|
При интерпретации параметров механических колебаний, сопровождающих работу сердечно-сосудистой и опорно-двигательной систем, важным обстоятельством является многообразие физической природы и физиологических механизмов их генерации. Например, вибрационные колебания конечностей могут возникать при скольжении друг по другу поврежденных суставных поверхностей, при автоколебательном возбуждении мышц, при треморе, при распространении по телу механических толчков сердца или толчков при ходьбе. Для регистрации механических колебаний тела человека (посадки в теле) часто применяют пьезоакселерометрические датчики. Их использование имеет ряд преимуществ. Так как, с одной стороны акселерометрические вибропреобразователи размещаются непосредственно на теле и не ограничивают двигательной активности пациента, с другой это дает относительно большую устойчивость измерений к внешним помехам, чем использование измерительного вибропреобразователя, связанного с лабораторной системой координат. Наконец акселерометр одно из простейших надежных и доступных средств измерения вибраций. Научным коллективом в составе Антонца В.А., Анишкиной Н.М., Головановой Н.И., Шмелева И.И., Ефимова А.П. было разработано семейство пьезоакселерометров для медицинской и технической диагностики ПАМТ [10], построенное на базе 4 типоразмеров чувствительных элементов, отличающихся коэффициентом преобразования, полосой рабочих частот и выходной емкостью. Акселерометры отличались друг от друга также способом крепления на объекте (К клеевое, Ш на шпильку, Р через разъем). Для медикобиологических исследований обычно использовался акселерометр ПАМТ-1 (Рис. 2.1.2.) [11, 104]. Исследования, выполненные нами, показали, что к недостаткам данного типа сенсоров относится невозможность измерения абсолютного значения перемещений (в единицах длины), а также влияние вибропреобразователя, 69 |
ГЛАВА 2. АППАРАТУРА И М ЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ БИОМ ЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. ТРАДИЦИОННЫ Е И АВТОРСКИЕ РЕШ ЕНИЯ. Технологическая база измерений параметров механической активности физиологических систем непрерывно совершенствуется. Достаточно упомянуть развитие методов импульсной и доплеровской ультразвуковой эхографии, лазерной анемометрии, телевизионной кинографии и др. Однако диапазон наблюдаемых механических колебаний очень велик от масштабов акустических колебаний, вызываемых тепловым движением (1 0 ' 12 м), до масштабов 1 м длина шага при ходьбе. Кроме того, исследование механической активности подразумевает измерение не только кинематических величин перемещений, скоростей, ускорений, деформаций, но и динамических величин сил, моментов сил, напряжений. В связи с этим не удается создать аппаратуру, которая на основе использования единых физических принципов могла бы обеспечить необходимые измерения [11,12]. По этим же причинам не удается избежать измерений с помощью контактных датчиков преобразователей. Это порождает, кроме обычных проблем метрологического обеспечения, проблемы согласования датчиков с тканями тела и учета искажающего влияния анатомических особенностей пациентов на измерения. Важным обстоятельством при интерпретации параметров механических колебаний, сопровождающих работу сердечно-сосудистой и опорнодвигательной систем, является многообразие физической природы и физиологических механизмов их генерации. Например, вибрационные колебания конечностей могут возникать при автоколебательном возбуждении мышц, при треморе, при распространении по телу механических толчков сердца или толчков при ходьбе. 33 2.1. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ НА БАЗЕ АКСЕЛЕРОМЕТРОВ ДЛЯ КЛИНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОИЗВОЛЬНЫХ И НЕПРОИЗВОЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ. Для регистрации механических колебаний тела человека часто применяют пьезоакселерометрические датчики. Их использование имеет ряд преимуществ. Во-первых, акселерометрические вибропреобразователи размещаются непосредственно на теле и не ограничивают двигательной активности пациента. Во-вторых, это дает относительно большую устойчивость измерений к внешним помехам, чем использование измерительного вибропреобразователя, связанного с лабораторной системой координат. В-третьих, акселерометр одно из простейших надежных и доступных средств измерения вибраций. Научным коллективом в составе В.А. Антонца, Н.М. Анишкиной, Н.И. Головановой, И.И. Шмелева, А.П. Ефимова было разработано семейство пьезоакселерометров для медицинской и технической диагностики ПАМТ [6 , 12], построенное на базе 4 типоразмеров чувствительных элементов, отличающихся коэффициентом преобразования, полосой рабочих частот и выходной емкостью. Акселерометры отличались друг от друга также способом крепления на объекте (К клеевое, Ш на шпильку, Р через разъем). Для медико-биологических исследований обычно использовался акселерометр ПАМТ-1 [3, 5, 7-9, 11,12, 14-17, 8 8 , 89, 124]. Этот преобразователь выбирался из следующих соображений: 1. Он должен регистрировать с помощью серийных медицински самописцев локальные и общие колебания тела человека, вызываемые работой сердца. Среди них наименьший уровень (10’3 10'2 м/с2) имеют колебания тела как целого, называемые баллистическими [16]. Приведенный ко входу уровень 34 Исследования, выполненные нами, показали, что к недостаткам данного типа сенсоров относится невозможность измерения абсолютного значения перемещений (в единицах длины), а также влияние вибропреобразователя, размещенного непосредственно на объекте измерения, что присуще всем контактным методам измерений. Особенностью применения вибродиагностики в изучении опорнодвигательной системы является исследование параметров не самих двигательных актов, а сопровождающих их вибраций, т.е. сравнительно низкоамплитудных и высокочастотных колебательных компонентов движения [3,11,12]. Такие колебания могут наблюдаться в диапазоне частот от единиц до сотен герц, иметь различную физическую природу и обуславливаться различными физиологическими механизмами. Например, вибрации, возникающие при скольжении друг по другу поврежденных суставных поверхностей [3, 5], при распространении механических возмущений по телу, вызываемых толчком при ходьбе [7, 8 ]. С использованием методов вибрационной диагностики для оценки состояния опорно-двигательной системы возможно исследование асимметрий вибраций, вызываемых движениями левых и правых конечностей [8 , 1 1 13]. С одной стороны, оценка симметрии не требует высокой точности учета влияния передаточных сред тканей и структур тела на формирование регистрируемых сигналов. Известно, что это влияние приводит к существенным трудностям в метрологическом обеспечении исследования абсолютных величин параметров механической активности физиологических систем [11, 12, 16, 18]. Относительные же измерения могут быть проведены существенно проще и надежнее. С другой стороны, поскольку одинаковое и одновременное поражение обеих конечностей маловероятно, нарушения симметрии сами по себе можно рассматривать как диагностические признаки. С помощью подобных устройств исследовались спектральные 37 |