Практикум: измерение медико-биологических параметров организма человека
ggg

Инновационный практикум для студентов медицинских учебных заведений по измерению основных физиологических характеристик организма человека и определению разнообразных физических величин электрическими методами. На текущий момент практикум включает 6 отдельных задач: дозиметрия оптического излучения, измерение спектральной характеристики уха на пороге слышимости, изучение ультразвуковой эхолокации, изучение электрокардиограммы человека, картирование температуры человеческого тела и электрические методы измерения физических величин.

Заказчик:Российский государственный медицинский университет им. Н. И. Пирогова

Программное обеспечение: ПО для практикума, LabVIEW 2009 Runtime Engine
Оборудование: система сбора данных AFS, датчики AFS

Практикум ориентирован на медицинские учебные заведения, помогая студентам получить представления о физических особенностях современных диагностических методов, ознакомиться с допустимыми и благоприятными для организма параметрами окружающей среды, понять физиологические особенности человеческого тела.

Программное обеспечение полностью написано в среде LabVIEW, использует внешние ActiveX-компоненты для оформления справочных материалов и в интерфейсе оболочки управления задачами. Для каждой задачи предоставляется справочный материал, который представляет собой pdf-файл, вызывающийся с помощью ActiveX и содержащий теоретическое пособие по тематике эксперимента и подробные инструкции по настройке оборудования и проведению опыта. В программе предусмотрена возможность сохранения результатов (числовых данных, таблиц, калибровок и графиков) для последующего анализа, а также загрузка их в специальном для каждой задачи формате. Также предоставляются средства работы с графиками и обработки полученных данных.

Система сбора данных AFS представляет собой переработанную по заказу Vernier плату NI USB-6009 под брендом AFS, датчики производства Vernier также поставляются под маркой AFS.

В состав практикума входят следующие задачи:

Дозиметрия оптического излучения. Цель опыта — измерение степени поляризации и интенсивности от окружающих источников света. Для этого используется оптическая скамья, представляющая собой штатив, на котором закреплены диодный лазер, поляризатор и датчик света. Данный эксперимент проводится с различными источниками излучения, такими как диодный лазер, монитор компьютера, лампа накаливания, лампа дневного света, свет из окна. Вращая поляризатор и определяя минимальные и максимальные значения интенсивности, можно сделать вывод о степени поляризации источников света. Также, анализируя характер изменения интенсивности на коротком промежутке времени, можно убедиться в неравномерности излучения (например, с помощью предусмотренных в программе инструментов анализа можно установить, что интенсивность излучения лампы накаливания меняется с частотой напряжения сети 50 Гц).

1

Измерение спектральной характеристики уха на пороге слышимости. Уникальность данного опыта состоит в том, что он позволяет определить порог слышимости на разных частотах, а также дать представление о различии таких понятий, как громкость, сила звука и слышимость. Перед проведением эксперимента необходимо выполнение калибровки датчика звука с помощью наушников, которые воспроизводят генерируемый звуковой платой компьютера звук нарастающей громкости на разных частотах. В ходе самого эксперимента определяются значения эквалайзера, обеспечивающие одинаковую громкость и силу звука, и спектральная чувствительность уха. Студенты имеют возможность убедиться в том, что ввиду физиологических особенностей устройства уха, его чувствительность неодинакова при различных частотах и разной силе звука.

2

Изучение ультразвуковой эхолокации. В данной задаче студенты имеют возможность познакомиться с таким понятием, как ультразвук, убедиться в выполнении законов геометрической оптики (закон отражения волн), оценить угловую ширину излучаемой УЗ-волны, а также определить разрешающую способность ультразвукового датчика расстояния. Для этого сначала на пути волн, испускаемых датчиком, ставятся 2 объекта (стенки), расположенные под углом 45° друг относительно друга, и снимается зависимость расстояния от угла поворота головки датчика. При определенном угле (когда угол падения равен углу отражения) датчик будет выдавать сумму расстояний от него до ближайшего препятствия и между препятствиями. Затем строится диаграмма направленности сигнала датчика расстояния от небольшого объекта, расположенного на некотором расстоянии от датчика. На основе этого определяется диапазон углов, при которых датчик регистрирует объект. Наконец, располагая перед датчиком предметы разного размера и на разном расстоянии, можно определить минимально различимый размер предмета, т.е. разрешающую способность датчика.

3

Изучение электрокардиограммы человека. В данном эксперименте студенты могут самостоятельно снять кардиограмму с помощью датчика ЭКГ, имеющего 3 провода («+», «–» и «земля»), которые с помощью самоклеящихся электродов присоединяются к конечностям. В задаче предусмотрено измерение ЭКГ в состоянии покоя, после физической нагрузки, принятия стимулирующих веществ (кофе) и в разных положениях тела. Меняя расположение электродов, можно измерять ЭКГ в разных отведениях (левая рука – правая рука, левая нога – правая рука, левая нога – левая рука). После проведения всех измерений студентам предлагается сделать вывод об изменении формы сигнала ЭКГ и величины основных пиков и определить направление оси сердца.

4

Электрические методы измерения физических величин. Эта задача состоит из 6 упражнений, в которых предлагается померить ряд физических величин, которые определяют параметры окружающей человека среды. К ним относятся: измерение атмосферного давления, относительной влажности и концентрации кислорода и углекислого газа в окружающем воздухе, а также давления, влажности и концентрации газов в выдыхаемом воздухе с помощью соответствующих датчиков; измерение ультрафиолета диапазонов А и В солнечного света и от ламп накаливания без и с пластинками, на которые нанесен крем против загара различного уровня защиты; измерение магнитного поля Земли и поля, создаваемого бытовыми устройствами и техникой; измерение мышечной силы рук и пальцев. После проведения эксперимента студенты должны сравнить измеренные значения с нормальными и сделать вывод о степени отклонения от таковых.

В дальнейшем предполагается расширить число задач и круг экспериментального оборудования при активном сотрудничестве с медицинскими ВУЗами.

<< Вернуться назад
 
© Центр измерительных технологий и промышленной автоматизации МГУ

Rambler's Top100 Яндекс.Метрика