18 декабря 2016г.
Сердечно-сосудистые заболевания являются одной из главнейших причин смертей во всем мире. По данным ВОЗ - это около 30% всех смертей. Важнейший фактор уменьшения смертности - своевременное выявление заболеваний на ранней стадии развития.
Один из параметров, характеризующий состояние системы кровообращения – скорость кровотока. Из всего многообразия существующих методов и средств измерения скорости наиболее приемлемым, с практической точки зрения, является метод магнитной метки, позволяющий оперативно выявлять патологические участки кровеносно-сосудистой системы с целью дальнейшего проведения медикаментозного или хирургического лечения.
Известно [1], что магнитные свойства крови связаны с наличием в составе молекулы белка гема, который представляет комплексное соединение порфирина с двухвалентным железом. В гемоглобине крови этот гем соединен с белком, при этом сам пофириновый комплекс, в смысле проявления магнитных свойств, является диамагнетиком, а парамагнитные свойства его обусловлены присутствием атома железа.
Устройство для измерения скорости кровотока [2,3] состоит из генератора магнитной метки, измерительного канала и канала компенсации, каждый канал состоит из последовательно соединенных датчика магнитной индукции, усилителя и полосового фильтра, при этом выходы полосовых фильтров измерительного и компенсационного каналов, подключены ко входам дифференциального усилителя, выход которого через первый формирователь импульса подключен ко входу сравнивающего устройства, к другому входу которого через второй формирователь импульса подключен генератор магнитной метки. В измерительный и компенсационный каналы установлены концентраторы магнитного поля, на которых установлены датчики магнитной индукции (преобразователи Холла). На концентраторах измерительного и компенсационного каналов расположены обмотки отрицательной обратной связи.
Устройство работает следующим образом. Генератор магнитной метки излучает магнитный импульс, который оказывает влияние на пространственную ориентацию гемов крови, т.е. образует магнитную метку. За время t метка вместе с потоком крови перемещается в сторону приемника (датчика магнитной индукции) на расстояние S. С целью повышения чувствительности датчик Холла помещен в кольцевом концентраторе магнитного поля. Применение концентратора позволяет существенно увеличить магнитную индукцию, воздействующую на датчик Холла, что в свою очередь позволяет увеличить чувствительность всего тракта преобразования, одновременно увеличивая соотношение «сигнал - шум». Сигнал с датчика Холла усиливается усилителем измерительного канала, фильтруется и поступает на обмотку отрицательной обратной связи, размещенную на соответствующем концентраторе магнитного поля. Сигнал отрицательной обратной связи уравновешивает входной сигнал таким образом, что на выходе датчика Холла напряжение становится близким нулю, т. е. датчик Холла работает в области индукций близких нулю, что позволяет уменьшить аддитивную составляющую суммарной погрешности. Сигнал, пропорциональный амплитуде измеренного импульса, поступает на дифференциальный усилитель, на второй вход которого поступает сигнал с компенсационного канала, датчик которого воспринимает только помехи, шумы и наводки, воздействующие на основной, измерительный датчик магнитной индукции. Сигналы с измерительного и компенсационного каналов вычитаются на дифференциальном усилителе, из полученного разностного сигнала формирователем импульсов формируется прямоугольный импульс, который поступает на сравнивающее устройство. На сравнивающее устройство также подается сигнал с генератора магнитной метки, приведенный формирователем импульса к прямоугольному виду. На выходе сравнивающего устройств получаем импульс, длительность которого пропорциональна временной задержке появления метки на датчике магнитной индукции, функционально связанной со скоростью перемещения массы крови.
Очевидно, что суммарная погрешность измерителя скорости кровотока обусловлена в основном двумя составляющими – инструментальной, связанной в первую очередь с первичным преобразователем и методической, связанной с косвенным методом измерения скорости.
Для биомедицинских исследований наиболее перспективными являются датчики Холла (ДХ) [4]. Они обладают достаточно высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками, а современные технологии производства делают их доступными для широкого применения.
На основании выше изложенного можно сделать вывод, что для получения приемлемых метрологических характеристик измерителя скорости кровотока необходимо использовать схемотехнические решения, позволяющие осуществить возможно полную компенсацию напряжения неэквипотенциальности, а также использовать термостабилизацию пластины ДХ. В соответствии (4) составляющие абсолютной суммарной погрешности входят с разными весовыми коэффициентами, что тоже необходимо учитывать при разработке подобных устройств.
Список литературы
1.
Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека. Справочник.-Киев: Наукова думка, 1990. -224с.
2.
Бельский А.М., Дмитриев С.В. А.с.№1521061 от 8.07.89. Зонд для контроля магнитных систем.
3.
Бельский А.М., Бердников А.В. Патент на полезную модель №102481 от 9.07.10. Устройство для измерения скорости кровотока.
4.
Бельский А.М., Бердников А.В. Патент на полезную модель №149843 от10.06.14.Устройство для измерения скорости кровотока.
5.
Вайс Г. Пер. с нем. Под ред. О. Хомерики. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение. М.: Энергия, 1974.
