры защитыиспользуетсязащитное заземление.
В рассматриваемомпомещениинаходитсяприменяемоев работе компьютерноеоборудование(системныеблоки, мониторы, принтер, источникипитания), а такжемедицинскоеоборудованиекоторое можетстать причинойпоражениячеловекаэлектрическимтоком.
Защитным заземлениемназываетсяпреднамеренноеэлектрическоесоединениес землей илиее эквивалентомметаллическихнетоковедущихчастей, которыемогут оказатьсяпод напряжением.Оно применяетсяв сетях с изолированнойнейтральюнапряжениемдо 1000 В и при любомрежиме нейтралив сетях напряжениемвыше 1000 В. Защитноезаземлениеуменьшаетнапряжениена корпусеотносительноземли до безопасногозначения, следовательно, уменьшаетсяи ток, протекающийчерез телочеловека
Характеристикапомещения попожаробезопасности.
Для помещенийс ЭВМ, не содержащихопасных легковоспламеняющихсяматериалов,
категорияпожарной опасностипринимается- В.
Для лабораториидолжны выполнятьсявсе нормы всоответствиисо СанПиН 2.09.02-85.Согласно этомупомещениеоснащаетсяпожарнойсигнализациейдля оповещенияперсоналаздания о своевременнойэвакуации.Система эвакуациипредусматриваетсястандартнойв многоэтажномздании с коридорнойсистемой.
В результатепроведенногоанализа быловыявлено чтопараметрымикроклиматане соответствуютсанитарнымнормам. Дляустранениявредного факторавыбираетсякондиционированиевоздуха.
Кондиционированиевоздуха
СогласноСНиП 2.04.05-91 вентиляцию, воздушноеотопление ивоздушно-тепловыезавесы следуетпредусматриватьдля обеспечениядопустимыхметеорологическихусловий и чистотывоздуха вобслуживаемойили рабочейзоне помещений(на постоянныхи непостоянныхрабочих местах).
Кондиционированиеследует предусматриватьдля обеспечениянормируемойчистоты иметеорологическихусловий воздухав обслуживаемойили рабочейзоне помещенияили отдельныхего участков.
Кондиционированиевоздуха следуетпринимать:
— первогокласса — дляобеспеченияметеорологическихусловий, требуемыхдля технологическогопроцесса, приэкономическомобоснованииили в соответствиис требованияминормативныхдокументов;
— второгокласса — дляобеспеченияметеорологическихусловий в пределахоптимальныхнорм или требуемыхдля технологическихпроцессов;
скоростьдвижения воздухадопускаетсяпринимать вобслуживаемойзоне, на постоянныхи непостоянныхрабочих местахв пределахдопустимыхнорм;
— третьегокласса — дляобеспеченияметеорологическихусловий в пределахдопустимыхнорм, если онине могут бытьобеспеченывентиляциейв теплый периодгода без примененияискусственногоохлаждениявоздуха, илиоптимальныхнорм — при экономическомобосновании.
Обычно дляобеспечениязаданных параметровмикроклиматацелесообразноиспользоватьвентиляцию, однако в нашемслучае это невозможно из-заряда особенностейрабочего помещения(лаборатория, медицинскоеоборудованиеи тп), поэтомумы будем использоватькондиционирование.
Полезнуюпроизводительностьсистемы кондиционированиявоздуха (СКВ)определяютпо максимальнымизбыточнымтепловым потокамв помещениив теплый периодгода по формуле:
/> (1)
где L — объем приточноговоздуха, м3;
c — теплоемкостьвоздуха, принимается1,005 кДж/кг0С;
pн — плотностьприточноговоздуха, принимается1,2 кг/м3;
tу,tп — температурауходящего иприходящеговоздуха,0С;
Qизб — теплоизбытки, кДж/ч.
В помещениилабораторииимеются теплоизбытки:
Qизб=Qоб+Qл+Qосв+Qрад, (2)
где Qоб — выделениетепла от оборудования;
Qл — поступлениетепла от людей;
Qосв — поступлениетепла от электрическогоосвещения;
Qрад — поступлениетепла от солнечнойрадиации.
Выделениетепла от оборудования:
Qоб=3600N12, (3)
где
1 — коэффициентиспользованияустановочноймощности, принимается0,95;
2 — коэффициентодновременностиработы, принимаем1;
N — суммарнаяустановочнаямощность, дляданной комнатыпринимается1 кВт.
Qоб=360010,951=3420кДж/ч.
Поступлениетепла от людей:
Qл=3600nq, (4)
где n — количестволюдей, работающихв помещении;
q — количествотепла, выделенногоодним человеком, принимается545 кДж/ч.
Qл=4545=2180кДж/ч.
От электрическогоосвещенияпоступлениетепла:
Qосв=3600Nk1k2, (5)
где N — суммарнаяустановочнаямощностьсветильников, кВт;
k1,k2 — коэффициенты, учитывающиеспособ установкисветильникови особенностисветильников, принимаютсяk1=0,35;k2=1,3.
Qосв=360040,040,351,3=262,08кДж/ч.
Тепло, поступаемоеот солнечнойрадиации:
Qрад=qS, (6)
где
q — удельныепоступленияот солнечнойрадиации, принимаем135 кДж/м2ч;
S — суммарнаяплощадь окон, м2.
Qрад=1356=810кДж/ч.
Таким образом, в соответствиис формулами(1) и (2) расход воздуха:
L=(3420+2180+262,08+810)/[1,0051,2(20-15)]= 1106,48 м3/ч.
Определивзначение требуемойпроизводительностисистемы кондиционированиявоздуха в помещениилаборатории, по справочникуподбираемнеобходимыйкондиционер.Для нашей лабораторииподойдет кондиционерфирмы ToshibaJD-20номинальнойпроизводительностью1,5 тыс.м3/ч.
Вывод:
Анализ условийтруда на рабочемместе показал, что параметрымикроклиматане соответствуютпринятым нормам.В качествемероприятияпо устранениювлияния вредныхфакторов быловыбрано кондиционирование.Был проведенрасчет системыкондиционированияи выбран кондиционер.
Заключение

