Стенд для испытания электрокардиостимулятора при имитации физической активности человека

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для испытания электрокардиостимуляторов с частотной адаптацией. Стенд включает неподвижное основание, средства линейного перемещения вдоль осей X и Y, подвижное основание с возможностью перемещения вдоль оси Z, трехкоординатный параллельный привод, контроллер стенда. Техническим результатом полезной модели является испытание электрокардиостимулятора при имитации физической активности человека и механической активности сердца. 1 пр., 3 ил.

Полезная модель относится к испытательной технике и может быть использована для тестирования электрокардиостимуляторов с частотной адаптацией.

Из уровня техники известен тестер кардиостимулятора (SU 625718 от 30.09.78), который содержит эквивалентное сопротивление нагрузки, измерительный функциональный генератор с синхронизирующими и управляющими входами и выходами, схему временной задержки, включенную последовательно между выходом синхронизации измерительного функционального генератора и управляющим входом схемы пропускания.

Известно также устройство для проверки кардиостимуляторов (SU 591195 от 05.02.78), включающее эквивалентное сопротивление нагрузки кардиостимулятора, генератор колебаний высокой частоты и блок звуковой индикации импульсов кардиостимулятора.

Однако известные устройства для тестирования кардиостимуляторов (SU 625718 от 30.09.78 и SU 591195 от 05.02.78) предназначены для контроля параметров асинхронных и биоуправляемых кардиостимуляторов и не позволяют контролировать параметры электрокардиостимуляторов с частотной адаптацией, поскольку не позволяют имитировать перемещения тела человека при различных видах нагрузки, например, ходьбу, бег, прыжки, приседание и т.п. и имитировать сокращения сердца.

Техническим результатом полезной модели является испытание электрокардиостимулятора при имитации физической активности человека и механической активности сердца.

Технический результат достигается тем, что стенд для испытания электрокардиостимулятора включает неподвижное основание, на котором установлено средство линейного перемещения оси X с возможностью линейного перемещения по направляющим, на средстве линейного перемещения оси X установлено средство линейного перемещения оси Y с возможностью линейного перемещения по направляющим, при этом направления X и Y взаимно перпендикулярны и горизонтальны, на средстве линейного перемещения оси Y установлено подвижное основание с возможностью линейного перемещения по направляющим вдоль оси Z, на подвижном основании оси Z установлен трехкоординатный параллельный привод, содержащий три двигателя, соединенные карданными тягами с подвижной платформой с возможностью плоско-параллельного перемещения. Стенд также включает контроллер управления, выполненный с возможностью расчета траектории и скорости перемещения электрокардиостимулятора и траектории, скорости и амплитуды перемещения эпикарда и передачи сигнала на двигатели. Характер движения средств линейного перемещения задается системой программного управления.

Имитация физической активности человека обеспечиваются за счет неподвижного основания, на котором установлено средство линейного перемещения оси X с возможностью линейного перемещения по направляющим, на средстве линейного перемещения оси X установлено средство линейного перемещения оси Y с возможностью линейного перемещения по направляющим, при этом направления X и Y взаимно перпендикулярны и горизонтальны, на средстве линейного перемещения оси Y установлено подвижное основание с возможностью линейного перемещения по направляющим вдоль оси Z.

Имитация механической активности сердца обеспечивается за счет наличия трехкоординатного параллельного привода, содержащего три двигателя, соединенные карданными тягами с подвижной платформой с возможностью плоско-параллельного перемещения.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг. 1 и 2 представлен стенд для испытания электрокардиостимулятора при имитации физической активности человека, где на неподвижном основании 1 установлено средство линейного перемещения 2 оси X с возможностью линейного перемещения по направляющим 3, на средстве линейного перемещения 2 установлено средство линейного перемещения 4 оси Y с возможностью линейного перемещения по направляющим 5, на средстве линейного перемещения 4 установлено подвижное основание 6 с возможностью линейного перемещения по направляющим 7, на подвижном основании 6 установлен трехкоординатный параллельный привод 8. Также стенд содержит контроллер управления 12; двигатель 13, обеспечивающий движение вдоль оси X; двигатель 14, обеспечивающий движение вдоль оси Y; двигатель 15, обеспечивающий движение вдоль оси Z.

На фиг. 3 показан блок трехкоординатного параллельного привода, где три двигателя 9 соединены карданными тягами 10 с подвижной платформой 11.

