автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Разработка моделей и алгоритмов автоматизированной оценки транспортной функции сердечно-сосудистой системы

РГ6 од

1 3 ИЮН 1955

- На правах рукописи

('-■' • ... ' .•■.■■'.■■.': / Г'

ЮРОНОВА Ольга Константиновна

разработка моделей и алгоритмов ¿шмиатнзиромйвоя опенки транспортной «ункшю СЕРаЕЧНО-оосулистой СИСТЕМЫ

СпепиальносТъ 05.13.09 - Управление в биологических я медицинских системах (включая пгаыеаеше вычислительной техники)

Автореферат яисс^ртапик на соискание ученой степени - кандидата технических на*к

Воронеж-!995

Работа выполнена на межвузовской кафедре -Компьютеризация управления в медицинских и педагогических системах"

Официальные оппоненты: д-р мел. наук, профессор, акалемос

Академии медико-технических наук Резников к ы.

канд. техн. наук, доцент ктФян II.IL

Ведуоая организация- Научно-конструкторское маю медицинских юМормадоонно-диагностических автомата-эировандахсистем (г.Тагаш>ог> -

зашита состоится "

* ШЛ/СеА' «995 г.

в 14 часов на заседании специализированного совета Л 063.81.04 Воронежского государственного технического университета со адресу: 394026. г. Воронеж. Московские проспект. 14. кокФерени-Ъал

с диссертацией можно ознакомится в библиотеке ВГТУ. Автореферат Разослан -ЯЛ' ¿^¿¿1995 Г. . .

. 'Ученый секретарь специализированного совета

пасмурное с. и.

ОБЖАЯ характеристика.работы

Актуальность работ. Болезни сердца и сосудов занимают в настоящее время ведущее место в структур® заболеваемости и смертности населения всех индустриально развитых стран, включая Россию. При этом, несмотря на предпринимаемые усилия, сохраняется тенденция к росту этих заболеваний, в том числе в молодых возрастных группах.

Остаются нерешенными Ло конца вопросы, связанные с разработкой диагностических и прогностических критериев контроля за состоянием сердечно-сос/йистоп системы операторов (летчиков, космонавтов и яр. i. имеющих большой »иск расстройств кровообращения во время операторской деятельности.

Решение этих важнейших социальных проблем невозможно без глубокого познания основных закономерностей структуры. Функции и регуляции сердечно-сосудистой системы человека.

Известно, что медицина не является, обособленной областью человеческой деятельности. Развитие ее зависит от достижений в области естествознания и техники» давших толчок созданию многих методов исследования систем, органов и тканей организма. Однако большинство таких методов лают существенно большую информацию о структуре виолргических систем» чем об их Функции. Поэтому проблема получения объективной ьшФормаши об особенностях Функционирования встает яри изучении веек систем организма, в том числе и системы кровообращения.

На сегодняшний день недостаточно изученной остается транс-портйая Функция сердечно-сосудистой системы, составной частью.которой являются насосная Функция сердца и его взаимодействие с крупными кровеносными сосудами. Одной из причин такого положения является то. что примитивные эмпирические математические модели сердца и сосудов, положенные в основу методов опенки их Функционального состояния, не отражают глубоких внутренних взаимозависимых закономерностей их совместного Функционирования.

Кроме того, до сих пор еше не изжита ошибочное представление о движении крови по сосудам m vivo в режиме Пуазейля. Однако эти вопросы выходят-за рамки Физиологии. Они имеют отношение к решению центральных проблем гидродинамики.

, Два с половиной десятилетия тому назад был теоретически обнаружен режим движения жидкости ("третий" режим).... отличающийся от

ламинарного и турбулентного существенно меньшими потерями энергии на трение и волнообразным профилем скорости, обеспечивающим специфическую структуру потока. Было показано» что движение крови по сосудам осуществляется в этом-, наиболее экономичном, режиме, что к предопределило Функциональные и морфологические особенности системы кровообращения. Такой подход оказался наиболее перспективным и послужил теоретической основой для дальнейших исследований в области механики кровообращения.

В связи с вышесказанным, актуальность проблемы заключается в создании адекватных математических моделей совместного Функционирования сердца и сосудов на основе концепции о движении, крови в оптимальном "третьем" режиме, это способствовало бы более глубокому познанию механизмов регуляции системы кровообращения и повышению уровня диагностики ее Функционального состояния.

