НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

"КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ"

На правах рукопису

УДК 615.471.03:616.24

Халід Тахір Ельозі

(Лівійська Народна Джамахірія)

БАГАТОРІВНЕВА СИСТЕМА КОНСТРУКТИВНЫХ РЕАЛІЗАЦІЙ

ФЛОУСПІРОМЕТРІВ, ЗАСНОВАНА НА КРИТЕРІЯХ

ЇХ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Спеціальність 05.11.17 – Медичні прилади та системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття вченого ступеня

кандидата технічних наук

КИЇВ - 2001

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі фізичної і біомедичної електроніки факультету електроніки

Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут"

Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор

Синєкоп Юрій Степанович, завідуючий кафедрою фізичної

і біомедичної електроніки НТУУ "КПІ".

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Молєбний Василь Васильович, завідуючий відділом НДІ "Квант-

Радіолокація" Міністерства економіки України;

кандидат технічних наук

Сівачов Олександр Вікторович, завідуючий відділом ВНДІ

медичного приладобудування РАМН.

Провідна організація: Харківський державний техничний університет радіоелектроніки

Міністерства науки і освіти України,

кафедра біомедичних електронних приладів і систем.

Захист дисертації відбудеться 11.06.2001 р. о 14 год. на засіданні спеціалізованої Ради Д 26.002.19 в Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" (03056, м. Київ-56, проспект Перемоги, 37, корп. 12, ауд.412).

Відгуки на автореферат у двох примірниках, завірені печаткою установи, просимо надсилати

за адресою: 03056, м.Київ, пр.Перемоги 37, Вченому секретарю НТУУ "КПІ".

З дисертацією можна ознайомиться в бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут".

Автореферат розісланий 10.05.2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої Ради,

кандидат технічних наук, доцент Зубчук В.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дисертації зумовлена інтенсивним застосуванням в сучасній функціональній діагностиці легенів (ФДЛ) спірометричних тестів, головна задача яких – забезпечення інформативності і достовірності досліджень стану вентиляційної функції дихання. Ця задача розв'язується застосуванням флоуспірометрів, що вимірюють об'ємні швидкості повітряних потоків при диханні. Використання різних принципів вимірювань обумовило різноманітність схем, конструкцій і характеристик флоуспірометрів, і в той же час неузгодженість результатів їх вимірювань і діагностичних оцінок. В цьому зв'язку виникла проблема нормування функціональних характеристик флоуспірометрів і раціонального підходу до побудови системи флоуспірометричної апаратури. Окремі аспекти проблеми розглядались в роботах R.M.Gardner е.а. (1968-1997); R.Peslin e.a. (1976-1996); Л.І.Немеровського та співавт. (1965-1985); С.П.Балицького та співавт. (1969-1986); Р.С.Дадашева та співавт. (1970-1991); В.Д.Тільмана (1972-1989); В.О.Лопати та співавт. (1981-1999); О.В.Сівачова (1987-1995). Однак рішення проблеми в цілому не ставилось кінцевою метою цих робіт, і їх наукові результати, при всій значущості, мають характер рекомендацій по нормуванню медико-технічних вимог (МТВ) і оцінці відповідності їм різних зразків приладів.

Таким чином, проблема формування системи флоуспірометричної апаратури і раціонального вибору конструктивних виконань флоуспірометрів, залишається актуальною, а її вирішення має суттєве наукове і практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вибраний напрямок досліджень співпадає з основними науковими та учбовими темами кафедри, де виконано роботу. Матеріали роботи використані в

· ДКР г/б 2269 "Дослідження та розробка методів та засобів адаптивної магнітолазеротерапії", 01.01.1999 – 01.01.2000, замовник – Міністерство освіти України;

· ДКР 0199U000428 "Розробка комплексу для діагностики та профілактики кардіореспіраторних захворювань", 02.1999 – 12.2000, замовник - Міністерство науки України.

Мета і задачі дослідження - формування багаторівневої системи раціональних конструктивних реалізацій флоуспірометричної апаратури.

Об'єктом дослідження є флоуспірометр, як прилад ФДЛ; предметом дослідження є функціональні характеристики флоуспірометрів і можливості використання їх як критерїїв для побудови багаторівневої ієрархічної системи флоуспірометричної апаратури.

