Для запуска программы, которая предназначена моделировать процессы функционирования правой половины сердца, необходимо выбрать начальные значения меняющихся в течение кардиоцикла величин.

- давление крови в полостях сердца и сосудистой системе;

- перемещение и скорость движения поршней, моделирующих воздействие со стороны электрической системы регуляции;

- перемещение и скорость движения поршней, моделирующих жесткость сердечной мышцы;

- массовые расходы крови.

На основании данных таблицы 4.4 был проведен анализ и приняты следующие значения давлений, перемещений и скоростей поршней, определяющие начальные условия.

Перемещения поршней:

;

;

;

;

Давления в полой вене, правом предсердии, правом желудочке, легочной артерии:

;

;

;

;

Скорости движения поршней:

; ; ; ;

Для разработки программного обеспечения выбрана среда программирования MathCAD. Она является уникальным, мощным инструментом, позволяющим работать с уравнениями, числами, текстом, и графиками. Основа экранного интерфейса среды MathCAD - чистый лист, в любом месте которого можно задавать уравнения, графики, функции, или текстовые пояснения. Среда MathCAD работает с математикой в общепринятых математических обозначениях. И вместо того, чтобы использовать синтаксис языков программирования, среда MathCAD позволяет использовать язык математики. Рассматриваемая среда осуществляет мощную математическую и оформительскую поддержку в течение всего времени выполнения работы - от ее начала до завершения.

4.7 Алгоритм программы, реализующий решение системы уравнений, моделирующей насосную функцию правой половины сердца с учетом упругости вен

5.1 Теоретические положения

Рисунок 4.1.5 Поздний срок свершения события

Оптимизация сетевого графика в зависимости от полноты решаемых задач может быть разделена на частную и комплексную. Видами частной оптимизации являются: минимизация стоимости всего комплекса работ при заданном времени выполнения проекта (таблица 5.2.1), минимизация времени выполнения разработки при заданной ее стоимости (таблица 5.2.2).

Комплексная оптимизация - это нахождение оптимума в соотношениях величин затрат и сроков выполнения проекта (таблица 5.2.3).

Таблица 5.2.1 Оптимизация параметров сетевого графика по снижению затрат на разработку математической модели насосной функции правой половины сердца

Следовательно, длина критического пути равна 43,0 дням. Критический путь при этом проходит через события:

0 2 3 4 5 6 8 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 22.

Затраты на выполнение работ составляют 27045,00 рубля.

Минимизация времени выполнения разработки совершенно необходима, если при анализе вероятности наступления завершающего события в заданный срок получают < 0,35. В этом случае направляют дополнительные ресурсы на работы критического пути, перераспределив их с работ, имеющих резервы времени. При этом учитываются рассчитанные коэффициенты напряженности путей, квалификационный и профессиональный состав работников (нельзя, например, перебрасывать на работу критического пути, связанную с проектированием изделия, технологов с пути, имеющего резервы времени). Такое перераспределение можно закончить, получив при повторном анализе 0,35 < < 0,65.

Таблица 5.2.2 Оптимизация параметров сетевого графика по сокращению времени на разработку математической модели насосной функции правой половины сердца

Следовательно, длина критического пути равна 43,0 дням. Критический путь при этом проходит через события:

0 2 3 4 5 6 8 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 22.

Затраты на выполнение работ составляют 27270,00 рубля.

Таблица 5.2.3 Оптимизация параметров сетевого графика по снижению затрат и сокращению времени на разработку математической модели насосной функции правой половины сердца

Следовательно, длина критического пути равна 43,0 дням. Критический путь при этом проходит через события:

0 2 3 4 5 6 8 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 22.

Затраты на выполнение работ составляют 27045,00 рублей.

Проведением оптимизации сетевого графика, стадия составления исходного плана заканчивается. Далее начинается стадия оперативного управления ходом работ, когда в службу сетевого планирования поступает с определенной периодичностью информация о фактическом ходе смоделированного процесса. Производятся перерасчеты графика и разрабатываются мероприятия по ликвидации возникших от него отклонений.

