42988

Разработка многоканального реоофтальмографа

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Представленный в данном дипломе реоофтальмограф предназначен для диагностики состояния сосудов глаза. Реоофтальмография метод позволяющий количественно оценивать изменения объемной скорости крови в тканях глаза. Такие электроды отличаются малыми габаритными размерами и соответственно малым весом хорошо контактируют с глазным яблоком не оказывают на него давления не вызывают раздражения глаза ни во время исследования ни...

Русский

2013-11-03

1.85 MB

38 чел.

Содержание

Аннотация……………………………………………………………………5

Введение…………………………………………………………………….7

1. Технико-экономическое обоснование…………………………………..9

2. Анализ известных методов и технических средств для решения поставленной задачи…………………………………………………………….11

3. Выбор  и обоснование метода, принимаемого в основу разработки…33

4. Разработка структурной схемы устройства……………………………50

5. Разработка и расчет функциональной схемы.

   Описание работы устройства………….……….………………………..52

6. Разработка, расчет и описание принципиальной схемы.

   Выбор и обоснование применяемой элементной базы………………..58

7. Анализ составляющих погрешностей и их расчет………………….....64

8. Экспериментальная часть……………………………………………71

    8.1. Моделирование фильтра первого порядка………………………..72

    8.2. Моделирование фильтра второго порядка………………………..73

    8.3. Моделирование фильтра третьего порядка……………………….74

9. Конструкторско-технологический раздел: разработка печатной платы модуля.

10. Экономический раздел

    10.1. Построение ленточного графика

    10.2. Составление сметы затрат на разработку

    10.3. Функционально-стоимостной анализ

11. Безопасность и экологичность проекта

  11.1. Анализ условий труда на рабочем месте инженера

  11.2. Организация и оборудование рабочих мест с ПЭВМ

            11.3. Оптимизация зрительных условий труда на рабочем месте

          11.4. Психофизиологические воздействия и эмоциональные нагрузки

         11.5. Обеспечение пожарной безопасности при эксплуатации ПЭВМ

  11.6. Экологичность проекта

Заключение

Список использованной литературы

Приложение1

Приложение2

Приложение3


Аннотация

Представленный в данном дипломе  реоофтальмограф предназначен для диагностики состояния  сосудов глаза. Прибор позволяет оценить объемные и скоростные показатели кровотока.

Данный прибор применяется в специализированных офтальмологических отделениях, отделениях функциональной диагностики, в лабораториях электрофизиологических исследований.

The annotation

Submittted in the given degree progect rheoophtalmograph is intented for diagnostics of a condition of containers of the eye. The device allows to estimate three-dementional and speed factors of the motion shelters.

The given device applied in the specialized ophtalmolmological branches, in branches of functional diagnostics, in laboratories of electrophysiological researches.

1.Введение

Вторая половина ХХ в. ознаменовалась бурным развитием новых, более современных и физиологически обоснованных методов исследования различных функций и систем человеческого организма – так называемой функциональной диагостики.

Актуальной проблемой современной медицины являются заболевания сердечно-сосудистой системы, занимающее одно из первых мест среди болезней других органов и систем. Поэтому среди многих методов функциональной диагностики особое место занимают  методы исследования сердечно-сосудистой системы. Это связано с широкой распространенностью подобных заболеваний, тяжестью течения, высоким процентом инвалидизации и смертности среди заболевших и зачастую сложностью объективной диагностики.

Изучение кровенаполнения сосудов при нормальных и патологических и патологических состояниях организма имеет большое практическое значение для функциональной оценки системы кровообращения.

В настоящее время большое внимание уделяется вопросу ранней диагностики заболеваний сердечно сосудистой системы, что является необходимым условием, обеспечивающим эффективность проводимой терапии.

Большое число больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, в том числе и с сосудистыми поражениями головного мозга, с которыми встречаются в своей клинической практике врачи различных специальностей, привело к поискам новых методов исследования.

Большую помощь в своевременной постановке клинического диагноза и проведении медицинской реабилитации больных оказывают инструментальные методы исследования, в частности реография.

Реография – общее название неинвазивного метода исследования кровоснабжения органов, в основе которого лежит принцип регистрации изменений электрического сопротивления  тканей в связи с меняющимся кровенаполнением. Этот метод регистрации объемного пульса открывает значительные возможности для изучения гемодинамики и сократительной способности миокарда. Он позволяет получать весьма ценную информацию о величине кровотока, состоянии сосудистой стенки (в первую очередь ее тонуса), о процессах, происходящих как в артериальной, так и венозной системе.

Весьма существенным преимуществом метода реографии является возможность одновременного изучения гемодинамики различных сосудистых областей – мозга, легких, печени, почек и других областей, труднодоступных для исследования иными методами. Это позволяет изучать закономерности общей гемодинамики в условиях совершенно безвредного, необременительного для больного исследования.

В зависимости от целей и области клинического применения употребляют термины, обозначающие частные виды метода: “реоэнцефалография”, “реокардиография”, “реоофтальмография”,  “реовазография”, “реогепатография”  и т.д. В данной работе рассматривается реоофтальмография.

Реоофтальмография - метод, позволяющий количественно оценивать изменения объемной скорости крови в тканях глаза. Метод основан на установленной ранее в исследованиях многочисленных авторов зависимости между величиной сопротивления тканей электрическому току и интенсивностью кровообращения в них. При реоофтальмографии регистрируются изменения сопротивления (импеданса) тканей глаз переменному электрическому току высокой частоты.

Реоофтальмография имеет довольно широкую область применения в научных и клинических исследованиях, для оценки состояния кровоснабжения глаз при глаукоме, близорукости и некоторых дистрофических глазных заболеваниях. Этот метод удобен для контроля эффективности гипотензивных, вазоактивных и метаболических препаратов, применяемых в клинике глазных болезней.

2.Технико-экономическое обоснование

Несмотря на обширную область применения в медицинской практике, реография в каждом случае решает общую задачу – исследование кровоснабжения в интересующей врача области.

Импедансные методы исследования  физиологических характеристик организма обладают всеми преимуществами косвенных методов, важнейшее из которых заключается в том, что измерения можно проводить с поверхности тела, не нарушая целостности и функционирования организма, что не вызывает дискомфорта для пациента.       

Конструкция электродов, применяемых в реоофтальмографии имеет очень большое, пожалуй решающее значение для того, чтобы получить относительно длительную и стабильную запись глазного пульса реографическим методом. Такие электроды отличаются малыми габаритными размерами и соответственно малым весом, хорошо контактируют с глазным яблоком, не оказывают на него давления, не вызывают раздражения глаза ни во время исследования, ни после него. Эти свойства делают этот метод удобным для исследования свойств глаза в имеющихся и экстремальных условиях окружающей среды.

Проектируемый прибор предназначен для работы в клинико-лабораторных условиях. С помощью разрабатываемого устройства можно производить оценку состояния гемодинамики обследуемого.

В последнее время были разработаны новые типы реографов, обладающие высокими метрологическими характеристиками, безопасных для пациента и персонала, удобных в обращении, позволяющих применять и комбинировать их (тетрополярный, биполярный и т.д.), исключающих возникновение взаимных помех при многоканальных исследованиях, а также обеспечивающих возможность не только качественного, но и количественного анализа кровотока.

Таким образом, реография является одним из перспективных и широко применяющихся на сегодняшний день методов исследования состояния сердечно-сосудистой системы.

Для медицинских учреждений крайне высоки требования к точности устройств. Поэтому мы применяем цифровую обработку результатов при помощи АЦП, в результате чего достигается высокая точность. Возможность подключения прибора к ЭВМ позволяет обеспечить более глубокий анализ данных. Применение микросхемотехнических решений позволяет компактно реализовать сложные функциональные узлы устройства.

Критичным параметром является цена прибора, что связано с условиями финансирования медицинских учреждений. В таком случае использование не дорогой элементной базы делает прибор доступным для большинства отечественных клиник. При массовом выпуске таких приборов цена их будет невысокой.

Полный технический и экономический уровень проектируемого прибора может быть определен на основе проведения многократных медицинских исследований и экспериментов.

На основании вышеизложенного можно прийти  к выводу о целесообразности и необходимости проектирования подобных устройств. Все экономические расходы, связанные с изготовлением, оправданы необходимостью этого устройства.

3.Анализ известных методов и технических средств для решения поставленной задачи

Гемодинамика глаза в последние годы становится важным критерием для оценки не только глазных, но и системных заболеваний. Нарушения гемодинамики глазничного бассейна являются одним из ведущих факторов в патогенезе большинства заболеваний глаза. В связи с этим, методы исследования гемодинамики глаза являются одним из важных методов диагностики различных форм глазной патологии. В ситуациях, например когда проведенное хирургическое лечение глаза сопровождается осложнениями или не позволяет получить высокий функциональный результат, можно предполагать определяющее влияние в этом нарушение гемодинамики глаза. Это относится к таким операциям, как, например, антиглаукоматозные операции, ряд рефракционных операций, склеропластические, и многие другие операции. Причины неудовлетворительных функциональных результатов после проведения этих операций невозможно объективно оценить без анализа динамики показателей кровотока в послеоперационный период. В настоящее время с каждым годом по мере научно-технического прогресса предлагается большое количество новых методов исследования гемодинамики глаза. В последние годы в изученной литературе стали появляться работы, посвященные исследованию гемодинамики глаза после проведения офтальмохирургических операций, что делает актуальным  проведение анализа литературы по проблеме исследования гемодинамики глаза  после  офтальмохирургических вмешательств. В связи со всем вышесказанным, целью работы явилось изучение и анализ литературных данных по проблеме исследования гемодинамики глаза и выработка рациональных подходов к исследованию глазничного кровотока после проведения офтальмохирургических операций.

Для решения поставленной цели необходимо проанализировать все современные методы исследования гемодинамики глаза и отобрать наиболее информативные и безопасные для исследования в послеоперационном периоде при различных формах глазной патологии.

                Методы исследования гемодинамики глаза

 

          инвазивные методы                                      нвазивные  методы            

                             

 

экспериментальные    клинические       

Инвазивные методы исследования гемодинамики используются, как правило, только в экприментах на животных, кроме случаев малой инвазивности, например, в флюоресцентной ангиографии.

К экспериментальным инвазивным методам относятся:

  •  метод микросфер – введение в левый желудочек или в артериальную часть сосудистой системы микросфер с последующим гистологическим изучением их плотности и  распределения в сосудах и тканях. В идеальном случае количество частиц, обнаруженных в определенном отделе глаза, отнесенное к общему количеству введенных частиц соответствует относительному кровотоку в данном органе.
  •  целевая ангиография с маркированными липосомами – внутривенное введение окрашенных липосом с лазерным офтальмоскопическим контролем скорости их прохождения по сосудам сетчатки.
  •  внутривенное введение препаратов с радиоактивными мечеными атомами, например, С14-иодантипирина или 2-deoxyglucosae с последующим радиологическим изучением их плотности и распределения в сосудах и тканях.
  •  создание в склере окна для визуальной прижизненной оценки ретинального кровотока.
  •  непрерывная запись парциального давления кислорода в стекловидном теле вблизи от сетчатки для получения информации о ретинальном кровотоке.
  •  прямой манометрический метод измерения кровяного давления в сосудах глаза экспериментальных животных. Использование точных высокочувствительных электроманометров и тонких полиэтиленовых катетеров диаметром 0,1-0,2 мм позволило с достаточной точностью измерять давление в различных сосудах глаза.

Несмотря на несомненную научную ценность экспериментальных инвазивных методов, большинство из них ведут к гибели лабораторных животных. Возможность их использования после проведения офтальмохирургических операций представляется маловероятным в связи с недопустимостью инвазивного диагностического вмешательства на фоне уже проведенного лечебного и нарушением требований безопасности асептики в послеоперационном периоде.  

Наибольшее распространение среди клинических инвазивных методов получила флюоресцентная ангиография (ФАГ). Метод ФАГ используется для оценки ретинальной и хориоидальной циркуляции и состояния гематоофтальмических барьеров в глазу. Метод известен в клинической офтальмологии уже десятки лет. Он подробно описан и проанализирован разными авторами.

Контрастное вещество флюоресцеин натрия (NaFl) вводится испытуемому внутривенно в локтевую вену. Глазное дно испытуемого фокусируют фундус-камерой. Около 85 % вещества, введенного в кровяное русло, связывается с альбумином и другими белками сыворотки крови. Остальные 15 % остаются несвязанными.

В норме и внутренний, и внешний гематоретинальные барьеры сетчатки (соответственно эндотелий капилляров и пигментный эпителий), а также стенки крупных сосудов сетчатки и хориоидеи (схема кровеносных сосудов глаза приведена на рис. 1.) не пропускают ни связанные, ни свободные молекулы флюоресцеина. В то же время через тонкие стенки хориокапилляров молекулы флюоресцеина выходят в экстраваскулярное пространство и через мембрану Бруха достигают пигментного эпителия сетчатки, который оказывается непроницаем для флюоресцеина.

Рис.1. Схема кровеносных сосудов глаза

Молекула флюоресцеина не видны в обычном свете. Зато они обладают тем свойством, что, возбуждаясь от засвета некоторым излучением (обычно используют синий цвет с длиной волны 490 нм) они не отражают, но преобразуют световую энергию в более длинноволновую (например, в зеленый цвет с длиной волны 530 нм). В приборах ФАГ свет, направляемый через синий светофильтр, изучается после возвращения из глаза через желто-зеленый светофильтр, что позволяет наблюдать флюоресцеин в сосудистой системе глаза.

В исходном состоянии до введения контрастного вещества зрачок медикаментозно максимально расширяют, а глазное дно фотографируют зеленым фильтром (в бескрасном свете). Флюоресцеин с кровотоком переносится в глазное яблоко. Время варьирует от 5 до 24 с. Поэтому, начиная с 5 с, последовательно ежесекундно до 25-й с происходит фотографирование глазного дна. Время от времени камеру перемещают и для контроля делают снимки другого глаза.

