автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Измерения и анализ флуктуаций температуры, скорости и давления в каналах нерегулярной формы

На правах рукописи

УДК 536 531 531 787 532 574

Д/сгг

— —ГЛ*ЯЧ Р"3

Рассадина Анна Александровна

иазоезт-ое

измерения и анализ флуктуаций температуры, скорости и давления в каналаХнёрегулярной формы

Специальность 05 11 01 - Приборы и методы измерения по видам измерений (тепловые величины)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкг- Петербург 2007

003062708

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор, Лукьянов Геннадий Николаевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор, Копыльцов Александр Васильевич

доктор физико-математических наук, профессор, Буравой Семен Ефимович

Ведущая организация

Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им Д И Менделеева

/пЗО

Защита состоится 22 мая 2007 г в '" на заседании диссертационного совета Д212 227 02 при Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр, 49, ауд Ць(>

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики

Автореферат разослан 21 апреля 20071

Ученый секретарь диссертационного совета

Козлов С А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

Настоящая работа посвящена исследованию конвективных процессов в каналах нерегулярной формы, плохо поддающихся точному геометрическому описанию Каналы нерегулярной формы обладают многочисленными выступами, неровностями и другими нерегулярностями по своему внутреннему сечению К ним можно отнести многие природные объекты, такие как, например, гидросистемы, литосистемы, геосистемы К каналам нерегулярной формы, в частности, можно отнести дыхательную систему человека, в которой происходит конвективное движение воздуха

При исследовании гидро- и аэродинамических потоков в нерегулярных каналах, как правило, используют стандартные методы, не учитывающие в полной мере сложное геометрическое строение изучаемых объектов Вместе с тем с движением водных потоков в руслах рек под неровною коркою льда связаны ледотермические и гидравлические задачи, влияющие на проходимость рек в зимнее время Строение лито- и геосистем определяют конвективные и термодинамические особенности, а с ними процессы физического выветривания и разрушения

Актуальным является изучение конвективных воздушных потоков внутри сложной нерегулярной структуры носа человека Необходимость их экспериментального исследования вызвана как распространенностью дефектов и заболеваний дыхательной системы человека, так и практическим отсутствием полноценных физических моделей этой системы, адекватно отражающих динамические процессы дыхания

Нарушения процессов движения воздуха в дыхательной системе человека проявляются в заболеваниях дыхательной системы, по характеру такого движения можно диагностировать наличие, отсутствие и характер заболеваний

При исследовании конвективных потоков внутри каналов нерегулярной формы, рассмотренных нами на примере полостей носа человека, используют диагностические приборы, основанные на измерении гидродинамических характеристик расхода, скорости воздушного потока, давления и коэффициента носового сопротивления Коэффициент носового сопротивления является аналогом гидродинамического сопротивления и определяется как отношение давления (или его перепада на входе и выходе из полостей носа) к скорости воздуха измеренной в том же отделе носа При этом в диагностике практически не рассматривается тепловая составляющая конвективного потока Тот факт, что человек всегда выделяет тепло, вдыхая холодный воздух, выделяет нагретый до температуры своего тела, в настоящее время в медицине не используется

Нами было сделано предположение, что конвективные тепло и массообменные характеристики дыхания также могут характеризовать состояние органов дыхания человека, как и гидродинамические, и возможно даже улучшат современные возможности диагностирования

Другой недостаток применяемых в клинической практике диагностических приборов заключается в использовании гладких дополнительных трубок, подводимых к органам дыхания, в которых и располагаются датчики Результат измерения в таких трубках оказывается значительно сглаженным, отражающим усредненные измеряемые характеристики Такими приборами можно определить уже развитую патологию полости носа, исключая возможность раннего диагностирования

В связи с перечисленными причинами возникла необходимость в разработке нового метода для получения достоверной информации о конвективных и тепловых потоках внутри каналов нерегулярной формы, имеющих многочисленные выступы, неровности, ответвления, при полном сохранении формы таковых

Объектом исследований в данной работе являются конвективные процессы, протекающие внутри каналов нерегулярной формы, рассмотренных на примере полостей носа человека

Цель работы заключается в изучении характера движения воздуха внутри нерегулярных каналов, и в создании на базе полученных результатов исследования метода ранней диагностики и уточнения диагноза

В рамках поставленной цели решены следующие задачи

1 Проведена диагностика основных составляющих конвективного потока -температуры, скорости и давления внутри каналов нерегулярной формы

2 Измерены пульсации температуры на выходе из дыхательной системы и выявлены характерные особенности этих пульсаций

3 Оценен коэффициент гидравлического сопротивления внутри нерегулярных каналов

4 Создан метод диагностирования по вычисленным оценкам спектральной плотности мощности измеренных величин (температуры, скорости и давления) и их хаотических инвариант

5 Показано, что для целей диагностики достаточно проводить измерения только пульсаций температуры

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем

1 На основе измерений пульсаций температуры, а также скорости и давления воздушного потока, в отдельных частях нерегулярных каналов, предложен метод диагностики состояния здоровья человека по спектральной плотности мощности измеряемого сигнала и хаотическим инвариантам

2 Установлен факт перераспределения энергии колебаний температуры, скорости и давления по спектру в зависимости от формы и строения нерегулярных каналов

3 Выявлены изменения в величине корреляционной размерности при изменениях в строении нерегулярного канала Установлено, что величина корреляционной размерности возрастает при усложнении строения нерегулярного канала

Основные положения, выносимые на защиту

1 Метод оценивания пространственно-временной структуры колебаний воздушного потока при движении его через каналы, имеющие сложную, нерегулярную форму, на основе измерений температуры, скорости, и давления воздушного потока

2 Экспериментальные данные, по которым установлен факт перераспределения энергии колебаний по спектру, а также изменения в величине корреляционных размерности и энтропии в зависимости от формы и строения нерегулярных каналов

3 Оценка коэффициента носового сопротивления, являющегося аналогом коэффициента гидравлического сопротивления, проведенная на примере полостей носа человека и пблостей искусственной модели носа

Практическая ценность работы

Предложен метод оценивания пространственно-временной структуры воздушного потока при движении его через каналы, имеющие сложную, нерегулярную форму Метод апробирован для внедрения в оториноларингологии для распознания и уточнения заболеваний верхних дыхательных путей Метод может быть использован

• при расчете и проектировании современных расходомеров-счетчиков газа,

• при диагностике заболеваний дыхательной системы человека Основные результаты работы:

На примере дыхательной системы человека получены новые данные для пульсаций температуры, скорости и давления воздушного потока в каналах нерегулярной формы

Полученные результаты показали, что дыхание представляет собой диссипагивный хаотический процесс, и легли в основу впервые предложенного метода, предназначенного для определения сложного характера конвективных потоков в каналах нерегулярной формы Предложенный метод заключается в

• измерении пульсаций температуры на входе в нос,

• вычислении спектральной плотности мощности для измеренной температуры,

• реконструкции методом задержек аттрактора измеренной величины,

• нахождении для реконструированного аттрактора корреляционной размерности и энтропии,

• диагностировании по полученным данным состояния человека

Личный вклад автора Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором под руководством его научного руководителя Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и разработанный метод диагностирования конвективных потоков дыхания

Реализация результатов работы отражена актами внедрения от МАПО, СПбГУ ИТМО, ЗАО «ВЗЛЕТ»

В гранте конкурсного центра фундаментального естествознания, № M0S-4 ОК-7 «Натурная модель для исследования дыхательной функции носа», предоставленном правительством Санкт-Петербурга для поддержки студентов и аспирантов