Таким образом, в целом сетевой график позволяет наиболее рационально построить план работы, установить строгую последовательность и очередность в выполнении всех необходимых операций и действий. С помощью сетевого графика можно с достаточной точностью определить сроки свершения каждого события и, следовательно, срок достижения результата - завершающего события; оптимизировать использование выделяемых ресурсов; организовать контроль, наблюдение и управление действиями ответственных исполнителей с помощью ЭВМ. [30]

Оптимизация сетевого графика показала, что при фиксированных затратах на разработку математической модели насосной функции правой половины сердца, длина критического пути и соответственно количество дней остались прежние. В то время как при заданном количестве дней, равным 43, цена изменилась, причем в меньшую сторону. Таким образом, есть возможность минимизировать затраты при уменьшении времени на работу.

6. Охрана труда и окружающей среды

Дипломный проект посвящен моделированию насосной функции правой половины сердца с учетом упругости вен. Так как с помощью математической модели сердца можно диагностировать заболевания пациента, то основная работа медицинского работника связана с работой за компьютером. Следовательно, очень важна обстановка, в которой он работает. Так как полностью безопасных и безвредных производств не существует, то вредные и опасные факторы оказывают неблаготворное влияние на здоровье и работу человека. Поэтому так важно проводить мероприятия по снижению их вредного воздействия. В дипломном проекте рассматривается помещение площадью 12мІ, в котором на работоспособность человека оказывают следующие факторы:

1) параметры микроклимата,

2) освещённость рабочего места медицинского персонала;

3) вентиляция;

4) устройство рабочего места медицинского персонала;

5) требования по электробезопасности;

6) требования к пожаробезопасности;

6.1.1 Параметры микроклимата

Микроклимат в производственных помещениях определяется сочетанием следующих параметров: температурой воздуха t (°С), относительной влажностью ц (%) и скоростью движения воздуха на рабочем месте х (м/с), и является важным фактором, влияющим на тепловое самочувствие человека.

Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. (СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений») [33]. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта в течение 8-ми часовой рабочей смены при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

Таблица 6.1.1. Факторы, влияющие на медработника в процессе работы.

Так как работа производится сидя и сопровождается незначительным физическим напряжением, то она относится к категории работ Iа с интенсивностью энергозатрат до 120 ккал/ч (до 139 Вт).

6.1.2 Освещённость рабочего места медицинского персонала

Существенное влияние на здоровье и работоспособность человека оказывает правильно выполненное освещение. Освещение на рабочем месте должно быть таким, чтобы работающий мог без напряжения зрения выполнять свою работу. Утомляемость органов зрения зависит от ряда причин - недостаточность освещенности, чрезмерная освещенность, неправильное направление света, и ведет к быстрому утомлению глаз работающих, снижению зрения, некачественному анализу полученных результатов.

Естественное и искусственное освещение нормируются СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение» в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном.[24]

В данном помещении по характеру зрительной работы различение объектов при фиксированной и нефиксированной линии зрения относится к средней точности (наименьший или эквивалентный размер объекта различения более 0,5 , мм.).

6.1.3 Вентиляция

При проектировании вспомогательных систем (вентиляции, отопления, аспирации и кондиционирования воздуха) выполняются требования ГОСТ 12.1.005-88 «Общие Санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» [10] по обеспечению параметров микроклимата, а также метеорологические условия, соответствующие указанному стандарту и Гигиеническим требованиям к микроклимату производственных помещений (СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»).[33]

6.1.4 Устройство рабочего места медицинского персонала

В помещении находится компьютер, который является источником электромагнитного излучения. По ГОСТ 12.1.006-84 «Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот» в диапазоне частот от 60 кГц до 300 МГц предельно допустимое значение напряженности электрического поля и энергетическая нагрузка по электрическому полю . Если электромагнитное излучение превышает значения, указанные в ГОСТ Р 50948-96, ГОСТ 12.1.006-84 «Система стандартов безопасности труда. Электромагнитные поля радиочастот» и СанПиН 2.2.2. 542-96, то следует использовать защитные экраны. [12]

Опасность для здоровья в помещении может составлять накапливающаяся пыль, бороться с которой достаточно с помощью влажной уборки и организацией вентиляции.