Рис.2. Стадии флюоресцентной ангиографии: а) артериальная; б) артериовенозная; в) ранняя венозная; г) средняя венозная; д) поздняя венозная; е) поздняя.

В  ФАГ глазного дна выделяют 4 фазы  (рис. 1):

1) хориоидальную: флюоресцеин заполняет только сосуды хориоидеи;

2) артериальную: флюоресцеин поступает в артерии сетчатки (рис. 1а);

3) артериовенозную: еще присутствуя в артериях, флюоресцеин заполняет капиллярную сеть сетчатки и обозначает пристеночный ток в венах (рис. 1б);

4) венозную: флюоресцеин находится в основном в венозной сети сетчатки. Эту фазу иногда подразделяют на раннюю (рис. 1в), среднюю (рис.1г) и позднюю (рис.1 д, е) венозные фазы.

 

Поскольку вышедший из сосудов глаза флюоресцеин через 3-5 мин снова появляется в них из-за рециркуляции крови, отмеченные фазы повторяются, но с каждым разом интенсивность свечения уменьшается.

При оценке ангиограммы учитывают длительность упомянутых фаз, а также характер распределения флюоресцеина в каждой из анатомически дифференцируемых областей глазного дна. При этом обращают особое внимание на участки гипер- и гипофлюоресценции, специально наблюдая за изменениями, происходящими в этих участках с течением времени.

Метод ФАГ применяется не только в экспериментальных исследованиях, но и в повседневной клинической практике. Поэтому опыт применения ФАГ огромен. Метод ФАГ широко применяется для оценки состояния кровоснабжения глаз при глаукоме, близорукости и некоторых дистрофических глазных заболеваниях. Также этот метод широко используется для оценки состояния глазного кровотока после проведения лазерных операций при патологии сетчатки и зрительного нерва.  За время своего существования метод ФАГ совершенствовался, улучшались способы наблюдения, регистрации и оценки результатов. На смену широко распространенным методам офтальмоскопической фоторегистрации результатов пришли видеоангиографические установки с компьютерным анализом изображения. В последние годы с целью измерения скорости кровотока по скорости прохождения флюоресцеина используют сканирующую лазерную офтальмоскопию.

Преимущества и недостатки метода ФАГ

                                                                                                          Таблица1

      Преимущества

                   Недостатки

Дает необходимую клиническую визуализированную информацию

Инвазивность, возможность индивидуальной непереносимости флюоресцеина

Большой мировой опыт     применения метода

Относительная сложность применения, необходим опыт

  Прямые качественные результаты

Сложность получения       количественных результатов

Наряду с инвазивными методами ведется разработка неинвазивных методов исследования гемодинамики глаза на основе новейших достижений медицинской физики, с использованием современных компьютерных и лазерных технологий, методов цифровой обработки изображений.

Неинвазивные методы исследования гемодинамики глаза базируются на различных физических (например, эффект Допплера) и физиологических (например, эффект пульсации сосудов) принципах и ориентированы на абсолютное или относительное измерение отдельных параметров или группы параметров кровотока. Многие методы вошли в повседневную клиническую практику.

Методы оценки суммарного глазного кровотока на основе регистрации пульсовых колебаний. Методы оценки суммарного глазного кровотока при помощи офтальмодинамографии, офтальмодинамометрии, офтальмоплетизмографии, реоофтальмографии детально описаны А.Я. Буниным в 1971 г.. Более поздний подробный анализ этих методик и их усовершенствований был проведен в 1990 г. Ю.С. Астаховым отдельно и в соавторстве с О.А. Джалиашвили.

Офтальмодинамометрия – метод    измерения  давления крови в сосудах сетчатки, основой которого является офтальмоскопическое наблюдение за пульсом центральной артерии или центральной вены сетчатки (рис.1.) при  одновременном повышении внутриглазного давления, создаваемым компрессией глазного яблока.            

Измерение давления в ретинальных сосудах практически стало возможным после того, как был предложен для этой цели пружинный прибор – офтальмодинатонометр  и разработаны теоретические основы метода офтальмодинамометрии.

При повышении давления центральная артерия сетчатки начинает пульсировать. Полагают, что давление при начале отчетливых пульсаций равняется диастолическому давлению центральной артерии сетчатки. Дальнейшее повышение внутриглазного давления приводит к ослаблению пульса, а затем к полному спадению просвета сосуда. Внутриглазное давление, имеющееся в этот момент, соответствует систолическому давлению крови в центральной артерии сетчатки.

Поздние исследования показали, что офтальмодинамометрия на самом деле измеряет давление в глазничной артерии. Для определения уровня измеряемого давления используют экспериментально полученные соотношения между компрессионной нагрузкой и вызываемым ею повышением внутриглазного давления. Применяют  калибровочные таблицы Мажито-Байара, созданные на основе прямых манометрических измерений.

С помощью метода при сопоставлении давления крови в глазничной и плечевой артерии могут быть получены данные о сопротивлении кровотоку в области кровоснабжения внутренней сонной артерии, а значит, сделаны выводы о состоянии целебрального кровообращения.

Мы остановимся на описании офтальмодинамометров, которые находят применение в офтальмологической практике в настоящее время.

Офтальмодинамометр Байяра предназначен для измерения давления крови в центральной артерии сетчатки (точнее, в глазничной артерии); он основан на принципе измерения величины сжатия калиброванной пружины при нагрузке (рис. 3). Основой прибора является спиральная калиброванная пружина и стержень, свободно двигающийся в металлическом цилиндре.

Пружина, охватывающая стержень, также заключена внутри цилиндра. На нижний конец стержня надевается съемная площадка, контактирующая с поверхностью глазного яблока. Эта площадка имеет вид пуговчатого утолщения с выпуклой поверхностью; диаметр площадки 1 мм. При движении стержня двигается втулка, соединенная со стрелками на шкале прибора. На шкале нанесены деления от 0 до 150 г с ценой деления 5 г и оцифровкой через каждые 10 г. При нажатии на головку стержня Приводятся в движение стрелки-указатели на шкале прибора. После прекращения сжатия пружины стержень и одна из стрелок устанавливаются в первоначальное положение. Вторая стрелка указывает величину полученного давления (в граммах). К прибору прилагается калибровочная таблица для перевода показаний шкалы в граммах в миллиметры ртутного столба.

                                                      

Рис. 3. Офтальмодинамометр

Байяра (1 – шкала, 2 – корпус, 3 – стержень, соединенный с пружиной,

4 – площадка, контактирующая с глазом).

Основой офтальмодинамометра Мюллера (рис.3) является винтовая  калибровочная пружина. Принцип работы  основан  на измерении величины  растяжения пружин при нагрузке.

Прибор состоит из трубки, внутри которой помещен плунжер с пружиной и имеется втулка с площадкой в виде пуговчатого утолщения. Один конец пружины соединен с плунжером, второй – со втулкой. В отличие от офтальмодинамометра Байяра прибор не имеет циферблата со стрелками. Шкала нанесена непосредственно на верхний конец плунжера. Прибор выпускается в двух вариантах: первый с максимальной нагрузкой до 150 г, второй – до 305 г. Последний вариант предназначен для исследования лиц с повышенным артериальным давлением.

 Офтальмодинамометрию проводят три человека: врач и два ассистента; один из исследователей наблюдает в офтальмоскоп за пульсациями центральной артерии сетчатки, второй — считывает со шкалы показания прибора, третий — одновременно измеряет давление в плечевой артерии.

К прибору прилагаются калибровочные таблицы Бедования (I960)

( рис. 5).

Рис. 5. Калибровочная кривая Бедования для офтальмодинамометра Мюллера

При помощи этих калибровочных кривых можно с достаточной точностью определить уровень внутриглазного давления. Было отмечено, что эти калибровочные кривые  для офтальмодинамометрии могут быть использованы  только при нормальном уровне внутриглазного давления.

Преимущества и недостатки метода офтальмодинамометрии с  применением офтальмодинамометров.

                                                                                                          Таблица 2

      Преимущества

           Недостатки

Является прямым методом измерения

Нагрузка на объект исследования

Относительная дешевизна

Отсутствие объективной графической регистрации

Для проведения исследования требуется как минимум 3 человека

В настоящее время в клинической практике используется метод офтальмодинамометрии с контактной линзой Гольдмана по B. Low. Прибор для исследования этим методом разработан B. Low (рис. 6).

Рис. 6. Офтальмодинамометрия с контактной линзой Гольдмана.

Он состоит из обычной трехзеркальной линзы Гольдмана, в которую встроен кольцеобразный датчик давления. Датчик передает данные измерения в управляющий блок, на жидкокристаллический экран которого выводятся результаты измерения. Прибор позволяет измерять систолическое и диастолическое давление в центральной артерии сетчатки и давление в центральной вене. При этом, видимо, как и в случае классической офтальмодинамометрии, открытым остается вопрос, не измеряется ли на самом деле давление в глазничной артерии вместо давления в центральной артерии сетчатки. На основе измерений метода возможна оценка давления в орбитальных тканях, мозгового давления, системного кровяного давления, наличия стенозов.

Перед исследованием измеряется внутриглазное давление по Гольдману, которое входит в последующие вычисления. Затем наносится контактный гель и к глазу прикладывается линза Гольдмана. Для измерения артериального давления, давление на линзу постепенно увеличивается до тех пор, пока не будет достигнуто диастолическое давление, и через линзу не станут видны пульсации центральной артерии сетчатки. Начиная с этого момента, измеряемое давление записывается и постоянно отображается на дисплее прибора. При дальнейшем увеличении давления на прибор до прекращения пульсаций измеряется систолическое давление. Значения систолического и диастолического давления в центральной артерии сетчатки получают прибавлением значения измеренного внутриглазного давления к полученным соответствующим значениям.

Давление в центральной вене также может быть измерено. Этот параметр важен в случае окклюзии вен сетчатки, артерио-венозных фистул sinus cavernosus, увеличенного интракраниального давления и эндокринной орбитопатологии.

Преимущества и недостатки метода офтальмодинамометрии с контактной линзой Гольдмана

                                                                                                          Таблица 3

      Преимущества

           Недостатки

Неинвазивность, легкая переносимость для испытуемого

Ригидность фиброзной капсулы глаза и сосудов влияют на результаты измерений, но не учитываются при обработке

Относительная дешевизна

Не является прямым методом измерения глазного кровотока

Возможность одновременного измерения параметров кровотока, наблюдения диска зрительного нерва и состояния угла передней камеры

Дает точечные измерения давления в сосудах, а не непрерывную запись

Офтальмодинамография используется для измерения давления крови в глазничной артерии и графической регистрации совместных пульсаций внутриглазных и орбитальных сосудов. Пульсация сосудов глазницы вызывает синхронные колебания глазного яблока в переднезаднем направлении. При приложении к глазнице тонкостенной мембраны с датчиком эти колебания можно записать. По мере усиления компрессии амплитуда глазоорбитального пульса сначала увеличивается, а затем снижается до полного исчезновения. При этом определяется компрессионная нагрузка и пересчитывается в единицы давления. Ю.С. Астахов с помощью этого метода определил величину давления в глазничной артерии в норме: 73,5 ± 10 мм.рт.ст..

Офтальмодинамография проводится с помощью электронных приборов, из которых наибольшее применение получили офтальмодинамографы Уемура и Хагера. Рассмотрим офтальмодинамограф Хагера (рис.7):

Рис.7. Схема офтальмодинамографа Хагера

1-датчик; 2-калибратор;3-электронный преобразователь;4-пневмопровод;5-баллон;8-регистратор.

Измерение давления крови в глазничной артерии при помощи офтальмодинамографа Хагера основано на принципе, предложенном Bliedung (1924), который накладывал на глаз капсулу, плотно прилегающую к краям орбиты. Сдавливание глаза и орбиты достигалось накачиванием в капсулу воздуха. Величина   приложенного к глазу давления определялась ртутным манометром. В стенку капсулы было вставлено стекло, через которое велись офтальмоскопические наблюдения за пульсацией центральной артерии сетчатки. Этот офтальмодинамометр не нашел практического применения. Впоследствии этот же метод был применен Wegner (1930), регистрировавшим глазо-орбитальный пульс. Невозможность при этой методике провести разграничение между пульсом внутриглазных и орбитальных сосудов привела автора к ошибочному выводу о том, что наибольшее значение в возникновении глазного пульса имеет пульсация орбитальных сосудов.

На края орбиты накладывается датчик, представляющий собой капсулу с тонкой мембраной, обращенной к глазу (рис.7).

На рис.7 виден идущий от датчика пневмопровод. Исследование проводится при закрытых веках. Больной находится в положении сидя.

Герметичность прилегания датчика к краям орбиты обеспечивается резиновой лентой, которая фиксирует датчик в необходимом положении (рис.8).

                

Рис.8. Датчик офтальмодинамографа Хагера и его положение во время исследования

В камеру датчика  (рис.7) при помощи резинового баллона (5) накачивается воздух, который, сдавливая глазное яблоко и содержимое орбиты, приводит к усилению пульсации внутриглазных и орбитальных сосудов.

Вибрации   мембраны   датчика,    вызываемые   глазо-орбитальным пульсом, в  свою очередь служат источником воздушных волн, которые  достигают электронного устройства (3), преобразующего их в колебания электрического напряжения, далее электрические импульсы передаются на регистрирующий прибор (8).  

Офтальмодинамограф Хагера дает возможность получать хорошую запись глазо-орбитального пульса с количественной его оценкой.

Диастолическое давление в глазничной артерии  определяется в тот момент, когда волны глазо-орбитального пульса достигают максимальной амплитуды; систолическое – в момент исчезновения пульсовых волн.