Работа выполнена в соответствии с постановлением правительства по медицинскому обеспечений космических полетов, программами х/д НИР N 85/81 и г/б НИР НИЧ-58. научными направлениями "Разработка научных основ оптимизации взаимоотношений человека и других миологических систем с окружающей средой" Воронежского государственного университета и "Биомедкибернетика. компьютеризация в медицине" Воронежского государственного технического университета.

Пели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание на основе теории движения жидкости в "третьэм" режиме адекватной математической модели совместного Функционирования сердца и сопряженных с ним крупных кровеносных сосудов, разработка на этой основе алгоритмов определения по длительностям Фаз сердечного цикла параметров центральной гемодинамики, характеризующих транспортную функцию сердечно-сосудистой системы.

Лдя достижения поставленной цели необходимо решить следующие научно-технические задачи:

проанализировать современные подходы к построении математических моделей транспортной функции сердечно-сосудистой системы и существующие методы опенки центральной гемодинамики:

разработать математическую модель функционирования онтималь , ной гидросистемы «ля транспортирования многофазных жидкостей в "третьем" режима м установить пршшип. управления ,»той системой:

доказать, что математическая модель Функционирования оцти-,мальной гидросистемы для транспортирования многофазных жидкостей применима для адекватного описаний совместного,Функционирования

сердиа и сопряжению? с ним крупных кровеносных сосудов;

создать алгоритмы для автоматизированного определения величин параметров центральной гемодинамики по длительностям Фаз сердечного цикла;

применить разработанные алгоритмы для определения величин .параметров центральной гемодинамики человека в норме, при патологии и Различных воздействиях.

Научная новизна полученных результатов. Создана математическая модель оптимальной гидросистемы для транспортирования много-Фазной жидкости в йульсируюшем "третьем" Режиме со стоячим осесим-метричным волновым профилем скорости, учитывающая особенности совместного Функционирования системы подачи и активного эластичного трубопровода» .выполняющего роль перистальтического насоса в процессе транспортирования жидкости, предложена принципиальная схема управления транспортной Функцией оптимальной гидросистемы, позволявшая корректировать величины выходных объемных и энергетических ■переменных дискретно, от импульса к импульсу, задавая одновременно величины входных временных переменных» являющихся длительностями трех периодов гидродинамического импульса. Получено решение задачи идентификации, позволявшее рассматривать оптимальную гидросистему для транспортирования многофазной жидкости как образ системы кровообращения ^использовать математическую модель гидросистемы для адекватного описания совместного Функционирования сердца и сосудов. полечены закономерности изгнания крови желудочком- сердца в Фазы быстрого и медленного изгнания, отображающие Функциональную зависимость объема крови от времени изгнания и учитывавшие совместное Функционирование сердца и сопряженных с ним крупных крове-носгшх сосудов. Разработаны алгоритмы, позволяющие определять по длительностям Фаз сердечного никла объемные и энергетические параметры гемодинамики и предназначенные для автоматизированной опенки транспортной Функции центральных отделов системы кровообращения.

Практическая значимость и реализация результатов работы, разработанные математические модели м алгоритмы стали основой для создания математического метода оценки транспортной функции системы кровообращения, представляющего собой совокупность способов определения параметров центральной гемодинамики по длительностям Фаз сердечного цикла. Все способы прошли государственную научно-техническую экспертизу до заказу Государственного комитета СМ СССР по делач изобретений й'открытий в процессе рассмотрения заявок на

изобретения. Получено восемь авторских свидетельств, на изобретения. Полана заявка на выдачу патента N 94031904.

Метод прошел клиническую апробацию, внедрен в практику больницы N 3 г.Улан-Удэ и больницы N 20 г.Воронежа, был использован в совместных Работах со специалистами Центра подготовки космонавтов им. Ю.А.Гагарина и Института медико-биологических ..проблем МЗ СССР для изучения особенностей адаптации и регуляции системы кровообращения космонавтов при воздействии различных Факторов космического полета и возвращении на Землю.

Представленные в диссертации алгоритмы были использованы в автоматизированной диагностической системе, созданной ОКБ "Ритм". г.Таганрог, и в автоматизированном диагностическом комплексе .разработанном международным институтом тибетско-монгол ьской медицины, г. Улан-Удэ. Они послужили основой для разработанных и утвержденных Воронежским городским отделом здравоохранения методических рекомендаций "Математический способ определения ударного, минутного и Фазовых объемов сердца по длительностям Фаз сердечного цикла".

Апробатт работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на сведущих конференциях и семинарах:

регионально« научно-техническом семинаре "Медицинские информационные системы" (Таганрог, 1963. 1985.1987):

семинаре 15. б "Нейробионика" научного совета АН УССР по проблеме "Кибернетика" (Киев. 1983!;

семинарах 15.3 "Медицинская кибернетика" и 15. 4 "Процессы в Физиологических системах при действии экстремальных Факторов" Научного совета АН УССР по проблеме "Кибернетика" (Киев. 1984); III Всероссийском съезде кардиологов (Свердловск. 1985); Всесоюзной научно-технической конференции "Человеко-машинные . системы и кбмплексы принятия решения" (Таганрог. 1939)/.

Всесоюзной научно-технической конференции "Медицинские инфор-• мационные системы" (Таганрог. 1991);

Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы Фундаментальных наук" (Москва. 1991).

Пу&шшвш. По Результатам исследований опубликовано 10 пе чатных работ и получено 7 авторских свидетельств на изобретения.

Стриште ¡¡¿объем работы. Диссег.анионная раьита состоит из введения.' четырех глав, заключения, изложенных на Ш страницах машинописного текста, содержит 2? рисунков, 2 таблицы, библиографию из 121 наименования, приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ввелешш обоснована актуальность исследования, определены цель Работы, объект и предмет исследования. Сформулированы научные результаты, выносимые на защиту, определены их научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробании и внедрении результатов работы.

В первой глазе проводится анализ существующих подходов к математическому моделированию транспортной Функций системы кровообращения. характерной особенность» которых является то. что они не учитывают совместное Функционирование сердиа как насоса, и сосудистой системы как активного эластичного трубопровода.

Согласно современным представлениям основным показателем насосной функции сердца принято считать минутный объем кровообращения (МОК). являющийся в свою очередь произведением ударного объема крови (УО) и частоты сердечных сокращений (ЧСС). Если ЧСС доступна для измерения и поэтому ее регуляция изучена полнее всего, то познание принципов регуляции УО и ДОК осложнено невозможностью непосредственного их измерения. Поэтому в основе методов определения уо и МОК лежит математическое моделирование, к настоящему времени их существует более тридцати. Проводится критический анализ наиболее распространенных методов.

Отмечается, что в настоящее время исследователи, признавая ведущую ^оль сердца в осуществлении кровообращения., уделяют огромное внимание экстракардиальным. т. е. несердечным Факторам. Такой подход к изучению транспортной Функции сердечно-сосудистой системы можно считать наиболее правильным и плодотворным. В связи с этим, проводится анализ существующих представлений и известных Фактов о Функционировании сосудистой системы я ее регуляции, а также попыток их математического описания. К настоящему времени накоплен достаточный экспериментальный материал, свидетельствующий об активной роли сосудов в кровообращении, однако эти Факты не нашли должного отражения в существующих математических моделях.

Познание законов Функционирования с&удечно-сосудистой системы и ее Регуляции, невозможно без учета особенностей гидродинамики кровообращения, традиционно считалось, что кровь движется по сосудам в режиме ПУазейля. Показано, что эта концепция является ошибочной, так как не соответствует принципу оптимальности в биологии. Поэтому математические модели функционирования системы крово

г.

обращения, основанные на этом принципе, оказались не эффективными.

Особо отмечается, что подход к решению этих проблем состоит в совершенствовании методологии построения адекватных математических моделей сложных Физических и Физиологических процессов. Применение аксиоматического метода кпроверке на непротиворечивость и независимость модели движения вязкой несжимаемой жидкости привело к корректировка уравнений Навье-Стокса. к открытию "третьего" режима движения жидкости И. наконец, к установлению того, что кровь Движется по кровеносным сосудам не в пУазейлевскви» а в "третьем" режиме. Это открывает реальные возможности для создания адекватных математических моделей Функционирования систем кровообращения.

на основе проведенного анализа существующих подходов к моделированию транспортной функции сердечно-сосудистой системы и перспектив решения связанных с этиы проблем. Формулируются пели и задачи исследования.

Вторам глава посвяшена решению технической проблемы, связанной с созданием математической модели Функционирования оптимальной гидросистемы для транспортирования многофазных жидкостей.

Сформулированы основные требования, предъявляемые к оптимальной гидросистеме и включающие: минимальные потери напора на трение по длине трубы-, поддержание равномерного распределения частив в потоке, исключающего их агрегацию и коагуляцию» максимальную пропускную СПОСОбЯОСТЬ ТРУбЫ.

Показано, что этим требованиям соответствует гидросистема. В которой движение многофазной жидкости осуществляется по эластичному трубопроводу в пульсирующем "Третьем" режиме со стоячим осееим метричным волновым профилем скорости/ Яри этом, в каждом импульсе скорость движения жидкости нужно снижать, а просвет трубы сначала расширять, а затем сокращать йо строго определен» : закономерностям. Уравнения, описывавшие эти процессы, взяты из теории "третьего" режима и служат основой для'разработки математической модели оптимальной гидросистемы.

эти уравнения имеют следующий вид:

и)

(2) ■ (3)

гле

2(е-1 )/Ы~1) ;

(5)

(6)

(Г!

2

Д1Ч;

= V ¿гЦ* ;

и - мгновенная осреяненная по сечению трубы скорость;

ц5 - максимальная скорость в импульсе;

г„ г минимальный радиус трубы;

гн- мгновенный радиус трубы в период расширения;

- мгновенный радиус трубы в период сокращения;

время подъема давления в системе подачи до уровня давления в трубё; д-Ц - период расширения трубы;

- период сокращения трубы;

г

Л - текшее время-. § - ускорение свободного падения.

Исходя из этих уЬловий. разработана математическая модель оп-■гадальной гидросистемы для транспортирования многофазной жидкости в пульсирующем "тнтъем" реяшме. Установлены особенности ее Функционирования и регуляции.

Установлено, что каждые гидродинамический импульс включает три периода (повышения давления в системе подачи до уровня давления в трубе, расширения и сокращения просвета трубы). При этом, изгнание жидкости из систеш подачи в эластичную трубу осуществляется в двух режимах.

. В период расширения просвета трубы изгнание жидкости из систеш подачи осуществляется по закону, описываемому уравнением

^•^■«.•цил,.« ПРИ

(10>

0 момент перехода от расширения просвета эластичной трубы к сокращенно изменяется закон изгнания жидкости из системы подачи

о этого момента он описывается следующим уравнением

вЛ-*гЛ и,- (Ш '

Эластичный трубопровод в оптимальной гидросистеме работает как перистальтический насос. В период расширений просвета трубы часть изгоняемой системой подачи жидкости заполняет прирашение ее внутреннего объема по закону

<1«*лго4' при '4,«***, 1121

Этот же объем жидкости изгоняется эластичной трубой при ее сокращении, но уже по другому закону

а«,*- и^ «»у.и^ чз>

В уравнениях <10Ж13):

«V и/г,)0,2 яри &; о,«.иЧ а 1ь)-о,б5 е^г^Но^-е V

Разработанная математическая модель содержит также уравнения, описывающие энергозатраты системы подачи и эластичного трубопровода на транспортирование жидкости.

проводится анализ разработанной математической модели оптимальной гидросистемы как модели объекта травления, с этой точки зрения входными управлявшими переменными являются длительности трех временных парамет. ов г, , г, и гг. а выходными управляемыми пе ^ ременными - объемные и энергетические параметры, характеризующие транспортир фуркиию гидросистемы. "Закон поведе. л" гидросистемы описывается уравнениями математической модели.

При этом установлено, что управление функционированием гидро-'системы осуществляется дискретно, от импульса к импульсу, путем

(14)

(15)

(16) I I7)

одновременного задания длительностей всех трех временных входных переменных Л, и г,. Коррекция их величин в процессе изгнания уже невозможна, поскбльку значения выходных гидродинамических пе; ременных определяются управляющей системой до начала процесса изгнания,

рассмотрены разные по степени сложности варианта управляемой гидросистемы. На рис. 1 представлена, принципиальная схема управ ления Функционированием оптимальной гидросистемы, работающей в ре жиме робота, т. е. представляющей собой адаптивный автомат, имеющий "органы чувств* (датчики) и 'технический разум" (эвм), и вырабатывающий самостоятельно программу действий.

Рис. 1

В третьей лише представлены результаты исследования системы кровообращения как оптимальной гидросистемы для траспортирования многофазной жидкости.

Проводится доказательство применимости разработанной «»тема тической модели оптимальной гидросистемы для адекватного описания Функционирования сердечно-сосудистой системы.

Для этого определен Н&бор качественных £ количественных признаков. достаточно полно характеризующий оптимальную гидросистему. В него входят: -

1. ыногоФазность жидкости.

2. Объемная концентрация взвешенных частиц в жидкости не должна превшать объемную долю внутреннего пространства трупы, за полненного¿рсесимметричными скоростными слоями жидкости, т. е. она не должна превышать 50

3. Пульсирующий режим движения жидкости.

4. Асимметричная Форма импульса скорости движения жидкости с

быстрым ростом ее до максимальной величины и следующим за ним бо-, лее медленным снижением.

5. Плоские и м-образные профили скорости движения жидкости.

6. Расширение и следующее за ним сужение проходного сечения эластичной трубы в каждом импульсе.

?. Образование агрегатов взвешенных частиц в потоке жидкости при Функционировании гидросистемы с нарушение» заданных закономерностей. ■

8. трехрежимная структура гидродинамического импульса, состоящая из периода подъема давления в системе подачи яо уровня давления в трубе в течение времени 10 ■, периода изгнания жидкости в расширявшуюся трубу в течение времени а*, - г!~ Лэ' й яешода изгнания жидкости в сокращающуюся тру&у в течение времени Ь'<-г~- - .

9. Управление Функционированием гидросистемы осуществляется дискретно, от импульса к импульсу. При'этом одновременно задаются величины всех трех входных временных переменных т.,. г4. 12.

Анализ Фактов, известных из Физиологии, выявил аналогичные признаки в системе кровообращения, что позволяет рассматривать оптимальную гидросистему как образ сердечно-сосудистой системы и использовать представленную математическую модель для адекватного описания совместного Функционирования сердца и сосудов. .

Проводя аналогию между оптимальной гидросистемой и системой кровообращения, отметим, что и гидродинамический импульс, и сердечный цикл имеют Фазовую структуру. А это значит, что. применяя разработанную модель для количественное оценки функционирования сердца и сопряженных с ним крупных кровеносных сосудов* можно использовать для получения исходной информации традиционный Фазовый анализ сердечной деятельности.

Приводится подробное описание разработанных на основе матема- ' тической модели оптимальной гидросистемы алгоритмов определения по длительностям Фаз сердечного илкла объемных и энергетических параметров. характеризующих транспортную Функцию, центральных отделов системы кровообращения.

Точнее, рассматриваются подсистемы "левый желудочек' сердца -восходящая аорта" и "правый желудочек еердаа - легочная артерия" Для определения гемодинамических параметров Функционирования обеих подсистем пригодны одни и те же алгоритмы при условии использования -в качестве исходных данных длительностей Фаз сердечного цикла ^•«ответственно левых или правых отделов.

Представлены следующие алгоритмы, предназначенные для автоматизированной оценки транспортной функции системы кровообращения.

1. Алгоритн определения по длительностям Фаз сердечного ииющ объемных и энергетических параметров Функционирования центральных отделов системы кровообращения в систолу, при этом, устанавливает ся следующее соответствие'между входными переменными рассматривав мой подсистемы и оптимальной гидросистемы

V 1С- с; V 10 + Вв. с12-- г, + Ег, с.

Длительности Фаз изоволюмического сокращения 1С, быстрого Ет и медленного Ег изгнания определяются экспериментально любым' из известных способов. В расчетах участвуют такие параметры как ми-" нимальная площадь просвета сосуда 5 • и среднее артериальное давление определяемые любым способом, а также -"частота сердечных сокращений чсс и плотность крови р-<,05 такг/м1 .

2. алгоритм определения кривой изгнания крови из желудочка сердпа а систолу, отражающий зависимость объема изгоняемой крови от времени изгнания. Исходными данными являются те же длительности систолических Фаз. что и в предыдущем алгоритме. .

3. Алгоритм определения по длительностям Фаз сердечного т<кла диасголических Фазовых объемов кр&ви.

Для описания диастолической деятельности центральных отделов системы кровообрашения использована та же самая маг. матическая мо аель оптимальной гидросистемы. При этом, диастола рассматривается как два процесса, а именно, как две следующие одна за другой систолы. при кото А« кровь изгоняется из предсердия в желудочек.

Первый процесс включает быстрое и медленное наполнение и рассматривается аналогично быстрому и медленному изгнанию в систоле. При этом, исходными данными являются длительности диастоличее-ких Фаз сердечного цикла (изоволюмического расслабления 1Е-. быстрого Кг и медленного Бу наполнения)

1 = 1к. с! 1„ - 1 * Рг. с» 1 = с 1)у. с.

0| II 01 II ч

■)

Второй процесс включает систолу предсердия и рассматриваете* аналогично быстрому изгнанию в систоле. Исходными данными являют-.-;? длительности систолы предсердия За и временного параметра !г, . ¡. ределяемого теоретически из условия сохранения структур« лнхчгут

ся крови в момент перехода от Фазы медленного наполнения к систоле предсердия. Тогда

V 5 Ч, 1 С!

г*5 V* Эа г V+ За- с-

представленные алгоритмы позволяют определять по длительностям Фаз сердечного цикла ряд параметров центральной гемодинамики, характеризующих транспортах» функцию сердечно-сосудистой .системы.

в частности, в него входят следующие параметры Функционирования левых отделов сердца и восходящей аорты: УО . - ударный объем крови, мл;

- минутный объем кровообращения, ж

кок

УУО УШ

®0< фо;

- удельный ударный объем крови, приходящийся на 1 см* олошади поперечного сечения восходящей аорты. мл/см1;

- удельный минутный объем крови, приходящийся на 1 см* плошали поперечного сечения восходящей аорта, я/см1;

- объемы крови, изгоняемые левым желудочком сердца соот-Фазы быстрого и медленного изгнания, мл

«V

®о6 яо,

ч

НФО,

ипж НА

ветственно вили % от УО; - объемы крови. ответственно

поступающие в левый желУдочексердиа сов Фазы быстрого наполнения, медленного наполнения и систолы предсердия, мя или % от УО; объем крови . перекачиваемый восходящей аортой, мл или * от УО;

НФО,] - мощности; затрачиваемые • желудочком сердца на изгнание объемов крови ®04 и «^соответственно. Вт; обпая мощность, затрачиваемая левым желудочком сердца на изгнание крови в систолу. Вт; мощность, затрачиваемая восходящей аортой на перекачи-

НУО

вание объема крови Ф04. Вт;

обшая мощность, затрачиваемая желудочком сердца и восходящей аортой на изгнание крови в систолу. Вт.

На основе данных алгоритмов был создан новый математический метод (Ш) оиешш транспортной Функции сердечно-сосудистой системы. представляющий собой совокупность неинвазивных способов определения параметров центральной гемодинамики по длительностям Фаз сердечного цикла.

Нетод включает: измерение длительностей Фаз сердечного цикла у обследуемого любым известным способом (например, кинетокамшог

раФическим. поликардиографическим и т. д. ); определение минимальной плошади просвета восходяшей аорты у обследуемого любым способом; измерение величины среднего артериального давления; расчет на ову величин параметров центральной- гемодинамики по представленным ал горитмам; анализ полученных результатов.

Принципиальная схема автоматизированной системы для геализа иии математического метода представлена на рис. 2.

У

Преобоазование сигнала

Датчики

1 14 к Iп С

Расчет нягма.'Т

РОИ ЦиН' £ иш й

гемодинамики

Анализ

реоульт:

мштюмшш от т.Ш

Рис. 2

математический метод дает возможность, получать обширную ин Формацию о состоянии гемодинамики человека. Благодаря достижениям традиционного Фазового анализа сердечной деятельности, его йен ль зовалие не создает никаких трудностей для исследователей.

Одной из актуальных медицинских проблем является определение Физиологической нормы человека. От ее решения зависит эФФектив ность ранней диагностики патологических отклонений и заболеваний, а также медицинского ^нтроля и коррекции психофизиологического состояния операторов.

В данном случае решение этой проблемы было возможно, благодаря тому, что в традиционном Фазовом анализе накоплен материал но величинам длительностей Фаз сердечного иикл^у человек.! в ногме. Установлены также зависимости' длительностей некоторых Фа у с»ч'я>"? ного цикла от ЧСС (или от длительности сердечного никла

Использование этого материала в качестве исходных г.днн»« глн математического метода позволило получить диапазон величин плг-ь метров центральной гемодинамики у человека в норме в зависимости от ЧСС. НаоРйс. 3 представлены границы нормальных величин уо, п.; лученные математическим методом, а также нормальные величин»! у* полученные разными исследователями наиболее распроотйг-кными клинической практике методами.

в

•УС; мл

90 80 70 60 50 40 30

го

ш а. г

% н

QsJ

•

Метода:

f) - фика;

(gj - ацетиленовый;

JJ..- радаонуклидный;

Ф - эхокардаографический;

фЖ- реографический;

SÉ -. контрастной • . вентрикудографии

50

70

90

но 130 150 ЧСС; уд/мин л Рис. з

Из рис. 3 видно, что представленные методы дают разные величины УО в норме, но все они лежат в границах нормальных величин, определенных математическим методом.

Также содержатся данные о результатах верификации математического метода, показывающие, что он хорошо согласуется с другими широко используемыми в клинической практике методами.

В четвертой главе представлены полученные математическим методом конкретные примеры гемодинамической фазовой структуры сердечного цикла у человека в норме, при наиболее серьезных сердечно-сосудистых патологиях (инфаркт миокарда, гипертоническая болезнь, митральный стеноз и др. ) и .при различных внешних воздействиях (невесомость, ортостатическая проба. Функциональная проба с дозированной Физической нагрузкой). Отмечены основные особенности гемодинамических Фазовых сдвигов и выявленных при этом регулятор-■но-компенсаторных механизмов. -

Показано, что использование математического метода позволяет установить, к каким изменениям гемодинамики приводят те или иные Фазовые сдвиги. Это создает основу для развития гемодинамического Фазового анализа сердечной деятельности.-

На основании результатов практического применения-делается вывод о целесообразности использования представленных в данной работе моделей, алгоритмов и созданного на их основе математического »датода для. оценки. транспортной Функции . сердечно-сосудистой -системы ■а г -г.н.;:!:ля механизмов ер Регуляции.

. ■ ■ 15

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ '

1. Разработала математическая модель Функционирования опти, ыальной гидросистемы для транспортирования многофазных жидкостей у пульсирующем "третьем" режиме со стоячим осесимметричным волновым профилем скорости в эластичной трубе, Формирующем устойчивую ел<, истую структуру потока,

2. Показано, что необходимость удержания особого профиля ско рости в эластичной трубе определяет закономерности изгнания жил -кости из системы подачи, взаимосвязанные с закономерностями расширения и сокращения просвета трубы в каждом импульсе.

3. Установлено, что й математической модели оптимальной ГидРосисТемы. как модели объекта управления, входными переменными1 являются длительности трех процессов (подъема давления в системе подачи.до уровня давления, в трубе и изгнания "жидкости в расширяю щуюся и сокращающуюся тру6у>. а выходными переменными -.объемные и энергетические параметры Функционирования гидросистемы.

4. Анализ Разработанной математической модели показал, что управление трзнспорТной Функцией гидросистемы осуществляется дискретно. от импульса к импульсу, путем задания длительностей трек входных временных переменных.

5. Показано, что математическая модель Функционирования оптимальной гидросистемы применима для. адекватного описания транспортной Функции сердечно-сосудистой системы.

е; разработаны алгоритмы определения по длительностям Фаз сердечного цикла объемных и энергетических параметров совместного Функционирования сердца и сопряженных с ним крупных кровеносны)'. сосудов в систолу и диастолу, предназначенные для автоматизирован ной оценки транспортной Функции системы кровообращения.

?. Использование представленных в работе алгоритмов позволяет получать количественную информацию'об изменениях гемодинамики, соответствующих Фазовым сдвигам, характерным для различных патолс^гий и внешних воздействий, что выводит традиционный Фазовый анализ на новый уровень, т. е. приводит к созданию гемодинамического Фазового анализа, сердечной деятельности.

в. Обсушены результаты исследований и проведен анализ практического применения разработанных алгоритмов для определения гч м;,. динамической Фазовой структуры сердечного цикла у человека я но; ме, при сердечно-сосудистых патологиях и внешних роздс-йстшшх

16 : ■ •"'...

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:;

1. струмските O.k. Математические способы опрелёления минутного. ударного и Фазовых объемов сердца по длительностям Фаз сердечного цикла // Развитие новых неинвазивных методов исследования в кардиологии: Сб. науч. тр-ов. Воронеж. 1963. С. 36-48.

2. Струмските О. к. Механизм взаимодействия между сердцем и сосудистой системой //Применение математических методов и ЭВМ в здравоохранении: Тез, докл. Воронеж. 1986. С. 32-33,

3. струмските 0. К. Закономерность изгнания крови желудочком сердца // Неинвазивньге методы исследования сердечно-сосудистой системы. .Воронеж: йзд-во ВГУ. 198?. С. 26-34.

4. Поединиев Г. tí.. воронова о. К. Математический метод определения параметров гемодинамики по длительностям зу&иов дополнительно усиленной ЭКГ // Человеко-машинные системы и комплексы принятия решений: Тез. докл. Таганрог. 1989. С. 126.

5. Алферова И. В.. днашкин 0. ю.. Поединиев Г. м.. Воронова О. К. Регуляиия систолической деятельности левого желудочка сердца космонавтов в невесомости, выявленная математическим методом определения параметров гемодинамики //Человеко-машинные системы и комплексы принятия решений: Тез. докл. Таганрог. 1989. с. 126-127.

6. Поединиев Г. м.. Воронова О. К. Гемобионика - новейшее научное направление // Актуальные проблемы Фундаментальных наук: Сб. докл. межд. научно-техн. конФ. М.: йз-во МГТУ. 1991. Т. 1. С. 31-34.

7. поединиев г. й., воронова O.K. Методологические основы, современный уровень и перспективы развития математического метода оценки Функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека // медицинские информационные системы: Междуведом, темах, научи, сб. Таганрог: ТРТИ. 1993. Вып. 3(Х). с. 7-14.

8. Поединиев Г. М.. воронова O. K. Пределы нормальных колебаний параметров центральной гемодинамики человека // Медицинские информационные системы: Между ведом. темат. научн. сб. Таганрог: tfth, 1У93. ВЫП. 4(Х1). С. 137-144.

9. Поединиев Г.М.. Воронова O.K. Третий режим // Наука в России. 1993. N !. С. 22- 23. , ,

10. Поединиев Г. м., Воронова О. к! Математика открывает тайки ¡'■иолбгии // Наука в России. 1993. К 3-4. С. 48-50., ; V

'..'■■ И, Поединиев Г. м.,. Береговкин А. В.'. Пономарев С. Й, . струмс :

.-''i. К: ''Способ определения . систолического-, объема сейша;

; . • ... ■ . 17 ■'

827025 СССР // В. И. 19вВ.' Ш17.С. 10.

^12. Воештв Г.М... Вйзжгоыаш л. а. Пономарев с: И.Струме, ит о. К. Способ оиренеавашк «ушашонального состояния миокард «юга лшнпюзд сйрдод^^ 1981. н 15. с. 9."

. 13. Поелшшв Г.Н.(ЕМкюв ЛЯ-. Береговюш А.Й.. Пономарев С.Х-. Кжлшсов IXа.. Стряишяяко.к (Воронова). Способ определения •гнкшюнааыюго состояние икншрда левого желуяочка сержиа. ^а. с «31105 СССР Б. Е 19691.. Ш Ш. С. 5.

14. Поеяжвев Г. И. ..вившювкш А.а. Колесников в. н.. струне Ште ах. ■ я»: Способ аппвкш «ипяашонаяьного состояния аог *Й: А. С.173200 ССО». ШВЕ.

16. ОоепнпевГ. Н.., Вйвговкин А. а. Пономарев с. и.. оп-уж-щге а К. сяособ определяю Оиклионпльного состояния аорты, д: с: 173201 СССР. 1962: .

16.Воелвшев Г.М. ••" Шяитовкмн А. В.. Савонов Ю. Я.. бскошрев jC.IL. стршскете О.К. «да. Способ определения «унюшскадыкю соггояюп аорт: д,с. зшш ссср. леев.

17. Ооетпев Г. м.. сэшисюпге о. к . лптев Ки а. способ тЫшспортяровшня шжкостж ш» трубопроводу ■ . устройство для его оемествшдоп: д.с. ювзяшсвср. 1<юа

■ ЛР Н 020419 ОТ 12.02,9£. _ ■ .. Подписано к печати 22. ©5. УМ. печ. л. 1.0. Тираж 100 жа. заная я

Воронежский государственна технически® университет 384026 Вимжя Московский и».. н Участок оцервтаниоа юавгрвяав вгпГ