Модуль артериального давления диагностической системы магнитотерапевтического комплекса

 

Министерство  образования и науки РФ

Рязанский государственный радиотехнический Университет

Кафедра информационно-измерительной  и биомедицинской техники

 

Факультет  АИТУ                                              К защите

 

Специальность  200402                              Зав. кафедрой __________(Жулев В.И.)

 

                                                                         "_____"  __________________ 2012 г. 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ   ЗАПИСКА      

 

                        к дипломному проекту на тему:  

 

Модуль артериального  давления диагностической системы  магнитотерапевтического комплекса

 

 

 

Дипломник                                                                                    Фадина И.А.

 

Руководитель проекта                                                                  Волков И.В.   

 

Консультант по

экономической части                                                                   Голев В.И.                        .

 

Консультант по безопасности

и экологичности проекта                                                            Голованчикова Л.М.

 

Консультант от кафедры _____________________                   Прошин Е.М.

 

Рецензент __________________________________                                           .

 

 

 

Рязань 2012 г.     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

         Данный дипломный проект посвящен разработке модуля артериального давления пациента диагностической системы магнитотерапевтического комплекса. Он позволяет измерить систолическое и диастолическое давления пациента осциллометрическим методом. При использовании данного модуля возникают погрешности, связанные с влиянием переменного магнитного поля на точность измерения. В проекте предложен один из способов снижения этих погрешностей.

      В проекте рассмотрен  алгоритм работы прибора, разработка  структурной, функциональной и  принципиальной схем, расчет погрешностей. Произведен экономический расчет  себестоимости опытного образца.  Проанализированы условия труда  инженера, а также экологичность проекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

The summary

 

       This diploma project is sanctified to development of the module of arteriotony of patient of the diagnostic system of магнитотерапевтического complex. He allows to measure systole and diastole pressures of patient a осциллометрическим method. At the use of this module there are the errors related to influence of variable magnetic-field on exactness of measuring. One of methods of decline of these errors is offered in a project.

      The algorithm of work of device is considered in a project, development structural, functional and fundamental charts, calculation of errors. The economic calculation of prime price of pre-production model is produced. The terms of labour of engineer, and also ecofriendlyness of project, are analysed.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Перечень  сокращений…………………………………………………………….8

Введение……………………………………….…………………………………..9

1. Технико-экономическое обоснование темы………………………………...13

2. Анализ  известных методов и технических  средств измерения артериального  давления………………………………….………………….….15

2.1. Инвазивние методы измерения артериального давления………..……16

2.2. Неинвазивные методы измерения артериального давления……...…..17

2.2.1. Пальпаторный метод измерения АД……………………...……..18

2.2.2. Аускультативный метод измерения АД………………………...20

2.2.3. Осциллометрический  метод измерения АД……………….……28

2.3. Методы  оперативного измерения АД (от  сокращения к сокращению сердца)……………………………………………………………………35

3. Выбор и  обоснование метода, принимаемого  в основу разработки……37

4. Разработка  структурной схемы модуля артериального  давления в составе диагностической  системы……………………………………………..………..43

5. Описание  и расчет функциональной схемы,  описание работы модуля артериального  давления……………………………………….……………….46

6. Разработка, расчет и описание принципиальной  схемы модуля артериального давления, выбор и обоснование применяемой  элементной базы………………………………………………………………………………48

6.1. Расчет  канала артериального давления……………………...…………48

6.1.1. Расчет канала нормализации…………………………...………..48

6.1.2. Расчет тензометрического датчика……………………..……….50

6.1.3. Расчет предварительного усилителя……………………...……..51

6.1.4. Расчет фильтра высоких частот………………………..………..53

6.1.5. Расчет фильтра низких частот…………………………..……….54

6.2. Выбор  блока питания………………………………………..…………..55

6.3. Выбор микроконтроллера……………………………………...………..58

7. Разработка  алгоритма работы устройства………………………………..63

8. Анализ  составляющих погрешности модуля  артериального давления, расчет  суммарной погрешности………………………………………………...66

9. Конструкторско-технологический  раздел: разработка конструкции  прибора, выбор и обоснование  применяемых материалов и покрытий, разработка технологии изготовления  печатной платы………………………..68

9.1. Методы  создания печатной платы………………………….…………..68

9.2. Конструкционные  материалы для производства печатных  плат и их характеристики………………………………………………..………...69

9.3. Технологическая  оснастка для производства печатных  плат и особенности их изготовления…………………………………………..70

9.4. Механическая  обработка печатных плат………………..……………..72

9.5. Разработка  конструкции модуля артериального  давления………...…72

9.6. Расчет  печатной платы…………………………………………………..76

9.7. Разработка чертежа общего вида модуля артериального давления пациента диагностической системы МТК……………………………..77

10. Экономическая  часть……………………………………………………….79

10.1. Расчет  ленточного графика……………………………………………79

10.2. Составление  сметы затрат на разработку………………….…………81

10.3. Расчет  цены для НИР……………………………….………………….84

10.4. Функционально-стоимостной  анализ…………………..……………..85

10.5. Выводы  по эффективности предложений………………….…………89

11. Безопасность  и экологичность проекта………………………….………..91

11.1. Анализ  вредных факторов………………………………………..……92

11.1.1. Обеспечение  электробезопасности……………………….……93

11.1.2. Микроклимат……………………………………………………94

11.1.3. Требования  к условиям зрительной работы  в помещениях с ПЭВМ……………………………………………..………………96

11.1.4. Требования  к организации и оборудованию  рабочих мест пользователей ПЭВМ……………...……………………………..98

11.1.5. Анализ  психофизиологических нагрузок  при обработке информации и  их влияние на здоровье и работоспособность оператора ПЭВМ………………………………………………..100