Апробация работы Основное содержание работы докладывалось на следующих научных конференциях

• VII всероссийской научной конференции молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии Разработка и аспекты применения», Таганрог, 2004,

• I конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО, С-Пб, 2004,

• XX конференции профессорско-преподавательского состава СПбГУ ИТМО, С-Пб, 2005,

• II межвузовской конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО, С-Пб, 2005,

• международной конференции «International Conference Physics and Control Proceedings», PhysCon 2005, С-Пб, 2005,

• XXI конференции профессорско-преподавательского состава СПбГУ ИТМО, 2006,

• III межвузовской конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО, СПб, 2006

Результаты диссертации опубликованы в 9 научных публикациях

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и четырех приложений Она содержит 141 страницу машинописного текста, 53 рисунка, и 8 таблиц Список литературы включает 84 наименования

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулированы основные цели работы, показаны ее научная новизна и практическая значимость полученных результатов, указаны объекты исследования, даны сведения о структуре и содержании работы и приведены основные положения, выносимые на защиту

В первой главе представлен обзор основных источников цитируемой литературы в соответствии с рассматриваемыми главами диссертации В обзоре отражено современное состояние исследования конвективных процессов в каналах нерегулярной формы

Во второй главе показано, что изучение процессов дыхания необходимо для точного диагностирования заболеваний дыхательной системы человека и найдет безусловное применение в клинической практике специалистов оториноларингологов Предложены следующие необходимые условия в исследовании конвективных потоков в каналах нерегулярной формы

1 Анализ возможного пути распространения воздушного потока в канале

2 Наблюдение за основными характеристиками потока на всем пути его продвижения

3 Нахождение корреляционной связи между наблюдаемыми характеристиками потока и их анализ

В главе рассмотрено анатомическое строение полостей носа человека и показана его связь с процессами дыхания Представлены научные подходы к исследованию процессов дыхания и существующие физические модели дыхательной

системы

Полости носа

являются каналами

сложной нерегулярной формы с многочисленными выступами и

неровностями Имеющиеся внутри полостей носа носовые раковины делят вдыхаемый и выдыхаемый воздушный поток между общим, средним, нижним и верхним носовыми ходами, причем известно, что распределение воздуха по носовым ходам является неравномерным Открывающиеся в полости носа носовые пазухи представляют собой воздушные емкости, которые вносят определенный вклад в процессы конвективного тепло- и массообмена дыхания Условно разделение воздуха по носовым ходам и открывающемся в них носовые пазухи представлены на рис 1

Сложное анатомическое строение полостей носа влияет на характер конвективных тепло- и массообменных процессов, которые могут быть исследованы

• непосредственно внутри полостей носа человека,

• в органах дыхания некоторых видов животных, а также на трупах животных и людей,

• внутри искусственных моделей носа и дыхательной системы человека

Верхний носовой ход

Обший носовой хоп

Рис 1 Модельное представление полостей носа через систему каналов

В главе отмечены достоинства и недостатки каждого метода, анализ которых обусловил выбор направления исследований в пользу полостей носа человека и созданной соискателем искусственной модели носа

Рассмотрены современные диагностические приборы, основанные на измерении расхода, скорости, давления или коэффициента носового сопротивления в органах дыхания человека Общий недостаток приборов заключается в создании искусственных условий для дыхания человека Так больному предлагается дышать через рот, либо через нос, часто при одной закрытой ноздре При этом показания снимаются в маске или в трубке, а не в самой полости носа Конечный результат диагностирования оказывается сглаженным и искаженным Рассмотренными приборами можно определить уже развитую патологию полости носа, исключая возможность раннего диагностирования

В нашей работе основной акцент был сделан на измерение тепловой характеристики дыхания, а именно температуры Вместе с температурой мы измеряли пульсации скорости воздушного потока и давления Измеряемые характеристики должны были регистрироваться не в трубке, а непосредственно в полостях носа человека В качестве чувствительных элементов использованы миниатюрные, малоинерционные датчики Для измерения температуры выбраны полупроводниковые терморезисторы с сопротивлением при температуре t - 20°С, равным R, =3 кОм и диаметром 0,5 мм, отградуированные в

диапазоне от 20"С до 40'С Для измерения скорости воздушного потока выбраны те же миниатюрные терморезисторы (диаметр 0,5 мм) Терморезисторы были отградуированы как термоанемометры, с использованием для их нагрева стабилизированного тока величиной 10 мА Для измерения давления использовались датчики давления фирмы Honeywell

С учетом предъявленных требований на кафедре КТФ и ЭМ СПбГУ ИТМО с участием соискателя был разработан многоканальный ринологический прибор, позволяющий снимать показания необходимых параметров дыхания (температуры, скорости и давления) непосредственно в полостях носа, в обеих его половинках, не искажая естественное дыхание человека

Диагностический элемент прибора - клипса миниатюрных размеров, располагается на перегородке носа, внутри его полостей (рис 2, 3) На внешней поверхности правой и левой половинок клипсы находятся датчики, регистрирующие температуру на входе (выходе) в нос - терморезисторы 1 и 3, скорость воздушного потока - терморезисторы 2 и 4, и давление

Пример работы ринологического прибора показан на рис 4 Как видно из рис 4, динамические процессы внутри дыхательной системы, как правило, являются турбулентными Турбулизация процессов дыхания обусловлена одной из основных функций носа - функцией прогрева воздуха до температуры тела человека

терморезисгор 2

те

отводная трубка к датчику давления

Рис 2 Конструкция клипсы

Рис 3 Положение клипсы внутри полостей носа

Виноградова, левая полость

Виноградова правая полость

и 35

■ II с III

§■ 60 Я О

а _50

Ш 10 30 40 | О 10 20 30 40

»ремп с время с

Рис 4 Показания датчиков ринологического прибора

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию внутриносовых конвективных процессов дыхания на разработанной автором искусственной модели носа Т к человеческий нос обладает не только сложным, разветвленным строением, но и миниатюрными размерами, то при исследовании конвективных процессов дыхания, разместить датчики внутри его каналов практически невозможно

Моделирование - один из важнейших методов исследования дыхательной функции носа (ДФН) Оно получило широкое распространение в исследовательской практике, т к позволяет наблюдать массообменные процессы в таких частях носа человека, проникнуть в которые в любом другом из перечисленных методов весьма затруднительно Моделирование позволяет наблюдать изменения в движении воздушных масс в любой области модели а, следовательно, судить о распределении воздушных потоков внутри полости носа Такой подход не возможен при определении ДФН у людей, даже при обеспечении проведения необходимых измерений непосредственно в полостях носа

При создании искусственной модели носа были рассмотрены другие модели Основными недостатками ранее созданных моделей является добавление красящих веществ в исследуемую среду, а также использование газообразных, и жидких сред Модели создавались для визуального фото- и видео- наблюдения за процессами массообмена в полости носа, поэтому воздух в них заменялся другою, видимою глазом средой Замена воздуха другими средами приводит к нарушению действительных процессов, протекающих при дыхании в полостях носа Характер движения исследуемой среды внутри модели зависит не только от формы модели, но и от вязких свойств самой среды Поэтому при моделировании огромную роль играет соблюдение условий соответствия формы модели и физических свойств рабочей среды

Предложенная соискателем искусственная модель носа и прилегающих к нему пазух, полностью повторяет шатошческое строение, я выполнена я масштабном соответствии носу (рис. 5, б).

