Лекция1 Техническое обеспечение лечебно-диагностического процесса и классификация электронных приборов, аппаратов, систем и комплексов.
Совокупность приборов, аппаратов, систем, комплексов и приспособлений к ним, в которых реализуются различные физические и физико-химические методы исследований биологических объектов (БО), определяют как инструментальные средства медико-биологических исследований. Выполнение этих исследований с помощью технических средств диагностики (ТСД) позволяет получить диагностическую информацию о состоянии объекта в виде множества медико-биологических показателей (МБП) и записей физиологических процессов (ФП), на основании анализа которых исследователем (Исс.) строится диагностическое заключение.
Вторая группа медицинских приборов – это Инструментальные средства, реализующие различные способы оказания физических воздействий на БО различной модальности и мощности, приводящие к оздоровительным эффектам – технические средства воздействия (ТСВ).
Рисунок
Попробуем расширить получившуюся схему.
Во-первых, на этот процесс воздействует окружающая среда, что не есть гуд (пример потенциометрия). Поэтому необходимо добавить технические средства управления параметрами среды (ТСУС), обеспечивающие пребывание пациента в среде с заданными характеристиками: температурой, влажностью, давлением, содержанием кислорода и т. п. Такие системы должны не только оценивать параметры внешней среды (ВС), но и содержать ТС, работа которых связана с изменением этих параметров. Следовательно, системы ТСУС должны объединять как средства диагностики среды, так и средства управления ею.
Во-вторых, в ряде случаев для поддержания жизнедеятельности БО оказывается необходимыми технические средства замещения утраченных функций (ТСЗФ). Они заменяют в функциональном отношении отдельные органы и даже целые физиологические системы организма либо на короткое время (ИВЛ, искусственное кровообращения, искусственные почки и т. п.), либо на продолжительный срок (протезы конечностей, коронарных сосудов, суставов и т. д) или стимулируют работу отдельных органов (электрокардиостимуляторы), стимуляторы мышц и т. п.). При этом исследователь управляет их работой, задаёт режимы и длительность.
Поскольку, многие современные методы диагностики и лечения требуют сложной математики (томографы), а также непрерывного контроля их работы (кардиостимуляторы), то необходимыми становятся автоматизированные технические средства обработки информации (ТСОИ). Они позволяют проводить анализ данных и формировать программы управления состоянием биообъекта. Эти комплексы освобождают исследователя от рутинной работы по измерению параметров сигналов, могут решать задачи распознавания образов с целью поиска информативных признаков, классификации прогнозирования по заранее составленным программам обработки и даже вырабатывать решения по воздействию на БО.
Наконец, позаботимся и о состоянии самого исследователя. Поскольку, в процессе экспериментальных исследований может возникнуть масса ситуаций, затрудняющих работу исследователя, то разумным будет использование специальных технических средств контроля и нормализации состояния исследователя (ТСНС). Обычно подобные средства разрабатываются на основе ТСД и ТСВ, реализуемых с учётом их работы не с пациентом, а с врачом.
Рассмотрим теперь вопрос классификации медицинской техники.
Естественно, возможно придумать большое число вариантов классификации.
Например, в зависимости от типа решаемых задач, средства медицинской техники делятся на:
1. Диагностическую технику, предназначенную для исследования структурных и функциональных характеристик организма.
2. Лабораторное оборудование – для анализа выделенных из организма биологических субстратов и продуктов жизнедеятельности.
3. Аппаратуру для профилактических, лечебных и реабилитационных воздействий.
4. Мониторные системы – для продолжительного контроля функциональных параметров организма.
5. Биотехнические системы для функционального протезирования организма.
Если попробовать опереться на схему взаимодействия пациента с врачом, рассмотренную выше, то можно предложить следующую классификацию, где каждый вид медтехники будет компонентом дуальной системы ТСД – ТСВ:
В канале диагностики целесообразно выделить следующие группы технических средств:
- Средства регистрации физиологических процессов (РПФ), предназначенные для получения записей этих процессов на различных носителях информации (например бумага, плёнка).
- Биоизмерительная техника (БИТ), которая позволяет получить количественные оценки параметров, характеризующих процессы.
- Аналитико-измерительная техника (АИТ), включающая лабораторные приборы для исследования биопроб.
Кроме этих средств, необходимо учитывать и обычные (не инструментальные) методы обследования (ОМО), включающие опрос, осмотр, пальпацию и т. д.
В канале управляющих воздействий можно выделить средства терапевтического воздействия (СТВ) и операционную технику (ОТ), а также обычные (не инструментальные) методы лечения (ОВ) – медикаменты, постельный режим, диетпитание и т. п.
Можно выделить ещё несколько групп медицинской техники – это группы экстракорпоральных (ЭКТУ) и имплантируемых (ИТУ) технических устройств, а также изделий протезирования (ИПС), применяемых в случае временного или полного выхода из строя подсистем БО. Кроме того, целесообразно, выделить группу средств обработки информации (СОИ), связанную с анализом данных и выработкой рекомендаций, которая может включать как специализированные, так и универсальные ЭВМ.
В качестве ещё одной группы можно выделить группу больничной техники (БТ), включающую большой арсенал вспомогательных средств обеспечения процессов диагностики, лечения и пребывания в клинике.