Для досягнення поставленої мети в дисертації вирішуються наступні основні задачі:

· теоретико-експериментальне дослідження статичних і динамічних характеристик та похибок флоуспірометрів змінного перепаду тиску;

· нормування перспективних МТВ до флоуспірометрів;

· розробка схеми вибору раціональних конструктивних реалізацій флоуспірометрів на основі їх ієрархії та перспективних МТВ.

Методи досліджень, виконаних в дисертації, використовують положення теорії вимірювань тиску і розходу газів, теорії аналогового моделювання, теорії та методів програмування.

Наукова новизна отриманих результатів визначається в формуванні багаторівневої системи конструктивних реалізацій флоуспірометрів, заснованої на критеріях їх функціональних характеристик, диференціації за призначенням і рівнем використання, відповідності перспективним МТВ.

У роботі вперше розроблено та запропоновано:

1.

2. Прикладна програма модельного відтворення процесів форсованого видиху при різних сполученнях змінних параметрів біомеханіки дихання для контролю метрологічних характеристик флоуспірометрів .

3.

4.

Практичне значення отриманих результатів:

1.

2.

3.

4.

Особистий внесок здобувача. В роботах, що опубліковані у співавторстві, здобувачу належать: в [1] – методологія аналізу інформації про вентиляційну функцію дихання; в [2] оцінка характеристик датчиків тиску з точки зору їх використання у складі флоуспірометрів; в [3] - формулювання основних положень стандартизації флоуспірометричної апаратури; в [5] - визначення умов наближення аналогової моделі форсованого видиху до реального процесу; в [6] - склад МТВ до спірометричної апаратури, що використовується в польових умовах; в [7] - визначення задач, що вирішуються за допомогою електронних перетворювачів тиску в складі флоуспірометрів; в [8] - структура стандарту МТВ до спірометричної апаратури; в [9] - експериментальні дослідження статичних характеристик ФСП; в [10] - розгляд перспектив використання програмованих мікроелектронних компонентів в спірометрії; в [11] - узагальнення тенденцій впровадження мікроелектронних компонентів в схемні рішення спірометричної апаратури; в [12] - аналіз існуючих і перспективних методів програмування спірометрів.

На захист виносяться наступні  основні положення дисертації:

1.

2.

3.

4.

5.

Апробація результатів роботи. Результати виконаних в дисертаційній роботі теоретичних та експериментальних досліджень докладалися і обговорювались на 8-й, 9-й та 10-й Міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми фізичної і біомедичної електроніки", м. Київ, 1998-2000 рр.; IV Всеросійській конференції з біомеханіки "Біомеханіка-98", м. Н.- Новгород, 1998 р.; Міжнародній конференції "ENVIRONMENTAL, OCCUPATIONAL HEALTH AND SAFETY IN AGRICULTURE ON THE BOUNDARY OF TWO MILLENIA", м.Kиїв, 1998; Міжнародній конференції з біомедичного приладобудування БИОМЕДПРИБОР-98, м. Москва, 1998 р.; 8-ому і 9-ому Національних конгресах з захворювань органів дихання, м. Москва, 1998-99 рр.; 5-ій Міжнародній конференції "Теорія і техніка передавання, прийому та обробки інформації", м. Харків, 1999 р.

Публікування. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 друкованих робіт - 5 статей і 7 тезисів докладів.

Структура та об'єм роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів з висновками і заключної частини, викладених на 176 сторінках машинописного тексту; ілюструється 31 рисунком і 24 таблицями; вміщує список літератури з 263 найменувань та 6 додатків на 15 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розглядаються проблеми сучасної флоуспірометрії та її апаратурного забезпечення; визначаються мета і задачі дисертаційної роботи; формулюються основні положення, що виносяться на захист.

В першому розділі "0снови застосування методики і апаратури спірометрії в дослідженнях вентиляційної функції дихання" викладені принципи досліджень вентиляційної функції дихання; розглянуті структура флоуспірометричної апаратури і МТВ до неї; виконані класифікація і огляд конструкцій ФСП.

При спірометричних дослідженнях вентиляційної функції легенів вимірюються та обчислюються об'ємні швидкості Q и об'єми V повітряних потоків, які формуються при диханні пацієнта. Методики таких досліджень реалізуються за допомогою флоуспірометра, що призначений для вимірювання об'ємних швидкостей повітряних потоків при диханні і складається з вимірювального та інформаційного блоків (рис.1).

