МУЛЬТИПРОГРАММИРУЕМЫЙ НАРУЖНЫЙ КАРДИОСТИМУЛЯТОР
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ПОРТАТИВНОЙ ВНЕШНЕЙ КАРДИОСТИМУЛЯЦИИ. 9
1.1. Теоретические основы метода измерения и воздействия. 9
1.1.1. Строение сердца. Проводящая функция сердца 9
1.1.2. Характеристики процесса возбуждения на клеточном уровне .. 17
1.1.3. Кривая изменения биопотенциала (ЭКГ) 19
1.1.4. Нарушение проводящей функции сердца, применение кардиостимуляторов 22
1.2. Технические средства для проведения измерения и воздействия. .. 24
1.2.1. Электрокардиостимулятор. 24
1.2.2. Электрокардиостимулятор. 26
1.2.3. Сверхминиатюрный интегрированный электрокардиостимулятор. 28
1.2.4. Электрокардисотимулятор наружный ЭКСН-1К АКСИОН 30
1.2.5. Наружный двухкамерный кардиостимулятор Medtronic 5388 ... 32
1.2.6. Наружные временные кардиостимуляторы с сенсорным экраном Maquet 34
1.3. Электроды, используемые для проведения измерения и воздействия. 37
1.3.1. Электрод эндокардиальный временный для наружных ЭКС «ЭЛВИ»39 39
1.3.3. Электроды для временной кардиостимуляции индифферентные ПЭВИ - 3. 42
1.3.4. Электроды, использующие для измерения ЭКГ-ритма 42
1.4. Лечебные методики, применяемые при воздействии на биообъект. 46
1.5. Основная техника безопасности при работе с внешним портативным
кардиостимулятором. 47
2. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ. 51
2.1. Описание структурной схемы разрабатываемого устройства. 51
2.2. Описание принципиальной схемы устройства. 53
2.3. Описание и расчет разрабатываемых функциональных узлов
принципиальной схемы. 53
3. РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ. 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
Приложение А 87
Приложение Б 90
Приложение В 91
Приложение В 93
Приложение Г 95
Приложение Д
1. ОБЗОР МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ
ПОРТАТИВНОЙ ВНЕШНЕЙ КАРДИОСТИМУЛЯЦИИ. 9
1.1. Теоретические основы метода измерения и воздействия. 9
1.1.1. Строение сердца. Проводящая функция сердца 9
1.1.2. Характеристики процесса возбуждения на клеточном уровне .. 17
1.1.3. Кривая изменения биопотенциала (ЭКГ) 19
1.1.4. Нарушение проводящей функции сердца, применение кардиостимуляторов 22
1.2. Технические средства для проведения измерения и воздействия. .. 24
1.2.1. Электрокардиостимулятор. 24
1.2.2. Электрокардиостимулятор. 26
1.2.3. Сверхминиатюрный интегрированный электрокардиостимулятор. 28
1.2.4. Электрокардисотимулятор наружный ЭКСН-1К АКСИОН 30
1.2.5. Наружный двухкамерный кардиостимулятор Medtronic 5388 ... 32
1.2.6. Наружные временные кардиостимуляторы с сенсорным экраном Maquet 34
1.3. Электроды, используемые для проведения измерения и воздействия. 37
1.3.1. Электрод эндокардиальный временный для наружных ЭКС «ЭЛВИ»39 39
1.3.3. Электроды для временной кардиостимуляции индифферентные ПЭВИ - 3. 42
1.3.4. Электроды, использующие для измерения ЭКГ-ритма 42
1.4. Лечебные методики, применяемые при воздействии на биообъект. 46
1.5. Основная техника безопасности при работе с внешним портативным
кардиостимулятором. 47
2. РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ. 51
2.1. Описание структурной схемы разрабатываемого устройства. 51
2.2. Описание принципиальной схемы устройства. 53
2.3. Описание и расчет разрабатываемых функциональных узлов
принципиальной схемы. 53
3. РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ. 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 83
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 85
Приложение А 87
Приложение Б 90
Приложение В 91
Приложение В 93
Приложение Г 95
Приложение Д
В рамках восстановительного лечения и медицинской реабилитации могут быть произведены различные виды воздействия на человека. Широкое распространение получил метод электростимуляции. Этот вид воздействия применяет электрический ток с целью возбуждения или усиления деятельности определенных органов и систем.
В природе существуют технические средства реабилитации и восстановления утраченных функций, которые включают в себя огромное количество медицинской техники. Главной задачей в рамках реабилитации является стимулирование отдельных органов или систем. Особый подкласс, составляет кардиостимуляция - стимуляция отделов сердца при нарушении проводящей функции.
