Диссертация (Биотехническая система контроля венепункции на основе измерений электрического импеданса), страница 7

Игла удаленаот АТЭ на расстояние 20 мм. В ходе исследования были смоделированыразличныеусловиярасположениятоковыхэлектродов,показанонаРисунке 2.13:- токовые электроды располагались вдоль имитационного сосуда нарасстояние 80 мм друг от друга (продольное расположение);- токовые электроды располагались друг под другом, причем АТЭоставался над сосудом (радиальное расположение, позиция № 1);- АТЭ не перемещался, а ЗТЭ был сдвинут ближе к АТЭ (радиальноерасположение, позиция № 2);- смещение ЗТЭ в сторону АТЭ продолжено и расстояние междуэлектродами составляло 10 мм (радиальное расположение, позиция № 3).Рисунок 2.13.

Различные варианты расположения электродной системыа) Продольное расположение1- активный токовый электрод; 2- заземленный токовый электрод; 3 –игольчатый электродб) Радиальное расположение2а – позиция заземленного токового электрода № 1, 2b – позиция электрода №2, 2c – позиция электрода № 352Расчет электрического импеданса проводился путем пересчета плотноститока в силу тока. Напряжение под АТЭ составило 0,7 В.

Область интересов,относительно которой проводился расчет электрического импеданса, быларасположена под АТЭ, на глубине 1 мм. Расчет сопротивления проводился длянескольких позиций погружений игольчатого электрода в ЦМ: 0; 1,5; 3; 5 мм.Расчет относительного изменения электрического импеданса проводилсядля погружения иглы-электрода в ЦМ на 1 мм и 1,5 мм, что является имитациейпервого прокола стенки венозного сосуда.Результаты оценки относительного изменения электрического импедансас применение ЦМ представлены в Таблице 8.Таблица 8.Результаты расчета относительного изменения электрического импеданса дляразличных позиций электродной системы на ЦМРасположение электродной системыОтносительное изменениеэлектрического импеданса, %80мм (продольное расположение)24Позиция №121Позиция №226Позиция №330В ходе исследования был сделан вывод, что радиальное расположениеэлектродной системы является допустимым.

ЗТЭ необходимо располагать внепосредственнойблизостикАТЭ.Такоерасположениепозволитпозиционировать электродную систему, не закрывая рабочую поверхность отврача, и осуществлять контроль качества венепункции в областях, гдепродольное расположение электродной системы невозможно.532.3.2.2. Исследование влияния площади контакта ЗТЭДля выявления оптимальной площади контакта ЗТЭ была разработаначисленная модель, показанная на Рисунке 2.14.Рисунок 2.14. Изменение площади контакта ЗТЭ1 - ЗТЭ; 2 – АТЭ; 3 – Игольчатый электродГабаритныепараметрымоделиидентичныпараметраммоделейрассмотренным ранее. Площадь АТЭ 20х30 мм.

АТЭ располагался наповерхности модели над имитационным сосудом. ЗТЭ задан с переменнойплощадь контакта, а именно: 5х5; 10х10; 20х30 мм. ЗТЭ расположен слева отАТЭ на расстояние 10 мм. При изменение площади ЗТЭ, расстояние междуаппликационнымиэлектродаминеизменялось.Игольчатыйэлектродрасполагался над сосудом и был удален от АТЭ на 20 мм. Расчетэлектрического импеданса осуществлялся в момент погружения игольчатогоэлектрода в модель на 0; 3; 7,5 и 13 мм. При позиции иглы-электрода 0 мм,игольчатый электрод не касался поверхности модели. Распределение силовыхлиний присутствовало только между аппликационными электродами. Припогружение иглы-электрода в модель на 3 мм, игольчатый электродрасполагался над венозным сосудом, на 7,5 мм игольчатый электродрасполагался внутри венозного сосуда, 13 мм имитация двойного проколастенки сосуда.54Данная последовательность действий была продублирована для каждоймодели с изменением площади контакта ЗТЭ.

Результат расчета численногомоделирования отражен в Таблице 9.Таблица 9.Результаты моделирования изменения площади заземленного токовогоэлектродаОтносительное изменениеПлощадь электрода, ммэлектрического импеданса, %335х52710х101020х30Максимальное изменение электрического импеданса к первому проколустенки имитационного сосуда достигается при площади ЗТЭ равной 5х5 мм.

Входе исследования был сделан вывод, что площадь ЗТЭ должна быть меньше,относительно площади АТЭ.2.3.2.3. Выявление оптимальной площади контакта АТЭДля выявления оптимальной площади контакта АТЭ, была разработаначисленная модель, представленная на Рисунке 2.15.Рисунок 2.15. Изменение площади контакта АТЭ1 – ЗТЭ; 2 – АТЭ; 3 – Игольчатый электрод55ИсследованиепоказаловлияниеизмененияплощадиАТЭнаотносительное изменение электрического импеданса к проколу имитационногососуда.Длямоделированиябылизаданыидентичныегабаритныеиэлектрофизические параметры.