Недостатком метода Хагера является интегральная регистрация пульсаций орбитальных и внутриглазных сосудов, а также сосудов век. Эти пульсации, накладываясь друг на друга, не дают возможности провести дифференцированную оценку состояния внутриглазного давления и орбитального кровообращения. Кроме того, на запись могут влиять движения век и самих глазных яблок.

Офтальмодинамография дает возможность измерять давление крови в глазничной артерии и получать графическую регистрацию совместных пульсаций внутриглазных и орбитальных сосудов. Однако офтальмодинамография не дает возможности определять объемные показатели кровотока в самом глазном яблоке (пульсовой и минутный объем крови, протекающей по сосудам глаза).

Преимущества и недостатки офтальмодинамографии

                                                                                                             Таблица 4

      Преимущества

           Недостатки

Неинвазивность

Не является прямым методом измерения глазного кровотока

Наличие объективной графической регистрации

Не дает возможности определять объемные показатели кровотока в самом глазном яблоке

Невозможность разграничения между пульсом внутриглазных и орбитальных сосудов, а также сосудов век

Офтальмоплетизмография – метод записи и измерения колебания объема глазного яблока, возникающих при изменении кровенаполнения внутриглазных сосудов. В этой методике по результатам определения динамики объема переднего сегмента глаза в ходе сердечного цикла можно судить об изменении объема всего глазного яблока. Для исследования на анестезированную роговицу лежащего пациента устанавливают пневматический датчик пульса, соединенный с емкостным датчиком и проводят запись глазного пульса в условиях постепенно наращиваемой компрессионной нагрузки на перилимбальную область глаза. Амплитуда пульсаций при этом увеличивается.

В норме пульсовой объем за 1 мин составляет 1100-1200 мм3. Увеличение пульсового объема оценивают как благоприятный признак в смысле сохранения зрительных функций при глаукоме.

Электронный плетизмограф (рис. 9.) был сконструирован в Московском научно-исследовательском институте глазных болезней имени Гельмгольца сотрудником электрофизиологической лаборатории института инженером В. К. Ждановым, в соответствии со сформулированными медицинскими требованиями.

В основу офтальмоплетизмографа положен тот же принцип, что и в приборе Уемура, т. е. воздушная передача пульсовых волн роговицы, но по своей электронной схеме, устройству датчика, назначению и способу применения этот прибор существенно отличается от известных устройств, предназначенных для регистрации глазного пульса.

Испытания прибора показали безопасность этого метода. Максимальная применявшаяся компрессионная нагрузка не превышала 100 г.

Для проведения офтальмоплетизмографии в основном была использована типовая аппаратура, оснащенная системой чувствительных емкостных датчиков.

Офтальмоплетизмограф Жданова состоит из трех основных частей: емкостного датчика (4), индикатора давления с фазовой модуляцией (ИФМ-1-А) (5) и регистрирующего  прибора (6).

Датчик состоит из двух частей: части, воспринимающей осцилляции роговицы (съемник пульса) (1), и собственно емкостного датчика. Съемник пульса представляет собой полый цилиндр с патрубком, выполненный из органического стекла.

Рис.9. Схема аппаратуры для регистрации объемного пульса глаза (по Жданову).

Датчик состоит из двух частей: части, воспринимающей осцилляции роговицы (съемник пульса) (1), и собственно емкостного датчика. Съемник пульса представляет собой полый цилиндр с патрубком, выполненный из органического стекла. Толщина стенок цилиндра 2,5 мм. Торцовая поверхность цилиндра имеет кривизну, приближающуюся к кривизне склеры. Внутренний диаметр цилиндра 13,5 мм, т. е. немного больше среднего диаметра роговицы. При таком размере внутреннего диаметра после установки цилиндра на иерилим-бальную область роговица не будет контактировать с ним. Верхняя часть цилиндра оканчивается патрубком, на который надевается резиновая трубка — пневмопровод  (2) с краном  (3).

Осцилляции роговицы, возникающие вследствие ритмических изменений объема глазного яблока при систоле и диастоле, вызывают колебания воздуха, заключенного   во   внутреннем объеме цилиндра, которые затем по пневмопроводу передаются в собственно емкостный датчик. Колебания воздуха, вызванные пульсацией роговицы, воздействуют на мембрану высокочувствительного датчика, изменяя его емкость. Датчик преобразует осцилляции роговицы в изменения емкости и соответственно в электрические колебания, которые воспринимаются индикатором давления.

Индикатор давления с фазовой модуляцией (ИФМ-1-А) представляет собой двухканальный электронный прибор, применяемый в технике для измерения давлений в закрытых объемах с помощью емкостных датчиков. Высокая стабильность и чувствительность прибора ИФМ-1-А к малым изменениям емкости, линейная зависимость выходного тока от изменения емкости позволили применить этот прибор для исследования глазного пульса.

При исследовании больной лежит на медицинской кушетке. Одежда не должна стеснять дыхания больного. Голова лежит на небольшой подушке.

На голове больного укрепляют так называемое налобное приспособление, представляющее собой резиновую ленту с вмонтированным в нее посередине металлическим гнездом, в котором укреплен съемник пульса.

Для того чтобы исключить влияние орбитального пульса, проявляющегося в смещении самого глазного яблока (приблизительно на 2 мк при каждом сокращении сердца), съемник пульса был снабжен противовесом. Поэтому указанные небольшие смещения глазного яблока погашались противовесом и не оказывали влияния на роговичный пульс. Кроме того, как показали наши исследования, линейное перемещение вершины роговицы за период сердечного цикла при компрессионной нагрузке в 10—20 г (т. е. в условиях, близких к физиологическим) составляет в норме 9—11 мк. Таким образом, величина смещения самого глазного яблока при орбитальном пульсе приблизительно в 5 раз меньше смещения роговицы при глазном пульсе. Поэтому влияние орбитального пульса на результаты офтальмоплетизмографии весьма незначительное.

После инсталляционной анестезии (закапывание 2 раза в конъюнктивальный мешок 2 капель 0,5% раствора дикаина) осторожно раздвигают веки и накладывают плексигласовый цилиндр (съемник пульса) на поверхность глазного яблока таким образом, чтобы роговица оказалась внутри цилиндра. Так как диаметр цилиндра лишь незначительно превышает нормальную ширину глазной щели, он не вызывает избыточного напряжения век и легко помещается между ними.

Положение датчика на глазном яблоке во время исследования и изменения конфигурации роговицы за время сердечного цикла видны на рис. 10.

Рис. 10. Изменение конфигурации роговицы за время сердечного цикла

Регистрацию глазного пульса проводили при постепенном увеличении внутриглазного давления, которое достигалось усиливающимся внешним давлением на глазное яблоко. Время исследования от 2 до 3 минут.

Для компрессии глазного яблока применяли грузы, накладываемые на верхнюю часть датчика. Обычно запись начинали с груза в 10 г., затем многократно увеличивали нес на 10 г, доводя нагрузку до 70—80 г (максимально до 100 г)   путем наложения грузов на верхнюю стенку цилиндра (съемника пульса), стоявшего  на глазном яблоке.

Расширение сосудов  во время систолы вызывает растяжение корнеосклеральной капсулы глаза и уплощение (уменьшение кривизны) роговицы, при этом давление воздуха в герметической воздушной камере емкостного датчика уменьшается и  записывается нисходящее колено пульсовой волны. При диастоле внутриглазные сосуды спадаются, уменьшается растяжение корнеосклеральной капсулы глаза. Это приводит к увеличению кривизны роговицы. Роговица делается более выпуклой, давление в герметической воздушной камере емкостного датчика увеличивается.

Измерение параметров пульсовой волны позволяет получить некоторые данные, необходимые для расчета гемодинамических показателей, характеризующих внутриглазное кровообращение.

Увеличение внешнего давления на глазное яблоко сопровождается увеличением амплитуды пульсовых волн до определенной величины весовой нагрузки, после чего по мере дальнейшего увеличения компрессорной нагрузки наступает уменьшение, а затем и полное исчезновение объемного пульса глаза.

Фактически проводится перилимбальная компрессия глазного яблока с равномерно возрастающей нагрузкой, так как нагружаемый съемник пульса соприкасается с глазным яблоком своей нижней поверхностью по окружности лимба роговицы.

Метод исследования объемного пульса с применением постепенно повышающейся нагрузки (с интервалами в 10 г) дает возможность определять пульсовой объем крови как в сосудах малого калибра  с невысоким уровнем внутрисосудистого давления, так и в более крупных сосудах  с высокими величинами давления крови.

Преимущества и недостатки офтальмоплетизмографии

                                                                                             Таблица 5

      Преимущества

           Недостатки

Является прямым методом исследования

Не является прямым методом измерения глазного кровотока

Наличие объективной графической регистрации

Нагрузка на объект исследованиия

Ригидность фиброзной капсулы глаза и сосудов влияют на результаты измерений, но не учитываются при обработке

В 1985 г. W.D.Ulrich и C.Ulrich предложили новый метод для определения давления в центральной артерии сетчатки и цилиарных артериях – окуло-осцилло-динамографию по Ульриху (ООДГ). Метод позволяет проводить непрерывную  регистрацию глазного пульса (объема) и сочетает в себе офтальмодинамометрию, офтальмодинамографию и офтальмоплетизмографию. С помощью специальной присоски, накладываемой на склеру кнаружи от роговицы, увеличивается ВГД и при этом записывается измененный глазной пульс. Глазной пульс зависит от изменения ВГД, а также от объема крови в глазу, который, в свою очередь, зависит от сердечно-сосудистого цикла. Все сосуды, снабжающие глаз кровью, влияют на пульсовую волну.

Прибор ООДГ состоит из склеральной вакуум-присоски, отсасывающего насоса и инфразвукового преобразователя давления. Последний преобразует зависимое от глазного пульса давление в электрический сигнал, который передается на микрокомпьютер и записывается в виде осциллирующей пульсовой волны. Присоска прикладывается к склере и с помощью насоса производится разрежение до определенного уровня ВГД. При разрежении ВГД растет и кривая глазного пульса уплощается. В какой-то момент в сосудах, в которых систолическое давление меньше ВГД, пульсовая волна пропадает полностью. Как только глазной пульс пропадает, разрежение постепенно уменьшают. ВГД падает и пульсовая волна снова возвращается в сосуды. Сначала пульс появляется в центральных артериях сетчатки, затем – в хориоидальных и цилиарных артериях. В конце концов, ВГД становится меньше диастолического давления в сосудах глаза и прирост амплитуды пульса прекращается. В дополнение W.D.Ulrich с соавт. предложили проводить флюоресцентную ангиографию в комбинации с ООДГ и таким образом смогли определять источник пульсовой волны и соотносить информацию о глазном пульсе с определенными сосудами.

Несмотря на важные и интересные результаты метода нагрузка на испытуемого при исследовании ООДГ достаточно большая. Из-за своей «нагрузочности» метод ООДГ постепенно вытесняется более современными методами офтальмодинамометрии, как, например, методом офтальмодинамометрии с контактной линзой Гольдмана по B. Low.

Преимущества и недостатки метода окуло-осцилло-динамографии

                                                                                                            Таблица 6

        Преимущества

           Недостатки

Неинвазивность

Большая нагрузка  на объект  исследования

Относительная дешевизна

Ригидность фиброзной капсулы глаза и сосудов влияют на результаты измерений, но не учитываются при обработке

Не является прямым методом измерения глазного кровотока

Существует очень много методов исследования гемодинамики глаза. Исследование гемодинамики,  в каждом конкретном случае,  может позволить объективно оценить причины неудовлетворительного функционального результата операции или возникновения осложнений.

4.Выбор и обоснование метода, принимаемого в основу разработки

Представляя собой одну из основных физиологических функций, кровообращение имеет особое значение для состояния органа зрения человека. Это определяется высокой чувствительностью зрительного анализатора к нарушениям кровоснабжения, а также тем, что циркуляция крови по сосудам глаза является одним из факторов, поддерживающих оптимальный уровень внутриглазного давления.

Исследования кровообращения глаз имеют большое значение для изучения патогенеза и клиники ряда заболеваний органа зрения, особенно глаукомы. Значение этого вопроса определяется также анатомической общностью  глазных и целебральных сосудов, что позволяет использовать исследования кровеносной системы глаза для диагностики нарушений кровотока по внутренней сонной артерии и сосудистых поражений головного мозга.

Клинические исследования гемодинамики глаза с помощью современных приборов дают возможность не только лучше диагностировать различные сосудистые заболевания, но и глубже анализировать состояние больных, а также объективно контролировать эффективность проводимого лечения.

Как было сказано ранее, реография – это общее название метода  исследования кровообращения, основанный на регистрации изменений сопротивления участка исследуемой живой ткани проходящему через нее переменному электрическому току, метод, в настоящее время широко применяющийся в клинических и физиологических исследованиях.

Ритмические изменения электрического сопротивления тканей (импеданса) в течение сердечного цикла были впервые обнаружены Mann (1937), который и предложил использовать это явление  для изучения кровообращения. Было отмечено, что при увеличении кровенаполнения сосудов органа  во время систолы сопротивление тканей  электрическому току  уменьшается: при диастоле, когда кровенаполнение уменьшается, наоборот, регистрируется увеличение сопротивления. Причина этого явления состоит в том, что плазма крови обладает значительно большей электропроводностью, чем другие ткани, вследствие этого систолическое увеличение кровенаполнения сопровождается уменьшением сопротивления тканей электрическому току.

Проанализировав несколько методов исследования кровообращения глаза и изучив их преимущества и недостатки мы всё таки остановимся на реоофтальмографии и далее дадим подробное описание этому методу.

Реоофтальмография (РОГ) - уникальный способ исследования кровотока глаза. С увеличением объемной скорости кровотока в исследуемых тканях их электросопротивление уменьшается, с уменьшением объемной скорости кровотока – увеличивается. РОГ позволяет осуществить отбор больных на оперативное лечение глаукомы, контроль интенсивности консервативной терапии глаукомы и оценку результатов оперативного лечения. По РОГ можно уточнить вид глаукомы и косвенно рассчитать неинвазивным методом величину внутриглазного давления.