В помещении нет токсичных веществ (свинец, кислотные флюсы, дихлорэтан, растворители), которые могут вызвать поражение дыхательных путей и желудка, нет повышенной загазованности воздуха рабочей зоны (ГОСТ 12.0.003-99 «Классификация вредных и опасных факторов»).[9]

В системе мер, обеспечивающих благоприятные условия труда, большое место отводится эстетическим факторам. Предусмотрено оформление производственного интерьера, оборудования, применение функциональной музыки и др., которые оказывают определённое воздействие на организм человека. Важную роль играет окраска помещений, которая является светлой.

6.1.5 Электробезопасность

Так как работа медицинского персонала непосредственно связано с электрооборудованием (компьютер, измерительные приборы и т.п.), которое подключено в сеть питания напряжением 220В, 50 Гц. Поэтому обеспечивается электробезопасность работника, путем заземления электрооборудования. [12]

6.2 Мероприятия по устранению опасных и вредных факторов

6.2.1 Мероприятия по защите от поражения электрическим током

Для обеспечения электробезопасности применяются отдельно или в сочетании следующие технические способы и средства: защитное заземление; зануление; выравнивание потенциалов; защитное отключение; малое напряжение; изоляция токоведущих и нетоковедущих частей (рабочая, дополнительная, усиленная, двойная); электрическое разделение сетей; компенсация токов замыкания на землю. [12]

6.2.2 Расчет вентиляции

Рабочее место оборудуется местной вытяжной вентиляцией по ГОСТ 12.1.005-88 «Общие Санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» устанавливает предельно допустимую концентрацию для вредных веществ.[10]

Системы отопления и кондиционирования следует устанавливать так, чтобы ни теплый, ни холодный воздух не направлялся на людей. Температура воздуха у поверхности пола и на уровне головы не должна отличаться более чем на 5 градусов. В помещении помимо естественной вентиляции предусматривают приточно-вытяжную вентиляцию. Основным параметром, определяющим характеристики вентиляционной системы, является кратность обмена, т.е. сколько раз в час сменится воздух в помещении.

Расчет для помещения:

Для расчета примем размеры помещения:

S - площадь помещения, S=12 мІ;

h - расчетная высота потолка, h=2,5 м;

А - ширина помещения, А=4 м;

В - длина помещения, В=3 м.

мі (66)

где - объем рабочего помещения.

Необходимый для обмена объем воздуха V_вент определим, исходя из уравнения теплового баланса:

, (67)

где V_вент - объем воздуха, необходимый для обмена;

Q_избыт - избыточная теплота (Вт);

С - удельная теплопроводность воздуха, С=1000 (Дж/кгК);

Y - плотность воздуха, Y=1,2 мг/см³.

t_приход - 18 градусов;

Температура уходящего воздуха определяется по формуле:

, (68)

где t - повышение температуры на 1 м высоты помещения, t= 1 - 5 градусов;

t_р.м.- температура на рабочем месте, 25 градусов;

t_уход = 25+(2,5-2)2=26;

h - высота помещения, h=2,5 м.

, (69)

где Q_изб. - избыток тепла от электрооборудования и освещения.

, (70)

где Е - коэффициент потерь электроэнергии на теплоотвод (Е=0,55 для освещения);

р - мощность, р=40 Вт * 4 шт = 160 Вт.

, Вт.

Q_изб.2 - теплопоступление от солнечной радиации,

, (71)

где m - число окон, примем m = 2;

S - площадь окна, S = 1,52 = 3, мІ;

k - коэффициент, учитывающий остекление (для двойного остекления k = 0,6);

Q_c = 127 Вт/м - теплопоступление от окон.

, Вт

Q_изб.3 - тепловыделения людей

, (72)

где q = 80 Вт/чел;

n - число людей, например n = 2.

, Вт

Из уравнения теплового баланса следует:

мі.

Оптимальным вариантом является кондиционирование воздуха, т.е. автоматическое поддержание его состояния в помещении в соответствии с определенными требованиями (заданная температура, влажность, подвижность воздуха) независимо от изменения состояния наружного воздуха и условий в самом помещении.

