Технічні науки

УДК 615.849.19

Данілова Валентина Анатоліївна

асистент кафедри біомедичної інженерії

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Данилова Валентина Анатольевна

ассистент кафедры биомедицинской инженерии

Национальный технический университет Украины

«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»

Danilova Valentyna

 Assistant of Biomedical Engineering Department

National Technical University of Ukraine

«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»

Воляник Олег Михайлович

студент

Національного технічного університету України

«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Воляник Олег Михайлович

студент

Национального технического университета Украины

«Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»

Volianyk Oleh

Student of the

National Technical University of Ukraine

«Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»

БЛОК ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ КРОВІ В ІНФРАЧЕРВОНОМУ ДІАПАЗОНІ

БЛОК ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КРОВИ В ИНФРАКРАСНОМ ДИАПАЗОНЕ

BLOOD TEMPERATURE MEASURING BLOCK IN THE INFRARED RANGE

Анотація. Створено макет системи неінвазивного контролю температури в контурі штучного кровообігу на базі апаратно-обчислювальної платформи Arduino. Розроблений макет системи неінвазивного контролю температури надає можливість більш точного регулювання температури в контурі штучного кровообігу.

Ключові слова: апарат штучного кровообігу, контур штучного кровообігу, мікропроцесор, система вимірювання температури.

Аннотация. Создан макет системы неинвазивного контроля температуры в контуре искусственного кровообращения на базе аппаратно-вычислительной платформы Arduino. Разработанный макет системы неинвазивного контроля температуры позволяет более точно регулировать температуру в контуре искусственного кровообращения.

Ключевые слова: аппарат искусственного кровообращения, контур искусственного кровообращения, микропроцессор, система измерения температуры.

Summary. Сreated the model of the system non-invasive temperature monitoring system in the circuit of artificial blood circulation on the basis of hardware-computer platform Arduino. The developed non-invasive temperature control model provides an opportunity for more accurate temperature control in the system of artificial blood circulation.

Key words: the device of artificial circulation, the contour of artificial circulation, microprocessor, a system for measuring temperature.

Втуп. Апарат штучного кровообігу (АШК) – спеціальне медичне обладнання, яке здатне забезпечувати процеси життєдіяльності людини під час операції на відкритому серці або якщо легені перестають повністю або частково виконувати свої функції [1].

В АШК реалізовано моніторинг температури крові в теплообміннику [2], проте не контролюється температура на вході та виході контуру штучного кровообігу. Отримання значень температури на вході та виході контуру штучного кровообігу дозволить створити систему автоматичного регулювання температури в теплообміннику та підвищити ефективність контролю температури в апаратах  ШК.

Алгоритм роботи системи вимірювання температури

Алгоритм роботи системи представлено у вигляді 3 програмних блоків.

Перший блок вимірювання температури зображено на рисунку 1:

Рис. 1.  Алгоритм роботи системи: блок вимірювання температури

Робота системи розпочинається з того, що встановлюються  початкові параметри,  а саме температура навколишнього середовища(T_с), яка вимірюється автоматично датчиками температури і виводиться на екран монітора.

Наступним кроком є вимірювання температури крові на вході в контур штучного кровообігу (   та температури крові на виході контуру штучного кровообігу ( за допомогою температурних датчиків. Після чого ці показники передаються в наступний блок.

Другий блок розрахунку теплоти зображено на рис. 2:

Рис. 2.  Алгоритм роботи системи: блок розрахунку теплоти

Другий блок алгоритму являє собою розрахунок кількості теплоти (∆q). В цьому блоці за допомогою отриманих значень температури крові на вході в контур штучного кровообігу (T₁)  та температури крові на виході контуру штучного кровообігу (  розраховується кількість теплоти (∆q) .

Третій блок розрахунку температури на нагріваючому елементі зображено на рисунку 3:

Рис. 3.  Алгоритм роботи системи: блок розрахунку температури на нагріваючому елементі

Останній блок являє собою розрахунок температури на нагріваючому елементі яку потрібно встановити на i+1 кроці (T_0i) та передача цього параметру на систему керування температурою.

На цей блок поступає розрахована в попередньому блоці кількість теплоти (∆q) за допомогою якої розраховується температура на нагрівючому елементі(температура середовища яку потрібно забезпечити) на наступному кроці (T_0i). Після цього отримане значення передається на систему керування температурою, де відбуваються обрахунки з ним і безпосередньо зміна температури.

Даний алгоритм є циклічним, тому дані з виходу 3-го програмного блоку подаються на вхід 1-го програмного блоку і алгоритм вимірювання температури у контурі ШК  повторюється до тих пір поки система не буде примусово вимкнута.

Функціональна схема системи вимірювання температури

Система вимірювання температури складається з п’яти основних елементів,які зображено на рис. 4

Рис.  4. Схема системи на базі апаратно-бчислювальної платформи Arduino

Основним елементом схеми являється платформа Arduino яка підключається до комп’ютера [3]. Безпосередньо до плати під’єднується система інфрачервоних датчиків та дисплей на який виводяться виміри температур.

Висновки. Розроблений макет системи неінвазивного контролю температури в контурі штучного кровообігу, позволяє вирішити такі задачі:

• можливість більш точного регулювання температури в контурі штучного кровообігу;
• можливість неінвазивного вимірювання температури в контурі штучного кровообігу;
• можливість заміни існуючої системи моніторингу в АШК.

В ході створення прототипу робочого макету системи була експериментально підтверджена можливість використання апаратно-обчислювальної для неінвазивного вимірювання температури в контурі ШК, зокрема на основі мікропроцесорної платформи Arduino. За рахунок високої швидкості вимірювання і обробки даних такі мікропроцесорні системи заслуговують уваги з боку виробників медичного обладнання.

Література

1. Апарат штучного кровообігу: призначення і принцип роботи [Електронний ресурс]. – 2016. – Режим доступу до ресурсу: http://tabletki.pp.ua/korisn-poradi/3311-aparat-shtuchnogo-krovoobgu-priznachennya-princip-roboti.html.
2. Локшин Л.С, Лурье Г.О., Дементьева И.И. Защита миокарда при операциях на открытом сердце / Локшин Л.С, Лурье Г.О., Дементьева И.И. Искусственное и вспомогательное кровообращение в сердечно-сосудистой хирургии: Практическое пособие. – Москва. – 1998. – Гл. 7. – С. 120-131.
3. Arduino UNO Reference Design. 2017 https://www.arduino.cc/en/uploads/Main/arduino-uno-schematic.pdf