Исследование проводится с помощью специальных электродов, которые  накладываются на глазное яблоко.

Конструкция электродов имеет очень большое, пожалуй решающее значение для того, чтобы получить относительно длительную и стабильную запись глазного пульса реографическим методом. Перед тем, как была начата разработка электродов для реоофтальмографии, были установлены определенные требования к их конструкции. Электрод должен хорошо контактировать с глазным яблоком, не оказывать на него давления, не вызывать раздражения глаза ни во время исследования, ни после него. В какой то степени прототипом могли бы служить электроды, применяющиеся для электроретинографии. Однако ознакомление с ними показало, что не один из них не отвечает поставленным условиям.

Сравнительные характеристики электродов представлены в табл.7.

Был предложен датчик следующей конструкции (рис.12). На кольце диаметром 14 мм с внутренней стороны укреплены два серебряных электрода размером 4*15мм. Верхнее отверстие кольца датчика вшлифована пробка из плексигласа с присоской. При накладывании датчика на глазное яблоко создается вакуум примерно в 10 мм рт.ст. Масса датчика составляет 4.5 г.


                                                                                     

Рис.11.Электроды для реоофтальмограммы        Рис.12. Датчик для  реоофтальмограммы

                        по Эрслеру                                                       по Беттельхейму

                                                                                          

                

Эрслер (1968) разработал для реоофтальмографии датчик в виде каучуковой присоски, в которую вмонтирован серебряный пуговчатый электрод. Два таких датчика-присосок помещаются по горизонтальному меридиану, отступая 3-4 мм от внутреннего и наружного лимба.(рис.11). Недостатком таких присосок, жестко не соединенных друг с другом, является дрожание их во время исследования, что может давать наводку, а сама реоофтальмологическая кривая получается в значительной степени размытой. Это затрудняет последущую математическую обработку реоофтальмограммы.

Интересны электроды, разработанные И.Чиберене (1971-1972). Они представляют собой пластмассовую прозрачную чашечку (держатель электродов), по краям которой укреплены серебряные пластинки. На стенке чашечки имеется отверстие, в которое вставлена тонкая резиновая присоска. С ее помощью создается небольшой вакуум, достаточный для фиксации датчика на глазном яблоке. Исследования реоофтальмогрммы, проведенные с датчиком, разработанным Чиберене, показали его несомненные преимущества. (рис.13).

Рис.13. Датчик для реоофтальмограммы по Чиберене

Вопрос о массе электрода и давлении его на глаз принципиально важен. Даже небольшая компрессия глаза вызывает изменение кровенаполнения в нем и, следовательно нарушает изометрию.

Было испытано около 15 различных электродов для реоофтальмографии, из них удовлетворительным оказался один – контактное стекло без роговичной части. У склерального края его по горизонтальному меридиану были вмонтированы две платиновых полусферы диаметром 3мм каждая. Это обеспечивало более тесный контакт с глазным яблоком в точках, отстоящих от лимба на 3мм по горизонтальному меридиану (рис.14).

Рис.14. Датчик для реоофтальмограммы по Кацнельсону

Преимущество данной конструкции в ее легкости (вес электрода вместе с проводами 1.25 г), возможности видеть фиксационную точку через верхнее отверстие в электроде, соответствующее диаметру роговицы. Кроме того предотвращается скапливание слезной жидкости под электродами, так как избыток ее просачивается через верхнее отверстие датчика. Следовательно, анализируя рассмотренные электроды, этот электрод является наиболее приемлемым и в настоящее время применяется в клинической практике.

Характеристики электродов

                                                                                                           Таблица 7

Электроды по Эрслеру

Жестко не соеденены друг с другом, в результате чего реоофтальмографическая кривая получается размытой. Масса 2 гр

Электроды по Беттельхейму

По сравнению со всеми электродами большая масса, равная 4.5 гр

Электроды по Чиберене

Скапливание слезной жидкости, что влияет на результат исследования, масса 1.25 гр

Электроды по Кацнельсону

Тесный контакт с глазным яблоком. Контактное стекло электрода без роговичной части, в результате чего предотвращается скапливание слезной жидкости

Методика проведения иссследования

Особое внимание необходимо обращать на отдельные, даже мелкие элементы проведения исследования. Основное условие, необходимое для получения стабильной реоофтальмограммы, состоит в том, чтобы электроды не перемещались по глазному яблоку в течении короткого  промежутка времени регистрации. Даже небольшие движения глаза приводят к искажению кривой или к тому, что ее вообще невозможно получить.

Исследование проводится в положении лежа. После инстилляции в глаза 0.5% раствора дикаина на один из них накладывается датчик. Это производится аналогично  наложению контактного стекла с гаптической частью. Больного просят смотреть вверх, при этом нижний край датчика заводится в нижний конъюктивный свод, затем оттягивается верхнее веко и под него (больной в это время смотрит вниз) вставляется верхний край датчика. Датчик устанавливают так, чтобы центр роговицы был примерно в центре его верхнего отверстия. Если используется датчик без роговичного отверстия, то центр его верхней стенки также должен примерно соответствовать центру роговицы. При правильном расположении датчика электроды должны находиться параллельно лимбу. Важное  значение для относительной иммобилизации глаза во время исследования имеет его правильная фиксация. Для этого над головой больного помещается красного цвета фиксационная точка (лампочка от карманного фонаря, окрашенная в красный цвет, находящаяся в черном футляре, на нижней стенке которого сделано круглое отверстие диаметром 1мм). Фиксационную точку можно передвигать по вертикали, устанавливая ее ближе или дальше от глаза больного. Во время реоофтальмографии больной смотрит на фиксационную точку, оба глаза его должны быть открыты – при этом уменьшается их движения.

Не следует торопиться с началом исследования – больной должен освоиться с обстановкой и понимать, что от него требуется. В том случае, если первая запись  из-за неспокойного поведения больного оказалась неудачной, нужно дать ему отдохнуть и попробывать повторить исследование.

Сущность метода реоофтальмографии заключается в следующем: через электроды, вмонтированные в контактное стекло, пропускают электрический ток высокой частоты. Следует отметить, что недопустима повышенная плотность тока, так электроды, используемые для реоофтальмографии имеют малую площадь, и это приводит к повышенной плотности тока в местах их контакта со слизистой оболочкой глаза и сопровождается раздражающим действием. Поэтому используют ток величиной 1мА. Изменение степени кровенаполнения и скорости движения крови в кровеносных сосудах глаза сопровождается колебаниями электрического  сопротивления в живых тканях, расположенных между электродами.

В общем виде эта связь определяется формулой А. А. Кедрова:

,

где   - относительное изменение  объема ткани в исследуемом участке практически равное изменению объема крови в этом участке; - относительное изменение сопротивления этого участка.

Более полное представление о пульсовых колебаниях электрического сопротивления получают при учете (соотношении) базового сопротивления исследуемого участка (т. е. суммарного сопротивления тела зондирующему току с частотой 50—100 кГц). Полный импеданс (сопротивление) состоит из двух величин, постоянный или базовый импеданс, обусловленный общим кровенаполнением тканей и их сопротивлением, и переменный или пульсовой импеданс, вызванный колебаниями кровенаполнения во время сердечного цикла. Величина пульсового импеданса ничтожно мала и составляет не более 0,5 % общего импеданса. Вместе с тем пульсовой импеданс составляет объект изучения для реографии.

Реоофтальмограмма — это кривая, отражающая пульсовые колебания электрического сопротивления ткани глаза проходящему через нее переменному электрическому току при пульсовых изменениях кровотока.  С увеличением объемной скорости крови в исследуемых тканях их электросопротивление уменьшается. Уменьшение объема крови и ее скорости сопровождается увеличением электрического сопротивления исследуемых тканей. При записи реограммы глаза (реоофтальмограммы) на ней различают следующие части, соответствующие изменениям сопротивления в тканях глаз, обусловленным фазами деятельности сердца: анакротическую часть, вершину, катокротическую часть. Анакротическая часть отражает увеличение объемной скорости крови в тканях глаза после систолы сердца, вершина соответствует максимальному увеличению объемной скорости крови в сосудах исследуемых тканей; дикротическая часть отражает уменьшение объемной скорости крови в тканях глаз после диастолы сердца.

Качественная и количественная оценка реограмм сводится к измерению и описанию амплитудных и временных отрезков кривой, которые отражают состояние тонуса сосудов, их эластичность, величину ударного объема. Кроме того, вычисляются специальные реографические показатели. Обращается внимание на форму кривой, так как при патологии сосудистой системы реографические кривые значительно деформируются. Исследуются объемная и дифференциальная реограмма (рис.15).

Рис.15. Реоофтальмограмма практически здорового человека


На объемных реограммах, характеризующих изменение кровенаполнения в исследуемой области, различают главную, или систолическую, волну (соответствующую анакротической фазе пульсовой волны), ритмично возникающую за каждой систолой и отражающую приток артериальной крови к исследуемому органу или ткани. Точка а этой волны соответствует   началу быстрого притока крови в исследуемую область, точка х – максимальному пику дифференциальной кривой и характеризует максимальную скорость быстрого наполнения (Vмакс, Ом/с) (рис.15) . Точка в отражает конец периода быстрого наполнения. В дальнейшем подъем кривой замедляется (период медленного притока), и она переходит в закругленную вершину. В этот период приток крови равен ее оттоку, причем скорость кровенаполнения в точке равна нулю.

Если импеданс изменяется с большой скоростью, что обычно имеет место при высокой частоте сердечного ритма, вершина приобретает заостренную форму. За вершиной следует пологий спуск, свидетельствующий превалировании оттока крови над притоком.

За инцизурой, располагающейся в верхней трети нисходящего колена, начинается диастолическая часть кривой с волной d, соответствующая катакротической фазе пульсовой волны. Инцизура разделяет систолическую и диастолическую волны и соответствует моменту захлопывания полулунных клапанов.

Наиболее информативными признаками, с нашей точки зрения, являются:

1) реографический систолический индекс (отношение амплитуды систолической волны к калибровочному импульсу),  являющийся показателем величины систолического притока. Выражается в относительных единицах.

2)  интервал от начала восходящей части кривой до
вершины (период максимального наполнения) –
ас. Этот период в свою очередь делится на два интервала:

а) период быстрого наполнения (притока) – ав: от начала восходящей части кривой до точки наиболее крутого подъема, которая легко определяется по пику дифференциальной реограммы. Выражается в относительных единицах;

б) период медленного наполнения (притока) – вс: является продолжением периода быстрого наполнения до вершины реографической кривой. Выражается в относительных единицах;

3) отношение амплитуды систолической волны к амплитуде диастолической, отражающее степень преобладания артериального притока во время систолы над венозным оттоком во время диастолы;

4) максимальная скорость быстрого наполнения (Vмакс, Ом/с) – отношение амплитуды быстрого наполнения в Омах к продолжительности этого периода в секундах. Этот показатель характеризует скорость кровенаполнения крупных ветвей артерий;

5) средняя скорость медленного наполнения (Vср, Ом/с) – отношение амплитуды медленного наполнения в Омах к продолжительности этого  периода в секундах. Характеризует наполнение средних и мелких артериальных сосудов;

Vмакс,  Vср,  вс определяются при помощи дифференциальной реограммы.

При отсутствии дифференциальной реограммы  окончание периода быстрого кровенаполнения определяется графическим методом (рис.16).

Рис.16. Графическое изображение окончания периодов быстрого (I) и медленного (II) наполнения (методика  Н.Н Савицкого).

Величина этого периода, включающего интервал от точки окончания периода быстрого кровенаполнения до конца систолы, определяется с помощью метода Н. Н. Савицкого (1956), позволяющего графически установить окончание систолы. Для этого проводится прямая линия от нижнего угла инцизуры. Место отделения этой линии от изгиба реографической кривой соответствует окончанию систолы.

7) показатели временных соотношений:  — длительность анакротической фазы реографической волны, определяемая  от начала   кривой   до   момента  установления максимальной амплитуды;  - длительность    катакротической фазы реографической   волны, измеряемая отрезком времени от вершины реограммы до ее окончания.

Из многих методов математической расшифровки  наиболее удобным оказался расчет реографического коэффициента, который производится по формуле:

,

Где А – амплитуда, мм;  - калибровочный  импульс, Ом; Е – калибровочный импульс, мм; R – сопротивление между электродами, Ом.

Реографический коэффициент является относительной величиной и выражается в промиллях.

Г. И. Сидоренко и др. (1973), разрабатывая показатели, поддающиеся автоматическому измерению, предложили определять показатель замедления кровенаполнения (ПЗК), позволяющий судить об эластичности сосудистой стенки. Для этого авторы использовали метод дифференцирования пульсовых кривых. После установления амплитуды кривых до и после дифференцирования рассчитывалось их соотношение, т. е. определялась величина показателя замедления кровенаполнения:

ПЗК – это отношение амплитуды объемной кривой к амплитуде дифференцированной кривой.

Авторы методики   отмечают,   что по мере снижения эластичности сосудистой стенки ПЗК возрастает. Это может быть использовано как дополнительный диагностический признак в оценке атеросклеротического поражения сосудов.

Повышение тонуса сосудов проявляется также уменьшением крутизны наклона  анакроты, снижением амплитуды быстрого систолического подъема и максимальной скорости изменения импеданса. При повышении тонуса сосудов  на реограммах отмечаются увеличение продолжительности анакротической фазы за счет удлинения  периода медленного наполнения и замедления средней скорости изменения импеданса, смещение дикротического зубца  к вершине и возрастание дикротического индекса  до 80-100% (в норме – 40 – 50% ).