• 6.2.3 Эргономическая оценка организации рабочего места медицинского работника
• Основное время, затраченное на обработку результатов с помощью математической модели сердца, связано с работой за ПК. В связи с этим произведен расчёт рабочего места человека с точки зрения его соответствия антропометрическим характеристикам методом соматограмм.
• Для построения соматограммы используем палочковую схему построения. Рост человека для данной соматографии будет высокий (женщина, рост 176 см). Размеры элементов палочковых схем человека расположены в таблице 6.2.3.

Таблица 6.2.3 - Основные размеры элементов палочковых схем человека

6.3 Пожарная безопасность

6.3.1 Требования к пожаробезопасности

Обеспечение пожарной безопасности должно соответствовать требованиям СНиП 2.01.02-85, ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность» и Правилам пожарной безопасности в РФ с учетом категории помещений и зданий по пожаровзрывоопасости. Оно включает наличие нормированного количества первичных и других средств пожаротушения, систем пожарной сигнализации автоматического действия, строгое соблюдение противопожарного режима и других мер пожарной безопасности.[11]

Данное помещение относится к категории Д (негорючие вещества и материалы в холодном состоянии) по пожарной опасности (НПБ 105-03).[18]

6.3.2 Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности

В рассматриваемом помещении согласно ГОСТ 12.1.004-91 «Пожарная безопасность» [11] противопожарная защита достигается применением одного из следующих способов или их комбинацией:

- применением средств пожаротушения и соответствующих видов пожарной техники;

- применением автоматических установок пожарной сигнализации и пожаротушения;

- применением основных строительных конструкций и материалов, в том числе используемых для облицовок конструкций, с нормированными показателями пожарной опасности;

- применением пропитки конструкций объектов антипиренами и нанесением на их поверхности огнезащитных красок (составов);

- устройствами, обеспечивающими ограничение распространения пожара;

- организацией с помощью технических средств, включая автоматические, своевременного оповещения и эвакуации людей;

- применением средств коллективной и индивидуальной защиты людей от опасных факторов пожара;

- применением средств противодымной защиты.

В случае возникновения пожара ограничение распространения пожара за пределы очага достигается применением:

- устройства противопожарных преград;

- устройства аварийного отключения и переключения установок и коммуникаций;

- применением средств, предотвращающих или ограничивающих разлив и растекание жидкостей при пожаре;

- применением огнепреграждающих устройств в оборудовании.

Помещение имеет такое объемно-планировочное и техническое исполнение, что при возникновении пожара эвакуация людей из него будет завершена до наступления предельно допустимых значений опасных факторов пожара, а при нецелесообразности эвакуации будет обеспечена защита людей в объекте.

Для обеспечения эвакуации предусмотрены:

- количество, размеры и соответствующее конструктивное исполнение эвакуационных путей и выходов;

- возможность беспрепятственного движения людей по эвакуационным путям;

Таблица 6.3.2 Необходимое время для эвакуации людей из производственных зданий.

Предусмотрена система противодымной защиты объектов, которая обеспечивает незадымление, снижение температуры и удаление продуктов горения и термического разложения на путях эвакуации в течение времени, достаточного для эвакуации людей и (или) коллективную защиту людей в соответствии с требованиями и (или) защиту материальных ценностей.

На каждом объекте народного хозяйства обеспечено своевременное оповещение людей и сигнализация о пожаре в его начальной стадии техническими или организационными средствами.

В здании предусмотрены технические средства (лестничные клетки, противопожарные стены, лифты, наружные пожарные лестницы, аварийные люки и т. п.), имеющие устойчивость при пожаре и огнестойкость конструкций не менее времени, необходимого для спасения людей при пожаре и расчетного времени тушения пожара.

6.4 Охрана окружающей среды

Так как в рассматриваемом помещении отсутствуют источники пыли, токсических газов, вредные вещества не переносятся в окружающую среду, то никаких специальных средств по охране окружающей среды не требуется.

В этой части дипломного проекта были рассмотрены факторы, влияющие на работу медицинского работника, изложены требования к организации рабочего места, а также перечислены мероприятия по устранению опасных и вредных факторов. Созданные условия должны обеспечивать комфортную и безопасную работу. На основании изученной литературы проведен расчет вентиляции рабочего места, а также проведена эргономическая оценка организации рабочего места медицинского работника.

Заключение

В выпускной квалификационной работе производилось моделирование насосной функции правой половины сердца с учетом упругости вен.

В результате были решены следующие задачи:

1)получено представление о деятельности сердца в течение кардиоцикла и его физиологических параметрах;

2)найдены данные о существующих моделях сердца;

3)на основании тщательного изучения физиологии сердца найдены технические элементы, различной физической природы, которые в совокупности выполняют аналогичную функцию моделируемого объекта.

4) составлена расчетная схема механико-гидравличесвкой системы.

5)на основании расчетной схемы механико-гидравлической системы и с учетом исходных данных: P систолы правого предсердия -5 мм рт. ст.; P систолы правого желудочка - 28 мм рт. ст.; P в диастоле правого предсердия -2 мм рт. ст.; P в диастоле правого желудочка - 8 мм рт. ст.; Р систолы легочной артерии - 20 мм рт. ст.; Р в диастоле легочной артерии - 7 мм рт. ст.; Р в полой вене - 0,001 мм рт. ст.; масса сердца - 300г ; изменение объема желудочков и предсердий 30..60 мл, - составлена система уравнений, представляющая собой математическую модель сердца. На основании законов механики были составлены уравнения движения поршней, на основании закона сохранения массы - уравнения изменения объема, на основании закона сохранения энергии - уравнения изменения давления;

6)составлена программа решения полученной системы уравнений 34-го порядка в среде MathCAD методом Рунге-Кутта. Решение на каждом новом шаге учитывает изменения координат в результате предыдущего решения.

7)получены результаты моделирования в виде графиков изменения меняющихся в течение кардиоцикла величин.

8)сравнив полученные результаты моделирования со значениями параметров сердца из физиологических данных можно сделать вывод, что разработанная модель сердца достаточно достоверно отражает качественный характер насосной деятельности сердца.

9)в процессе выполнения организационно-экономической части проекта был построен график сетевого планирования по разработке математической модели насосной функции правой половины сердца с учетом упругости вен, а также рассчитаны временные характеристики сетевого графика. Была проведена комплексная оптимизация. Из результатов оптимизации видно, что на выполнение проекта по разработке модели потребуется 27045,00 рублей. При этом затраты времени составят 43,0 дня, что не противоречит поставленным целям.

10) в процессе выполнения раздела «Охрана труда и окружающей среды» были рассмотрены факторы, влияющие на работу медицинского работника, изложены требования к организации рабочего места, а также перечислены мероприятия по устранению опасных и вредных факторов. Созданные условия должны обеспечивать комфортную и безопасную работу.

При дальнейшей доработке системы уравнений, описывающих процессы функционирования сердца, а также более точном подборе коэффициентов, содержащихся в них, такая модель может быть использована в медицине в диагностических целях. С помощью данной модели можно производить экспериментальные исследования без причинения вреда здоровью человека, и выдавать информацию о нагрузках, выносимых сердцем, поведении сердечной мышцы при возможных отклонениях работы сердца, в частности - инфаркте, инсульте. Также при использовании математической модели кардиологи смогут определять генетические патологии и различные типы патологий работы сердца, возникшие в результате деятельности сердечной мышцы.

Библиографический список

1. Амосов Н. М. Моделирование сложных систем / Н. М. Амосов.- Киев: Наукова думка, 1968.- 392 с.

2. Балантер Б. И. Введение в математическое моделирование патологических процессов / Б. И. Балантер, М. А. Ханин, Д. С. Чернавский. - М.: Медицина

3. Барабанов С.В. Физиология сердца: учебное пособие / Под ред. Б. И. Ткаченко - СПб.: СпецЛит, 2001. - 143 с.

4. Бегун П. И., Шукейло Ю. А. Биомеханика; Уч. для вузов, - СПб.: Политехника, 2000. - 463 с.; ил.

5. Безопасность жизнедеятельности. Производственная безопасность и охрана труда./Г.П. Кукин, В.Л. Панин, Н.Л. Пономарев и др.,учеб.пособие для студентов сред. и спец. учеб. Заведений.М: Высш.шк.,2001,-431 с.:ил.