Прибор для измерения скорости кровотока - Дипломная работа

Дипломная работа: Прибор для измерения скорости кровотокаОни позволяют оценить структуру и диаметр микрососудов, состояние их тонуса, выявить различные внутри и вне сосудистые изменения (замедление кровотока, стаз, липидные включения и т.д.). Однако данные методы исследования не позволяют оценить тканевой кровоток в целом, выявить особенности его регуляции. Существуют методы оценки тканевого кровотока, в том числе окклюзионная плетизмография, вымывание радиоактивных изотопов, флюорисцентная микроангиография, введение меченых микросфер и т.д. Использование приборов на основе доплеровского эффекта является наиболее распространенным и удобным неинвазивным методом исследования кровотока, который позволяет выявить особенности регуляции кровотока. В данной дипломной работе необходимо разработать прибор для измерения кровотока на основе доплеровского эффекта, в котором применяется ультразвуковые волны.кровоток скорость прибор ДоплерСердечно-сосудистая система состоит из сердца и сосудов - артерий, капилляров и вен. Транспортная функция сердечно-сосудистой системы заключается в том, что сердце (насос) обеспечивает передвижение крови (транспортируемой среды) по замкнутой цепи сосудов (эластических трубок). При сокращении сердца кровь поступает из левого желудочка в выходящий тракт (аорту) только во время периода изгнания. От начала периода расслабления и до закрытия сворок аортального клапана наблюдается кратковременный обратный ток крови в левый желудочек. Измерение скорости кровотока в магистральных артериях и венах имеет большое диагностическое значение, поскольку косвенно свидетельствует о патологическом изменении геометрии сосуда и упругих свойствах стенки сосудов.Эффект Доплера - изменение частоты и длины волн, регистрируемых приемником, вызванное движением их источника и/или движением приемника. Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приемнику, то есть догоняет испускаемые им волны, то длина волны уменьшается. По достижении границы между 2 средами, характеризующимися различным акустическим сопротивлением, часть энергии переходит во вторую среду, а часть ее отражается от границы раздела сред. Если объект движется с определенной скоростью по направлению к источнику ультразвуковых импульсов, то его отражающая поверхность соприкасается с ультразвуковыми импульсами чаще, чем при неподвижном положении объекта.На первом этапе создания ультразвуковых доплеровских приборов были разработаны простейшие приборы с непрерывным излучением и представлением информации доплеровского сдвига в виде звуковых сигналов через встроенный в прибор динамик. В дальнейшем совершенствование элементной базы и новые методические подходы позволили менее чем за два десятилетия достичь уровня технических решений, которые в наиболее полной мере отвечают функциональным задачам потребителя (см. табл.1). Появление в начале 80-х годов приборов с цветовым картированием потоков позволило потребителю успешно решать задачи локализации исследуемого сосуда по направлению и глубине, детектировать направление потоков с помощью специальных световых шкал, производить объективную оценку как интегральных скоростей потоков, так и распределений в частотно-временной области на основе спектрального анализа, выполнять вычисление объемных показателей скоростей потоков в выбранном сечении сосуда. Применительно России, первые серийные образцы простейших приборов с непрерывным излучением "ИСКН" были созданы в конце 70-х годов. В дальнейшем появились приборы "Диск" с выделением направления потоков и простейшей компьютерной обработкой.Разработчиками последовательно были созданы несколько поколений ультразвуковых доплеровских приборов: с непрерывным излучением без выделения направления кровотока (простейшие индикаторные приборы); с выделением направления - разделением прямого и обратного кровотока и получением графического отображения кривой (огибающей) усредненной по объему скорости кровотока; с импульсным излучением для локализации по глубине исследования; со спектральным анализом информации - для получения частотного и временного распределения скоростей в исследуемом объекте. 1 - задающий генератор; 2 - усилитель мощности; 3 - передающий пьезоэлемент; 4 - ультразвуковая волна; 5 - кровеносный сосуд; 6 - эритроциты; 7 - приемный пьезоэлемент; 8 - предусилитель; 9 - демодулятор. На выходе демодулятора сигнал имеет форму доплеровской разностной волны с частотой . В приборе, известном как импульсный доплеровский анализатор скорости кровотока, короткие импульсы ультразвука передаются с регулярными интервалами на движущуюся цель, а отраженные сигналы исследуются для определения доплеровских сдвигов частоты. Блок-схема импульсного доплеровского прибора.