Рис. 1.

Структурна блок-схема флоуспірометра

ППП – приймач повітряного потоку; ВП – вимірювальний перетворювач; ОП – обчислювальний пристрій; ПВ – пристрій візуалізації; ПР – пристрій реєстрації.

Розв'язання задач ФДЛ передбачає виконання комплексу МТВ фізіологічного і метрологічного характеру, що нормують параметри функціональних характеристик флоуспірометрів: опір диханню і об'єм "мертвого простору"; поріг реагування і чутливість; статичні і динамічні характеристики; діапазон і похибки вимірювань. На протязі останніх 20 років нормування МТВ прийняло форму стандартів Американської Торакального Товариства (ATS) та Європейського Співтовариства Вугілля і Сталі (ECCS) (табл.1).

В розробці флоуспірометрів використовуються різні принципи перетворення об'ємної швидкості потоку, згідно з якими наведена класифікація (рис.2) і виконаний огляд основних типів і характеристик конструкцій ФСП.

Таблиця 1

Параметри МТВ, нормовані стандартами ATS и ECCS

Параметр, що нормується | Розмірність | Редакції стандартів

ATS | ECCS

1979 р. | 1987 р. | 1995 р. | 1983 р. | 1993 р.

Опір диханню, не більше | Пал/с | 150 | 150 | 150 | 100 | 50

Поріг реагування, не більше | л/с | 0,2 | 0,1

Верхня межа діапазону вимірювань | л/с | 12,0 | 12,0 | 14,0 | 15,0 | 15,0

Межа допустимої відносної похибки вимірювань | % | 5 | 5 | 5 | 3 | 3

Нелінійність АЧХ (%)

в діапазоні частот (Гц), не більше– | 10

до 4 Гц | 10

до 4 Гц | 10

до 4 Гц | 5

до 10 Гц | 5

до 20 Гц

Рис. 2

Класифікація флоуспірометричних перетворювачів за принципом дії

В другому розділі "Дослідження функціональних характеристик флоуспірометрів змінного перепаду тиску" досліджений вплив статичних і динамічних характеристик флоуспірометрів на похибки вимірювань, що проводяться за їх допомогою.

Статичні характеристики і похибки ФСП змінного перепаду тиску зумовлені властивостями ППП. Теоретико-експериментальне дослідження статичних характеристик і похибок виконано для ППП з гідравлічним опором, зі звужуючим та напорним пристроями. Виведені формули похибки чутливості S з урахуванням варіацій параметрів, що її визначають – діапазонів можливих змін динамічної в'язкості і щільності повітря і , а також похибок виконання характерних розмірів елементів ППП. Аналізом отриманих формул встановлені вимоги до точності виконання розмірів досліджуваних ППП, додержання яких дозволяє обмежити похибки їх чутливості в межах, що визначаються МТВ. В експериментальному досліджені отримані статичні характеристики pf(Q) розглянутих ППП, виміряні величини їх опору диханню RД, розраховані коефіцієнти ефективності. Показано, що для ППП з гідравлічним опором додержується співвідношення   , тоді як для ППП зі звужуючим та напорним пристроями можливе досягнення величин   1. Ця властивість, поряд з іншими перевагами, визначає перспективність використання таких ППП в складі флоуспірометрів.

Динамічна похибка вимірювань флоуспірометра визначається рівнем динамічних характеристик вимірювальних перетворювачів перепаду тиску (ВППТ), основні типи яких розглянуті в огляді. Перехідний процес ВППТ при лінійному переміщені H його чутливого елемента (ЧЕ) описується рівнянням:

(1),

де Т2 - круговий період вільних коливань рухливої системи перетворювача; Т1 - постійна часу пневматичної системи; h - хід метацентра ЧЕ перетворювача при зміні перепаду тиску від 0 до p.

Критерієм оптимальності перехідного процесу приймається мінімум його тривалості tпп, що відповідає умові = 1 (В.О.Лопата, 1983), з якої отримана формула:

(2),

де h - нормований допуск, що відповідає динамічній похибці вимірювань.