Рис. 5, Внешний вид искусствен пой модели Рис. 6. Внутренний вид модели носа носа

Модель состоит из двух основных, выполненных из ¡¡ластика форм, имитирующих левую и праную половины носа. Между половинами модели носа имеется пластмассовая перегородка. Па латеральной поверхности форм, в соответствии с анатомией носа были воссозданы раковины, разделяющие полость носа на . четыре носовых хода. Восемь дополнительных пластиковых форм, соединенных посредством трубок с формами половинок носа, представляют парные гайморовы, лобные, клиновидные и решетчатые пазухи Для создания миниатюрных ячеек решетчатого лабиринта (решетчатых пазух) использовалась гибкая пластиковая лента. Большие формы полости носа через тройник соединены с гофрированной трубкой, заменяющей трахею. Поток вдыхаемого и выдыхаемого воздуха формируется легкими человека, дышащего через гофрированную трубку ("трахею").

Парность форм, соответствие их натуральным размерам, наличие раковин и носовых пазух выгодно отличают модель от других. При необходимости модель можно легко разобрат ь и восстановить.

Рис, 7, Схема расположения датчиков внутри модели носа: 1 - в области преддверия носа, 2 - в области среднего носового хода, 3 - в области общего носового хода, 4 - в хоанах

Другая отличительная

особенность экспериментальной установки заключается в наличие сверхминиатюрных датчиков, позволяювдих определять

скорость воздушного потока в различных частях модели, не препятствуя движению

воздушных струй. Для модели носа были выбраны те же датчики марки СТ1 -18, что и для ринологического прибора,

разработанного на кафедре теплофизики, что позволило провести тестирование модели, найти причинно-следственные связи между характером движения воздуха внутри полости носа в области его преддверия и заболеванием человека.

Расположение датчиков внутри модели носа показано на схеме рис. 7.

Датчики снабжены выводами, соединенными с аналоговой схемой, которая в свою очередь подключена к ЛЦП (плата 1Л 54) и компьютеру. Программа, написанная на языке С, позволяет синхронно отображать показания датчиков на экране монитора в режиме реального времени. Одновременно производится запись результатов в файл.

Основное назначение модели — исследование процессов массообмена в полости носа. С этой целью были проведены две серии опытов, которые включали- моделирование дыхания здорового человека,

- моделирование учащенного дыхания, соответствующего заболеваниям легких,

- моделирование дыхания через одну ноздрю, возникающего в случае отека одной из половин носа.

На рис. 8. представлены показания датчиков в процессе экспериментальных исследований.

Рис. 8. Показания термоанемомечров внутри модели носа при моделировании дыхания здорового человека; 1 -в области преддверия модели носа; 2- в области хоан; 3,4- областях общего в с сел него носового ходов

Рис. 9, Показания датчиков скорости в области преддверия носа: а - внутри модели носа, б - внутри полости носа человека

Было осуществлено частичное сравнение (рис 9) этих данных с теми результатами, которые были получены при диагностике пациентов ринологическим прибором, разработанным на кафедре компьютерной теплофизики и энергофизического мониторинга Установлено соответствие во внешнем характере, амплитуде и периоде измеренных сигналов, что позволило сделать вывод о соответствии модели носа полостям человеческого носа

Один из основных диагностических параметров, оценивающих состояние дыхания больного, является коэффициент носового сопротивления В медицине коэффициент носового сопротивления является аналогом коэффициента гидравлического сопротивления в механике жидкостей и газов и определяется как отношение давления в полости носа или его перепада на входе и выходе из полости к объемной скорости воздушного потока

В Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного образования (МАЛО) разработанным на кафедре КТФ и ЭМ ринологическим прибором соискателем проведены исследования конвективных процессов дыхания на 250-ти пациентах, как здоровых, так и с заболеваниями носа Исследованы основные закономерности тепло- и массообмена, сопутствующие различным заболеваниям дыхания При диагностике пациентов коэффициент носового сопротивления определялся как отношение величины давления к величине скорости воздушного потока в области пред дверия носа Полученные значения коэффициента достигали 200 Па с/м для затрудненного дыхания, но в норме не превышали 50 Па с/м

Также был оценен коэффициент носового сопротивления внутри искусственной модели носа Оказалось, что коэффициент носового сопротивления в области преддверия модели носа, при выбранном давлении 20 Па соответствует его величине для области преддверия носа человека Его величина минимальна для нижнего и верхнего носовых ходов и максимальна в общем носовом ходе, где наблюдается турбулентное течение воздуха Среднее значение коэффициента носового сопротивления для модели носа не превышает 45 Па с/м

Основная задача любого научного исследования заключается в выявлении основных закономерностей изучаемых явлений с целью их описания и предсказания дальнейшего развития во времени Эта задача решена в четвертой главе диссертации

Реальные процессы часто носят хаотический, не упорядоченный характер Детерминированный хаотический характер флуктуаций температуры, скорости воздушного потока и давления внутри полостей носа человека и внутри модели носа может быть идентифицирован методами нелинейной динамики и спектрального анализа

Метод заключается в реконструкции фазовой траектории наблюдаемых флуктуаций температуры, скорости воздушного потока и давления в трехмерном фазовом пространстве, вычислении корреляционной размерности и энтропии и построении графиков спектральной плотности мощности для рассмотренных флуктуаций

Пример реконструкции трехмерного фазового пространства для флуктуаций температуры вдыхаемого и выдыхаемого воздушного потока здорового и больного человека показан на рис 10

Закономерности поведения аттракторов обычнб оценивают с помощью размерности и энтропии Размерность определяет количество информации, необходимое для задания координат точки, принадлежащей аттрактору

Корреляционную размерность [1] используют для определения размерности объектов, трудно поддающихся, или не поддающихся аналитическому описанию Для аттракторов, построенных методом задержек по временным рядам, полученным в результате наблюдений, корреляционную размерность определяют через корреляционный интеграл Корреляционный интеграл С{е) - есть вероятность того, что две точки на

аттракторе лежат вкутри ячейки размера е или, другими словами, разделены дистанцией

меш.ше, чем е. С{е) = , я(е) — число различных пар точек, разделенных

/ р

дистанцией меньшей,-чем е, N „ - полное число различных пар.

Больной

Фазовая траектория флуктуации

Здоровый

_ время, с__

Фазовая траектория флухтуаций температуры

I

Рис 10. Колебания температуры воздушного потока и фазовая траектория для здорового и

больного пациентов 1 - область, соответствующая времени вдоха, 2 - область, соответствующая времени выдоха, 3 — колебания в переходная области у больного пациента

На практике корреляционный интеграл определяют; 11

(и

е - радиус сферы, для которого определяется число точек М(е), оказавшихся внутри сферы, Н - функция ХевисаЙда,

(2)

Н =

>(НК~М)

x^xj- векторы из начала координат к точкам траектории с номерами i,j, М -число точек траектории Тогда корреляционная размерность определяется выражением

Dc = lim[ln С(е)! 1пгг] (3)

Энтропия Колмогорова - важнейшая характеристика хаотического движении в фазовом пространстве произвольной размерности Она пропорциональна скорости пот< ри информации диссипативной системой с течением времени Ее оценкой является гак называемая корреляционная энтропия [1]

Г "

К-, = lim hm lim — 2 r->0 £->0 ed—>°o j-

1 r

14)

,'1 'нС„+\(£)у

которая выражается через корреляционный интеграл (1) для определенной размерности вложения п

Произвольный процесс х может быть описан либо в виде зависимости от времени х = /(/), либо в зависимости от частоты X = Г(со), где со - 2л /, с"1, / - частота, Гц Эти два представления сигнала связаны друг с другом преобразованием Фурье, которое может бьггь определено, как