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Необходимость измерения скорости и направления кровотока

1.2 Сущность эффекта Доплера

1.3 Доплеровские методы и аппараты, основанные на них

1.3.1 Основные этапы развития доплеровских методов

1.3.2 Основные принципы построения доплеровской аппаратуры

1.3.3 Электроакустические принципы построения доплеровских приборов

1.4 Ограничения доплеровского метода

1.5 Доплеровские системы с двухмерной визуализацией

1.5.1 Дуплексные системы

1.5.2 Системы с цветовым картированием потоков

1.6 Сравнительный анализ основных режимов получения доплеровской информации

1.7 Виды ультразвуковых датчиков для проведения доплерографии

1.7.1 Классификация датчиков по конструктивным параметрам

1.7.2 Классификация датчиков по характеру излучаемого ультразвука

2. Выбор функциональной схемы прибора

3. Разработка электрической принципиальной схемы прибора

3.1 Описание работы прибора на основании электрической принципиальной схемы

3.2 Расчет основных параметов схемы

3.3 Расчет надежности электрической схемы

4. Разработка конструкции ультразвукового датчика прибора для измерения кровотока

4.1 Требования к конструкции ультразвукового датчика

4.2 Выбор материала для пьезоэлектрического преобразователя

4.3 Расчет основных параметров пьезоэлектрического преобразователя

4.3.1 Исходные данные для расчетов

4.3.2 Расчет геометрических параметров преобразователя

4.3.3 Расчет энергетических характеристик преобразователя

4.4 Описание конструкции ультразвукового датчика

4.5 Технология изготовления пьезоэлектрического преобразователя

4.5.1 Пайка пьезокерамического элемента

4.5.2 Склеивание пьезокерамического элемента

4.6 Технология сборки ультразвукового датчика

5. Экономическая часть

5.1 Обоснование целесообразности разработки новой техники

5.2 Определение показателей экономического обоснования проектируемого прибора

5.3 Себестоимость проектируемого прибора

5.4 Отпускная цена и экономическая эффективность проектируемого прибора

6. Безопасность и экологичность проекта

6.1 Безопасность при работе с приборами, использующими ультразвук

6.2 Системный анализ надежности и безопасности ультразвукового прибора

6.3 Разработка мероприятий по повышению надежности и безопасности прибора для ультразвуковых исследований

6.4 Пожаробезопасность при производстве и эксплуатации ультразвукового прибора

6.5 Защита окружающей природной среды на этапе производства и эксплуатации ультразвукового прибора

Заключение

Список литературы

В настоящее время существует ряд методов исследования микроциркуляторного русла. Среди них выделяют микроскопические техники, в частности офтальмоскопия, компьютерная TV-микроскопия сосудов конъюнктивы глазного яблока, ногтевого ложа, сосудов кожи. Они позволяют оценить структуру и диаметр микрососудов, состояние их тонуса, выявить различные внутри и вне сосудистые изменения (замедление кровотока, стаз, липидные включения и т.д.). Ряд методов позволяет определить линейную скорость кровотока. Однако данные методы исследования не позволяют оценить тканевой кровоток в целом, выявить особенности его регуляции. Существуют методы оценки тканевого кровотока, в том числе окклюзионная плетизмография, вымывание радиоактивных изотопов, флюорисцентная микроангиография, введение меченых микросфер и т.д. Однако некоторые из них нашли применение лишь в экспериментальной медицине изза сложности применения у человека, другие связаны с необходимостью использования дорогостоящей техники. Кроме того, вышеперечисленные методы исследования микрокровотока позволяют лишь косвенно оценить особенности регуляции периферической гемодинамики.

Использование приборов на основе доплеровского эффекта является наиболее распространенным и удобным неинвазивным методом исследования кровотока, который позволяет выявить особенности регуляции кровотока.

В данной дипломной работе необходимо разработать прибор для измерения кровотока на основе доплеровского эффекта, в котором применяется ультразвуковые волны.

Цель дипломной работы - разработать прибор для измерения кровотока, основанный на эффекте Доплера.

Исходя из цели основными задачами дипломной работы являются: - рассмотрение сущности доплеровского эффекта;

- доплеровской аппаратуры;

- рассмотрение электроакустических принципов построения доплеровских приборов;

- литературный обзор возможных типов преобразователей для приборов измерения кровотока;

- выбор функциональной схемы прибора;

- разработка электрической принципиальной схемы прибора;

- разработка конструкции измерительного преобразователя;

- технико-экономическое обоснование разработки;

- выявление отрицательных факторов при работе с приборами, основанными на эффекте Доплера.

При написании дипломной работы использовался большой объем источников информации: учебники, справочная литература, нормативные документы, периодические и монографические издания специалистов.

Актуальность, цель и задачи, информационная база предопределили структуру дипломной работы. Она состоит из шести глав. Первая глава посвящена теоретическим аспектам доплерографии. Вторая глава включает выбор функциональной схемы прибора. Третья глава носит проектный характер и посвящена разработке схемы электрической принципиальной для прибора, а также расчету основных параметров схемы. В четвертой главе разрабатывается конструкция измерительного преобразователя. Пятая глава посвящена экономической стороне разработки - технико-экономическое обоснование разработки. В шестой главе рассматриваются вопросы безопасности жизнедеятельности и экологичности разработки.