При снижении тонуса сосудов  нарастает крутизна подъема, укорачивается длительность анакротической фазы, увеличивается амплитуда. Вершина систолической волны заостряется, дикротический зубец смещается к основанию кривой, соответственно уменьшается величина дикротического и диастолического индексов.

Для определения изменения скорости кровенаполнения используется математическая операция дифференцирования.

Первая производная характеризует скорость изменения электропроводности исследуемого участка, то есть скорость изменения кровенаполнения, и позволяет получать ценные сведения о сосудистом тонусе и сократимости миокарда. Для ее регистрации используется дифференцирующая цепочка, состоящая из емкости и блокирующего сопротивления и имеющая постоянную величину времени 0.01 с. Эта цепочка реагирует только на скоростные процессы, то есть время ее заряда равно 0.01 с, что на порядок меньше  времени следования основного сигнала.

Первая производная позволяет определить особенности реографической кривой, трудно выявляемые при обычном анализе. В частности, с ее помощью устанавливаются место нахождения  дополнительных волна нисходящей части реографической кривой, вершина реограммы, нередко плохо выраженная, длительность анакротической фазы реографической волны. При записи первой производной создается возможность для измерения угла наклона восходящей части кривой.

Дифференциальная реограмма состоит из основного положительного зубца, в котором различают восходящую часть, вершину и нисходящую часть. В норме восходящая и нисходящая части основного зубца  равны и симметричны. При повышении тонуса сосудов нисходящая часть укорачивается, при снижении удлиняется  с одновременным углублением  основного отрицательного зубца. На горизонтальной линии, в которую переходит основной отрицательный зубец, могут быть дополнительные зубцы (положительные и отрицательные), амплитуда которых зависит от состояния сосудистой стенки. Отрицательные зубцы соответствуют дополнительным волнам нисходящей части объемной реограммы.

Основной положительный зубец первой производной отражает скорость падения сопротивления при поступлении крови в исследуемый участок сосудистого русла. Проекция вершины этого зубца на восходящую часть объемной реограммы позволяет определить точку, соответствующую максимальной скорости наполнения сосуда и окончанию периода быстрого наполнения (рис. 17), который, как и максимальная скорость изменения импеданса, отражает функциональное состояние  сосудов и сократительную способность сердца.

                             Рис.17. Реографическая волна (I) и ее производная (II).

После указанной точки следует падение кривой, обусловленное уменьшением скорости наполнения сосуда в фазе медленного изгнания крови.

Вершина объемной реограммы представляет собой точку, в которой скорость раскрытия равна нулю. На первой производной это соответствует месту пересечения нисходящей части основного положительного зубца с изолинией (рис. 18).

                      

Рис.18. Обычная и дифференциальная реограмма

Перпендикуляр от этой точки () к вершине реографической кривой соответствует точке (с), являющейся окончанием периода медленного наполнения (вс).

М. А. Ронкин и И. М. Максименко (1969) для более точной оценки реограмм используют следующие цифровые показатели (см. рис.17):

1) время от начала реографической волны до точки проекции вершины основного положительного зубца первой производной на восходящую часть реографической волны ();

2) время от точки проекции вершины основного положительного зубца первой производной  на восходящую часть реографической волны до вершины объемной реограммы ();

3) амплитуда () – от основания реографической волны до точки проекции вершины основного положительного зубца первой производной  на восходящую часть реографической волны.

При анализе реограмм учитывается отношение : и  ко всей амплитуде реографической волны  ().

По данным  М. А. Ронкина и И. М. Максименко, в норме равен   (:=1; :=1:1.3 . При понижении сосудистого тонуса :=1:0.6; :=1:1.1.

При повышении тонуса :=1:2.7; :=1:2.3.

Для выяснения с помощью дифференциальной реограммы скорости кровенаполнения в любой момент времени  Ю. Т. Пушкарь и др. (1967) предложили следующую методику расчета (рис.19):

Рис.19. Вычисление скорости кровенаполнения

На объемной реограмме  выбирается участок  с возможно более выраженной постоянно крутизной (ав) и строится треугольник  АВС. Его гипотенуза является  касательной с точкой максимальной крутизны (в), которая определяется по вершине дифференциальной реограммы. Катеты построенного треугольника  (ВС и АС) проводят произвольно. В этом треугольнике определяется  тангенс угла ВАС:

.

ВС выражается  либо в Омах  , либо в относительных единицах, где К – калибровочный импульс, полученный при разбалансе моста реографа на 0.1 Ома  угла наклона  кривой в любой момент времени представляет  собой скорость в тот же момент времени (V, Ом/с).

Определив высоту () точки  дифференциальной кривой (мм), можно рассчитать, какой скорости соответствует  1мм отклонения этой кривой (N).

 или .

Измерив амплитуду (мм) дифференциальной кривой в любой момент времени и умножив эту величину на значение  N , получают скорость в Омах в секунду.

Для расчета средней скорости в любом интервале времени (фазе быстрого, медленного и редуцированного изгнания) следует участок кривой объемной (основной) реограммы, в котором производится вычисление, условно принять за отрезок прямой и, построив треугольник, найти тангенс угла ее наклона относительно горизонтали. Таким путем определяется (приблизительно) средняя скорость в каждую отдельную фазу изгнания:

.

Приведенные данные свидетельствуют о ценности дифференциальной реографии, представляющей дополнительные сведения для оценки сократительной функции миокарда и сосудистого тонуса.

Из описания известных методов исследования гемодинамики глаза можно сделать вывод о том, что метод, рассмотренный в данном дипломном проекте, а именно реоофтальмография, находит большее применение в клинической практике.

Реоофтальмография лишена тех недостатков, которыми обладают методы, которые мы рассмотрели ранее.

Основные показатели реоофтальмографической кривой позволяют проводить ее математическую обработку с расчетом объемных показателей кровотока, а использование дифференциальной реоофтальмограммы дает возможность определить скоростные характеристики глазного кровотока. Ток малой величины, пропускаемый через объект не представляет опасности для пациента и не вызывает дискомфорта. Применяемые электроды имеют достаточно малый вес, что не вызывает компрессии глаза, в отличие от офтальмодинамометрии, офтальмодинамографии и др. методов, в которых для исследования используется нагрузка на глаз. Их специальная конструкция обеспечивает хороший контакт с глазным яблоком, не оказывает на него давления, не вызывает раздражения глаза ни во время исследования, ни после него, что позволяет получить  относительно длительную и стабильную запись глазного пульса. Еще одним достоинством метода реоофтальмографии является простота проведения исследования, что не требует высококвалифицированного персонала.

5.Разработка структурной схемы устройства.

В соответствии  с техническим заданием целью данного диплома является разработка реоофтальмографа.

В разработанной структурной схеме применяются электроды, которые накладываютя на глазное яблоко. Через которые пропускается электрический ток и между которыми измеряется электрическое сопротивление.

Принцип действия прибора основан на преобразовании в напряжение модуля полного электрического сопротивления между измерительными электродами.

Колебания электрического сопротивления глазного яблока с помощью измерительного моста преобразуются в колебания напряжения. Блок аналоговой обработки сигнала (БАОС) преобразует сигнал в форму, удобную для  восприятия цифровой частью схемы.  Дифференциатор используется для получения дифференцированной реограммы. Аналоговые сигналы для дальнейшей обработки и анализа необходимо передать в ЭВМ. Для этого сигналы преобразуются в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП).

В процессе работы полученные данные необходимо накопить в памяти прибора – оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) и через интерфейс передать в компьютер.

6.Разработка и расчет функциональной схемы, описание работы устройства

Функциональная схема прибора представлена в приложении.

Произведем расчет необходимых параметров функциональной схемы. Рассчитаем общий коэффициент усиления схемы.

Используя заданную величину изменения сопротивления ,можно определить напряжение на выходе моста.

 Для устранения неприятных ощущений для пациента и изменений физиологических показателей исследуемого объекта (нарушений структуры, механических, химических, нервных или каких-либо других процессов жизнедеятельности) величина тока высокой частоты не должна превышать порогового значения. Для указанного диапазона частот (30-120 кГц) величина тока составляет 1 мА.

Найдем напряжение:

Так как с мостовой схемы поступает сигнал величиной 4 мВ, а для АЦП требуется 5В, то коэффициент усиления канала () будет равен:

- входной сигнал

- отношение сигнал/шум

Чтобы выбрать , необходимо, чтобы выполнялось условие:

Возьмем соотношение сигнал/шум на выходе ПУ  .

Определим коэффициент ослабления синфазного сигнала ПУ:

Определим коэффициент дифференциального усиления, необходимый для обеспечения на выходе ПУ выбранного соотношения сигнал/шум:

Так как , то

По графику определяем полосу пропускания усилителя:

Рис.21.Зависимость коэффициента усиления от частоты.

Частота среза фильтра 25 Гц (из исходных данных).

Вычислим отношение сигнал/шум на выходе фильтра:

,

Отсюда следует, что разрядность АЦП N=8.(См. табл.)

                                                                                               Таблица 8

Вычислим погрешность АЦП:

Заданная погрешность должна быть не более 2%, то есть  

В нашем случае это условие выполняется.

Коэффициент усиления предварительного усилителя должен быть таким, чтобы обеспечить правильную работу следующего элемента – детектора. В схеме детектора имеются диоды, напряжение на которых в среднем составляет 0.6 В

Находим коэффициент усиления:

Значит коэффициент усиления выходного усилителя равен:

Описание работы устройства

 Регистрацию проводят с помощью специальных датчиков конструкции  по Кацнельсону. На исследуемый глаз накладывается  датчик, через который пропускается электрический ток с помощью генератора и между электродами, вмонтированными  в контактное стекло, измеряется электрическое сопротивление. Сигнал от электродов поступает на измерительный мост, представленный в виде мостовой схемы выполняющий функцию преобразования колебаний электрического сопротивления глазного яблока в колебания напряжения.

БАОС состоит из предварительного усилителя, детектора, ФНЧ, и выходного  усилителя. Так как величина полезного сигнала, снимаемого с электродов, мала, то входной сигнал нужно усилить в некоторое число раз. Поэтому в разрабатываемой схеме используются два усилителя: предварительный (ПУ) и выходной (ВУ). Сигнал с мостовой схемы поступает на дифференциальный усилитель, который усиливает “полезный” сигнал и ослабляет синфазную составляющую. Входной сигнал будет представлять собой зондирующий сигнал, амплитуда которого модулирована величиной относительно медленно изменяющегося во времени сопротивления исследуемого участка тела. Таким образом этот сигнал для непосредственного анализа не удобен и интересующий нас сигнал из него необходимо предварительно выделить. Разделение зондирующего сигнала и его огибающей (которая как раз и отражает колебания сопротивления), осуществляется с помощью специального устройства - детектора. После детектора сигнал подается на ФНЧ (в  качестве ФНЧ используем ФНЧ Баттерворта 2-ого порядка) который пропускает спектр измерительной информации (выделяет пульсовые колебания) и ослабляют помехи и шумы. Cигнал с БАОС поступает на  дифференциатор, который позволяет получить дифференциальную реограмму, т.е. зависимость производной по времени от сопротивления исследуемого биообъекта.

После всех преобразований сигналы поступают в микроконтроллер, который совмещает в себе функции мультиплексора и АЦП.

В приборе используется микроконтроллер 83С51GB фирмы Intel. В состав данного микроконтроллера входит аналого-цифровой преобразователь, который предназначен для преобразования значений аналоговых сигналов в 8-ми разрядный двоичный код. Также в состав микроконтроллера входит мультиплексор с 8-ю аналоговыми входами.

Начальная инициализация МК происходит при подаче сигнала на вход RESET MK путем нажатия кнопки “Cтарт”. Далее в соответствии с программой, записанной во внутреннюю память, начинается преобразование сигналов, поступающих на аналоговые входы микроконтроллера, тем самым происходит запуск аналого-цифрового преобразователя.

С помощью мультиплексора входы преобразователя последовательно во времени подключаются к схеме АЦП. После этого выполняется преобразование сигналов. Код преобразования помещается в соответствующие регистры для промежуточного хранения результата преобразования. Далее происходит передача сигнала во внешнюю память для их накопления. На выходах порта Р0 выставляется младший байт адреса (А7..А0), который по стробу ALE фиксируется в регистре и вместе со старшим байтом адреса (А15..А8), выдаваемым портом Р2, образует 16-ти разрядную шину адреса. Код адреса передается на адресные входы внешнего ОЗУ. После снятия сигнала ALE на выходах порта Р0 появляются данные (D7..D0), которые по сигналу  переписываются с шины данных во внешнюю память. После накопления данных в ОЗУ (при определенном количестве отсчетов) МК посылает сигнал о готовности передачи данных. Это будет продолжаться до тех пор, пока МК не получит сигнал от компьютера о готовности принять данные внешней памяти с последущей передачей их в ЭВМ.

Передача информации с МК на ЭВМ и с ЭВМ на МК происходит с помощью интерфейса RS-232. Данные с выхода TxD МК через интерфейсную микросхему передаются в компьютер. В качестве интерфейсной микросхемы выбрана микросхема МAX232 фирмы MAXIM. После окончания передачи данных МК сообщает об этом компьютеру, который инициирует окончание передачи.

 

 

7.Разработка и расчет принципиальной схемы, выбор применяемой элементной базы

Элементную базу разрабатываемого прибора составляют интегральные микросхемы, резисторы, конденсаторы, диоды. Наибольшее влияние на функциональные возможности и основные характеристики прибора оказывают интегральные микросхемы (ИМС). Устройства, созданные с применением ИМС, обладают большой надежностью, малыми габаритами и массой.

Принципиальная схема представлена в приложении.

Генератор синусоидальных колебаний

Рис.22.Схема  генератора с  мостом Вина.