Входе выполнениядипломногопроекта мнойбыл проведенанализ большогоколичествалитературыи сделаны выводыо целесообразностипримененияприведенныхв проекте решений.В аналитическомобзоре былпроведен анализсуществующиханалогов инаправленияразвитиядопплеровскихизмерителейскорости кровотока.Показано, чтонаиболее рациональнойглубиной длявысокочастотныхприборов, сточки зрениясоотношениясигнал/шум иполучениямаксимальноймощности отраженногосигнала, являетсяглубина расположенияисследуемыхсосудов, меньшая, чем 0,5 см. Показано, что применяемыев качествеактивных элементовсуществующихНЧ УЗ датчиковпьезоэлектрикивполне пригодныдля построенияУЗ допплеровскихдатчиков. Вспециальнойчасти наоснове анализасуществующихструктурныхсхем УЗ допплеровскойаппаратурыразработанасхема УЗ допплеровскогокомплекса. Дляобразца изпьезоэлектрическогоматериала былипроизведенырасчеты срезаи изготовленультразвуковойвысокочастотныйдопплеровскийдатчик длянепрерывно-волновогорежима работы.Рабочая частотаразработанногодатчика составила2 МГц. На основеанализа существующихэлектрическихсхем была предложенаэлектрическаясхема и расчетеё надежности.В экономическойчасти был сделанвывод о целесообразностивнедренияприбора впроизводство.В разделебезопасностьжизнедеятельностибыл проведенанализусловий трудана рабочемместе, которыйпоказал, чтопараметрымикроклиматане соответствуютпринятым нормам.В качествемероприятияпо устранениювлияния вредныхфакторов быловыбрано кондиционирование.Был проведенрасчет системыкондиционированияи выбран кондиционер.В технологическойчасти былиразработанытехническиеусловия напроектируемоеизделие, методикаиспытаний, атакже былспроектированиспытательныйстенд для изделия.
Литература:
1.Энергетическаядопплерография- новая диагностическаятехнологиявизуализациикровотока. // Всб.: Новые диагностическиетехнологии.Организацияслужбы функциональнойдиагностики.- Москва. — 1996. — С.32(соавт. В.П.Куликов).
2.Дуплексноесканированиесосудов с цветнымкартированиемкровотока. //Методическиерекомендациидля врачей истудентовмедицинскихВУЗов. Тип. АОЗТ“Диалог-Сибирь”.- г. Барнаул. -1996.- С. 84 (соавт. В.П.Куликов, А.В.Могозов, А.Н.Панов, С.О.Ромашин, Н.В. Устьянцева-Бородихина, Р.В. Янаков).
3.СравнительнаяинформативностьЦДК и ЭДК. // Новыеметоды функциональнойдиагностики(сборник научныхтрудов) — Барнаул.- 1997. — С.8 (соавт. Е.В.Граф, А.В.Могозов).
4.Диагностикапатологиипозвоночныхартерий припомощи цветногодопплеровскогокартированияи энергетическойдопплерографии.// В сб.: Новыеметоды функциональнойдиагностики.- Барнаул, 1997. — С.13-14(соавт. А.В.Могозов, Н.Г.Хорев).
5. ШараповА.А. Построениеаппаратурыобработкиданных на основеЦПОС для доплеровского индикатора скорости кровотока. Микроэлектроника и информатика- 97: Часть 1. М.: МГИЭТ(ТУ). 1997. — с. 127.
6.Шарапов А.А.Применение«высокочастотных»датчиков в УЗдопплерографии.//«Электроникаи информатика- 97». В 2ч. Тезисыдокладов. 4.1 — М.:
МГИЭТ(ТУ),1997.-с.217.
информатизации- 99. Доклады международнойконференцииИнформационныесредства итехнологии,19-21 октября 1999г.В 3-х т.т. т.1, с. 45 — 49.
7… П.Хоровиц, У. Хилл.Искусствосхемотехники, т2., Москва, «Мир»1986.(RS232)
8.Р. Кофлин, Ф.Дрискол. Оперционныеусилители илинейные интегральныесхемы. Москва,«Мир», 1979.
9. КиясбейлиА.Ш. «Частотновременныеультразвуковыерасходомерыи счетчики»Москва, «Машиностроение»,1984
10.Макс Ж., «Методыи техника обработкисигналов прифизическихизмерениях»В 2-х томах. Пер.с франц. – М.: Мир,1983
11. СотсковБ.С. «Расчетнадежности» Москва, «Машиностроение»,1984
Приложение
Данныеоб отечественныхи зарубежныхфирмах, производящихоборудованиедля диагностикинарушенийкровообращенияи измеренияскорости кровотока.
«Биосс»
Области применения допплеровских анализаторов