Х(а>) = (5)

—00

Частотную зависимость процесса оценивают с помощью спектральной плотности мощности (СПМ), которую определяют следующим образом

СПМ позволяет выявить основные частоты наблюдаемых в процессе колебаний

Корреляционные размерность и энтропия были оценены для контрольной групг ы, состоящей из 30-ти больных, прошедших курс остеопатического лечения в МАЛО, и для модели носа В каждом случае проводилЬя анализ спектральной составляющей процес:а Пример полученных результатов представлен на рис 11, 12,13 и в табл 1

Методы нелинейной динамики и спектрального анализа позволили выявить следующие закономерности

1 Была выявлена дробная величина корреляционной размерности, которая достаточно велика (превышает размерность 3) для различных случаев затрудненного дыхания

2 Согласно данным, полученным для модели носа, корреляционная размерность здорового человека лежит в пределах 2 < Ос < 3

3 Анализ корреляционной энтропии рис 12 также выявил тенденцию к уменьшению энтропии в процессе проводимого лечения Величина среди ;й корреляционной энтропии лежит в пределах 0,34 <К< 0,35

4 Анализ больных, прошедших курс остеопатического лечения выявил уменьшение в величине корреляционной размерности и уменьшение количества пиков на графике СПМ Большое количество пиков на графике СПМ свидетельствует о значительной степени затрудненного дыхания

5 На графике СПМ здорового человека и модели носа при моделировании естественного дыхания наблюдаются два основных пика Пик, лежащий га низкой частоте, характеризует основной характер движения воздуха по дыхательной системе Второй пик, лежащий на более высокой частот е, характеризует колебания воздуха при переходе от вдоха к выдоху и наоборот

Андреев_

Жалобы на затрудненное дыхание в левой ноздре

до лечения

Левая полость носа СПМ

8хх

Правая полость носа СПМ

вхх

Корреляционная размерность 4,35___

Корреляционная размерность 4,41 _

после лечения

Левая полость носа СПМ

6МХ

Правая полость носа СПМ

&ХХ

7 8 » 10

Корреляционная размерность 4,22_

Корреляционная размерность 4,02 _

Рис 11 Результаты диагностирования больного Андреева в процессе остеопатического лечения

0,365 | 0,36 I к 0 355 § | 0 345 п. я 034 о 0 335

ч

ч,

ч /Ч

N

1 до 1 после 2 до 2 после Процедура | —♦— К средняя | Здо 3 после

Рис 12 Среднее значение корреляционной энтропии для больных прошедших курс

остеопатического лечения

Таблица 1 Корреляционная размерность и энтропия внутри модели носа

естественное дыхание прерывистое дыхание через одну ноздрю, естеств ритм через одну ноздрю, прерывистое

О К 0 К О К О К

Область преддверия носа 2,76 0,76 3,27 1,02 3,25 0,63 3,75 1,107

Общий носовой ход 2,33 0,51 3,44 0,79 2,32 0,55 2,91 0,56

Средний носовой ход 2,47 0,52 2,98 0,5 2,14 2,15 3,28 0,81

Хоаны 1,83 0,69 2,69 0,31 2,82 0,78 3,05 0,74

Левая полость

Бхх '

НЕ

ЕЕ

' 1. Гц

;

--Л \ Л

5хх '

1 ГЦ

ЕД

• Ь Гц

Преддверие Правая полость Эхх

3±

-Общий код

f ГЦ

Хоаны | Бхх

В

Е

1 Т. Гц

■А.

1 Гц

Рис 13 СПМ внутри полостей модели носа при моделировании естественного

дыхания

По графику спектральной плотности мощности температуры, скорости или давления можно выявить период респираторной функции, Т = ^ Как правило, у

здоровых людей он больше, у больных же он не только меньше, но и из-за сильной хаотизации процессов дыхания на графике флуктуации скорости может быть незаметен

Рис 14 Скорость движения воздуха и время его движения внутри носовых ходов

Графики взаимной спектральной плотности мощности и фазового сдвига для сигшдов преддверие - общий ход, преддверие - средний ход, преддверие - хоаны позволили оценить среднюю скорость движения воздуха по каналам модели носа и время его движения Полученные результаты представлены на схеме рис 14 Из рис 14 видно, что скорость воздушного потока внутри носовых ходов выше, чем его величина в хоанах Время движения воздуха в среднем носовом ходе больше времени его движения в общем носовом ходе

III Заключение

Для изучения особенностей конвективных потоков внутри дыхательной системы человека проведены исследования флуктуаций температуры, скорости воздушного потока и давления в органах дыхания человека

На основании этих исследований на кафедре КТФ и ЭМ СПбГУ ИТМО созд.ш метод и, на его основе, макет прибора, позволяющий измерить температуру, скорэсть воздушного потока и давление внутри полостей носа без внесения серыгзных искажений в воздушный поток Практическое отсутствие искажений отличает его от существующих приборов и позволяет измерять динамические харасгеристики потока практически без искажений

Прибор прошел пробную эксплуатацию в МАЛО для ранней диагностики и уточнений характера заболеваний дыхательной системы

Апробация разработанного соискателем метода и прибора была осуществлена более чем на 500 пациентах Апробация выявила надежность и высскую эффективность прибора

Для изучения характеристик воздушного течения в верхних дыхательных путях, автор разработал и построил действующую натурную модель полостей носа, полностью повторяющую их внутреннее анатомическое строение Внутри различных частей модели методом термоанемометрии были измерены скорости воздушного потока Полученные данные практически полностью совпали с теми значгниями скорости воздушного потока, которые были получены ринологическим приСором при экспериментах на человеческом дыхании

Были получены данные пульсаций температуры, скоростей воздушного потока и давления в дыхательных путях Был оценен коэффициент носового сопротивления, который является аналогом коэффициента гидродинамического сопротивления, для модели носа и для больных прошедших курс лечения по поводу заболеваний носа

Полученная информация по температуре, скорости воздушного потока и давлению позволила посмотреть на процесс дыхания как на диссипативный про! есс, для которого были реконструированы аттракторы, найдены корреляционная размерность и энтропия, изучены спектральные составляющие вреи'енных зависимостей Найденные величины легли в основу впервые предложенного метода, предназначенного для диагностирования дыхания и уточнения заболеваний носа

Предложенный метод заключается

• В измерении основных составляющих конвективного потока непосредственно в полостях носа человека

• В реконструкции по измеренным переменным аттрактора методом временных задержек

• В нахождении для реконструированных аттракторов корреляцио? ной размерности и энтропии

• В построении графика спектральной плотности мощности для исследуемой переменной, и его оценке

• В построении сечения Пуанкаре и анализе его внешнего вида Восстановленный аттрактор здорового человека подобен клубку,

намотанному на некоторую цилиндрическую поверхность, где в верхней и нижней его частях (соответствующих верхним пикам вдоха и выдоха) присутствуют высокочастотные колебания Распространение колебаний на боковые поверхности аттрактора свидетельствует об усложнении конвективных процессов и, следовательно, о затруднении дыхания

Корреляционная размерность здорового человека дробная и лежит в интервале 2<Дг<3, для больного человека величина корреляционной размерности также дробная и превышает величину £>2>3 Корреляционная энтропия положительна, меньше единицы, и лежит в пределах 0,34 < К £ 0,35

Значительная наглядность конвективных процессов достигается при применении методов Фурье-анализа и спектрального оценивания величин Так дыханию здорового человека соответствуют два основных пика графика СПМ, при дыхании больного количество пиков возрастает, что свидетельствует о хаотизации процесса дыхания