При  в устройстве возникают колебания с частотой

Обычно в мосте Вина обеспечивают выполнение равенств

. Тогда частота автоколебаний  определяется выражением:

Для нашего метода требуется частота 80 кГц, исходя из этого выберем значения сопротивления и емкости:

Возникновение автоколебаний обеспечивается выполнением неравенства .

Тип применяемых резисторов R1,  R2, R3, R4C2-29B с допуском 0.1%.

Тип применяемых конденсаторов С1 и С2 – К10-17-1б с допуском 5%.

В качестве операционного усилителя выбираем микросхему КР140УД17А, представляющую собой монолитный прецизионный операционный усилитель с внутренней частотной коррекцией и сверхнизким значением входного тока шума.

Измерительный мост

Рис.23. Измерительный мост

При пропускании тока через биологический объект, между электродами возникает сопротивление. Базовое сопротивление Rбаз=1000Ом=1кОм (по заданию).

Подберем  значение сопротивлений, чтобы выполнялось заданное условие  R5=2.2кОм, Хс3=1.8кОм 

R5=R6=2.2кОм, С3=С4=1нФ

Тип применяемых резисторов R5,R6C2-29B с допуском 0.1%.

Тип применяемых конденсаторов С3 и С4 – К10-17-1б с допуском 5%.

 Дифференциальный усилитель .

Рис. 24. Дифференциальный усилитель.

 

Коэффициент усиления схемы определяется отношением:

  Выбираем    значение резисторов:

  ,

тогда:

   

Тип применяемых резисторов R7, R8, R9, R10C2-29B c допуском 0.1%  (для уменьшения погрешности усиления).

В качестве операционного усилителя выбираем микросхему КР140УД17А.

Выходной усилитель.

Рис.25.Выходной усилитель

Коэффициент усиления определяется соотношением:

Найдем значения сопротивления. R20 и R18. Зададимся одним из сопротивлений

 

Тогда :

 

Тип применяемых резисторов R19, R20, R21- С2-29В с допуском 0.1% (для уменьшения погрешности усиления).

В качестве операционного усилителя выбираем микросхему КР140УД17А.

7.6.Дифференциатор

Дифференциатор используется для получения дифференцированной реограммы, то есть первой производной.

Изменения входного напряжения вызывают протекание тока через конденсатор, этот ток должен течь также через резистор. За счет большого внутреннего коэффициента усиления ОУ его инвертирующий вход является виртуальной землей, поэтому выходное напряжение  ОУ оказывается пропорциональным скорости изменения входного напряжения.

Рис.26. Дифференциатор

Постоянная времени сигнала определяется из его частоты  .

Зададимся значением емкости

        ,

      

Тип применяемого резистора R22- C2-29B с допуском 0.1%.

Тип применяемого  конденсатора С8 – К10-17-1б с допуском 5%.

В качестве операционного усилителя выбираем микросхему КР140УД17А.

Детектор

Рис.27. Детектор

Обладает высоким входным и малым выходным сопротивлением. При положительных входных сигналах диод VD1 закрыт, а диод VD2 открыт. Схема охвачена общей обратной связью через резисторы R13, R14 и R11. Напряжение на инвертирующем входе первого ОУ за счет действия обратной связи поддерживается равным Uвх.

Для обеспечения одинакового коэффициента усиления положительного и отрицательного сигнала выбирают:

При единичном коэффициенте усиления  ,

Для повышения быстродействия  лучше использовать резисторы небольших номиналов, так как в этом случае перезаряд емкостей диодов происходит быстрее. При этом снижаются погрешности, связанные  с выходными токами утечки.

Для компенсации тока утечки в схему вводится

Если взять , то

Емкость конденсатора составляет 100 пФ.

Тип применяемых резисторов R11, R12, R13, R14 – С2-29В с допуском 0.1%. Тип конденсатора С5 - К10-17-1б с допуском 5%.

В качестве операционного усилителя выбираем микросхему КР140УД17А.

8. Анализ составляющих погрешности и их расчет, расчет суммарной погрешности

Общая погрешность определяется неидеальностью средств измерения (технологический разброс параметров схемы, неидеальность ОУ и др.). Погрешность можно разделить на две составляющие: аддитивную и мультипликативную погрешности. Аддитивная составляющая выражается в появлении паразитной постоянной составляющей выходного сигнала. Мультипликативная погрешность вызывает различные искажения сигнала. Для линейной системы передаточная функция в идеале имеет вид: f(x)=kx. 

Реально эта функция имеет вид:

,

где   - мультипликативная составляющая погрешности, - аддитивная составляющая.

9.1Расчет погрешности  дифференциального усилителя.

Дифференциальный усилитель построен на ОУ типа КР140УД17А. Запишем основные характеристики, необходимые для расчета погрешностей:

- коэффициент усиления напряжения ,

- входные токи ,

- разность входных токов ,

- напряжение смещения нуля ,

-температурный дрейф входных токов

- температурный дрейф напряжения смещения

В качестве элементов схемы выбраны высокоточные резисторы С2-29В с допуском 0.1%.

Номинальные значения сопротивлений R8=R7=680Ом, R9=R10=100кОм, коэффициент усиления Кн=150.

Номинальное значение напряжения на выходе усилителя

Реальная функция преобразования ,

Где  - смещение на выходе усилителя,

 - изменение коэффициента усиления

Смещение на выходе усилителя складывается  из следующих составляющих:

1. смещение нуля операционного усилителя 15 мкВ;

2. смещение нуля на выходе, обусловленное разностью входных токов, 2= ±∆Iвх · R7 ·Кн=5·10-12 ·680·150=0.51 мкВ;

3.смещение нуля на выходе, вызванное различием сопротивлений во входных цепях: , где , а  и  - сопротивления, подключенные к 1-ому и 2-ому входам ОУ.

, следовательно =0

4. Температурный дрейф смещения нуля

5. смещение нуля на выходе, обусловленное температурным дрейфом разности входных токов         

Тогда общее смещение

6.8 мкВ

Мультипликативная составляющая погрешности, обусловленная изменением коэффициента усиления, рассчитывается следующим образом:

,

Где ,

.

Тогда ,

Тогда погрешность усилителя:

9.2 Расчет погрешности выходного усилителя

       Рассчитаем погрешности ВУ. В данном случае используется та же марка ОУ, что и для ПУ (КР140УД17А). Основные характеристики ОУ приведены ранее.  В качестве элементов схемы выбраны выбраны высокоточные резисторы С2-29В с допуском 0.1%.

Номинальные значения сопротивлений, соответствующие ряду Е24: ; ; . Коэффициент усиления Кн=8.

Реальная функция преобразования

Оценим составляющие аддитивной погрешности:

1. смещение нуля операционного усилителя 15 мкВ;

2. смещение нуля на выходе, обусловленное разностью входных токов, 2= ±∆Iвх · R19 ·Кн=5·10-12 ·24000·8=0.96 мкВ;

3.смещение нуля на выходе, вызванное различием сопротивлений во входных цепях: , где , а  и  - сопротивления, подключенные к 1-ому и 2-ому входам ОУ.

,

4. Температурный дрейф смещения нуля

5. смещение нуля на выходе, обусловленное температурным дрейфом разности входных токов         

Тогда общее смещение

Мультипликативная составляющая погрешности, обусловленная изменением коэффициента усиления, рассчитывается следующим образом:

,

Где ,

.

Тогда ,

Тогда погрешность усилителя:

Расчет погрешности АЦП

Погрешность, вносимая АЦП, рассчитывается по формуле:

, где N – разрядность АЦП

Расчет погрешности ФНЧ

ФНЧ построен на основе ОУ типа КР140УД17А, характеристики которого указаны ранее. В качестве элементов схемы выбраны высокоточные

Резисторы С2-29 с допуском 0.1%. Номинальные значения сопротивлений R14=22.7кОм, R15=36кОм, R16=>, R17=62кОм. Коэффициент усиления Кн=1.

Реальная функция преобразования

Оценим составляющие аддитивной погрешности:

1. смещение нуля операционного усилителя 15 мкВ;

2. смещение нуля на выходе, обусловленное разностью входных токов, 2= ±∆Iвх · Rвх ·Кн;

2= ±∆Iвх · Rвх ·Кн=5·10-12 ·11000·1=0.055 мкВ;

3.смещение нуля на выходе, вызванное различием сопротивлений во входных цепях: , где , а  и  - сопротивления, подключенные к 1-ому и 2-ому входам ОУ.

4. Температурный дрейф смещения нуля

5. смещение нуля на выходе, обусловленное температурным дрейфом разности входных токов         

Тогда общее смещение

Мультипликативная составляющая погрешности, обусловленная изменением коэффициента усиления, рассчитывается следующим образом:

,

Где ,

,

Тогда ,

Тогда погрешность фильтра:

           Итак, суммарная погрешность прибора складывается из относительных погрешностей дифференциального усилителя, выходного усилителя, фильтра и погрешности АЦП

9. Экспериментальная часть

Фильтры могут быть активными и пассивными. Пассивными фильтрами называются такие устройства, которые реализованы с использованием только пассивных компонентов электронной техники - резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности.

Эти фильтры непригодны для частот ниже 0,5 МГц вследствие того, что параметры катушек индуктивности на низких частотах становятся неудовлетворительными из-за значительных габаритов и отклонения их параметров от идеальных. Для исключения индуктивностей из фильтров, работающих в диапазоне низких частот, применяют так называемые активные фильтры. Такие фильтры обычно имеют меньшую массу и занимают меньше места, чем пассивные.

Активными фильтрами называются устройства, реализованные на основе резисторов, конденсаторов и активных элементов электронной техники, таких, как транзисторы, операционные усилители и пр..

Одним из наиболее широко используемых при построении фильтров активных приборов является операционный усилитель (ОУ). Ввиду ряда преимуществ активных фильтров, в дипломном проекте мы используем фильтр на ОУ.

Для выбора нужного  фильтра, нам нужно сравнить амплидутно-частотные характеристики нескольких фильтров, и выявить наиболее подходящие заданным требованиям (частота среза – 25Гц).

Для решения данной задачи смоделируем схемы активных фильтров в программе Micro-Cap Evaluation 7.0 c учетом всех рассчитанных параметров.

9.1. Моделирование фильтра первого порядка

Значение емкости С1 выбирается близким к значению .

С1=0.4 мкФ

Из номинального ряда Е24 выбираем значения, близкие к рассчитанным:

R1=R3=16кОм

С1=0.39мкФ

Подставляем эти значения в схему и получаем следующую амплитудно-частотную характеристику:

9.2. Моделирование фильтра второго  порядка

Из номинального ряда выбираем значения, близкие к рассчитанным:

Подставляем полученные значения в схему и получаем следующую амплитудно-частотную характеристику:

9.3. Моделирование фильтра третьего порядка

Фильтр третьего порядка состоит из звена первого и второго порядка.

Для звена второго порядка возьмем значения, рассчитанные ранее:

Подставляем эти значения в схему, получаем амплитудно-частотную характеристику следующего вида:

Исходя из исследования фильтров, можно сделать вывод о том, что полоса пропускания фильтра первого порядка заметно отличается от заданной частоты. Заданным требованиям удовлетворяют фильтры второго и третьего порядка. С целью экономии затрат целесообразней выбрать фильтр второго порядка.

12. Безопасность и экологичность проекта

Кажущаяся простота работы с ПЭВМ обманчива, на что указывают и субъективные ощущения пользователей, и многочисленные исследования. Люди, работающие с ПЭВМ, подвергаются специфической нагрузке, которую относят к психическим формам труда. Работа пользователя помимо напряжённого нервно-эмоционального характера труда, повышенной нагрузки на зрительный анализатор, недостатка в подвижности и физической  активности сопровождается воздействием на него большого количества других опасных и вредных факторов.

Для оптимизации условий труда пользователя с целью сохранения его здоровья и работоспособности необходимо выявить опасные и вредные факторы применительно к конкретной обстановке, оценить значимость этих факторов и возможные неблагоприятные последствия. Многие факторы, которые как нам кажется не существенно влияют на организм, при систематическом воздействии могут приводить к существенному снижению работоспособности и ухудшению здоровья человека.

Безопасные условия труда на ПЭВМ регламентируют СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к ПЭВМ и организация работы».

1. Анализ условий труда на рабочем месте инженера

Анализируемое помещение представляет собой комнату размером 2.3x4.5 (м2), высота потолка 2.5 (м). Таким образом, площадь S=10.35 (м2), объем V= 25.88 (м3).

Помещение оборудовано устройствами общего освещения. В помещении имеется следующее рабочее оборудование:  ПЭВМ ноутбук Lenovo IdeaPad-Y510, клавиатура Logitech, беспроводной манипулятор типа «мышь» с лазерным датчиком невидимого диапазона, принтер Canon Pixma IP 4200. По длинной стороне помещения расположено окно, стены поклеены голубовато-зелеными обоями, пол плиточный из керамической плитки. В указанном помещении имеется 1 рабочее место, которое представляет собой  кресло и  стол,  расположенный так, чтобы свет на него падал слева. Рабочее кресло обеспечивает поддержание рациональной рабочей позы пользователя. Рабочий стол обеспечивает оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования. Поверхность стола матового цвета. Дверь в рабочее помещение металлическая, сейфового типа. Электропроводка в комнате алюминевая, сечение 1,5 мм2 с заземлением, изоляция выдерживает 2 кВ, стоят распределительные коробки, питание поступает от одной фазы, разведенной от трехфазного источника, распределительный щит с автоматическими несмежными  двухконтактными выключателями по 10А каждый, контакт между розеткой  и вилкой рассчитан на ток 10А.  Таким образом, наше помещение удовлетворяет требования СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к ПЭВМ и организации работы», по которому на одно рабочее место с ПЭВМ должно приходиться не менее 6 м2.  Для устранения возможности засветки экрана дисплея оконные проёмы в помещении оборудованы занавесями.