Для узгодження динаміки ФСП та досліджуваних процесів дихання величина tпп приймається рівною часу Тпош  досягнення максимуму об'ємної швидкості форсованого видиху. В роботі виконані розрахунки динамічних похибок вимірювань параметрів форсованого видиху на основі аналогової моделі процесу (В.О.Лопата, 1982; О.В.Сівачов, 1991), яка наближена до процесу, що моделюється, виведеною формулою:

(3),

де ; RAW - опір дихальних шляхів; CL – розтягуваність легенів; I - інерційний опір.

Для ППП з гідравлічним опором, а також зі звужуючим і напорним пристроями, які мають відповідні статичні характеристики p = k1·Q і p = k2·Q2 , складені рівняння динаміки рухливої системи ВППТ при вимірюваннях об'ємної швидкості форсованого видиху:

(4);

(5).

де h  коефіцієнт, що визначається з умови максимуму моделюючої функції.

За отриманими рішеннями рівнянь (4) и (5) побудовані графіки (рис.3) зміни вихідного сигналу Нtлінійного переміщення метацентра ЧЕ ВППТ) при зміні об'ємної швидкості форсованого видиху згідно модельним рівнянням. Очевидно, що динамічна похибка вимірювання максимальної об'ємної швидкості форсованого видиху Qmax для випадків, що розглядаються, визначається формулами:

(6); (7).

Для оцінки динамічних похибок флоуспірометра при вимірюваннях інших інформативних параметрів форсованого видиху (миттєвих об'ємних швидкостей Q25, Q50, Q75 і середньоекспіраторної об'ємної швидкості Q25-75) досліджені зміни його об'єму, що описуються в рамках прийнятої моделі процесу. Інтегруванням рішень рівнянь (4) и (5) отримані вираження для цих змін. За цими вираженнями і відповідними модельними рівняннями побудовані графіки для моделюючої функції та реакції на неї рухливої системи вимірювального блока флоуспірометра (рис.4), визначені моменти часу t25, t50, t75 досягнення величин V25, V50, V75, після чого за графіками (рис.3) - відповідні їм величини h25, h50, h75 та Н25, Н50, Н75.

За допомогою визначених величин розраховані відносні динамічні похибки вимірювань об'ємних швидкостей Q25, Q50 , Q75 та Q25-75 за формулами:

(8); (9); (10),

де індекси “0” і “1” відносяться відповідно до параметрів вхідного і вихідного сигналів. Розрахунки показали, що при оптимальному значенні = 1 величини цих похибок від'ємні (Qmax = – 5,39%; Q25 = – 3,58%; Q50 = – 0,22%; Q75 = – 0,07%; Q25-75 = – 0,40%), що виключає можливість гіподіагностики стану вентиляційної функції легенів и свідчить про високий ступінь надійності діагностичних висновків, що базуються на результатах флоуспірометрії форсованого видиху.

Рис. 3

Графіки вхідного (ht) і вихідного (Ht) сигналів вимірювального блока флоуспірометра

для випадків лінійної (а) та нелінійної (б) статичних характеристик ППП

Рис. 4.

Графіки інтегралів вхідного і вихідного сигналів ФСП з лінійною статичною характеристикою

В третьому розділі "Розробка методики програмованого контролю метрологічних характеристик флоуспірометричної апаратури" дана оцінка метрологічного забезпечення розробки, виробництва та експлуатації флоуспірометрів; виконано аналогове моделювання тестових сигналів для програмованого контролю метрологічних характеристик флоуспірометрів, як засобів біомедичних вимірювань.

Проблема метрологічного забезпечення флоуспірометрів, як довів огляд існуючих в цій області методів і засобів, залишається актуальною. В якості методу контролю метрологічних характеристик флоуспірометрів запропоновано тестування приладів імпульсами, що відтворюють характерні процеси форсованого видиху. Формалізація амплітудно-часових параметрів таких імпульсів реалізована в рамках прийнятої аналогової моделі, для чого складені рівняння, що описують процес форсованого видиху залежністю об'ємної швидкості повітряного потоку від його об'єму:

(11);

(12),

де V0 - величина життєвої ємності легенів ЖЄЛ.