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи, имеющей существенное значение для совершенствования метода оценивания режимов потоков в нерегулярных каналах В работе проведены измерения и анализ колебаний температуры, скорости и давления воздуха в нерегулярных кан,шах Важным выводом проведенного исследования являются установленные зависимости, позволяющие судить о проходимости нерегулярных каналов по характеру колебания воздушного потока

Список используемой литературы-

1 Шустер Г Детерминированный хаос Введение М Мир, 1988

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1 Г Н Лукьянов, А А Рассадина, О А Дранишникова, Е В Скирмандт, В И Усачев Исследование тепло- и массообменных характеристик человеческого дыхания // Приборостроение, № 5,2005 -С 68-73

2 Рассадина А А Оригинальная модель для исследования движения воздушных потоков внутри полости носа // Вестник конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО Сборник научных трудов / Под ред В Л Ткалич Том 2 СПб СПбГУ ИТМО, 2004 , С 265-270

3 Рассадина А А, Лукьянов Г Н, Усачев В И Натурная модель дыхательной системы человека // Вестник седьмой всероссийской научной конференции молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии Разработка и аспекты применения» / Под ред КолтуновойЛ В Таганрог ТРТУ, 2004, С 154-156

4 Рассадина А А Оценка степени резистентности внутренней полости носа человека на натурной модели // Вестник II конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО Сборник научных трудов/Подред В Л Ткалич Том 2 СПб СПбГУ ИТМО, 2005 , С 175-178

5 Comparison and the analysis of the processes of the movement of air through the human breathing system and lts natural model / G Lukyanov, A Rassadma, V Usachev // 2005 International Conference Physxcs and control Proceedings "PhysCon 2005", IEEE Catalog Number 05EX1099C, August 24-26,2005, St Petersburg, Russia, p 872-875

6 Лукьянов Г H, Рассадина А А Применение миниатюрных термисторов в качестве термоанемометров // Научно-технический вестник «Исследования в области физики и оптики», Выл 18, СПб СПбГУ ИТМО, 2005 , С 68-72

7 Лукьянов Г Н, Рассадина А А , Усачев В И Определение состояния человека по характеристикам его дыхания // Научно-технический вестник «Исследования в области физики и оптики», Вып 18, СПб СПбГУ ИТМО, 2005 , С 73-77

8 Рассадина А А Экспериментальные исследования хаотических процессов при движении воздуха в дыхательной системе // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО Выпуск 26 Исследования в области приборостроения - СПб СПбГУ ИТМО, 2006 С 1824

9 Лукьянов Г Н, Рассадина А А Выявление основных закономерностей хаотических процессов при дыхании // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО Выпуск 31 Исследования и разработки в области физики и приборостроения - СПб СПбГУ ИТМО, 2006 С 118-121

Подписано в печать 19 04 07 Формат 60*84 1/16 Бумага офсетная Печать офсетная Печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ 36

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С -Петербург, ул Броф Попова, 5

Введение

1. Обзор литературы

2. Исследования тепло- и массообменных процессов в каналах сложной формы

2.1. Постановка проблемы

2.2. Пути решения проблемы

2.3.Каналы сложной формы в анатомии дыхательной системы человека

2.4. Подходы к исследованию процессов дыхания. Существующие физические модели дыхательной системы человека

2.5. Методы и результаты экспериментальных исследований дыхательной системы человека

2.6. Приборы для проведения диагностических исследований

2.7. Пути улучшения имеющихся методов и приборов, возможности создания новых. Измерения температуры, скорости и давления воздушного потока

2.7.1. Измерение температуры

2.7.2. Измерение скорости воздушного потока методом термоанемометрии

2.7.3. Измерение давления

2.8. Прибор (риноманометр) для проведения исследований динамики человеческого дыхания

2.9. Выводы

3. Экспериментальные исследования особенностей процессов дыхания человека

3.1. Дыхательная система человека, как динамическая система

3.2. Особенности динамических измерений в дыхательной системе

3.3. Постановка задачи проведения экспериментов в дыхательной системе человека

3.4. Экспериментальная модель дыхательной системы человека

3.5. Сравнение оценок коэффициентов носового сопротивления системы дыхания человека и экспериментальной модели дыхательной системы

3.6. Выводы

4. Экспериментальные исследования хаотических процессов при движении воздуха в дыхательной системе

4.1. Корреляционная размерность и корреляционная энтропия и их связь с особенностями и патологиями дыхания

4.1.1. Корреляционная размерность

4.1.2. Энтропия Колмогорова

4.1.3. Методы вычисления размерности и энтропии

4.1.3.1. Требования к исходным данным

4.1.3.2. Восстановление аттрактора по временному ряду

4.1.3.3. Выбор временной задержки т

4.1.3.4. Алгоритм вычисления корреляционной размерности аттрактора

4.1.3.5. Алгоритм вычисления корреляционной энтропии аттрактора

4.2. Распределение энергии движения воздуха по спектру и связь ее с особенностями и патологиями дыхания

4.2.1. Спектральное оценивание

4.2.2. Быстрое преобразование Фурье

4.2.3. Распределение энергии движения воздуха по спектру и его связь с особенностями и патологиями дыхания

4.3. Сечение Пуанкаре

4.4. Сопоставление данных исследований процессов дыхания на натурной модели и на людях

4.5. Выводы

Актуальность работы

Настоящая работа посвящена исследованию конвективных процессов в каналах нерегулярной формы, плохо поддающихся точному геометрическому описанию. Каналы нерегулярной формы обладают многочисленными выступами, неровностями и другими нерегулярностями по своему внутреннему сечению. К ним можно отнести многие природные объекты, такие как, .например, гидросистемы, литосистемы, геосистемы. К каналам нерегулярной п ч формы, в частности, можно отнести дыхательную систему человека, в которой происходит конвективное движение воздуха.

При исследовании гидро- и аэродинамических потоков в нерегулярных каналах, как правило, используют стандартные методы, не учитывающие в полной мере сложное геометрическое строение изучаемых объектов. Вместе с тем с движением водных потоков в руслах рек под неровною коркою льда связаны ледотермические и гидравлические задачи, влияющие на проходимость рек в зимнее время. Строение лито- и геосистем определяют конвективные и термодинамические особенности, а с ними процессы физического выветривания и разрушения.

Актуальным является изучение конвективных воздушных потоков внутри .сложной нерегулярной структуры носа человека. Необходимость их ч экспериментального исследования вызвана как распространенностью дефектов и заболеваний дыхательной системы человека, так и практическим отсутствием полноценных физических моделей этой системы, адекватно отражающих динамические процессы дыхания.

Нарушения процессов движения воздуха в дыхательной системе человека проявляются в заболеваниях дыхательной системы, по характеру такого движения можно диагностировать наличие, отсутствие и характер заболеваний.

При исследовании конвективных потоков внутри каналов нерегулярной формы, рассмотренных нами на примере полостей носа человека, используют диагностические приборы, основанные на измерении гидродинамических характеристик: расхода, скорости воздушного потока, давления и коэффициента носового сопротивления. Коэффициент носового сопротивления является аналогом гидродинамического сопротивления и определяется как отношение давления (или его перепада на входе и выходе из полостей носа) к скорости воздуха измеренной в том же отделе носа. При этом в диагностике практически не рассматривается тепловая составляющая конвективного потока. Тот факт, что человек всегда выделяет тепло, вдыхая холодный воздух, выделяет нагретый до температуры своего тела, в настоящее время в медицине не используется.

