Ви є тут

Біотехнічна система для дослідження параметрів легенів.

Автор: 
Валід Мохаммад Халіль Абусабха
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2005
Артикул:
3405U001279
129 грн
Додати в кошик

Вміст

Раздел 2
МОДЕЛИРОВАНИЕ процесса РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ В ВОЗДУХОПРОВОДАХ
ЛЕГКИХ
2.1 Физические эффекты, положенные в основу модели.
В результате моделирования необходимо получить аналитические зависимости,
позволяющие объяснить механизм формирования ПФГ и интерпретировать
экспериментально регистрируемые акустические эффекты, возникающие в легких при
распространяется акустической волны. Наличие адекватной модели позволит
обосновать методику регистрации и обработки ПФГ - информации, в медицинской
практике. Заметим, что для акустических методов исследования легких и сердца,
широко используемых в практической медицине, таких как аускультация и
фонокардиография, отсутствуют математические модели, и интерпретация
результатов осуществляется, в основном, качественно.
Модель легочных воздухопроводов должна быть максимально приближенной, по
строению, к реальной системе трахеобронхиального дерева и иметь близкие
акустические свойства. При этом, в эквивалентной модели будем учитывать только
те особенности строения реального воздушного тракта легких, которые существенно
влияют на процесс распространения звука.
Выше было рассмотрено (см. п. 1.4) особенности строения легких, как
многозвенной системы воздуховодов. В зависимости от выполняемой функции,
бронхиальное дерево можно разделить на две части: транспортную, до 17 порядка
ветвления, и газообменную от 17 до 23-го порядка Концевые бронхиолы 16-го
порядка также разветвляются на две респираторные бронхиолы каждая. В отличие от
концевых бронхиол, респираторные бронхиолы с 17 - го до 23 - го порядков
включительно, содержат в своих стенках альвеолы (табл. 2.1), причем
респираторные бронхиолы высших порядков содержат большее количество альвеол
[62].
Таблица 2.1. - Размеры воздухоносных путей респираторной зоны легких.
Поря-док
Часть по-верхности, покрытой альвеолами
Число альвеол
Альвеолярный объем
Общий накапливающийся
объем, см3
на ход
на поколение
на ход,
см3
на поколе-ние,см3
0,0
16
0,0
17
0,12
0,6-106
5* 10-5
222,6
18
0,25
2, 0-106
8 * 10-5
20
303,7
19
0,50
12
6, 0-106
12* 10-5
60
456,9
20
1,00
20
21,0-106
20* 10-5
210
806,4
21
1,00
20
41,5.106
20* 10-5
415
1445,7
22
1,00
20
84,0-106
20* 10-5
840
2635,7
23
1,00
17
143, 0-106
17* 10-5
1430
4656,0
С точки зрения акустики альвеола представляет собой некоторую замкнутую полость
- резонатор, выход из которой присоединен к респираторной бронхиоле.
Респираторные бронхиолы 17 - 22-го порядков разветвляются по той же
дихотомической схеме. Бронхиола 23 - го порядка, именуемая альвеолярным ходом,
не разветвляется, а оканчивается альвеолами, принимаемыми за 24 - й порядок
бронхиол, которые заполняют стенки и дно альвеолярного хода. Следовательно,
можно считать, что концевые альвеолы, вернее незначительная их часть из общего
числа альвеол 24 - го порядка соприкасаются через плевры с внутренней
поверхностью грудной клетки. Альвеолярные мембраны альвеол не выходящих на
поверхность грудной клетки являются перегородками между соседними альвеолами,
образуя «сотовую» структуру паренхимы.
Акустические волны приходят к этим перегородкам с обеих сторон практически в
одной фазе, учитывая, что к соседним альвеолам волна приходит по соседним
участкам воздуховода и разница в длине пути несущественна для колебаний низкой
частоты, используемых при ПФГ исследованиях. Таким образом, практически все
альвеолы, кроме концевых, представляют собой микрорезонаторы, объемы которых
изменяются в процессе дыхания. Концевые альвеола также является резонаторами,
однако на некоторой части их площади сосредоточен импеданс грудной клетки.
Геометрические размеры элементов паренхимы изменяются, в процессе дыхания, в то
время как геометрические размеры трахеобронхиального дерева остаются
практически неизменными [62]. Поэтому, будем считать, что формирование ПФГ -
сигнала, связанно лишь с изменением воздухонаполненности участка паренхимы. В
этом случае ПФГ сигнал не зависит от геометрических размеров трахеобронхиальной
системы. На этом основании, будем считать, что система легочных воздухопроводов
организована по принципу «правильной» дихотомии, т. е. каждый воздухопровод
бронхиальной части модели разветвляется на два одинаковых воздухопровода и все
бронхи и бронхиолы одного порядка вентилируют равные объемы паренхимы.
Идеальная модель системы воздухопроводов, построенная в соответствии с
приведенными выше предположениями (рис. 2.1), является частным случаем общего
закона строения системы легочных воздухопроводов, позволит значительно
упростить аналитические выражения, описывающие основные законы формирования ПФГ
– сигналов.
Результат исследования распространения акустической волны по воздушному тракту
идеальной модели, в дальнейшем может быть обобщен для исследования реальной
модели, построенной по принципу «неправильной» дихотомии, более приближенной к
реальной системе легочных воздухопроводов.
При рассмотрении модели будем пользоваться следующими терминами и
обозначениями. Паренхима - совокупность воздухопроводов 17 - 24-го порядков.
Участок воздушного тракта - последовательная совокупность воздухопроводов,
ведущих к исследуемому участку паренхимы. Участок вентиляции бронхов -
совокупность бронхов высших порядков и участков паренхимы, соединенных с концом
данного основного бронха.
Рисунок 2.1. Идеальная модель воздухопроводов легких.
Трахее, соответствует индекс 0. Далее идут два главных бронха 1-го порядка.
Каждый из главных бронхов, в свою очередь, разветвляется на долевые бронхи 2-го
порядка и т. д. К