Варіацією показників и , в залежності від величин визначаючих їх параметрів біомеханіки дихання, рівняннями (11) и (12) моделюються форми графіків "потік-об'єм", характерні для нормального і патологічних (при стрибкоподібному і монотонному збільшенні опору дихальних шляхів RAW) станів вентиляційної функції дихання. Такі співвідношення можуть бути зразковими вхідними сигналами для тестування флоуспірометрів як програмними, так і апаратними методами. В дисертації розроблена програма моделювання таких сигналів за рівняннями (11) и (12), яка дає можливість відтворення цілого набору сигналів зі змінними в широких діапазонах параметрами. Визначено, що такий набір сигналів, який включає в себе граничні випадки сполучення параметрів біомеханіки дихання, необхідний для тестування флоуспірометрів в умовах розробки, виробництва і експлуатації.

В четвертому розділі "Формування багаторівневої системи флоуспірометричної апаратури" на основі літературних даних і результатів власних досліджень проведено порівняльний аналіз функціональних характеристик ФСП; проаналізовані сучасні і нормовані перспективні МТВ до флоуспірометрів; розроблений ієрархічний принцип формування системи флоуспірометричної апаратури, орієнтованої на різні рівні клінічного застосування, для якої запропонована схема вибору раціональних конструктивних виконань приладів.

За матеріалами літературного огляду і результатами власних досліджень конструкції ФСП проаналізовані з позицій відповідності їх функціональних характеристик МТВ і задачам спірометрії. На основі аналізу встановлено, що ФСП с гідравлічним опором повністю вичерпали резерви удосконалення і їх застосування в перспективних розробках флоуспірометрів є проблематичним. На протилежність їм, хороші перспективи застосування мають ФСП зі звужуючим і напорним пристроями завдяки зниженим величинам опору диханню і об'єму "мертвого простору", високому коефіцієнту ефективності ППП, зручності і надійності санітарної обробки. Такий же висновок зроблений у відношенні турбінних і термоанемометричних ФСП, оскільки перші формують зручний для обробки частотний вихідний сигнал, а другі характеризуються мініатюрністю і високим рівнем динамічних характеристик.

При проектуванні флоуспірометра за загальною блок-схемою вибір методу перетворення (тобто типу ФСП) і конфігурації інформаційного блоку зумовлені функціональними факторами апаратурного забезпечення і задачами спірометрії, які, в свою чергу, визначаються існуючим ієрархічним принципом побудови системи флоуспірометричної апаратури. Такий принцип відповідає ієрархії суб'єктів охорони здоров'я, яка представляється в наступному вигляді:

I - практикуючий (сімейний) лікар; медико-санітарна частина; поліклініка загального профілю з кабінетом функціональної діагностики;

II - міська лікарня (госпіталь) з відділенням функціональної діагностики; профільний (пульмонологічний, фтизіатричний) диспансер;

III - окружна лікарня (госпіталь) з відділеннями пульмонології та функціональної діагностики; науково-дослідний інститут; профільний (пульмонологічний, фтизіатричний) діагностичний центр;

IV  профільний (пульмонологічний, фтизіатричний, фізіологічний) науково-дослідний інститут.

Таким чином, при формуванні багаторівневої системи флоуспірометричної апаратури може бути прийнятий принцип ієрархії та необхідної достатності апаратно-програмних засобів.

Умови і склад спірометричних досліджень, що виконуються на наведених рівнях, пред'являють до флоуспірометричної апаратури, яка при цьому використовується, відповідні МТВ, тим більш жорсткі, чим вищий рівень ієрархії, на який орієнтований той чи інший прилад.

Аналіз МТВ до флоуспірометрів, в т.ч. стандартизованих ATS и ECCS, виявив прогалини в їх складі, відсутність нормування окремих параметрів і спеціалізації вимог. На основі оцінки досягнутого рівня функціональних характеристик ФСП і прогнозу їх удосконалення, а також з урахуванням градації флоуспірометрів за призначенням і рівнем ієрархії, розроблений комплекс перспективних МТВ для всіх груп приладів (табл.2).

Таблиця 2

Перспективні медико-технічні вимоги до флоуспірометрів

Показники якості | Призначення флоуспірометра

Загального призначення | Для дітей до 12 років

Рівень ієрархії | Рівень ієрархії

I | II-III | IV | I | II-III | IV

Опір диханню, Пас/л, не більше | 50,0 | 20,0

Об'єм "мертвого простору", мл, не більше | 100 | 50

Поріг реагування, л/с, не більше | 0,1 | 0,07 | 0,05 | 0,05 | 0,02 | 0,01

Верхня межа діапазону вимірювань, л/с | 10,0 | 15,0 | 20,0 | 6,0

Межа відносної статичної похибки, %% | 7,5 | 3.0 | 1,5 | 7,5 | 3,0 | 1,5

Нелінійність АЧХ в діапазоні частот до 15 Гц, %%, не більше | 5,0 | 2,0 | 1,0 | 5,0 | 2,0 | 1,0

Цей комплекс, разом з принципом ієрархії флоуспірометричної апаратури, став основою запропонованої схеми раціонального вибору елементів конструктивних реалізацій приладів для застосування в клінічних закладах різних рівнів (табл.3).

Таблиця 3

Багаторівнева система флоуспірометричноі апаратури

Рівень ієрархії | Флоуспірометричний перетворювач | Пристрої інформаційного блока

Загального призначення | Для дітей до 12 років | Обчислювальний пристрій | Пристрій візуалізації | Пристрій реєстрації

IV | Змінного перепаду тиску (з гідравлічним опором)

Термоанемометричний | Змінного перепаду тиску (з гідравлічним опором)

Термоанемометричний | Персональний комп'ютер | Відео-монітор | Принтер

формату А3/А4

III | Змінного перепаду тиску (зі звужуючим і напірним пристроями) Термоанемометричний | Персональний комп’ютер

Мікропроцесорний контролер | Принтер

формату А4 Термо-принтер

формату

45-110 мм

II | Турбінний

Вихоровий

Змінного перепаду тиску (зі звужуючим і напірним пристроями)

Термоанемометричний | Турбінний

Змінного перепаду тиску (зі звужуючим і напірним пристроями)

Термоанемо-метричний | Мікропроцесорний контролер | Рідинно-кристалічний

індикатор | Термо-принтер

формату

45-110 мм

I | Турбінний | Електронний лічильник

імпульсів–

В "Заключній частині" виконані у роботі дослідження, отримані при цьому наукові і практичні рещзультати узагальнюються висновками та рекомендаціями.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1.

2.

3. Запропонована методика програмованого контролю функціональних характеристик флоуспірометрів за допомогою тестуючих сигналів, які моделюють процес форсованого видиху при різноманітних сполученнях змінних парамерів біомеханіки дихання. Розроблена комп'ютерна програма тестування флоуспірометрів у виробництві та експлуатації, впроваджена в пакеті програмного забезпечення комплексу для профілактики захворювань кардіореспіраторної системи, розробленого КБ "Ергометр" ( м. Київ) по замовленню Міністерства науки України (наказ № 102 от 23.04.1997 г., державний реєстраційний номер НДР і ДКР 0199U000428).

4. Нормовані перспективні МТВ до флоуспірометрів з урахуванням градації приладів за призначенням і рівнем ієрархії закладів охорони здоров'я, на використання в яких вони орієнтовані.

5.

6. Запропонована схема раціонального, з точки зору необхідності і достатньості програмно-апаратних ресурсів, вибору конструктивних реалізацій флоуспірометричної апаратури для оснащення закладів охорони здоров'я різних рівнів. Схема впроваджена в практику оснащення закладів охорони здоров'я Лівійської Народної Джамахірії приладами функціональної діагностики легенів.

МАТЕРІАЛИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ:

1. Халид Тахир Эльози, Ирейфидж Имад Исса. Обработка и анализ информации о биологических объектах // Электроника и связь.- 1998.- № 4.- Ч.III.- С.550-552.
2. Лопата В.А., Кацан И.И., Лупина Б.И., Фролов Г.А., Эльози Х. Вопросы применения электронных датчиков в составе флоуспирометрической аппаратуры // Электроника и связь.- 1998.-

№ 4.- Ч.III.- С.615-619.

3. Лопата В.А., Островский О.И., Кацан И.И., Лупина Б.И., Синекоп Ю.С., Эльози Х. Оценка преобразователей объемного расхода воздушного потока как объекта стандартизации флоуспирометров // Электроника и связь.- 1999.- № 6.- Т.2.- С.252-255.

4. Эльози Х. Структура и иерархия флоуспирометрической аппаратуры // Электроника и связь.- 2000.- № 8.- Т.2.- С.186-187.

5. Гендин А.В., Грудин О.М., Кривоблоцкий С.Н., Лопата В.А., Фролов Г.А., Эльози Х. Программно-аппаратный метод оценки параметров биомеханики дыхания // IV Всероссийская конференция по биомеханике "Биомеханика-98". Тезисы докладов, Н.Новгород, 1-5.06.1998.- С.45.