 Профилактическая скриннинговая диагностика окклюзирующих поражений сосудов мозга и конечностей (при атеросклерозе, сахарном диабете и пр.).
 Диагностика окклюзирующих поражений внутримозговых, прецеребральных и периферических артерий с оценкой источников внутримозгового и периферического коллатерального кровообращения.
 Диагностика и оценка риска развития инсульта различного генеза (окклюзирующие заболевания экстра/-интракраниальных сосудов).
 Ишемический инсульт — острый, подострый, прогрессирующий. Диагностика параметров кровообращения в остром периоде инсульта, прогнозирование тяжести и исхода инсульта. Показания и контроль эффективности системной или локальной тромболитической терапии
 Серповидно-клеточная анемия (методом ТКДГ определяются показания для трансфузии крови)
 Черепно-мозговая травма, интракраниальная геморрагия (диагностика и контроль лечения церебрального вазоспазма).
 Дифференциальная диагностика причин головной боли.
 Оценка мозгового кровотока при внутричерепной гипертензии.
 Длительное мониторирование внутримозгового кровотока (применение 2/4-канальных допплеровских систем).
 Диагностика и мониторирование материальной и воздушной эмболии мозговых сосудов (применение 2/4-канальных допплеровских систем).
 Установление источника эмболии мозговых сосудов (применение 2/4-канальных допплеровских систем).
 Аномалии развития церебральных и периферических сосудов.
 Исследование периферического сопротивления и тонуса в сосудистом русле.
 Контроль воздействия фармакологических средств.