Наше сердце имеет собственную электрическую систему, которая заставляет его биться и управляет частотой его сокращений [1]. Она включает два узла и множество проводящих путей, органических или функциональных. Специальные ткани генерируют электрические сигналы, которые путешествуют по своеобразным "электрическим проводам" сердца при каждом его ударе. Водителем ритма у здорового человека является синусовый узел, расположенный у задней стенки правого предсердия близ места впадения верхней полой вены. После того, как здесь рождается импульс, он проводится на предсердия, заставляя их сокращаться и проталкивать кровь в желудочки. Затем импульс проводится на желудочки. Однако на пути к ним он задерживается во втором узле - атриовентрикулярном, и лишь затем распространяется по проводящей системе желудочков: разветвлениям пучка Гиса и волокнам Пуркинье. Эта задержка необходима для координированной и синхронной работы камер сердца.
Сложность и чуткая реакция этой системы делают ее чувствительной к малейшим изменениям в организме. Поломка может произойти на каждом этапе движения импульса. Этим объясняется тот факт, что не только кардиологическая, но, по сути, любая патология может явиться причиной нарушений ритма сердца.
В методе кардиостимуляции роль естественного водителя ритма (синусового узла) выполняет искусственный водитель ритма. Этот водитель ритма вырабатывает электрические импульсы определенной силы и частоты. В качестве искусственного водителя ритма используют специальные аппараты - кардиостимуляторы. Каждый стимулятор состоит из источника питания, генератора электрических импульсов и электродов вместе с проводниками, соединяющих аппарат с сердцем [2].
Необходимость в использовании электрокардиостимуляторов не нуждается в доказательствах. Летальность среди больных блокадой высоких степеней в первый год с момента проявления первых признаков нарушения проводимости составляет 50%. Но современные кардиостимуляторы призваны не только спасать жизнь человека, но и улучшать качество жизни пациентов. Сейчас существуют специальные электрокардиостимуляторы, которые, наряду с функциями обычного искусственного водителя ритма, обладают специальными режимами работы, предупреждающими возникновение приступов тахиаритмии, и, прежде всего, конечно, приступов фибрилляции предсердий. В настоящее время появилась возможность помогать пациентам с тяжелой сердечной недостаточностью, вызванной ишемическим поражением, дилатационной кардиомиопатией, воспалительными заболеваниями сердца с помощью еще более сложных трехкамерных моделей электрокардиостимуляторов.
На сегодняшний день существует несколько типов электрокардиостимуляторов, в зависимости от нарушений в сердце. Цель данной магистерской диссертации является изучение методик кардиостимуляции и строения двухкамерного R - синхронизированного ЭКС.
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:
- изучен принцип работы проводящей системы сердца;
- изучены методы получения параметров и методы воздействий на сердце;
- изучены патологии, при которых необходима имплантация ЭКС;
- изучены электронные узлы для построения схемы ЭКС и разработана принципиальная схема ЭКС.
В природе существуют технические средства реабилитации и восстановления утраченных функций, которые включают в себя огромное количество медицинской техники. Главной задачей в рамках реабилитации является стимулирование отдельных органов или систем. Особый подкласс, составляет кардиостимуляция - стимуляция отделов сердца при нарушении проводящей функции.
Наше сердце имеет собственную электрическую систему, которая заставляет его биться и управляет частотой его сокращений [1]. Она включает два узла и множество проводящих путей, органических или функциональных. Специальные ткани генерируют электрические сигналы, которые путешествуют по своеобразным "электрическим проводам" сердца при каждом его ударе. Водителем ритма у здорового человека является синусовый узел, расположенный у задней стенки правого предсердия близ места впадения верхней полой вены. После того, как здесь рождается импульс, он проводится на предсердия, заставляя их сокращаться и проталкивать кровь в желудочки. Затем импульс проводится на желудочки. Однако на пути к ним он задерживается во втором узле - атриовентрикулярном, и лишь затем распространяется по проводящей системе желудочков: разветвлениям пучка Гиса и волокнам Пуркинье. Эта задержка необходима для координированной и синхронной работы камер сердца.
Сложность и чуткая реакция этой системы делают ее чувствительной к малейшим изменениям в организме. Поломка может произойти на каждом этапе движения импульса. Этим объясняется тот факт, что не только кардиологическая, но, по сути, любая патология может явиться причиной нарушений ритма сердца.
В методе кардиостимуляции роль естественного водителя ритма (синусового узла) выполняет искусственный водитель ритма. Этот водитель ритма вырабатывает электрические импульсы определенной силы и частоты. В качестве искусственного водителя ритма используют специальные аппараты - кардиостимуляторы. Каждый стимулятор состоит из источника питания, генератора электрических импульсов и электродов вместе с проводниками, соединяющих аппарат с сердцем [2].
