Перспективы создания материалов для учебного электрофизиологического манекена
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
E-mail: *****@***ru
Необходимость разработки и создания адекватных наглядных учебных пособий была и остаётся актуальной в самых разных отраслях человеческой деятельности. В настоящее время в медицине широко используются различные манекены-имитаторы, предназначенные для отработки различных навыков как врачами, так и младшим медицинским персоналом. Эти учебные манекены используются в реаниматологии и экстренной медицине [1], поэтому на них отрабатываются навыки проведения экстренных реанимационных мероприятий. В других разделах медицины учебные пособия в виде функциональных манекенов почти не используются. На сегодняшний день практически не существует официально рекомендованных к использованию устройств (не считая реанимационных), предназначенных для имитации пациента (в частности - имитации физиологических реакций). В результате для обучения работы с приборами используют либо испытателя-добровольца, либо реального пациента. А использование человека в качестве источника сигналов приводит к тому, что сигналы, зарегистрированные диагностическим прибором в конкретный момент времени, будут принципиально невоспроизводимы и неповторимы в другой момент времени.
Как сообщалось ранее [2], в СПб НИУ ИТМО ведётся разработка учебного манекена, предназначенного для моделирования электрофизиологических реакций пациента. С подробностями о составе и структуре данного манекена можно ознакомиться в работах [2-6]. В ходе разработки такого устройства было необходимо решить ряд задач, одной из которых является подбор материала для выполнения внешней поверхности разрабатываемого манекена. В процессе анализа задачи был сформулирован ряд требований к материалу [5]. Материал должен быть:
1) Достаточно пластичным для изготовления поверхности манекена и достаточно прочным для фиксации электродов внутри материала;
2) С удельным электрическим сопротивлением в интервале от 500 кОм до 1 МОм на см2 (кожа человека имеет вариацию по сопротивлению, зависящую от влажности и солевого баланса);
3) Смачиваемым для обеспечения возможности использования медицинских электропроводящих гелей;
4) Устойчивым к воздействию медицинских дезинфицирующих и обеззараживающих средств;
5) Устойчивым к механическим воздействиям, способным возникнуть в процессе эксплуатации манекена;
6) Не токсичным.
В результате анализа этих требований, а также выполнения аналитического обзора существующих материалов было принято решение об использовании электропроводящей резины с высоким удельным сопротивлением. Резина обладает высокой жесткостью, износостойкостью, прочностью. Резина не токсична, имеет хорошую стойкость к электрическим воздействиям и удовлетворяет условию смачиваемости [5].
Токопроводящие резины известны с начала XIX века, при этом характеристики существующих отечественных резин не в полной мере соответствуют предъявляемым нами требованиям. В результате анализа технологии производства токопроводящих изделий с высоким удельным сопротивлением было выяснено, что эти изделия производятся путём взаимного объединения мелкодисперсного токопроводящего материала и материала основы (резины, смолы, полимеры и т. д.). В качестве токопроводящего материала можно использовать порошковые металлы и графиты. (Для нас порошковые металлы не применимы, т. к. нам требуется материал с достаточно высоким удельным сопротивлением). Также было выяснено, что в настоящее время отечественная промышленость не производит ряд марок графитов (П367Э, УМ-66, УМ-76, УМ-85) [7], которые использовались в производстве токопроводящих резин. Поэтому в ходе анализа доступных марок графита было принято решение использовать графит марки ГПС С-1 [8]. В качестве основы решено использовать каучук, растворённый в этилацетате (клей БФ-88 ТУ 38.105.540-85).
Для оценки характеристик разработанной токопроводящей резины был изготовлен ряд образцов, отличающихся друг от друга массовой долей графита, которая изменялась в интервале от 1:10 до 1:5. Мелкодисперсный графит в заданном массовом соотношении подмешивался к материалу основы, при этом полученный состав тщательно перемешивался до получения однородной массы. Полученная масса распределялась по пластиковым контейнерам, в которых происходила окончательная полимеризация состава.
Готовые образцы (габаритные размеры около 150х100х5 мм) были подвергнуты ряду испытаний для оценки их электрических и физико-химических свойств. В рамках испытаний было рассмотрено воздействие на образцы разнообразных чистящих, моющих и дезинфицирующих средств, широко применяемых в клиниках города. В ходе эксперимента было определено, что полученные образцы не разрушаются в результате контакта с данными жидкостями, при этом создаётся впечатление, что образцы с содержанием графита 20% обладают более пористой структурой и впитывают поверхностно-активные вещества. Также было зафиксировано незначительное вымывание графитовой пудры с поверхности образцов под воздействием жидкостей на основе этилового спирта.
В ходе испытаний также была выполнена оценка некоторых электротехнических характеристик полученных образцов. Согласно полученным данным, электрическое сопротивление образцов находится в диапазоне от 33 кОм до 30 МОм в зависимости от методики измерения и содержания графита в образце, при этом от увеличения массовой доли графита сопротивление образца уменьшается. Также была оценена электрическая ёмкость полученных образцов, которая составила от 56 нФ до 2.29 мкФ.
Результаты испытаний показали, что полученные образцы токопроводящей резины в целом удовлетворяют сформулированным ранее требованиям, поэтому после уточнения необходимой массовой доли графита и проведения некоторых дополнительных испытаний можно приступать к изготовлению опытного образца манекена.
Библиографический список
1. HAL® S3201 Advanced Multipurpose Patient Simulator [Электронные ресурс]. URL http://www. /s3201-advanced-multipurpose-patient-simulator (дата обращения 9.10.2016).
2. Толкович для моделирования электрофизиологических сигналов на базе специализированого функционального генератора // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине–2015: материалы Всероссийской молодежной конференции (Саратов, 10-12 ноября 2015г.) - 2015. - С. 94-96.
3. Толкович имитатор электрофизиологических сигналов, выполненный в форме торса человека // Биотехносфера - 2016. - № 2(44). - С. 7-11.
4. Толкович учебного имитатора электрофизиологических сигналов, выполненного в форме торса человека.//Сборник трудов, III Международной научно-практической конференции «Sensorica - 2015» - 2015. - С. 116-117.
5. Сенатов и анализ материалов для моделирования электрических свойств кожи человека.//Сборник трудов, III Международной научно-практической конференции «Sensorica - 2015» - 2015. - С. 119-120.
6. Толкович устройства для воспроизведения сигналов сложной формы, эквивалентных электрофизиологическим биосигналам//Сборник тезисов докладов конгресса молодых ученых. - 2015. - Вып. Выпуск 1. - С. 177-178.
7. Ковалева электропроводящих резин с техническими углеродами серии ум, обладающими специфическими морфологическими характеристиками: Автореф. дисс. … канд. техн. наук : М., 2012. – 23 с.
8. ГОСТ 8295-73. Графит смазочный. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 6 с.
Сведения об авторах
– Аспирант, Дата рождения 26.06.1983Г
Вид доклада: стендовый