/>

 Проведение функциональных тестов для определения резервов кровообращения в интракраниальном и периферическом сосудистом русле.
 Исследование кровообращения при заболеваниях венозного русла.
 Травматическое повреждение сосудов.
 Оценка мозгового кровотока при бронхо-легочных заболеваниях.
 Исследование кровотока в урологической практике.
 Акушерство-гинекология — исследование сердцебиения плода.
«МИНИДОП» — малогабаритный допплеровский индикатор скорости кровотока.
Карманный допплеровский анализатор «МИНИДОП» приходит на помощь всегда вовремя. Вызов «на дом», в приемное отделение, в палату, реанимацию, на консультацию в другое учреждение — Вы во всеоружии всегда!

Особенности:
 Звуковая детекция скорости кровотока
 Длительность непрерывной работы до 10-16 часов,
 Вес — 150 гр.
 Простота использования и обслуживания
«МИНИДОП» широко используется для оперативной диагностики:
 в повседневной работе врача общей практики;
 в сосудистой хирургии, микрохирургии;
 в экстренной медицине для определения наличия и уровня тромбоза сосудов;
 идентификация кровообращения и измерение артериального давления в шоковых состояниях;
 эндокринология — диагностика кровообращения при «диабетической стопе»;
 акушерство-гинекология — диагностика сердцебиения плода (зонды 2 или 4 МГц);
Комплектация:
 прибор комплектуется одним из трех ультразвуковых зондов 2, 4, 8 МГц, работающих в постоянно волновом режиме (CW);
 зарядное устройство;
 сменные аккумуляторы;
 встроенная акустическая система и наушники;
Дополнительная комплектация:
 Одноканальный пневмокомпрессор
 Комплект пневмоманжет


/>
«Минидоп» — персональный ультразвуковой стетоскоп






«Ангиодин-Классик»
Многофункциональная допплеровская система на базе современного персонального компьютера.
• Наиболее популярная модель для оснащения кабинетов и отделений функциональной диагностики.
Надежный, экономичный, разработанный с перспективой на будущее — таким зарекомендовал себя «Ангиодин-Классик» у специалистов.
Базовая комплектация диагностического комплекса «АНГИОДИН-К»
 Допплеровский блок 2 МГц
 Допплеровский блок 4 МГц
 Допплеровский блок 8 МГц
 Программное обеспечение в среде WINDOWS 98
 Персональный компьютер — не ниже Pentium III
 Зонд 2 МГц PW (транскраниальный, импульсный )
 Зонд 4 МГц PW/CW (импульсный/непрерывный)
 Зонд 8 МГц PW/CW (импульсный/непрерывный)
 Монитор — цветной 15" multimedia
 Ножная педаль «старт/стоп»
 Внешний пульт управления
 Приборный стол
 Цветной струйный принтер
 Сетевой развязывающий трансформатор
 Инструкция пользователя
 Гарантийное обслуживание 24 месяца
--PAGE_BREAK--Модификации на основе базовой модели «Ангиодин-Классик»
 «АНГИОДИН-КЭ» — совмещенный вариант допплеровского анализатора и эхоэнцефалографа
Допплеровские блоки — 2, 4, 8 МГц PW/CW
Блок эхоэнцефалографа — 1 МГц (зонды эхосигнала — 2 шт.)
 «АНГИОДИН-КМ»
Допплеровские блоки — 2, 4, 8, 16 МГц. PW/CW
 «АНГИОДИН- КД»
Допплеровские блоки 4 и 8 МГц PW/CW
 «АНГИОДИН-КДМ»
Допплеровские блоки 4,8,16 МГц PW/CW
Дополнительная комплектация:
 Одноканальный пневмокомпрессор
 Комплект пневмоманжет

/>


«Ангиодин-Блокнот»

Персональная диагностическая система на базе компьютера типа notebook.
Полноценный допплеровский комплекс со всеми преимуществами стационарного. Предназначен как для повседневной работы в условиях стационара — отделениях функциональной диагностики, операционных, реанимационных отделениях, так и для работы на выезде.