Согласно ГОСТ 12.0.003-74* «Опасные и  вредные производственные факторы. Классификация»   опасным называется производственный фактор, воздействие которого на работающего в определённых условиях приводит к травме или другому внезапному резкому ухудшению здоровья. Если же производственный фактор приводит к заболеванию или снижению работоспособности, то его считают вредным.

 По ГОСТ 12.0.003-74* опасные и вредные производственные факторы подразделяются по природе действия на следующие группы:

  •    физические;
  •    химические;
  •    биологические;
  •    психофизиологические.

Анализируя условия труда на рабочем месте, можно выделить следующие вредные и опасные факторы:

  1.  Опасность поражения электрическим током.
  2.  Повышенный уровень статического электричества.
  3.  Недостаточная освещенность помещения.
  4.  Повышенный уровень шума на рабочем месте.
  5.  Неблагоприятные микроклиматические условия.
  6.  Возможность возникновения пожара.
  7.  Воздействие электромагнитного и радиационного излучений.
  8.  Психофизиологические  нагрузки.

Рассмотрим влияние этих факторов более подробно.

  1.  Опасность поражения электрическим током

Основными причинами электротравм при работе с ПЭВМ являются случайное прикосновение человека к токоведущим частям, находящимся под напряжением, и прикосновение к металлическим нетоковедущим частям, которые могут оказаться под напряжением случайно при повреждении изоляции. Электропроводки должны выполняться в соответствии с требованиями ПУЭ-03. Устройство распределительных щитов производится в соответствии с ПУЭ-03. Ограничивается доступ к токоведущим частям в них. Все распределительные щиты снабжены кнопками аварийного отключения.

Согласно  ГОСТ  12.1.0.38-82, установлены  предельно  допустимые  значения напряжений  прикосновения и токов, проходящие через человека при аварийном режиме работы электроустановок (таблица 1.).

Таблица 1.. Предельно допустимые значения токов в аварийном режиме

Электрический   ток,   проходящий  через  тело человека,   оказывает  термическое, электролитическое  и   биологическое   действие,  вызывая  местные   и  общие электрические травмы.

  •  Опасность  поражения  электрическим  током во  многом зависит от условий эксплуатации   электроаппаратуры. В соответствии с ГОСТ 12.2.006-87* в качестве меры защиты пользователя от поражения электрическим током должна применяться двойная и усиленная изоляция на доступных токоведущих или находящихся под опасным напряжением частях ПЭВМ.  

Опасность  поражения  электрическим  током в нашем помещении вызвана тем, что все оборудование питается от одной из фаз трехфазной сети переменного тока (380/220В, 50 Гц). В процессе эксплуатации или проведения профилактических работ человек может коснуться частей, находящихся под напряжением.

Согласно ГОСТ 12.2.006-87* место работы инженера относится к помещениям без повышенной опасности – это сухое помещение без токопроводящей пыли, с нормальной температурой воздуха (до 35С) и с изолирующими полами.

2. Повышенный уровень статического электричества

Электризация – это комплекс физических и химических процессов, приводящих к разделению в пространстве зарядов противоположных знаков или к накоплению зарядов одного знака.

Статическое электричество оказывает вредное воздействие на организм человека, причем не только при непосредственном контакте с зарядом, но и за счет действия электрического поля, возникающего вокруг заряженных поверхностей. Требования по защите от статического электричества приведены в ГОСТ 12.4.124.83* «Средства защиты от статического электричества».

В данном помещении имеются две розетки с заземлением. Отсутствуют мониторы с ЭЛТ трубкой. В ЭВМ используется беспроводной адаптер  стандарта 802.11g, что еще больше защищает нашу ПЭВМ от электростатического электричества даже во время грозы. Все устройства управления изолированы и имеют пластиковую поверхность.

3.  Недостаточная освещенность помещения

Обычно она связана с неправильным выбором  и размещением  осветительных приборов. Правильно спроектированный и реализованный план освещения обеспечивает высокий уровень работоспособности, оказывает положительное психологическое воздействие на работающих, способствует повышению производительности труда. Условия деятельности операторов в системе «человек-машина» связаны с  преобладанием зрительной  информации – до 90% общего  объема.  Это  говорит  о  большой  важности   вопросов  правильного производственного освещения. Освещение  должно соответствовать  СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»: уровень освещенности Е=300 (лк) для работ высокой точности, к которым относится работа оператора ПЭВМ.

В комнате имеется один светильник с двумя люминесцентными лампами дневного света с мощностью по 40 Вт каждая. С учетом того, что дисплей является источником света (не менее 20 лк), то человеческий глаз будет испытывать недостаток освещенности. Для этого проведем расчет необходимого числа светильников с данным числом люминесцентных ламп в помещении.

4. Повышенный  уровень шума на рабочем месте

Источниками шума на рабочем месте являются уличный шум и гудение системного блока компьютера.

Повышенный шум вызывает затруднения в распознавании цветовых сигналов, снижает скорость восприятия цвета, остроту зрения и способность быстро и точно выполнять координированные движения, уменьшает на 5 – 12 % производительность труда.

Уровень шума в помещениях при неработающей технике не должен превышать 50 дБА.

Уровень шума в нашем помещении составляет 30-35 (дБ), несмотря на открытое окно, вентиляции.

Уровень шума должен соответствовать СН 2.2.4./2.1.8.562-96 “Шум на рабочих местах, в помещениях, жилых, общественных зданий на территории жилой застройки”.

5. Неблагоприятные  микроклиматические  условия

Микроклимат  на рабочем месте определяется температурой воздуха, относительной влажностью, скоростью движения  воздуха,  барометрическим  давлением  и  интенсивностью  теплового излучения от нагретых поверхностей. Неблагоприятные микроклиматические условия приводят к ухудшению самочувствия, ослаблению внимания, быстрой утомляемости и при продолжительном воздействии могут вызвать различные заболевания.

Работа с ПЭВМ по общим энергозатратам относится к легким физическим работам с энергозатратами до 120 (ккал/час) (категория 1а) или с энергозатратами от 121 до 150 (ккал/час) (категория 1б). В производственных помещениях, в которых работа на ПЭВМ является вспомогательной, параметры микроклимата должны соответствовать действующим санитарным нормам микроклимата производственных помещений СанПиН 2.2.4.548-96 и могут быть оптимальными или допустимыми. Если же работа на ПЭВМ является основной, то должны обеспечиваться только оптимальные параметры микроклимата.

Таблица 2.

Период года

Категория работ

Температура воздуха, оС, не более

Относительная влажность воздуха, %

Скорость движения воздуха, м/с

Холодный

Легкая – 1а

22-24(21-26)

40-60(75)

0,1

Легкая – 1б  

21-23(20-24)

40-60(75)

0,1(0,2)

Теплый

Легкая – 1а

23-25(22-28)

40-60

0,1(0,2)

Легкая – 1б

22-24(21-28)

40-60

0,2(0,1-0,3)

В таблице 2. приведены оптимальные (допустимые) нормы микроклимата для помещений с ПЭВМ.

Для повышения влажности следует применять увлажнители воздуха, заправляемы дистиллированной или прокипяченной питьевой водой. Помещение с ПЭВМ необходимо регулярно проветривать. Хорошим способом поддержания заданных параметров микроклимата является кондиционирование воздуха, позволяющее также производить очистку воздуха от вредных веществ и создавать небольшое избыточное давление для исключения поступления неочищенного воздуха в помещение с ПЭВМ.

В данном рабочем помещении температура воздуха составляет 24 0С с нормальной конвекцией воздуха 0,1 м/c, относительная влажность воздуха – 50%

7. Воздействие  электромагнитного излучения

Этот  вредный фактор может привести  к  постепенному  ухудшению   зрения  и  другим  профессиональным заболеваниям человека.

Для радиочастот  до 400 кГц  значения  электромагнитных излучений  при работе с ПЭВМ должны соответствовать допустимым значениям по СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к ПЭВМ и организации работ.

Для частот  свыше  400кГц  значения  электромагнитных излучений  должны ответствовать  допустимым  для   населения   по   СанПиН   2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотного диапазона» (ЭМИ РЧ).

В анализируемом помещении источником электромагнитного излучения является ноутбук. Эффективные меры по снижению электромагнитного излучения не требуются, так как величина излучения соответствует нормативам.

2. Организация и оборудование рабочих мест с ПЭВМ

Рабочие места с  ПЭВМ   по  отношению  к  световым  проемам  должны располагаться так,  чтобы естественный свет  падал сбоку,  преимущественно слева. Оконные проемы в помещениях с ПЭВМ должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа жалюзи, занавесей,  внешних козырьков и другими. Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей  поверхности  используемого оборудования.  Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы при работе ПЭВМ, позволять изменять позу в целях снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления. Экран монитора должен находиться на расстоянии 500–600 (мм). В помещениях с ПЭВМ ежедневно должна  проводиться влажная уборка и эти помещения должны быть оснащены огнетушителями и аптечкой первой помощи.

3. Оптимизация зрительных условий труда на рабочем месте

Зрение  является важнейшим источником  информации,  поступающей в мозг человека  из  внешней среды.  Правильное устройство освещения  обеспечивает хорошую видимость и создает благоприятные условия труда. Естественное освещение используется  в светлое время суток.  Оно обеспечивает  хорошую  равномерность освещения.

В темное  время  суток,  а также при недостаточном естественном освещении в помещении применяется искусственное освещение. На качество освещения помещения оказывает влияние световой поток лампы, а также тип и цвет светильника, цвет окраски помещения.

Освещение должно соответствовать СНиП 23-05-95 “Естественное и искусственное освещение”: уровень освещенности Е=300 лк.

Задача освещения помещения и находящихся в нем рабочих мест может быть решена путем устройства либо общего освещения,  либо комбинированного освещения, т.е. совокупности общего  и  местного освещения.  В  данном  дипломном  проекте рассматривается использование общего освещения.

4. Психофизиологические воздействия и эмоциональные нагрузки

Непосредственный контакт пользователя с ПК приводит к воздействию  на человека вредного психофизиологического фактора, в частности, умственного перенапряжения, перенапряжения  зрительных   и  слуховых  анализаторов,  монотонного   труда, эмоциональных перегрузок. Это приводит к резкому снижению производительности труда

Большую часть рабочего времени инженер проводит сидя за экраном монитора. Поэтому требуется обеспечить  правильное  положение тела  человека, которое не будет вызывать перенапряжения определенных групп мышц вследствие статичности в процессе работы. Для устранения этого  вредного фактора  требуется периодически в процессе работы давать отдых мышцам глаз, а также осуществлять их активную тренировку. С этой целью применяют специальные упражнения для глаз, тренажеры. Во время регламентированных перерывов  предлагается проводить гимнастику для снятия перенапряжения.

Организация работ и отдыха установлено СанПин 2.2.2./2.4.13.40.03 “Гигиенические требования к ПЭВМ и организации работы’.

В группе вредных факторов также можно выделить психофизиологические вредные факторы. Работа инженера-разработчика связана с выполнением легких физических операций и требует затрат умственного труда. Поэтому появление вредных факторов, таких как: умственные перегрузки, обусловленные нервным перенапряжением, статические перегрузки, монотония, утомление, эмоциональные и умственные перегрузки могут повлиять на работоспособность и состояние здоровья разработчика.

Центральная нервная система получает информацию из внешнего мира с помощью чувствительных аппаратов, воспринимающих сигналы, то есть анализаторов. При разработке анализатора спектра инженер-разработчик смотрит на экран осциллографа, который мерцает и вызывает раздражение. При превышении предела нормального восприятия возникает боль и нарушение деятельности анализаторов.

Задача правильной организации рабочего процесса – не допускать перенапряжения анализаторов, которое может привести к травмам, стрессам, к преждевременной утомляемости.

Гиподинамия – это нарушение функций организма (опорно-двигательного аппарата, кровообращения, дыхания, пищеварения) при ограничении двигательной активности, снижении сил сопротивления мышц. Профилактика гиподинамии предусматривает производственную гимнастику, изменение рабочей позы в процессе деятельности, общие меры по снижению утомляемости и монотонности труда.

Монотония (монотонность)– психическое состояние, вызванное восприятием однообразной информации. Работающий теряет интерес к объекту исследования, возникает состояние, называемое–  «производственной скукой». Монотонная работа вызывает переоценку продолжительности времени, нетерпеливое ожидание окончания работы, сонливость. Очевидно, что это отрицательно сказывается на эффективности труда.

Под утомлением понимают процесс понижения работоспособности, временный упадок сил, возникающий при выполнении определенной физической или умственной работы. Различают быстроразвивающееся (первичное) и медленно развивающееся (вторичное) утомление. В случае умственной работы наиболее вероятен вторичный механизм утомления. Признаками переутомления служит пониженная работоспособность в начале рабочего дня, мало отличается от уровня работоспособности в последний час работы в предыдущую смену.

Хроническое переутомление определяется следующими признаками: ощущением утомления еще до начала работы, повышенной раздражительностью, снижением интереса к работе и окружающей обстановке, снижение аппетита, нарушение сна и так далее.

Одной из причин переутомления служит монотонность выполняемой работы, поэтому при обнаружении признаков утомления необходимо нормализовать режим труда и отдыха, уменьшить период выполнения однообразной работы, то есть увеличить частоту смены рода работ, провести оздоровление внешней среды на рабочем месте.

Как при физической деятельности, так и при умственной работе изменяются обменные процессы в организме, однако повышение скорости обмена веществ, по сравнению с физическими нагрузками, незначительно. В отличие от физического труда, при умственной работе происходит сужение сосудов конечностей и расширение сосудов внутренних органов, незначительно изменяется пульс, повышение уровня сахара в крови.

Длительная работа такого характера может привести к заболеваниям сердечно-сосудистой системы и другим заболеваниям.