Пример

На неподвижное основание 1 установили и закрепили направляющие 3, на которые установили средство линейного перемещения 2. На средство линейного перемещения 2 установили и закрепили двигатель 13, обеспечивающий линейное перемещение средства линейного перемещения 2 вдоль оси X относительно неподвижного основания 1 и направляющие 5. На средство линейного перемещения 4 установили и закрепили двигатель 14, обеспечивающий линейное перемещение подвижного основания 6 вдоль оси Z относительно средства линейного перемещения 4. На средство линейного перемещения 4 установили и закрепили направляющие 5 с предварительно установленным на нем подвижным основанием 6. Установили средство линейного перемещения 4 на направляющие 5. На средство линейного перемещения 4 установили и закрепили двигатель 15, обеспечивающий линейное перемещение средства линейного перемещения 4 вдоль оси Y относительно средства линейного перемещения 2. На подвижное основание 6 установили трехкоординатный параллельный привод 8, где на подвижную платформу 11 предварительно установили двигатели 9, обеспечивающие перемещение подвижной платформы 11 через карданные тяги 10 вдоль осей X, Y, Z. Двигатели 9, 13, 14, 15 соединили с контроллером управления 12. Контроллер управления 12 подключили к персональному компьютеру с установленным на нем программным обеспечением.

На подвижную платформу 11 трехкоординатного параллельного привода собранного и готового к работе стенда закрепили электрокардиостимулятор для проверки функции частотной адаптации и порога срабатывания. Испытания проводились с эпикардиальным стимулятором со следующими характеристиками импульсов стимуляции: частота стимулирующих импульсов - 27 значений в диапазоне от 30 до 160 имп/мин с шагом 5 имп/мин; амплитуда стимулирующих импульсов - 23 значения в диапазоне от 0,5 до 5,0 В с шагом 0,10,3 В; длительность стимулирующих импульсов - 12 значений в диапазоне от 0,125 до 1,5 мс с шагом 0,125 мс. Для контроля параметров импульса стимуляции - амплитуды, формы и длительности, к электродам электрокардиостимулятора подключили осциллограф.

Запустили программы управления «Карус» (свидетельство о государственной регистрации 2014612056 от 17.02.2014 г.) и «Дельта» (свидетельство о государственной регистрации 2014612055 от 17.02.2014 г.). В программе «Дельта» возможен выбор произвольных, не зависящих от имитируемой физической активности (заданной программой «Карус») частоты и амплитуды перемещения стенки эпикарда. При этом управление параллельным приводом из программы «Карус» блокируется. Данный режим позволяет имитировать некоторые виды патологий, например наджелудочковые тахикардии, фибрилляция предсердий и желудочков, сердечную недостаточность при которых наблюдается высокая частота сердечных сокращений или нарушение сократительной способности, а также отсутствие сокращения сердечной мышцы при ее стимулировании.

Для проверки функции частотной адаптации при программировании задавались последовательное увеличение частоты стимулирующих импульсов до 80, 120 и 150 имп/мин при увеличении физической активности. Амплитуда и длительность стимулирующих импульсов составила 5,0 В и 1,0 мс соответственно.

В программе управления «Карус» из пользовательской библиотеки выбрали режим «шаг». Контроллер управления 12 рассчитал траекторию и скорость перемещения электрокардиостимулятора по осям X, Y, Z и траекторию, скорость и амплитуду перемещения эпикарда и передал сигнал на двигатели 9, 13, 14, 15.

Двигатель 13 преобразует вращательное движение в поступательное движение средства линейного перемещения 2 (например, посредством защемления зубчатых шкивов и зубчатых ремней) по направляющим 3 вдоль оси X на 150 мм с ускорением 2,9 м/с². Одновременно двигатель 14 преобразует вращательное движение в поступательное движение средства линейного перемещения 4 по направляющим 5 вдоль оси Y на 100 мм с ускорением 0,9 м/с². Одновременно двигатель 15 преобразует вращательное движение в поступательное движение подвижного основания 6 по направляющим 7 вдоль оси Z на 150 мм с ускорением 4,9 м/с², что обеспечивает имитацию вертикальных перемещений тела человека во время ходьбы. Для корректного воспроизведения ускорения, воспроизводимого перемещения вдоль каждой из осей, в стенде предусмотрена обратная связь через датчики положения, расположенные на валах двигателей.

Таким образом, средства линейного перемещения 2, 4 и подвижное основание 6 совместно перемещали с заданным с помощью программы ускорением электрокардиостимулятор в пространстве вдоль осей X, Y, Z. Одновременно с двигателями 13, 14, 15 двигатели 9, получив сигнал от контроллера управления 12, передали возвратно-поступательное движение через карданные тяги 10 на подвижную платформу 11. Платформа 11 совершала перемещение в пространстве с закрепленным на ней электрокардиостимулятором вдоль осей X, Y, Z, что позволило имитировать ускорения, вызванные сокращением сердца при выполнении ходьбы человека и воздействующие на электрокардиостимулятор. Частота колебаний платформы 11 составляет 80 уд/мин. Осциллографом контролировали отсутствие на электродах электрокардиостимулятора импульса стимуляции.

Далее с помощью программы «Дельта» принудительно установили частоту перемещения платформы 11 для имитации сердечных сокращений на уровне 75 уд/мин. Осциллографом контролировали наличие на электродах электрокардиостимулятора импульса стимуляции с частотой 80 уд/мин, с амплитудой и длительностью заданной при программировании кардиостимулятора.