Базовая комплектация:
 Допплеровский блок 2 МГц
 Допплеровский блок 4 МГц
 Допплеровский блок 8 МГц
 Программное обеспечение в среде WINDOWS 98
 Персональный компьютер — Toshiba Pentium III
 Зонд 2 МГц PW (транскраниальный, импульсный )
 Зонд 4 МГц PW/CW (импульсный/непрерывный)
 Зонд 8 МГц PW/CW (импульсный/непрерывный)
 Ножная педаль «старт/стоп»
 Внешний пульт управления
 Инструкция пользователя
 Гарантийное обслуживание 24 месяца
Модели:
 «АНГИОДИН-КМ» — дополнен допплеровским блоком 16 МГц для исследования кровотока в поверхностых сосудах малого калибра и интраоперационного исследования кровотока на «открытом сосуде».
Дополнительная комплектация:
 Одноканальный пневмокомпрессор
 Комплект пневмоманжет

/>

«Спектромед»

/>
«МИНИДОП»
Портативный ультразвуковой допплеровский прибор 
Современный дизайн корпуса (ножка корпуса позволяет как устанавливать его на горизонтальную поверхность, так и крепить к одежде)
Питание от 2х пальчиковых аккумуляторов
Увеличенное время работы
Раздельная индикация работы прибора и разряда аккумулятора
/>

«МИНИДОП» может широко применяться в условиях стационарного или амбулаторного приема
Область применения

Сосудистая хирургия (скрининг-исспедования apтериального и венозного кровотока)

Технические характеристики
Вид излучения непрерывное Рабочая частота (по требованию заказчика), МГц 2, 4 или 8 Интенсивность излучения, мВт/кв.cм 10 Чувствительность при сигнал/шум =3 дб, не хуже 1 мкв Диапазон воспроизводимых доплеровских частот 300 Гц ...10 кГц Глубина зондирования (в зависити от типа датчика) 0...200мм Ширина диаграммы направленности (в зависити от типа датчика) 5-15 мм Режим работы непрерывный Питание 3в от 2х батарей SIZE АА («пальчиковые» аккумуляторы в комплекте) Мощность потребления, Вт 0.15 Работоспособность прибора сохраняется при снижении напряжения источника питания до 2.0 В Суммарное время работы при непрерывном режиме работы не менее 12 час Габаритные размеры 125Х70Х30мм Длина соединительного кабеля 1м Вес прибора (с источником питания) 150 г Рабочая температура
10-35°С

/>
«СОНОМЕД-300»
Допплеровский анализатор кровотока. 

Ультразвуковой допплеровский прибор для диагностики периферического и мозгового кровообращения на основе спектрального анализа скорости кровотока.
Область применения
неврология
сосудистая хирургия
нейрохирургия
общеклиническая диагностика
педиатрия
офтальмология
Возможности
Многоцелевые ультразвуковые исследования кровотока интра-, экстракраниальных и периферических сосудов с помощью унифицированного набора датчиков: 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц
Высокая чувствительность прибора, обеспечивающая быстрый поиск и устойчивую локацию сосудов
Высокое качество цветного / полутонового изображения спектра кровотока
Специальные режимы обработки спектра в реальном времени: сжатие, сглаживание
Разнообразная постобработка спектральных данных
Специализированная база данных результатов обследований
Расчет в автоматическом и ручном режиме основных медицинских индексов: RI, PI, ISD, STI; основных параметров кровотока: HR, VS, VD, VA
Организация просмотра спектра в режиме кинопетли (до 16 экранов)
Поддержка средств передачи информации по сетям и телефонным линиям
Технические характеристики
Рабочая частота, МГц
непрерывный режим 4, 8
импульсный режим 2
Интенсивность излучения, мВт/кв. мм
непрерывное излучение
импульсное излучение
Диапазон частот 100 Гц — 20 кГц
Фильтры ВЧ («фильтр стенки»), Гц 100, 200, 400, 800
Параметры импульсного режима
частота повторения 5 — 16 кГц с шагом 1 кГц
глубина зондирования 30 — 130 мм с шагом 1 мм
объем зондирования 3 — 20 мм с шагом 1 мм
Количество спектральных выборок на экране монитора 512
Количество спектральных составляющих в одной выборке 256
Количество цветов или оттенков полутонового изображения 16
Режимы отображения спектра сигнала
масштаб шкалы времени, с 1.6, 3.2, 6.4,12.8
диапазон частот, кГц 2.5, 5.0, 10.0, 20.0
количество положений базовой линии 7