Поэтому работу необходимо чередовать с кратковременными перерывами, а именно, согласно СанПин 2.2.2/2.4.1340 - 03, каждые 45 минут работы, необходимо делать 15 минутный перерыв .

5. Обеспечение пожарной безопасности при эксплуатации ПЭВМ

Одним из важнейших факторов техники безопасности и охраны труда является пожарная безопасность. В современных ПЭВМ очень высокая плотность размещения элементов электронных схем. В непосредственной близости друг от друга располагаются соединительные провода, коммутационные кабели. При протекании по ним электрического тока выделяется значительное количество теплоты, что может привести к сильному повышению температуры отдельных узлов. При этом при работе ПЭВМ в её отдельных устройствах может возникнуть короткое замыкание, что в сочетании с наличием горючих (мебель, напольное покрытие и т.д.) и трудно горючих (оборудование) материалов, а также окислителя (кислород) может привести к возникновению пожара. В целях защиты аппаратуры от выхода  из  строя  и  противопожарной   безопасности  используют  плавкие предохранители, быстродействующие системы защиты и др.

  Для отвода избыточной теплоты ПЭВМ служат системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Однако мощные, разветвленные, постоянно действующие централизованные системы вентиляции и кондиционирования представляют дополнительную пожарную опасность, так как, с одной стороны, они обеспечивают подачу кислорода – окислителя во все помещения, а с другой, при возникновении пожара могут быстро распространить огонь и продукты горения по всем помещениям и устройствам, которые связаны воздуховодами.

  Напряжение к ПЭВМ подается по силовым электрическим сетям, которые представляют особую пожарную опасность. Наличие горючего изоляционного материала, вероятных источников зажигания в виде электрических искр и дуг, разветвленность и труднодоступность делают их местом наиболее вероятного возникновения и развития пожара.

  Опасными факторами пожара, воздействующими на людей и материальные ценности, являются пламя и искры; повышенная температура окружающей среды; токсичные продукты горения и термического разложения; дым; пониженная концентрация кислорода. К вторичным проявлениям опасных факторов пожара относятся осколки и части разрушившихся аппаратов, установок, конструкций; радиоактивные и токсичные вещества и материалы, вышедшие из разрушенных аппаратов и установок; электрический ток, возникший в результате выноса высокого напряжения на токопроводящие части конструкций, аппаратов, агрегатов; опасные факторы взрыва, происшедшего вследствие пожара; огнетушащие вещества.

К первичным средствам пожаротушения в помещениях с ПЭВМ относятся различные углекислотные, аэрозольные, порошковые огнетушители, предназначенные для тушения загорания и пожаров в начальной стадии их развития. Требования к пожарной безопасности устанавливаются   ГОСТ 12.1.004-91.

Меры по снижению пожарной опасности заключаются в своевременном проведении пожарной профилактики - суммы мероприятий, направленных на предупреждение пожара, предотвращение распространения огня в случае возникновения пожара и создания условий, способствующих его быстрой ликвидации.

Помещение должно быть оборудовано пожарной сигнализацией. В качестве датчика могут использоваться автоматические пожарные извещатели ИП-102-21. Количество датчиков определяются из соотношения 1 датчик на 4 (м2). Поэтому для нашего помещения возьмем 3 датчика.

Необходимо предусмотреть наличие средств тушения пожаров первой необходимости.

В соответствии с ГОСТ 12.1.004-91 и ППБ-03, пожарная безопасность РЭУ достигается системами предотвращения пожара, пожарной защиты, которые должны обеспечить:

1.  предотвращение образования горючей среды;

2. предотвращение образования в горючей среде или внесение в нее источников зажигания;

3. предотвращение распространения пожара за пределы очага, т.е.
устройство противопожарных преград, пожарная сигнализация и т.п.;

4. предотвращение гибели людей при пожаре.

Исходя из норм пожарной безопасности для лаборатории площадью до 100 (м2) (в нашем случае S = 2,3*4,5 = 10,35 м2) требуется один огнетушитель типа ОУ - 5, с помощью которого можно тушить возгорания различных материалов и электроустановок напряжением до 1000 (В) (вместо углекислотного огнетушителя допускается использование порошкового огнетушителя, например ОК -10).

Весь этот комплекс организованных и технологических мероприятий должен обеспечивать вероятность возникновения пожара в ПЭВМ не более 0,000001 в год в расчете на отдельную установку или сеть ПЭВМ.

Возможность возникновения пожара обусловлена наличием на рабочем месте инженера горючих веществ (деревянный стул, стол, бумага, изоляция электрических проводов).  Причиной возгорания  могут  быть  короткое  замыкание  проводов, перегрузка в сети, перегруз проводников, искрение, плохие контакты и т.д.

К основным действиям  пожара  на  организм человека  относятся ожоги и отравления продуктами горения.  Для предотвращения  возникновения пожара на рабочем  месте  необходимо   соблюдение  правил  пожарной  безопасности  в соответствии  ГОСТ  12.1.004-91  «Пожарная  безопасность.  Общие   требования».

При выборе средств ВТ следует учитывать их класс защиты. Согласно ГОСТ 12.2.006-87 сетевая бытовая аппаратура и сходные к ней устройства должна соответствовать классу П защиты. К классу П относятся изделия, имеющие двойную изоляцию или усиленную изоляцию и  не имеющие элементов для защитного заземления.

Наиболее важным является проведение организационных мероприятий, направленных на повышение пожарной безопасности. Например, проведение инструктажа, распределение обязанностей в пожарных расчётах, составление плана эвакуации и доведение его до каждого из сотрудников, обеспечение всех помещений средствами пожаротушения, их периодической проверкой и ремонту, укомплектованности пожарных щитов, исправности пожарных кранов и рукавов и других мероприятий.

В нашем помещении имеется мебель из трудногорючих материалов (конструктивные элементы помещения, полы и их покрытия, двери, мебель), электрические провода с двойной изоляцией. Перегрузка в сети невозможна, так как стоят автоматические выключатели. Возможное искрение ликвидируется коробами для прокладки проводов.

6. Экологичность проекта

При эксплуатации вычислительной техники загрязнения окружающей среды не происходит. Опасные и вредные факторы, рассмотренные в данном разделе, действуют только внутри помещения. Функционирование ПЭВМ оказывает негативное влияние лишь на инженера, непосредственно работающего с ней. Однако при соблюдении мер предосторожности  и выполнении рекомендаций, изложенных выше, работа с программным продуктом становится практически безопасной как для разработчика, так и для окружающей среды. Рабочее место оператора ПЭВМ не наносит никакого непосредственного вреда окружающей среде.

Заключение

В данном дипломном проекте был разработан многоканальный реоофтальмограф.

В ходе проектирования были разработаны и рассчитаны структурная, функциональная и принципиальная схемы устройства, произведён расчет всех составляющих погрешности. Полученный прибор обладает высокой точностью. Он удовлетворяет всем требованиям, которые были заданы в техническом задании. Разработанный прибор отвечает всем стандартам безопасности и экологичности.

Список литературы

1.Офтальмологический журнал, 1990, №3, с.33-37.

2. Вестник офтальмологии, 1984, №6, с.61-63.

3. Вестник офтальмологии, 1990, №5, с.33-37.

4. Кацнельсон Л.А. Реография глаза, 1997.

5. Кривицкий А.К. Проблемы офтальмологии, 1987, с.8-9.

6. Матвейков Г.П. Клиническая реография. – Минск: Беларусь, 1976 – 176с.

7.Голь С.А., Кряков В.Г., Харламова Н.С. Реография. Принципы конструирования аппаратуры. – Рязань, 2008.

8. Попечителев Е.П. Электрофизиологическая и фотометрическая медицинская техника, 2002.

9. Радиоэлектронная медицинская аппаратура / Под ред. Глиценко А.Г. – М.: ВНИИМП, 1987 – 97с.

10. Полищук В.И., Терехова Л.Г. Техника и методика реографии и реоплетизмографи. – М.: Медицина, 1983. – 175с.

11.Медицинская техника, 1995, №6, с.21-24.

12. Бродин В.Б. и др. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс. – М.: Эком, 1999, 400с.

13. Новиков Ю.В. и др. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера. – М.: Эком, 1997, 224с.

14. Гуменюк А.Д. Основы электроники, радиотехники и связи. – М.: Горячая линия – Телеком, 2008, 480с.

15. Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. – М.: Радио и связь, 1991.

16. Шульц Ю. Электроизмерительная техника. – М.: Энергоатомиздат, 1989, 288с.

17. Джонсон Д. Справочник по активным фильтрам, 1983.

18. Садовский Г.А. Основы теории погрешностей измерительных устройств. – Рязань: РГРТА, 1989, 84с.

19. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – СПб: Энергоатомиздат, 1980, 304с.

20. Голев В.И. Функционально-стоимостной анализ. – Рязань: РГРТА, 2001, 16с.

21.Зайцев Ю.В., Кремнев В.И. Обеспечение безопасности пользователя при работе с ПЭВМ. – Рязань: РГРТА, 2000, 68с.

22. Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные   устройства РЭА / Под ред. Акимова Е.Ю., Минск: Беларусь, 1994, 591с.

23. Интегральные микросхемы: Операционные усилители. Справочник. –М.: Физматлит, 1993, 240с.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

PAGE  54


Рис. 3.Офтальмодинамометр Мюллера.

Ш – шкала прибора

Рис. 4. Офтальмодинамометр Мюллера

Ш – шкала прибора

Регистрация пульсовых колебаний

Оценка скорости

кровотока

1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28836. Гуманистическая психология 47.5 KB
  Гуманистическая психология как альтернатива психоанализу и бихевиоризму: представления о природе человека экзистенциальная философия предмет и методы исследований Основные методологические принципы и положения гуманистической психологии: а человек целостен и должен изучаться в его целостности; б каждый человек уникален поэтому анализ отдельных случаев case study лучше чем статистические обобщения; в человек открыт миру переживание человеком мира и себя в мире главная психологическая реальность; г человеческая жизнь должна...
28837. Когнитивная психология 54 KB
  психологии порождено скорее общим направлением и логикой развития психологии чем открытиями конкретных ученых тем не менее деятельность двух психологов в наибольшей степени способствовала её возникновению. Миллер создал первый научный Центр когнитивной психологии и начал разрабатывать новые методы изучения познавательных процессов восприятия памяти мышления речи и проводили анализ их генезиса. Положительное в метафоре компьютера то что интеллект не рассматривается как набор последовательных малосвязанных этапов переработки информации...
28838. Естественно-научная парадигма в русской психологии 74 KB
  Роль психологии вооружить общество знаниями о психических явлениях и о законах деятельности души направить развитие нравственности морального поведения человека. Когда рефлекс обрывается не перейдя в движение не получив внешнего выражения завершающая часть рефлекса а она несет в качестве движения познавательную нагрузку уходит вовнутрь превращается в мысль хотя и незримую но продолжающую служить организатором поведения. Поэтому в механизме поведения реализуемом по типу рефлекса действует рефлекторное кольцо. Павлова: предмет и...
28839. Русская философская психология 74 KB
  Предмет психологии это наука о явлениях духа а не о его сущности – сущность человек понять не может давалось обоснование исследовательского метода интроспективный анализ и индуктивное – из частного общее обобщение описывались основные психологические законы законы ассоциаций по сходству смежности и причинности предлагалась классификация разделов психологии и давался очерк истории психологии. В лекциях Троицкого по психологии обнаруживается сочетание разнообразных подходов к психическому: вопреки эмпирической установке которая в...
28840. Развитие экспериментальной психологии в дореволюционной России 73.69 KB
  Развитие экспериментальной психологии в дореволюционной России. Формирование современной объективной психологии было основной целью которой посвящены практически все сочинения Введенского. Главный свой труд он так и назвал – Психология без всякой метафизики 1917 подчеркивая этим и необходимость и возможность построения объективной психологии. Работы Введенского имели большое значение для отечественной психологии соединяя воедино европейскую и российскую традиции в понимании задач и предмета психологии а также различных способов...
28841. Развитие отечественной психологии в 20-40-е годы ХХ века 51.5 KB
  Развитие отечественной психологии в 2040е годы ХХ века Октябрьская революция оказала значительное влияние на развитие российской науки в целом и психологии – в частности. С другой стороны молодое Советское государство начало последовательно оказывать помощь психологической науке – создаются институты с исследовательскими лабораториями Двадцатые годы стали временем рождения советской психологии.задачи психологии: 1. вычленяются два основных методологических принципа марксистской психологии: материализм психика продукт деятельности...
28842. Педология в Советской России: основные направления работы достижения 44.5 KB
  Генетический принцип означал принятие во внимание динамики и тенденции развития. Ребенка можно изучать лишь с учетом его социальной среды которая оказывает влияние не только на психику но часто и на антропоморфические параметры развития. Наука о ребенке должна быть не только теоретической но и практической Общие моменты развития педологии В россии начала распространяться в нач 20 в. Разница между этими подходами была не только во взглядах на роль наследственности и среды но и насколько биологические механизмы лежащие в основе психического...
28843. Культурно-историческая теория Л.С. Выготского 48 KB
  Филосовская основа – Марксизм: Считалось что Человек – природное существо но его природа социальна и поэтому человека его психику новообразования нужно рассматривались как продукт общественноисторического развития. Только в процессе общественной жизни человека возникли сложились и развились его новые потребности а самые природные потребности человека в процессе его исторической развития изменились. С точки зрения динамики развития он разделил детство на критические и литические периоды дав качественную характеристику кризисов....
28844. Психологическая теория деятельности. Виды деятельности 44 KB
  Психологическая теория деятельности. Виды деятельности. Именно он первым из психологов поставил вопрос о необходимости психологического изучения деятельности и человека как деятеля как субъекта деятельности ввёл в психологических обиход сам термин деятельность. Анализируя психологическое содержание поведенческого акта деятельности; действия он предпочитает рассматривать его с позиций известной бихевиористической схемы S – R.