Необходимость в использовании электрокардиостимуляторов не нуждается в доказательствах. Летальность среди больных блокадой высоких степеней в первый год с момента проявления первых признаков нарушения проводимости составляет 50%. Но современные кардиостимуляторы призваны не только спасать жизнь человека, но и улучшать качество жизни пациентов. Сейчас существуют специальные электрокардиостимуляторы, которые, наряду с функциями обычного искусственного водителя ритма, обладают специальными режимами работы, предупреждающими возникновение приступов тахиаритмии, и, прежде всего, конечно, приступов фибрилляции предсердий. В настоящее время появилась возможность помогать пациентам с тяжелой сердечной недостаточностью, вызванной ишемическим поражением, дилатационной кардиомиопатией, воспалительными заболеваниями сердца с помощью еще более сложных трехкамерных моделей электрокардиостимуляторов.
На сегодняшний день существует несколько типов электрокардиостимуляторов, в зависимости от нарушений в сердце. Цель данной магистерской диссертации является изучение методик кардиостимуляции и строения двухкамерного R - синхронизированного ЭКС.
Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:
- изучен принцип работы проводящей системы сердца;
- изучены методы получения параметров и методы воздействий на сердце;
- изучены патологии, при которых необходима имплантация ЭКС;
- изучены электронные узлы для построения схемы ЭКС и разработана принципиальная схема ЭКС.
В данной магистерской диссертации рассмотрены достоинства и недостатки кардиостимуляторов, приведены описания и технические характеристики конкретных моделей наружных кардиостимуляторов, а также их структурные схемы.
Был выбран прототип устройства, на основе структурной схемы которого было разработано устройство «Мультипрограммируемый наружный кардиостимулятор», оснащенное двумя каналами стимуляции.
Для решения вопросов управления стимуляцией на расстоянии был использован Bluetooth - модуль для передачи информации с электродов на обрабатывающий блок.
А также произведены: анализ научно - технической литературы, в ходе которого рассмотрены методы стимуляции сердца, патентные исследования по теме «Кардиостимуляторы», обзор кардиостимуляторов разных фирм - производителей (Аскон, Maquet, Medtronic).Выявлены три наиболее близких аналога кардиостимуляторов, рассмотрены электроды стимуляции сердца, был выбраны электроды эндокардиальные для временной стимуляции ЭПВП.
Были подобраны: микросхемы, исходя их массогабаритных показателей и низких показателей энергоемкости, кнопки для включения и выбора режима работы устройства, номиналы сопротивлений и емкостей - SMD - элементы, аккумулятор емкостью 2300 мАч на основе нанофосфатной технологии на основании расчета блока питания, стабилизаторы напряжения, необходимые для получения требуемых напряжений питания.
Произведены: подробное описание структурной и принципиальной схем разрабатываемого устройства, расчет блоков принципиальной схемы, а также расчет блока питания.
Рассчитаны аддитивная, мультипликативная и общая погрешности прибора. Аддитивная погрешность рассчитана на основании напряжения смещения ОУ, мультипликативная - на основании коэффициента усиления ОУ
Выявлено, что общая погрешность прибора составляет 5,7%.
Был выбран прототип устройства, на основе структурной схемы которого было разработано устройство «Мультипрограммируемый наружный кардиостимулятор», оснащенное двумя каналами стимуляции.
Для решения вопросов управления стимуляцией на расстоянии был использован Bluetooth - модуль для передачи информации с электродов на обрабатывающий блок.
А также произведены: анализ научно - технической литературы, в ходе которого рассмотрены методы стимуляции сердца, патентные исследования по теме «Кардиостимуляторы», обзор кардиостимуляторов разных фирм - производителей (Аскон, Maquet, Medtronic).Выявлены три наиболее близких аналога кардиостимуляторов, рассмотрены электроды стимуляции сердца, был выбраны электроды эндокардиальные для временной стимуляции ЭПВП.
Были подобраны: микросхемы, исходя их массогабаритных показателей и низких показателей энергоемкости, кнопки для включения и выбора режима работы устройства, номиналы сопротивлений и емкостей - SMD - элементы, аккумулятор емкостью 2300 мАч на основе нанофосфатной технологии на основании расчета блока питания, стабилизаторы напряжения, необходимые для получения требуемых напряжений питания.
Произведены: подробное описание структурной и принципиальной схем разрабатываемого устройства, расчет блоков принципиальной схемы, а также расчет блока питания.
Рассчитаны аддитивная, мультипликативная и общая погрешности прибора. Аддитивная погрешность рассчитана на основании напряжения смещения ОУ, мультипликативная - на основании коэффициента усиления ОУ
Выявлено, что общая погрешность прибора составляет 5,7%.