Нами было сделано предположение, что конвективные тепло и массообменные характеристики дыхания также могут характеризовать состояние органов дыхания человека, как и гидродинамические, и возможно даже улучшат современные возможности диагностирования.

Другой недостаток применяемых в клинической практике диагностических приборов заключается в использовании гладких дополнительных трубок, подводимых к органам дыхания, в которых и располагаются датчики. Результат измерения в таких трубках оказывается значительно сглаженным, отражающим усредненные измеряемые характеристики. Такими приборами можно определить уже развитую патологию полости носа, исключая возможность раннего диагностирования.

В связи с перечисленными причинами возникла необходимость в разработке нового метода для получения достоверной информации о конвективных и тепловых потоках внутри каналов нерегулярной формы, имеющих многочисленные выступы, неровности, ответвления, при полном сохранении формы таковых.

Объектом исследований в данной работе являются конвективные процессы, протекающие внутри каналов нерегулярной формы, рассмотренных на примере полостей носа человека.

Цель работы заключается в изучении характера движения воздуха внутри нерегулярных каналов, и в создании на базе полученных результатов исследования метода ранней диагностики и уточнения диагноза.

В рамках поставленной цели решены следующие задачи:

1. Проведена диагностика основных составляющих конвективного потока - температуры, скорости и давления внутри каналов нерегулярной формы.

2. Измерены пульсации температуры на выходе из дыхательной системы и выявлены характерные особенности этих пульсаций.

3. Оценен коэффициент гидравлического сопротивления внутри нерегулярных каналов.

4. Создан метод диагностирования по вычисленным оценкам спектральной плотности мощности измеренных величин (температуры, скорости и давления) и их хаотических инвариант.

5. Показано, что для целей диагностики достаточно проводить измерения только пульсаций температуры.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. На основе измерений пульсаций температуры, а также скорости и давления воздушного потока, в отдельных частях нерегулярных каналов, предложен метод диагностики состояния здоровья человека по спектральной плотности мощности измеряемого сигнала и хаотическим инвариантам.

2. Установлен факт перераспределения энергии колебаний температуры, скорости и давления по спектру в зависимости от формы и строения нерегулярных каналов.

3. Выявлены изменения в величине корреляционной размерности при изменениях в строении нерегулярного канала. Установлено, что величина корреляционной размерности возрастает при усложнении строения нерегулярного канала.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Метод оценивания пространственно-временной структуры колебаний воздушного потока при движении его через каналы, имеющие сложную, нерегулярную форму, на основе измерений температуры, скорости, и давления воздушного потока.

2. Экспериментальные данные, по которым установлен факт i, перераспределения энергии колебаний по спектру, а также изменения в величине корреляционных размерности и энтропии в зависимости от формы и строения нерегулярных каналов.

3. Оценка коэффициента носового сопротивления, являющегося аналогом коэффициента гидравлического сопротивления, проведенная на примере полостей носа человека и полостей искусственной модели носа.

Практическая ценность работы:

Предложен метод оценивания пространственно-временной структуры воздушного потока при движении его через каналы, имеющие сложную, нерегулярную форму. Метод апробирован для внедрения в оториноларингологии для распознания и уточнения заболеваний верхних дыхательных путей.

Метод может быть использован:

• при расчете и проектировании современных расходомеров-счетчиков газа,

• при диагностике заболеваний дыхательной системы человека.

Основные результаты работы:

На примере дыхательной системы человека получены новые данные для пульсаций температуры, скорости и давления воздушного потока в каналах нерегулярной формы.

Полученные результаты показали, что дыхание представляет собой диссипативный хаотический процесс, и легли в основу впервые предложенного метода, предназначенного для определения сложного характера конвективных потоков в каналах нерегулярной формы. Предложенный метод заключается в: ^ • измерении пульсаций температуры на входе в нос;

• вычислении спектральной плотности мощности для измеренной температуры;

• реконструкции методом задержек аттрактора измеренной величины;

• нахождении для реконструированного аттрактора корреляционной размерности и энтропии;

• диагностировании по полученным данным состояния человека. Личный вклад автора. Диссертация написана по материалам исследований, выполненных лично автором под руководством его научного руководителя. Автором выполнены исследования, определившие защищаемые положения и разработанный метод диагностирования конвективных потоков дыхания.

Реализация результатов работы отражена актами внедрения от МАПО, СПбГУ ИТМО, ЗАО «ВЗЛЕТ».

В гранте конкурсного центра фундаментального естествознания, № М05-4.0К-7 «Натурная модель для исследования дыхательной функции носа», предоставленном правительством Санкт-Петербурга для поддержки студентов и аспирантов.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось на следующих научных конференциях:

• VII всероссийской научной конференции молодых ученых и аспирантов у

Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения», Таганрог, 2004;

• I конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО, С-Пб, 2004;

• XX конференции профессорско-преподавательского состава СПбГУ ИТМО, С-Пб, 2005;

• II межвузовской конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО, С-Пб, 2005;

• международной конференции «International Conference Physics and Control Proceedings», PhysCon 2005, С-Пб, 2005;

• XXI конференции профессорско-преподавательского состава СПбГУ ИТМО, 2006;

• III межвузовской конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО, СПб, 2006.

Результаты диссертации опубликованы в 9 научных публикациях. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы и четырех приложений. Она содержит 141 страницу машинописного текста, 53 рисунка, и 8 таблиц. Список литературы включает 84 наименования.

Основные результаты работы: ' > На примере дыхательной системы человека получены новые данные для пульсаций скорости, давления и температуры воздушного потока в каналах нерегулярной формы.

Полученные результаты показали, что дыхание представляет собой диссипативный хаотический процесс, и легли в основу впервые предложенного метода, предназначенного для определения сложного характера конвективных потоков в каналах нерегулярной формы.

На защиту выносятся:

Метод оценивания пространственно-временной структуры воздушного потока при движении его через каналы, имеющие сложную, нерегулярную форму, на основе измерений скорости, давления и температуры воздушного потока. > Экспериментальные данные, по которым установлен факт перераспределения энергии колебаний по спектру, а также изменения в величине корреляционных размерности и энтропии в зависимости от формы и строения нерегулярных каналов.

Оценка коэффициента носового сопротивления, являющегося аналогом коэффициента гидравлического сопротивления, проведенная на примере полостей носа человека и полостей искусственной модели носа.

Практическая ценность работы:

Метод апробирован для внедрения в оториноларингологии для распознания и уточнения заболеваний верхних дыхательных путей.

Метод может быть использован: I • при расчете и проектировании современных теплообменных аппаратов;

• в радио- электронной аппаратуре при контроле за протекающими там тепло- и массообменными процессами.

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи, имеющей существенное значение для совершенствования метода оценивания режимов потоков в нерегулярных > каналах. В работе проведены измерения и анализ колебаний температуры, скорости и давления воздуха в нерегулярных каналах. Важным выводом проведенного исследования являются установленные зависимости, позволяющие судить о проходимости нерегулярных каналов по характеру колебания воздушного потока.

V. Заключение

Для изучения особенностей конвективных потоков внутри дыхательной системы человека проведены исследования флуктуаций температуры, скорости воздушного потока и давления в органах дыхания человека.

На основании этих исследований на кафедре КТФ и ЭМ СПбГУ ИТМО создан метод и, на его основе, макет прибора, позволяющий измерить температуру, скорость воздушного потока и давление внутри полостей носа без внесения серьезных искажений в воздушный поток. Практическое отсутствие искажений отличает его от существующих приборов и позволяет измерять динамические характеристики потока практически без искажений.