Базовая конфигурация
Компьютер IBM PC (Celeron-500/ RAM 64Mb/ HDD 15Gb/ Sb/ SVGA)
Монитор LR 15' SVGA
Блок аналоговой обработки сигналов и цифровой спектроанализатор
Датчики:
непрерывного излучения 4 и 8 МГц
импульсного излучения 2 МГц
Принтер: ч/б струйный
Педаль
Программное обеспечение (операционная система Windows NT® 4.0 Workstation)


/>
«СОНОМЕД-300/А» 
Многооконный ультразвуковой допплеровский прибор для исследования маточно-плацентарного и плодового кровотока.
Медицинские методики обследований разработаны и апробированы  Институтом ультразвуковой диагностики в перинатологии и гинекологии 
 
/>
Основные характеристики
Встроенная акушерская программа с нормативными значениями RI для маточных артерий и артерий пуповины с учетом срока беременности
Автоматический расчет акушерских индексов во время обследования
Быстрая подготовка отчета на основе специализированных акушерских шаблонов
Многооконная планировка экрана (до 8 спектров на экране)
Встроенная база данных
Просмотр спектров из базы данных со звуковым сопровождением
/> В акушерской программе полученные результаты автоматически сопоставляются с нормативными значениями индекса резистентности маточных артерий и артерий пуповины с учетом срока беременности.
/>
В программное обеспечение включены протоколы заключений ультразвуковых исследований в акушерстве и гинекологии, утвержденными Российской ассоциацией врачей ультразвуковой диагностики в перинатологии и гинекологии, что превращает прибор в рабочее место врача ультразвуковой диагностики.
 
/>
Гибкая планировка (до восьми спектральных окон на экране) позволяет врачу выбрать удобный вариант расположения окон, а также упрощает проведение обследований, сравнение кровотока в симметричных сосудах, сравнение текущих результатов обследования с результатами из базы данных. 
 
Встроенная база данных (БД) с удобным графическим интерфейсом обеспечивает сохранение данных пациента, результатов обследований и текстов отчетов. Результаты обследований из БД можно
просмотреть (либо в режиме кинопетли со звуковым сопровождением либо плавным перемещением спектрального окна по буферу спектра вручную),
пересчитать медицинские индексы и параметры кровотока,
распечатать на принтере.
Мощный редактор отчетов обеспечивает подготовку графических и текстовых (включая различные варианты таблиц индексов) отчетов на основе специализированных акушерских шаблонов.
Программное обеспечение прибора функционирует под управлением русифицированной версии Windows NT™ 4.0 Workstation, позволяя врачу использовать все встроенные возможности данной операционной системы:
надежность защиты данных
встроенные средства работы в Интернет
встроенная сетевая поддержка
Технические характеристики
Рабочая частота, МГц
непрерывный режим 4 Интенсивность излучения, мВт/кв. мм
непрерывное излучение Диапазон частот 100 Гц — 20 кГц Фильтры ВЧ («фильтр стенки»), Гц Количество спектральных выборок на экране монитора 512 Количество спектральных составляющих в одной выборке 256 Количество цветов или оттенков полутонового изображения 32 Режимы отображения спектра сигнала
масштаб шкалы времени, с 1.6, 3.2, 6.4,12.8 диапазон частот, кГц 2.5, 5.0, 10.0, 20.0 количество положений базовой линии 7