6. Лопата В.А., Островский О.И., Эльози Х. Особенности проектирования спирометрической аппаратуры для использования в медицине труда // International Conference "ENVIRONMENTAL, OCCUPATIONAL HEALTH AND SAFETY IN AGRICULTURE ON THE BOUNDARY OF TWO MILLENIA". September 8-11, 1998, Kiev, Ukraine. Abstracts, Kiev, 1998.- Р.94.

7. Грудин О.М., Кацан И.И., Лопата В.А., Лупина Б.И., Фролов Г.А., Эльози Х. Возможности электронных преобразователей давления в решении метрологических проблем флоуспирометрии // Международная конференция по биомедицинскому приборостроению БИОМЕДПРИБОР-98. Тезисы докладов, Москва, 6-8 октября 1998 г.- С.33-35.

8. Лопата В.А., Островский О.И., Эльози Х. Задачи стандартизации спирометрической аппаратуры // Международная конференция по биомедицинскому приборостроению БИОМЕДПРИБОР-98. Тезисы докладов, Москва, 6-8 октября 1998 г.- С.201-202.

9. Лопата В.А., Островский О.И., Эльози Х. Оценка функциональных характеристик флоуспирометрических преобразователей расхода воздуха // Международная конференция по биомедицинскому приборостроению БИОМЕДПРИБОР-98. Тезисы докладов, Москва, 6-8 октября 1998 г.- С.210-211.

10. Лопата В.А., Гендин А.В., Фролов Г.А., Эльози Х. Перспективы применения технологий микроэлектроники в спирометрии // 8-ой национальный конгресс по болезням органов дыхания. Москва, 20-24 октября 1998 г. Сборник резюме, XXVII.8.- С.241.

11. Лопата В.А., Кацан И.И., Лупина Б.И., Синекоп Ю.С., Эльози Х. Применение микроэлектронной техники в составе флоуспирометрической аппаратуры. Сборник научных трудов по материалам 5-й Международной конференции "Теория и техника передачи, приема и обработки информации" ("ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ, РАДИОТЕХНИКА, ЭЛЕКТРОНИКА"), Харьков, 1999.- С.280-282.

12. Лопата В.А., Синекоп Ю.С., Кацан И.И., Лупина Б.И., Эльози Х. Тенденции совершенствования микропроцессорных спирометров. Девятый Национальный конгресс по болезням органов дыхания, Москва, 31 октября-3 ноября 1999 г. Сборник резюме.- С.198.

АНОТАЦІЯ

Халід Тахір Ельозі. Багаторівнева система конструктивних реалізацій флоуспірометрів, заснована на критеріях їх функціональних характеристик. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 - медичні прилади і системи. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Київ, 2001 р.

Дисертація присвячена питанням розробки флоуспірометричної апаратури для діагностики стану вентиляційної функції дихання. В роботі виконано теоретико-експериментальне дослідження функціональних характеристик флоуспірометричних перетворювачів змінного перепаду тиску, а також їх статичних і динамічних похибок. На основі аналогової моделі процесу форсованого видиху розроблений метод програмованого контролю функціональних характеристик флоуспірометрів та комп'ютерна програма для його реалізації, яка впроваджена у виробництво кардіореспіраторних велоергометричних комплексів для тестування спірометричного вимірювального каналу.

За результатами аналізу стандартизованих медико-технічних вимог до флоуспірометрів, досягнутих функціональних характеристик флоуспірометричних перетворювачів і можливостей їх підвищення нормовані перспективні медико-технічні вимоги. Запропонована схема вибору раціональних конструктивних реалізацій флоуспірометрів в рамках сформованої багаторівневої системи побудови флоуспірометричної апаратури, яка впроваджена в практику оснащення закладів охорони здоров'я Лівійської Народної Джамахірії приладами функціональної діагностики легенів.

Ключові слова: флоуспірометр; медико-технічні вимоги; характеристики; похибки; форсований видих; моделювання; метрологічне забезпечення.

АННОТАЦИЯ

Халид Тахир Эльози. Многоуровневая система конструктивных реализаций флоуспирометров, основанная на критериях их функциональных характеристик.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 - медицинские приборы и системы.- Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2001 г.