Прибор прошел пробную эксплуатацию в МАПО для ранней диагностики и уточнений характера заболеваний дыхательной системы.

• ^ Апробация разработанного соискателем метода и прибора была осуществлена более чем на 500 пациентах. Апробация выявила надежность и высокую эффективность прибора.

Для изучения характеристик воздушного течения в верхних дыхательных путях, автор разработал и построил действующую натурную модель полостей носа, полностью повторяющая их внутреннее анатомическое строение. Внутри различных частей модели методом термоанемометрии были измерены скорости воздушного потока. Полученные данные практически полностью совпали с теми значениями скорости воздушного потока, которые были получены ринологическим прибором при экспериментах на человеческом дыхании.

Были получены данные пульсаций скоростей воздушного потока, давления и температуры в дыхательных путях. Был оценен коэффициент

• носового сопротивления, который является аналогом коэффициента гидродинамического сопротивления, для модели носа и для больных прошедших курс лечения по поводу заболеваний носа.

Полученная информация по скорости воздушного потока, давлению и температуре позволила посмотреть на процесс дыхания как на диссипативный процесс, для которого были реконструированы аттракторы, найдены корреляционная размерность и энтропия, изучены спектральные составляющие временных зависимостей. Найденные величины легли в основу впервые предложенного метода, предназначенного для диагностирования дыхания и уточнения заболеваний носа.

Предложенный метод заключается: • • В измерении основных составляющих конвективного потока непосредственно в полостях носа человека.

• В реконструкции по измеренным переменным аттрактора методом временных задержек.

• В нахождении для реконструированных аттракторов корреляционной размерности и энтропии.

• В построении графика спектральной плотности мощности для исследуемой переменной, и его оценке.

• В построении сечения Пуанкаре и анализе его внешнего вида. Восстановленный аттрактор здорового человека подобен клубку, намотанному на некоторую цилиндрическую поверхность, где в верхней и нижней его частях (соответствующих верхним пикам вдоха и выдоха) Присутствуют высокочастотные колебания. Распространение колебаний на боковые поверхности аттрактора свидетельствует об усложнении конвективных процессов и, следовательно, о затруднении дыхания.

Корреляционная размерность здорового человека дробная и лежит в интервале 2<£h<3, для больного человека величина корреляционной размерности также дробная и превышает величину Di>3. Корреляционная энтропия положительна, меньше единицы, и лежит в пределах 0,34 < К < 0,35.

Значительная наглядность конвективных процессов достигается при применении методов Фурье-анализа и спектрального оценивания величин. Так .дыханию здорового человека соответствуют два основных пика графика СПМ; при дыхании больного количество пиков возрастает, что свидетельствует о хаотизации процесса дыхания.

Хаотизацию дыхания можно также заметить при анализе сечения Пуанкаре, которое для здорового человека оказывается подобным сечению тора, а для больного принимает хаотичный вид.

1. Идельчик, И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.

2. Идельчик, И. Е. Гидравлические сопротивления (физико-механические основы)-Л.: ГЭИ, 1954.-316 с.

3. Русицкая, Г. В. Гидравлические сопротивления: справ, для студентов. Н. Новгород: ВГАВТ, 1999. - 121 с.

4. Дульнев, Г.Н. Механика жидкости и газов: Учебное пособие. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2001.- 188 с.

5. Прандтль, Л. Гидроаэромеханика. М.: РХД, 2000. - 520 с.

6. Козлов, Д. В. Волновые процессы в водоемах и водостоках с ледяным покровом. М.: МГУП, 2001. - 223 с.

7. Маликова, И. Ю. Конвективный массообмен в пустотах-полостях природных геосистем //http://www.itmo.bu/iepter/MIF4/VolumeWolumel.html.

8. Рыбаков, В.М. Перенос импульса и тепла в канале с непараллельными стенками. М.: ЦИАМ, 1975. - 17 с.

9. Сагалович, Б. М. Физиология и патофизиология дыхательных путей. М.: Медицина, 1964. - 394 с.

10. Ю.Шмидт, Р., Тевс, Г. Физиология человека. В 3-х томах М.: Мир, 1996. -Т.2.-С. 567-603.

11. Пискунов, Г. 3., Пискунов, С. 3. Клиническая ринология. М.: Миклош, 2002.-390 с.

12. Киселев, А. С., Солдатов, И. Б., Гофман, В. Р. Оторинология. Учебник. -СПб: Воен.-Мед. Акад., 2000. 420 с.

13. Шантунов, А. Г., Дудкин, С. В., Чернов, А. И. Методы исследования функционального состояния носа: Метод, рекомендации. Иркутск: Б.и., 1980.-20 с.

14. Кротов, А. Ю. Современные методологические подходы при оценке функции носового дыхания. / А. Ю. Кротов // Вестн. оториноларингологии. 1998. - №4. - С. 51-52.

15. Даутов, Ф. Ф., Шатурова, Н. В., Андреев, В. М. Измерение функции внешнего дыхания у детей в экологически не благополучных районах промышленного города. / Ф. Ф. Даутов, Н. В. Шатурова, В. М. Андреев // Казан, мед. журн. 1993. - Т. 74. - № 1. - С. 63-66.

16. Дьяченко, А. И. Анализ точности определения дыхательного импеданса измерения на трубках и у человека. / А. И. Дьяченко // Мед. техника. -1993. -№ 3.-С. 32-35.

17. Nose bag applicator with pinhole checker: Пат. 5614660 США, МКИ6 A61B1/00, A61B, 10/00, Tanaka Toshizumi; Fuji Photo Optical Co., Ltd. № 7-660026 (Япония); НКИ 73/37

18. Nurminen M., Hytonen M., Sala E. Modeling the reproducibility of acoustic rhinometry. / M. Nurminen, M. Hytonen, E. Sala // Statist. Med. 2000. - 19. - № 9. - S. 1179-1189.

19. Гофман, В. P., Киселев, А. С., Герасимов, К. В. Диагностика носового дыхания. СПб.: Контур-М, 1994

20. Mlynski, G., Grutzermacher, S., Plontke, S., Mlinski, В., Lang, C. Correlation of nasal morphology and respiratory function. / G. Mlynski, S. Grutzermacher, S. Plontke, B. Mlinski, C. Lang // Rhinology. 2001. -№ 39. - S. 197-201.

21. Пискунов, С. 3., Пискунов, Г. 3. Диагностика и лечение воспалительных процессов слизистой оболочки носа и околоносных пазух. Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та, 1991. - 181 с.

22. Кореневский, А. А., Попечителев, Е. П. Проектирование электронной медицинской аппаратуры для диагностики и лечебных воздействий. -Курск, СПб: КГМУ, 1999. 150 с.

23. Хинце, И. О. Турбулентность. М.: Физматгиз, 1963. - 230 с.

24. Шевтель, И. Т. Основные характеристики и параметры промышленных терморезисторов / И. Т. Шевтель // Приборы и системы управления. -1971,- №9.-С. 32-36.

25. Туричин, А. М., Новицкий, П. В. Электрические измерения неэлектрических величин. JL: Энергия, 1975. - 576 с.

26. Шашков, А.Г. Терморезисторы и их применение. М.: Энергия, 1967. -' :< 320 с.

27. Пугачев, Н. С., Турманов, Ю. А. Теплотехнические измерения. М.: Изд-во стандартов, 1978. - 265 с.

28. Крамарухин, Ю. Е. Приборы для измерения температуры. М.: Машиностроение, 1990. - 208 с.

