ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ СПИННОМОЗГОВОЙ ЖИДКОСТИ С

ИЗМЕРЕНИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ СПИННОМОЗГОВОЙ
ЖИДКОСТИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА С
КОНЦЕНТРАТОРОМ
Хасаншина Н.А.*, Шачнева Е.А.*, Мурашкина Т.И.**
*Пензенский государственный технологический университет
**Пензенский государственный университет
Пенза, Россия
MEASUREMENT OF HYDROSTATIC PRESSURE OF THE CEREBROSPINAL
FLUID WITH THE USE OF FIBER-OPTICAL SENSOR HUB
Hasanshina N.A.*, Shachneva E.A.*, Murashkina T.I.**
*Penza state technological University
**Penza state University
Penza, Russia
Гидростатическое давление – это давление, которое оказывает жидкость, находящаяся в покое, на любую соприкасающуюся с нею поверхность. Паскалем, при изучении
гидростатического давления, были использованы специальные весы, которые в дальнейшем получили название гидростатических весов Паскаля [1]. Также основной формулой
характеризующей гидростатического давления является выведенная Паскалем формула
(1):
P=
Pæ
= ρgh .
S
(1)
В медицине большое значение имеет измерение давления спинномозговой жидкости.
В системе спинномозговой жидкости нормальным давлением можно назвать давление, измеряемое, когда человек находится в горизонтальном положении - лёжа. При
этом нормальное давление составляет около 130 мм вод. ст., но возможно снижение до 65
мм или подъем давления до 195 мм вод. ст. у здорового человека.
Ворсинками паутинной оболочки осуществляется регуляция давления спинномозговой жидкости. Нормальной скоростью образования спинномозговой жидкости остается
практически постоянно, поэтому ее изменение практически не является фактором, регулирующим давление. Напротив, ворсинки паутинной оболочки функционируют примерно
как клапаны, которые позволяют спинномозговой жидкости и ее содержимому свободно
течь в кровь венозных синусов, но в то же время не давая крови течь назад, в противоположном направлении. Обычно это клапанное действие ворсинок позволяет спинномозго-
вой жидкости течь в кровь, когда давление спинномозговой жидкости составляет около
1,5 мм рт. ст. и выше, чем давление крови в венозных синусах. Если давление спинномозговой жидкости больше, чем давление крови в венозных синусах то, клапаны открываются более широко, поэтому при нормальных условиях давление спинномозговой жидкости
почти никогда не превышает давление в черепно-мозговых венозных синусах больше чем
на несколько миллиметров ртутного столба. Так же при патологических состояниях ворсинки могут блокироваться большими твердыми частицами, фиброзом или избытком клеток крови, попадающих в спинномозговую жидкость при болезнях мозга. Избыток данных
клеток может вызвать блокирование нормального прохождения крови и привести к высокому давлению спинномозговой жидкости.
Измерение давления спинномозговой жидкости. Стандартный метод измерения
давления спинномозговой жидкости, в большинстве случаев, заключается в следующем:
человек должен лежать на боку точно горизонтально, чтобы давление в спинномозговом
канале было равно давлению в своде черепа. Далее принимается положение, чтобы в поясничный отдел спинномозгового канала ниже конца спинного мозга можно было ввести
спинномозговую иглу, которую соединяют с вертикальной стеклянной трубкой, верхний
конец которой открыт и по скорости потока жидкости можно определить примерное давление [2].
На данный момент существует не так много приборов и установок автоматизирующих процесс измерения давления спинномозговой жидкости. Была поставлена задача
спроектировать установку для измерения спинномозгового давления, которая должна
учитывать малое гидростатическое давление.
При проектировании волоконно-оптического датчика для измерения малого гидростатического давления в конструкцию датчика был включен концентратор для повышения
точности получаемых результатов измерений.
При расчете параметров концентратора стояла задача рассчитать скорость движения жидкости из отверстия, расположенного внизу сосуда.
При разных способах решения получается одна и та же формула (2):
Vc = 2 gh .
(2)
В формулу не входит диаметр отверстия, а только высота столба жидкости, которая
создает определенное давление на уровне отверстия. Давление в данном случае будет равно (3):
p = ρgh,
(3)
где ρ – плотность жидкости
Из данных выражений получим (4):
gh =
p
ρ
(4)
Подставляя в первую формулу, получаем (5):
Vc = 2 gh .
(5)
В действительности же скорость истечения жидкости несколько меньше (6):
Vc = µ 2
p
ρ
(6)
На краях отверстия создаются завихрения, мешающие проходу воды. Коэффициент
истечения µ можно приблизить к единице, если выходную трубу сделать плавной, «граммофонной» формы [3].
На рисунке 1 изображена упрощенная конструктивная схема датчика для измерения малого гидростатического давления.
Р
12
9
6
4
3
10
Ф1(Р)
ПИ13
H
4
Ф2(Р)
1
ПИ14
11
ИИ12
4
2
9
Ф0
7
Рисунок 1 – Упрощенная конструктивная схема датчика для измерения малого гидростатического давления
За счет своей гибкой структуры датчик способен фиксировать даже малые гидростатические давления, чувствительным элементом датчика является концентратор в состав которого входит сильфон. Именно такая конструкция датчика позволяет дать наиболее точные результаты измерений.
Литература
1.Web.: http://phyart-pascal.narod.ru/gidrostaticheskoedavlenie.html - Гидростатиче-
ское давление.
2.Web.: http://meduniver.com/Medical/Physiology/1111.html - Давление спинномозго-
вой жидкости. Измерение давления спинномозговой жидкости
3. Web.: http://www.rosinmn.ru/vetro/konzentrator/konzentrator.htm - Приближенное
решение задачи о концентраторах ветрового потока