Базовая конфигурация
Компьютер IBM PC (Celeron-466/ RAM 64Mb/ HDD 10Gb/ Sb/ SVGA)
Монитор LR 14' SVGA
Блок аналоговой обработки сигналов и цифровой спектроанализатор
Датчик непрерывного излучения 4 МГц
Принтер монохромный струйный
Мышь
Педаль
Программное обеспечение (операционная система Windows NT™ 4.0 Workstation)



Флоуметрыфирмы«Transonic Systems Inc.

Фирма»Transonic Systems, Inc." (США), производитприборы «FLOWMETER»для измеренияпотока кровии кровоснабженияткани.

Ультразвуковыеизмерителиобъемногопотока.

Принципдействия.
Флоуметры(расходомеры)фирмы Transonic, СШАиспользуютпринцип измерениявремени прохожденияультразвукав движущейсясреде (transit-time principle) дляопределенияпотока кровиили другихжидкостей от0,05 мл/мин до 200л/мин.
Датчикдля измеренияобъемногорасхода жидкостисостоит изконтактнойизмерительнойголовки, содержащейприемный иизлучающийпьезопреобразователи, размещенныес одной сторонысосуда илитрубки, и акустическогоотражателя, закрепленногос противоположнойстороны наодинаковомрасстоянииот обоих преобразователей.

/>


Схемадействияультразвуковогодатчика.

Электроннаясхема приборауправляетдатчиком вследующемрежиме:
1.Прямойцикл:
излучающийпьезопреобразовательпод воздействиемэлектрическоговозбужденияиспускаетплоскую ультразвуковуюволну. Эта волнапроходит сквозьсосуд или трубку, отражаетсяот акустическогоэкрана, сновапроходит черезсосуд и принимаетсяприемнымпьезопреобразователем, который преобразовываетполученныеакустическиевибрации вэлектрическиесигналы. Расходомеранализируетпринятый сигнали регистрируетточно измеренноевремя прохожденияакустическойволны от излучающегодо приемногопреобразователя.
2.Обратныйцикл:
последовательностьпередачи-приемасигнала предыдущегоцикла повторяется, но функцииизлучающегои приемногопреобразователейменяются местами.Таким образом, теперь потокжидкости пересекаетультразвуковуюволну в противоположномнаправлении.Расходомерснова регистрируетточное времяпрохождения.
Ультразвуковаяпроводящаясреда, т.е. потоккрови или другойжидкости черезсосуд или трубку, будет влиятьна измеренноевремя прохожденияточно так же, как ветер влияетна время полетасамолета,«подталкивая»его, или течениеводы — на скоростьпловца. В прямомцикле звуковаяволна на всемпути прохождения, как до, так ипосле отраженияот акустическогоэкрана, направленапротив составляющейвектора потока, что увеличиваетобщее времяпрохожденияна некоторуювеличину. Вобратном цикленаправлениеультразвуковойволны совпадаетс направлениемвектора потокакак до, так ипосле отраженияот экрана (см.рис.1), что уменьшаетобщее времяпрохожденияна ту же самуювеличину. Затемрасходомервычитает времяпрохожденияобратного циклаиз временипрохожденияпрямого цикла, и, полученнаяв результатеразность сигналовбудет пропорциональнапотоку движущейсяжидкости. Нетекучиематериалы, находящиесяв области измеренияпотока жидкости,- стенки сосудаили трубки — невлияют на разностьсигналов. Вследствиедвукратногопрохожденияультразвуковойволны черезпоток, времяпрохожденияв значительнойстепени независит отперекосов(несоосности)датчика и сосуда.
Разницамежду временемпрямого и обратногопрохождения, измереннаяприбором, пропорциональнапотоку жидкостив части сосуда, расположеннойпод преобразователями: