Курсовая работа: Блок микрофонного усилителя фонокардиографа
Целью курсовой работы является разработка микрофонного усилителя фонокардиографа.
В курсовой работе были рассмотрены принципы и методы фонокардиографии, разработаны структурная и электрическая принципиальная схемы микрофонного усилителя фонокардиографа, проведено моделирование в пакете “Electronics Workbench”.
ФОНОКАРДИОГРАФ, УСИЛИТЕЛЬ ОПЕРАЦИОННЫЙ, ЗВУК, ТОНЫ, ПОМЕХА, СИГНАЛ, КОРРЕКЦИЯ, МИКРОФОН.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Общие сведения по данной тематике
1.1 Основы фонокардиографии
1.2 Анализ нормальной фонокардиографии
2. Разработка структурной схемы
3 Схемотехническое проектирование
4 Моделирование схемы устройства
Заключение
Перечень ссылок
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
ВВЕДЕНИЕ
Инструментальные методы оценки параметров жизнедеятельности организмов человека и животных прочно входят в повседневную практику специалистов, связанных с исследованиями биологических объектов. Однако эффективное использование потенциальных возможностей этих методов невозможно без соответствующего методического обеспечения, включающего технические средства, приемы обслуживания и работы с ними, перечень основных навыков по регистрации, обработке и интерпретации результатов обследований. При этом выбор конкретных методов, методик выполнения измерений зависит от области применения, а также, от решаемой задачи, в качестве которой может быть изучение физиологических процессов, диагностика, профилактика и лечение отдельных заболеваний, контроль и управление функциями организма, дозирование и нормировка терапевтических воздействий и т.д. В настоящее время получили развитие методы исследования центральной нервной системы и системы анализаторов, сердечнососудистой системы, дыхательного аппарата и желудочно-кишечного тракта. Необходимо также отметить, что значительно расширилась сфера применения медицинской техники.
Для биологических и медицинских методов исследования характерно разнообразие физических принципов, на которых основаны эти методы. Сегодня врачами используется аппаратурные методы регистрации частоты пульса, шумов сердца и легких, биопотенциалов и других физических характеристик биологических объектов.
Развитие физиологического приборостроения и внедрение достижений науки в медицинскую практику позволили открыть совершенно новые возможности для исследования биообъектов. В то же время совершенствуются методы, уже хорошо зарекомендовавшие себя на практике, в основном за счет совершенствования электронной схемотехники, алгоритмов обработки сигналов и методических приемов использования результатов. Хорошо известно, что при исследовании биообъектов ни один из имеющихся методов изолированно, вне связи с другими, не может дать исчерпывающих результатов при изучении многосторонних процессов и явлений, присущих организму.
Звуковые явления в работающем сердце привлекали врачей еще глубокой древности. Аускультативный метод исследования сердца стал достоянием широкого круга врачей только со времени Лаениека (1819), предложившего стетоскоп первый прибор для инструментального исследования сердца. С того времени, за последние 150 лет, аускультация стала одним из важнейших физикальных методов исследования, а сам стетоскоп — даже символом врачебного мастерства (Золотой стетоскоп А. Л. Мясникова).
Однако даже тонкий слух врача не всегда может дать достаточно полное представление о звуковых явлениях в сердце, так как на их характеристику может влиять множество факторов: толщина жирового слоя грудной клетки, спектральный состав звуков сердца, временная характеристика «расположения» шумов в сердечном цикле и, наконец, субъективная оценка звуковых характеристик сердца, что нередко вызывает разногласия и споры даже среди опытных специалистов. Все это снижает ценность аускультативного метода исследования сердца.
Клиническая практика требовала объективных и точных методом получения информации о звуковых явлениях работающего сердца. Одним из таких методой и явилась фонокардиография.
Практическое применение этого метода дает врачу ценную диагностическую информацию, особенно при решении вопроса о характере врожденного или приобретенного порока сердца, позволяет в динамике проследить за послеоперационным течением операций на сердце, объективизировать отдаленные наблюдения. Не следует, однако, понимать, что фонокардиографический метод полностью заменяет аускультацию. Он является лишь ценным дополнением аускультативного исследования, позволяет уточнить характер выслушиваемых звуков сердца, а также дополнительные звуки и шумы, которые ухом могут не восприниматься.
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ДАННОЙ ТЕМАТИКЕ
1.1 Основы фонокардиографии
Фонокардиография изучает тоны, шумы, возникающие в ходе сердечной деятельности. Сердечные мышцы, клапаны, сухожилия, крупные сосуды, подходящие к сердцу, поток крови являются причинами появления комплекса механических колебаний, причем элементы, под действием сокращения или расслабления сердца совершают механические колебания, что приводит к появлению шумов различной частоты. Спектр частот тонов, появляющихся при этом находится в диапазоне 140-1000 Гц.
Фонокардиографический метод объективизирует данные о тонах и шумах сердца, позволяет рассчитать временные соотношения и некоторые показатели, дает возможность наблюдать за динамикой изменения звуков сердца в связи с течением патологических процессов, их терапией и хирургическими вмешательствами на сердце. Вместе с тем следует отчетливо представлять, что фонокардиограмму нельзя анализировать в отрыве от клинической картины заболевания. Для фонокардиографической записи необходима специальная комната, находящаяся в отдалении от посторонних шумов и аппаратов, обладающих шумовыми и электромагнитными эффектами (моторы, рентгеновские и физиотерапевтические аппараты и т.д.). Температура в помещении должна быть оптимальной. Микрофон должен прикладываться к грудной клетке герметически. Желательно, чтобы фонокардиограф был снабжен приставкой для одновременного выслушивания записываемых звуков [1].
Рисунок 1.1- Точки аускультации сердца
Рисунок 1.2- Частотная характеристика фонокардиограммы
Регистрацию звуковых явлений производят в пяти точках аускультации сердца (рис.1.1, где 1-верхушка сердца, 2-аорта, 3- легочная артерия, 4- трехстворчатый клапан, 5- точка Боткина), однако запись нужно производить с тех точек, которые диктуются индивидуальной необходимостью. С помощью современных фонокардиографов можно записать звуки избирательно с различной частотной характеристикой рис.1.2
Введем некоторые понятия из области акустики. Звуки образуются колебательным движением материальных частиц среды: параметрами этого движения являются смещение (расстояние от точки равновесия), колебательная скорость и ускорение. Создаваемые звуковыми колебаниями сгущения и разрежения среды ведут к изменению давления в ней. При этом прирост и убыль давления образуют звуковое давление.
Частота звука определяется количеством колебаний в единицу времени и измеряется в герцах (Гц) или периодах в секунду. Низким звукам соответствует меньшее, высоким - большее количество колебаний в секунду.
Интенсивность (сила) звука определяется количеством энергии, проходящей за единицу времени через единицу площади, перпендикулярную направлению распространения звука.
В зависимости от частотного состава звуки делятся на тоны (чистые и сложные) и шумы. Чистые тоны представлены колебаниями одной какой-либо частоты, встречаются они редко. Сложные тоны создаются смещением ограниченного числа простых тонов с кратным отношением частот.
Шумами называют звуки, образованные колебаниями, частоты которых не связаны между собой какими-либо правильными отношениями.
Работа сердца вызывает наслаивающиеся друг на друга колебания различной частоты и амплитуды. В клинической практике звуки сердца принято делить на «тоны» и «шумы».
Так называемые тоны сердца являются на самом деле короткими, быстро затухающими шумами. Возникают они, как правило, в момент внезапного изменения состояния сердца при переходе от одного периода сердечного цикла к другому. Подавляющая часть энергии тонов сердца приходится на частоты, не превышающие 150-200 Гц. В патологических случаях в образовании тонов сердца значительное участие могут принимать составляющие более высоких частот.
Шумы сердца, как правило, обусловлены движением крови в течение какого-либо периода сердечного цикла или в течение нескольких периодов. Обычно они продолжительнее тонов, часто образованы колебаниями более высокой частоты, достигающей для многих шумов величин порядка 400—1000 Гц.
Спектр звуков сердца расположен в диапазоне от 10 до 1000 Гц. Наибольшая часть звуковой энергии тонов сердца приходится на диапазон от 100 до 200 Гц, шумы сердца часто дают более высокочастотные колебания. Прослушивание фоноэндоскопом имеет ряд недостатков по сравнению с фонокардиографией. Прежде всего, оценка тонов с помощью фоноэндоскопа весьма субъективна и во многом зависит от слуха врача. Речь идет о том, что человеческое ухо способно воспринимать колебания от 20 до 20000 Гц, однако низкочастотные звуки от 20 до 50 Гц воспринимаются с трудом, порог слуха меняется с возрастом и пожилой врач прослушивает тоны лишь большой интенсивности, меняется и частотная характеристика уха. Другой недостаток состоит в том, что часть тонов сердца, важных с точки зрения диагностики, не прослушиваются даже самым безупречным ухом, поскольку они входят в диапазон инфразвуков (ниже 20 Гц). Иногда их удается услышать (они называются шорохами). А количественно определить тоны сердца на слух вообще невозможно [2].
Поэтому для более надежной диагностики тонов сердца и шумов их следует регистрировать после преобразования и усиления. Преимущество заключается и в том, что запись является документом и может подвергаться оценке в любое время. При оценке фонокардиограммы следует учитывать, что прослушивание дает иной результат, чем фонограмма сердца, сделанная линейным микрофоном и усилителем. Причина в том, что и человеческое ухо, и грудная клетка являются по существу фильтрами. Если предположить, что сердце создает спектр тонов наподобие белого шума (иначе говоря, амплитуды компонентов с различной частотой одинаковы), то можно ожидать, что и на внешней поверхности грудной клетки получим такой же спектр частот. На самом же деле это не так. Стенки грудной клетки, как и ткани, окружающие сердце, действуют, как фильтр низких частот. Следовательно, амплитуды токов на поверхности грудной клетки резко уменьшаются по мере увеличения их частоты.