Диссертация посвящена вопросам разработки флоуспирометрической аппаратуры, предназначенной для функциональной диагностики легких.

В работе рассмотрены принципы исследований вентиляционной функции дыхания и медико-технические требования к приборам, обеспечивающим такие исследования. На основе принятой классификации флоуспирометров выполнен обзор конструкций флоуспирометрических преобразователей, определены критерии оценки их функциональных характеристик.

Проведено теоретико-экспериментальное исследование статических характеристик флоуспирометрических преобразователей переменного перепада давления. Выведены формулы расчета статических погрешностей преобразователей различных типов, из которых определены нормы технологической точности исполнения характерных размеров их конструктивных элементов.

Исследованы динамические характеристики флоуспирометрических преобразователей переменного перепада давления, рассчитаны динамические погрешности измерений информативных параметров процесса форсированного выдоха.

По результатам анализа современных методов и средств метрологического обеспечения флоуспирометров показано, что наиболее достоверным методом контроля их метрологических характеристик является использование тестовых сигналов, имитирующих маневр форсированного выдоха в широком диапазоне параметров. Предложена методика аналогового моделирования процесса форсированного выдоха, позволяющая формализовать закономерности изменения объемных и скоростных параметров процесса при различных сочетаниях параметров биомеханики дыхания, свойственных как здоровым субъектам, так и пациентам с различными формами нарушений вентиляционной функции легких. На основе методики разработана компьютерная программа формирования тестовых сигналов, имитирующих процессы форсированного выдоха, внедренная в пакет программного обеспечения комплекса для профилактики заболеваний кардиореспираторной системы PNV-18.

На основе сравнительныого анализа функциональных характеристик флоуспирометрических преобразователей сделан вывод о том, что по совокупности свойств и функциональных характеристик наиболее рационально использование в конструкциях флоуспирометров преобразователей с напорным и сужающим устройствами, турбинных и термоанемометрических преобразователей.

По результатам анализа стандартизованных медико-технических требований к флоуспирометрам, достигнутых функциональных характеристик флоуспирометрических преобразователей и возможностей их повышения нормированы перспективные медико-технические требования, учитывающие градацию флоуспирометрической аппаратуры по назначению и иерархии. Разработан принцип построения многоуровневой системы флоуспирометрической аппаратуры, соответствующий иерархии учреждений здравоохранения, насчитывающей четыре устоявшихся уровня.

На основе разработанного принципа и перспективных медико-технических требований сформирована многоуровневая система флоуспирометрической аппаратуры, обеспечивающая выбор рациональных конструктивных реализаций флоуспирометров для применений на всех существующих уровнях иерархии субъектов здравоохранения. Предложена схема выбора рациональных конструктивных реализаций флоуспирометров в рамках сформированной системы, внедренная в практику оснащения учреждений здравоохранения Ливийской Народной Джамахирии приборами функциональной диагностики легких.

Ключевые слова: флоуспирометр; медико-технические требования; характеристики; погрешности; форсированный выдох; моделирование; метрологическое обеспечение.

THE SUMMARY

Khalid Taher Elozi. A multilevel system of design implementations of flowspirometers, based on criteria their functional characteristics.- The manuscript.

Dissertation for competition of a scientific degree "candidate of engineering science" on a speciality 05.11.17 - Medical devices and systems.- National technical university of Ukraine "The Kiev polytechnic institute", Kiev, 2001.

The dissertation is devoted to problems of flowspirometers development for diagnostics of a state of breathing ventilation function. Theoretical and experimental research of the functional characteristics for flowspirometric actuators of a variable difference of pressure, and also their static and dynamic errors is executed. On the basis of analogue model for forced expiration process, the method of the programmed control of the functional characteristics of flowspirometers is executed and inserted in production of cardiorespiratory complexes for their measuring channel testing.

By results of the analysis of the standardized medico-technical requirements to flowspirometers, reached functional characteristics of flowspirometric actuators and capabilities of their increase, the perspective medico-technical requirements are normalized. The scheme for selection of rational design implementations of flowspirometers is offered within the framework of the generated multilevel system of devices. This scheme is inserted in practice of equipment on public health services Libyan Popular Jamakhiria by the devices for lungs functional diagnostics.

Keywords: flowspirometer; medico-technical requirements; characteristics; measuring errors; forced expiration; modeling; metrology maintenance.