Інформаційно-вимірювальна система для визначення товщини шкіри людини - Автореферат

По-перше, їм приділена значна увага в літературних джерелах; по-друге, оцінювати значення багатьох фізичних параметрів шкіри (вологість, товщину і т.д.) можна вимірюючи електричну провідність або опір; по-третє, завдяки відомим значенням електричних параметрів шкіри, можна проводити діагностику і контроль процесу реабілітації як різних захворювань, наприклад: щитовидної залози, териотоксикозу, виразки шлунку, різноманітних дерматозів так і всього організму. На сьогодні, в нашій державі, у клінічній практиці майже не використовуються серійні прилади та інформаційно-вимірювальні системи (ІВС) для визначення товщини шкіри людини. Для розробки основних положень наукового підходу щодо визначення товщини шкіри людини, необхідно розвязати наступні основні задачі: вибрати фізичний метод, який буде покладений в основу процедури вимірювання; сформулювати математичну постановку задачі вимірювання і знайти її розвязок; розробити давач і на його основі побудувати структурно-функціональну схему та практично реалізувати дослідний зразок інформаційно-вимірювальної системи для визначення товщини шкіри людини і дослідити його метрологічні характеристики, а також здійснити практичну апробацію розробленого наукового підходу на основі натурного моделювання з допомогою електропровідного паперу; встановити критерії, які можуть бути покладені в основу перевірки правильності вибору фізичного і математичного методів для вирішення даного питання на базі порівняння теоретичних і експериментальних результатів. Роль дисертанта у виконанні вказаних науково-дослідних робіт, а також технічного завдання на розробку інформаційно-вимірювальної системи для визначення товщини шкіри людини по замовленню відділу опікової травми і пластичної хірургії Тернопільської міської клінічної лікарні швидкої допомоги, полягає в тому, що модель лінійного випадкового процесу, в тому числі і лінійного періодичного випадкового процесу, методика моделювання на ЕОМ, програмне забезпечення, розроблені дисертантом і використані в розробці основних положень вибраного методу вимірювання та створення дослідного зразка ІВС для визначення товщини шкіри людини. Для досягнення мети необхідно розвязати наступні задачі: Провести аналіз існуючих методів визначення товщини шкіри людини, оцінити стан розробок ІВС і сформулювати актуально науково-технічну задачу розробки сучасної ІВС для визначення товщини шкіри людини.У першому розділі дисертаційної роботи проведено огляд матеріалів першоджерел по дослідженню фізичних параметрів шкіри, а також огляд сучасного стану наукових досліджень стосовно визначення фізичних параметрів шкіри. Ідея електричного зондування полягає в тому, що двома живлячими електродами a і b, які розміщені на віддалі L, інжектується генератором струму зондуючий струм I в середовище верхніх тканин (шкіра-жир) тіла людини, а двома іншими електродами m і n, які підключені до вимірювального пристрою, вимірюється викликана різниця потенціалів UMN. Виходячи з того, що природа поля питомого електричного опору тканини шкіри і жирової клітковини є випадковою, в розділі обгрунтовано використання усередненого значення поля питомого електричного опору шкіри при розрахунках. Крім того, показано, що коли використовувати для віддалі L між живлячими електродами a і b числові значення, які перевищують суму hш hж - товщини тканини шкіри і жирової клітковини, то на числові значення викликаної різниці потенціалів будуть впливати тканини, які знаходяться більш глибоко відносно поверхні тіла людини, наприклад, мязева тканина, питомий електричний опір якої значно залежить від її кровонаповнення, що циклічно змінюється із роботою серця. Показано, що при роботі з дослідним зразком ІВС під час вимірювання товщини шкіри людини ефективно використовувати пару інжектуючих електродів, що складається з 3-го і 8-го леза, оскільки, пара інжектуючих електродів (утворена 4-им і 7-им лезами) для всього інтервалу вимірювання товщини шкіри [1 мм; 3 мм] не дає можливості здійснювати оцінювання математичного сподівання викликаної різниці потенціалів з довірчою ймовірністю P>0,99, а використання пар інжектуючих електродів (утворених 2-им і 9-им; 1-им і 10-им лезами) дає малий динамічний діапазон значень викликаної різниці потенціалів, що потребує додаткових фінансових витрат на використання низькошумових диференційних підсилювачів, яке є не доцільним, оскільки всі ці питання зникають при використанні пари інжектуючих електродів утвореної 3-ім і 8-им лезами, які використані при роботі з системою.Вперше обґрунтовано метод вимірювання товщини шкіри людини на основі викликаної різниці потенціалів, яка виникає внаслідок зондування струмом верхніх тканин тіла людини і залежить від товщини шкіри людини. Сформульовано математичну постановку задачі визначення товщини шкіри людини у вигляді стохастичної змішаної краєвої задачі математичної фізики і отримано її розвязок, що дало можливість проводити кількісні дослідження товщини шкіри людини.

Основний зміст

1. Вперше обґрунтовано метод вимірювання товщини шкіри людини на основі викликаної різниці потенціалів, яка виникає внаслідок зондування струмом верхніх тканин тіла людини і залежить від товщини шкіри людини.

2. Сформульовано математичну постановку задачі визначення товщини шкіри людини у вигляді стохастичної змішаної краєвої задачі математичної фізики і отримано її розвязок, що дало можливість проводити кількісні дослідження товщини шкіри людини.

3. Одним із основних результатів розвязуваної стохастичної краєвої задачі для практичних вимірювань товщини шкіри людини є встановлення математичної залежності між товщиною шкіри і оцінкою математичного сподівання викликаної різниці потенціалів у вигляді градуювальної кривої.

4. На базі розробленого давача, який реалізує метод електричного зондування обгрунтовано структурно-функціональну схему інформаційно-вимірювальної системи, яка дала можливість розробити дослідний зразок ІВС, що працює в діапазоні вимірювання товщини шкіри людини 1 мм-3 мм з відносною похибкою 20%, довірчою ймовірністю P>0,99, що відповідає вимогам медичної техніки.

5. Порівняльний аналіз результатів імітаційного моделювання і вимірювання реальних зразків шкіри з використанням дослідного зразка ІВС підтвердили ефективність запропонованих фізичних і математичних методів вимірювання товщини шкіри людини, а також метрологічні характеристики розрахункові і практичні.

6. Основні положення наукового підходу до визначення товщини шкіри людини і результати проведених досліджень, які впроваджені в клінічну практику, можна рекомендувати для більш широкого використання в області біотехніки.

Марченко Б.Г., Пастух О.А. Застосування методу електричного зондування в задачі визначення товщини шкіри для пластичної хірургії // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №4. - С. 144-150.

Пастух О.А. Використання стохастичного рівняння Лапласа в задачі визначення товщини шкіри людини // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №1. - С. 165-170.

Млинко Б.Б., Пастух О.А., Фриз М.Є. Обґрунтування вибору математичної моделі ритмічного сигналу, породженого циклічними змінами пульсового кровонаповнення // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №2. - С. 100-103.

Пастух О.А. Інформаційно-вимірювальна система для визначення товщини шкіри людини // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2001. - №3. - С. 129-131.

Марченко Б.Г., Пастух О.А., Млинко Б.Б. Вимірювання товщини одного із шарів плоского двошарового півпростору з різною електропровідністю // Актуальні проблеми автоматизації та інформаційних технологій. - 2001. - №5. - С. 126-131.

Размещено на .ru