Далее в программе управления «Карус» из пользовательской библиотеки выбрали режим «быстрый шаг». Испытания провели со следующими средними характерными величинами ускорений и перемещений для быстрого шага: ускорение вдоль оси X - 6,8 м/с², Y - 4,9 м/с ², Z - 8,8 м/с². Амплитуда перемещения вдоль оси X - 200 мм, Y - 150 мм, Z - 250 мм. Частота колебаний платформы 11 составила 120 уд/мин. Осциллографом контролировали отсутствие на электродах электрокардиостимулятора импульсов стимуляции. Затем запустили программу «Дельта» и принудительно установили частоту перемещения платформы 11 для имитации сердечных сокращений на уровне 115 уд/мин. Осциллографом контролировали наличие на электродах электрокардиостимулятора импульса стимуляции с частотой 120 уд/мин, с амплитудой и длительностью заданной при программировании кардиостимулятора.

Далее в программе управления «Карус» из пользовательской библиотеки выбрали режим «бег». Испытания провели со следующими средними характерными для бега величинами пиковых ускорений и перемещений: ускорение вдоль оси X - 11,7 м/с ², Y - 9,8 м/с², Z - 18,6 м/с². Амплитуда перемещения вдоль оси X - 400 мм, Y - 200 мм, Z - 400 мм. Частота колебаний платформы 11 составила 150 уд/мин. Осциллографом контролировали отсутствие на электродах электрокардиостимулятора импульса стимуляции.

Затем с помощью программы «Дельта» принудительно установили частоту перемещения платформы 11 для имитации сердечных сокращений на уровне 145 уд/мин. Осциллографом контролировали наличие на электродах электрокардиостимулятора импульса стимуляции с частотой 150 уд/мин, с амплитудой и длительностью заданной при программировании кардиостимулятора.

После этого в программе управления «Карус» из пользовательской библиотеки вновь выбрали режим «шаг». На электродах электрокардиостимулятора осциллографом контролировали последовательное уменьшение частоты импульсов стимуляции до частоты 80 уд/мин, а затем их отсутствие.

Таким образом, проверяемый электрокардиостимулятор прошел испытания, поскольку при имитации увеличения физической активности на электродах кардиостимулятора последовательно присутствовали сигналы стимуляции с возрастающей частотой, амплитудой и длительностью заданной производителем для конкретного вида физической активности человека. При уменьшении физической активности электрокардиостимулятор автоматически снижал частоту импульсов стимуляции до величины характерной для данного вида активности установленной производителем электрокардиостимулятора.

Для проверки порога срабатывания электрокардиостимулятора в программе управления «Дельта» задали «амплитуду колебаний» платформы 11 12 мм и «частоту колебаний» 75 уд/мин, то есть превышающую порог срабатывания электрокардиостимулятора, установленную программированием, например, на уровне 70 уд/мин.

Контроллер управления 12 рассчитал траекторию и скорость перемещения электрокардиостимулятора по осям X, Y, Z и траекторию, скорость и амплитуду перемещения эпикарда и передал сигнал на двигатели 9.

Получив сигнал от контроллера управления 12, двигатели 9 передают возвратно-поступательное движение через карданные тяги 10 на подвижную платформу 11. Платформа 11 совершает перемещение в пространстве с закрепленным на ней электрокардиостимулятором вдоль осей X, Y, Z, с «частотой колебаний» 75 уд/мин и «амплитудой колебаний» 12 мм, что обеспечивает имитацию механической активности сердца. Осциллографом контролировали отсутствие на электродах электрокардиостимулятора импульса стимуляции.

Далее задали величину перемещения подвижной платформы 11 «амплитуду колебаний» 12 мм, и частоту сердечных сокращений «частоту колебаний» равную 65 уд/мин, то есть меньше порога срабатывания электрокардиостимулятора. На электродах электрокардиостимулятора осциллографом контролировали наличие импульсов стимуляции с параметрами, установленными при программировании.

Испытания считали пройденными, поскольку при снижении частоты сердечных сокращений (65 уд/мин) ниже установленной (70 уд/мин) регистрировали наличие импульса стимуляции с заданными при программировании параметрами - 70 уд/мин.

Стенд для испытания электрокардиостимулятора при имитации физической активности человека, включающий неподвижное основание, на котором установлено средство линейного перемещения оси X с возможностью линейного перемещения по направляющим, на средстве линейного перемещения оси X установлено средство линейного перемещения оси Y с возможностью линейного перемещения по направляющим, при этом направления X и Y взаимно перпендикулярны и горизонтальны, контроллер управления, выполненный с возможностью расчета траектории и скорости перемещения электрокардиостимулятора и траектории, скорости и амплитуды перемещения эпикарда и передачи сигнала на двигатели, при этом на средстве линейного перемещения оси Y установлено подвижное основание с возможностью линейного перемещения по направляющим вдоль оси Z, на подвижном основании оси Z установлен трехкоординатный параллельный привод, содержащий три двигателя, соединенные карданными тягами с подвижной платформой с возможностью перемещения вдоль осей X, Y, Z.

РИСУНКИ