11.1.6. Требования  к условиям шума и вибрации  на рабочих местах, оборудованных  ПЭВМ………………………………..………...104

11.2. Обеспечение  пожарной безопасности……………………………….105

11.2.1. Описание  рабочего помещения с точки  зрения пожарной безопасности……………………………….……………………105

11.2.2. Способы  и средства пожаротушения……………………..…..107

11.2.3. Мероприятия  по профилактике……………………….………108

11.3. Экологичность проекта……………………………………….………108

Заключение……………………………………………………………………..110

Список  используемой литературы…………………………..………………111

Приложения:

Приложение 1 Структурная схема МТК

Приложение 2 Структурная схема

Приложение 3 Функциональная схема

Приложение 4 Схема электрическая принципиальная

Приложение 5 Сборочный чертеж

Приложение 6 Перечень элементов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень сокращений

АД – артериальное давление

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

БО – биологический  объект

Д – датчик

ДАД – диастолическое артериальное давление

ДД – датчик давления

ИДС – измерительно-диагностическая  система

МК – микроконтроллер

МП – магнитное  поле

МТК – магнитотерапевтический комплекс

ОУ – операционный усилитель

ПП – печатная плата

ПУ – предварительный  усилитель

ПЭВМ –  персональная электронно-вычислительная машина

САД – систолическое  артериальное давление

СМ – стоимостная модель

ССЗ – сердечно-сосудистые заболевания

ТЗ – теоретическое  задание

ТКС – температурный  коэффициент сопротивления

ФВЧ – фильтр высоких частот

ФМ – функциональная модель

ФНЧ – фильтр низких частот

ФСА – функционально-стоимостной  анализ

ФСД – функционально-стоимостная  диаграмма

ФСМ – функционально-стоимостная  модель

 

 

 

 

Введение

        Важным звеном клинического мониторинга,  позволяющим оценить состояние  сердечно-сосудистой системы и организма в целом, является контроль гемодинамических параметров.

        Движение крови по сосудам  – сложный процесс, зависящий  от работы сердца, эластичности  сосудистых тканей, тонуса гладкой  мускулатуры, количества и вязкости  крови, сопротивления потоку крови  в капиллярном русле.

        Давление крови в сосудах представляет  собой гидродинамическое давление, возникающее в результате сокращения  сердца, нагнетающего кровь в  сосудистое русло.

        Артериальное давление крови  (АД) – важнейший показатель, широко  используемый в клинической диагностике.  Оно измеряется в миллиметрах  ртутного столба, сокращенно мм рт.ст.

         Изменение артериального давления  за один сердечный цикл состоит  из постоянной составляющей давления  и пульсового колебания. Наибольший  размах пульсового колебания  давления достигают в крупных  артериях, по мере сужения сосудов  пульсации падают, становясь неразличимыми  в артериолах.

        В клинической практике наиболее  часто используются следующие  параметры, характеризующие АД  крови:

         - систолическое (верхнее) артериальное  давление – это уровень давления  крови в момент максимального  сокращения сердца;

        - диастолическое (нижнее) артериальное давление – это уровень давления крови в момент максимального расслабления сердца.

        Повышение давления увеличивает  риск развития сердечно-сосудистых заболеваний на 30%. У людей с повышенным давлением в 7 раз чаще развиваются нарушения мозгового кровообращения (инсульты), в 4 раза чаще – ишемическая болезнь сердца, в 2 раза чаще – поражение сосудов ног. Именно с измерения артериального давления необходимо начинать поиск таких частых проявлений дискомфорта, как головная боль, слабость, головокружение. Во многих случаях за давлением необходим постоянный контроль, и измерения следует проводить по нескольку раз в день.

        Изменение параметров давления  крови для мониторинга показателей  сердечно-сосудистой системы может осуществляться прямым или косвенным способами.

        Прямой, инвазивный способ определения давления крови основан на катетеризации сосуда датчиком давления, имеющим выход в виде электрического сигнала, повторяющего по форме кривую изменения давления крови. Датчик давления предварительно калибруется в единицах измерения давления крови (например, в мм рт.ст.). Выходной сигнал датчика поступает на устройство обработки, где определяются параметры давления, которые затем передаются на устройства отображения, записи и хранения данных мониторинга.

        Косвенное определение давления крови связано с использованием неинвазивных методик регистрации параметров физиологических процессов, связанных с внутрисосудистым давлением крови. Широкое распространение получили окклюзионные методы, основанные на измерении давления воздуха в манжетке, охватывающей участок тканей, содержащий кровеносный сосуд, которое уравновешивает (компенсирует) давление крови в сосуде под манжеткой.

       Используются также методики, основанные  на ультразвуковом измерении  движения сосудистой стенки, допплеровском  измерении скорости кровотока. 

В данном дипломном проекте мы разрабатываем  модуль артериального давления пациента диагностической системы, входящей в состав  магнитотерапевтического комплекса.

  Во всех известных на сегодняшний день магнитотерапевтических аппаратах и системах переменное электромагнитное поле возбуждается либо с помощью индукторов-соленоидов, либо с помощью индукторов-электромагнитов в диапазоне частот от инфранизких до 10 кГц. Длина волны, соответствующая частоте 10 кГц, составляет 30 км. Следовательно, во всех применяемых в медицине аппаратах для магнитотерапии воздействие осуществляется практически чистым магнитным полем. Более того, с теоретической точки зрения, учитывая геометрические размеры человека, индуктивные источники электромагнитного излучения будут обладать подобным действием на частотах до 10 МГц (длина волны 30 м). На более высоких частотах необходимо будет учитывать распределение энергии между электрической и магнитной компонентами электромагнитного поля.