29. Дульнев, Г. Н. О точности измерения температуры ПТС / Г. Н. Дульнев, В. П. Савинников // Исследования в области тепловых измерений и приборов. -М.: Машгиз. 1956. - С. 131-135.

30. Жердеев, В. И., Каримов, Р.Х., Романенко, В. Н. Полупроводниковые термоанемометры косвенного подогрева. Ташкент: ФАН, 1986. - 86 с.ч

31. Ференец, В. А. Полупроводниковые струйные термоанемометры. М.: Энергия, 1972.-46 с.

32. Попов, С. Г. Измерения воздушных потоков. M.-JL: Гостехиздат, 1947. -123 с.

33. Расмуссен, Р. А. Применение терморезисторов для измерений в движущихся жидкостях и газах / Р. А. Расмуссен // Приборы для научных исследований (русский перевод). 1962. - №1. - 48 с.

34. Дульнев, Г. Н. Тепловой режим полупроводниковых термочувствительных сопротивлений с косвенным подогревом / Г. Н. Дульнев // Сб. статей ЛИТМО. 1954. - Вып. 12. - С. 233-241.ч

35. Дульнев, Г. Н. Теория тепловых режимов полупроводниковых термочувствительных сопротивлений / Г. Н. Дульнев // В кн. «Теплотехнические приборы и регуляторы». М.: Машгиз, 1954. - С. 112-130.

36. Дульнев, Г. Н. К вопросу измерения скоростей среды с помощью полупроводниковых термочувствительных сопротивлений / Г. Н. Дульнев, О. А. Сергеев // В сб. статей ЛИТМО. 1953. - Вып. 21., С. 24-32.ч

37. Букевич, В. А. Термоанемометр для измерения скоростей газовых потоков / В. А. Букевич, М. Н. Розенвасир // Измерительная техника. 1989. - № 9.- С. 26-27.

38. Вавилов, В. Д., Кругликов, В. Д., Толочков, Ю. А. Интегральные датчики давления, конструкция и технология: Учебное пособие. М.: МАИ, 2001. -48 с.

39. Бикулов, А. М. Приборы для измерения давления и их поверка: конспект лекций. М.: Изд-во стандертов, 1982. - 69 с.

40. Федяков, Е. М., Колтаков, В. К., Богдатьев, Е. Е. Измерение переменных давлений. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 216 с.

41. Датчики давления // http://www.pressure.ru.

42. Преображенский, В. П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978.-704 с.

43. Lukyanov, G., Usachev, V. Chaotic behavior by the air flow of the breath of human being. / G. Lukyanov, V. Usachev // PhysCon 2003. Saint-Petersburg, 2003.-P. 124-127.

44. Прикладная нелинейная динамика // Известия высших учебных заведений.- 1995.-№2.-50 с.

45. Берже П., Помо И., Видаль К., Порядок в хаосе: о детерминистском4подходе к турбулентности. М.: Мир, 1991. - 366 с.

46. Шустер Г., Детерминированный хаос: Введение. М.: Мир, 1988. - 240 с.

47. Мун, Хаос. Фракталы. М.: Мир, 1990. - 311 с.

48. Мучник Г. Порядок и хаос / Г. Мучник // Наука и жизнь. 1988. - № 3. -С. 68-75

49. Чуликов В.П., Математические модели нелинейной динамики. М.: Физматлит, 2000. - 324 с.

50. Анищенко B.C., Знакомство с нелинейной динамикой: Лекции соровского профессора: Учеб. пособ. М. - Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2002. - 144 с.

51. Lewen, Roland W., Koch, Peter, Pompe, Bernd. Chaos in dissipativen System. Berlin: Akad. Verl., 1994. - 253 s.

52. Lorenz, E. N. Deterministic nonperiodic flow. / E. N. Lorenz // J. Atoms.Sci. -1963.-№20.- 130 s.

53. Ruelle, D., Takens, F. On the nature of turbulence. / D. Ruelle, F. Takens // Common Math. Phys. 1971. -№ 20. - 167 s.

54. Mandelbrot, B.B. Les objects fractals: form, hazard et dimension. Paris: Flammarion, 1975. - 169 s.

55. Лукьянов, Г. H. Методы исследования систем с детерминированным хаосом. Учеб. пособие. СПб.: изд. СПбИТМО(ТУ), 1997. - 63 с.

56. Обухов, А. М. О распределении энергии в спектре турбулентного потока. / А. М. Обухов // Изв. АНСССР., Сер. геогр. и гофиз. 1941. - Т. 5. - № 4

57. Сергиенко, А. Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2002. - 608 с.

58. Бендат, Дж., Пирсол, А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989.-540 с.

59. Макс., Ж., Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983. - Т. 1.312с.

60. Макс., Ж., Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983. - Т. 2. 256 с.

61. Марпл-мл., C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990.-584 с.v 65. Натансон, И. П. Краткий курс высшей математики. СПб.: «Лань», 2001. -736 с.

62. Потемкин, В. Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.Х. М.: Диалог-МИФИ, 2000. -Т.2. - 303 с.

63. Сычев, Вячеслав. Фрактальный анализ // http://impb.psn.ru/~sychyov/

64. Дьяконов, В. MATLAB 6: учебный курс. СПб.: Питер, 2001. - 592 с.

65. Говорухин, В. Н., Цибулин, В. Г. Компьютер в математическом исследовании: учебный курс. СПб.: Питер бук, 2001. - 619 с.

66. Дьяконов, В., Круглов, В. MATLAB. Анализ, идентификация и ; моделирование систем: специальный справочник. СПб.: Питер, 2002.500 с.

67. Новицкий, П. В., Зограф, И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991. - 195 с.

68. Кузнецов, В. А., Ялунина, Г. В. Общая метрология. М.: Изд-во стандартов, 2001. - 189 с.

69. Лукьянов, Г. Н., Звездина, М. Е. Оценка погрешности измерения спектральными методами распределений скоростей газовой или жидкой среды. / Г. Н. Лукьянов, М. Е. Звездина // Приборостроение. 1997. -№ 5. -С. 24-31.

70. Ахиезер, Н. И. Лекции по теории аппроксимации. М.: Наука, 1965. - 407 с.

71. Лукьянов, Г. Н., Рассадина, А. А., Дранишникова, О. А., Скирмандт, Е. В., Усачев, В. И. Исследование тепло- и массообменных характеристик человеческого дыхания. / Г. Н. Лукьянов // Приборостроение. 2005. - № 5.-С. 68-73.

72. Рассадина, А. А. Оригинальная модель для исследования движения воздушных потоков внутри полости носа. // Вестник конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО. Сборник научных трудов Том 2. / Под ред. В. Л. Ткалич. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2004. - С. 265-270.

73. Рассадина, А. А. Оценка степени резистентности внутренней полости носа человека на натурной модели. // Вестник II конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО. Сборник научных трудов. Том 2. / Под ред. В. Л. Ткалич. СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. С. 175-178

74. Лукьянов, Г. Н., Рассадина, А. А. Применение миниатюрных термисторов в качестве термоанемометров./ Г. Н. Лукьянов, А. А. Рассадина // Научнотехнический вестник «Исследования в области физики и оптики», Вып. 18, СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. С. 68-72.

75. Рассадина А. А. Экспериментальные исследования хаотических процессов при движении воздуха в дыхательной системе // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 26. Исследования в области приборостроения. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. С. 18-24.

76. Лукьянов Г. Н., Рассадина А. А. Выявление основных закономерностей хаотических процессов при дыхании // Вестник конференции профессорско-преподавательского состава СПбГУ ИТМО. Сборник научных трудов