Рассмотрим теперь, так сказать взгляд государства на данную проблему. Государственный образовательный стандарт по нашей дисциплине содержит следующий классификатор (фактически содержание настоящего курса):
1. Диагностические приборы и системы – приборы и системы для регистрации и анализа медико-биологических показателей и физиологических процессов, характеризующих различные проявления жизнедеятельности (электрические, акустические, тепловые, механические), приборы и системы для оценки физических и физико-химических свойств биологических объектов, диагностические комплексы и системы, приборы биологической интроскопии, компьютерные томографы и ангиографические системы, системы для психофизических и психофизиологических и психологических исследований.
2. Терапевтические аппараты и системы – аппараты и системы для воздействия электрическим током различной частоты и ионизирующими излучениями (СВЧ-полем, рентгеновским, радиоизотопным), ультразвуковые терапевтические аппараты, средства лазерной терапии, биостимуляторы, аппараты для воздействия на биологически активные точки.
3. Хирургическая техника – лазерный и ультразвуковой «скальпели», аппараты для поддержки кровообращения, наркозно-дыхательная аппаратура, технические средства для микрохирургии.
4. Технические средства реабилитации и восстановления утраченных функций – искусственные органы, имплантируемы биостимуляторы, биоуправляемые протезы конечностей, технические средства для физкультурно-оздоровительных комплексов.
5. Приборы и комплексы для лабораторного анализа – анализаторы биопроб (физико-механические, физико-химические, атомно-физические), аппаратные методы иммунологических исследований, аналитическая аппаратура в лабораториях санитарно-эпидемических станций.
Чем определяется техническое оснащение конкретного ЛПУ? Для государственных учреждений она регулируется соответствующими нормативным документами в зависимости от уровня ЛПУ (всего выделяют пять уровней). В общем же случае, оно будет зависеть от профиля ЛПУ, его экономическим состоянием, квалификацией персонала, имеющимися площадями и т. п.
Лекция 2 Организация диагностических исследований и общие принципы построения диагностических систем.
Приборы и системы для регистрации и анализа медико-биологических показателей и физиологических процессов, характеризующих различные проявления жизнедеятельности.
Что может быть источником информации при диагностических исследованиях? Только сам организм! Не путать с аналитическими.
При любом диагностическом исследовании организма источником нашей информации о нём являются различные «порождающие поля». В зависимости от их физической природы можно выделить следующие порождающие поля:
- Механические (плотность, вязкость, эластичность, параметры усилий, параметры движения);
- Электрические (электрическое сопротивление или импеданс, удельное сопротивление, диэлектрическая проницаемость, параметры биопотенциалов и др.)
- Оптические (оптическая плотность, цвет, коэффициенты пропускания, отражения или рассеяния, спектры поглощения или пропускания и т. п.)
- Теплофизические, позволяющие характеризовать процессы теплопродукции и теплообмена (теплоёмкость, температура, количество тепла и т. п.)
- Магнитные (магнитная проницаемость, напряжённость магнитного поля, остаточная индукция и т. п.)
- Физико-химические, характеризующие состав и концентрацию вещества, циркулирующего в организме и изучаемых непосредственно на живом объекте;
- Другие проявления жизнедеятельности.
Необходимо отметить, что для некоторых видов исследований (исследование электрических или оптических параметров) требуется подключение внешнего «порождающего» поля соответствующего вида. Отсюда вытекает требование – интенсивность подобных полей должна быть на таком уровне, чтобы оно не влияло на функционирование организма (как системы в целом). Для большинства современных методик это требование выполняется (или по крайней мере в это хочется верить)
Рассмотрим теперь схему сопряжения биообъекта и технических средств исследования. Помимо самого БО в её состав входят измерительные преобразователи (в общем случае их может быть несколько – первичный и вторичный) (ИП), блок усиления (БУ), регистратор (Р) или устройство отображения (индикатор И) измеренного параметра. Также в состав канала измерения может входить устройство первичной обработки (УПО) по оцениванию количественного значения измеряемого параметра, а также логический блок (ЛБ), который предназначен для логических операций, связанных с конечной целью исследования – постановка диагноза, оценка плана лечения, определение уровня работоспособности и т. п. На ИП с БО поступает порождающее поле некоторой физической природы {λ}, а после ИП, формируется множество сигналов {U}, которые затем поступают на усилительную часть БУ (сигналы на выходе {U}́.
Дальнейшие преобразования с сигналами выполняются в УПО, ЛБ и других блоках, структура которых определяется алгоритмом обработки сигналов. С блоков ЛБ и БУ сигналы поступают на устройство отображения информации, формирующие информационную модель БО. Кроме того, с блока ЛБ показатели состояния объекта могут быть переданы во внешние устройства обработки или накопления исследовательской информации.
Какая информация может быть получена по результатам подобных исследований?
Медико-биологические показатели функционирования органов и физиологических систем;
Психологические характеристики;
Биофизические и биохимические параметры биопроб;
Параметры искусственных и естественных воздействий.
При диагностических исследованиях биологического организма с помощью технических средств большое значение отводится методам функциональной диагностики. Функциональными методами исследования называется группа специальных методов, используемых для оценки функциональных возможностей человека, т.е. его способностей выполнять определённые функции, связанные с его взаимодействием с окружающей средой. (основной приём – сопоставление функции в условиях минимума предъявляемых к ней требований с состоянием.