Площадь ЗТЭ составляла 20х30 мм. ПлощадьАТЭ менялась: 5х5; 10х10; 20х30 мм.Игольчатый электрод был задан диаметром 0,8 мм и длиной 40 мм.Расстояние между АТЭ и иглой в ходе моделирования оставалось неизменным,независимо от площади АТЭ и составляло 20 мм. Были разработаны модели,отражающие погружение игольчатого электрода в среду на 0; 3; 7,5 и 13 мм.Значение относительного изменения электрического импеданса к первомупроколу стенки сосуда представлены в Таблице 10.Таблица 10.Результаты расчета численной модели изменения площади АТЭОтносительное изменениеПлощадь активного токового электрода,электрического импеданса, %мм3,35х5710х101020х30В ходе исследования был сделан вывод, что площадь контакта АТЭдолжна быть большой.По итогам проведенных исследований о выявлении оптимальнойплощади контактной поверхности аппликационных токовых электродоввыявлено, что для наилучшей визуализации момента первого прокола стенкивенозного сосуда, площадь АТЭ должна быть больше площади ЗТЭ.

В данныхисследованиях оптимальными габаритными параметрами площади являются:активный электрод 20х30 мм, заземленный электрод 5х5 мм. Результатымоделирования были опубликованы в [68-76].562.4. Определение относительного изменения электрического импеданса канатомическим особенностям расположения периферическихповерхностных вен2.4.1. Влияние глубины залегания имитационного сосуда на показанияотносительного изменения электрического импедансаДля выявления чувствительности электродной системы к глубинезалегания периферических сосудов была разработана модель с вариабельнойглубиной залегания цилиндрического включения (Рисунок 2.16).Рисунок 2.16. Численная модель с переменной глубиной залеганияцилиндрического включенияПо электрофизическим и габаритным параметрам модель идентичнамоделям рассмотренным ранее.

Схема установки электродной системы выбранас одним токовым электродом и иглой-электродом. Это схема, состоящая изАТЭ с площадью контактной поверхности 20х30 мм и игольчатым электродом.Аппликационный электрод располагался над сосудом. Введение иглыэлектрода осуществлялось на расстояние 20 мм от АТЭ под углом 90° кповерхности модели.Диаметр моделируемого сосуда задан 5 мм. Глубина залегания венозногососуда была переменной и составила 2,5 мм, далее глубина была увеличена до577,5; 12,5 и 20 мм. Погружение игольчатого электрода было задано в модели: 1;4,5; 7,5; 12,5 и 20 мм. Такое расположение обеспечивает введение иглы в центрсосуда при различных его глубинах. Схема проведения моделированияпредставлена на Рисунке 2.17.

Результат расчета электрического импеданса дляразличных позиций игольчатого электрода представлен в Таблице 11.Рисунок 2.17. Схема моделирования разных глубин имитационного сосудаЧисленные значения в левой части схемы показывают глубины введенияигольчатого электрода. Над схемой указаны глубины расположения венозногососуда.Таблица 11.Результат расчета электрического импеданса для различных глубин залеганиявенозного сосудаПоз.2мм, Ом5мм, Ом10мм, Ом15мм, Ом1мм559,7576,8571,7582,54,5мм142,6258,6284,8287,17,5мм123,6131,4206,0208,212,5мм104,0108,0105,9125,620мм94,098,398,597,658Расчет относительного изменения электрического импеданса, проводилсяпо значению соответствующему расположению игольчатого электрода в центреимитационного сосуда и предыдущей позиции игольчатого электрода.Соответственно, для глубины залегания цилиндрического включения 2,5 мм,относительное изменение составит 74%, для глубины 5мм, составит 49%, дляглубины 10мм, составит 48%, для глубины 15мм составит 22% (Таблица 12).Таблица 12.Расчет относительного изменения электрического импеданса для переменнойглубины залегания имитационного сосудаОтносительное изменениеэлектрического импеданса, %74584822Глубина, мм2,551015По результатам исследования был сформулирован вывод о том, чтоотносительное изменение электрического импеданса к проколу венозногососуда высока, около 50%, для глубин залегания имитационного сосуда до 10мм.

При этом диаметр венозного сосуда задан 5 мм.2.4.2. Влияние переменного диаметра имитационного сосуда напоказания относительного изменения электрического импедансаВ проведенном исследовании была разработана модель с переменнымдиаметром венозного сосуда. Электрофизические и габаритные параметрымоделируемого фантома были идентичны моделям рассмотренным ранее.Схема установки электродной системы была выбрана из исследованийэффективностирасположенияэлектродныхсистем.Глубиназалегания59венозного сосуда была неизменна и составляла 5 мм.

Диаметры сосудовварьировались в диапазоне: 1; 2; 5; 10 мм (Рисунок 2.18).Рисунок 2.18. Численная модель фантома с переменным диаметром венозногососудаСхема исследования представлена на Рисунке 2.19. Результат расчетаэлектрического импеданса для различных позиций игольчатого электродапредставлен в Таблице 13.Рисунок 2.19.