Розділ 1 метрологія і біометрія

Даний розділ практикуму охоплює основи сучасної метрології та біометрії. При його вивченні студенти повинні оволодіти системним підходом до біофізичних вимірів, різною медичною апаратурою та методами обробки результатів медико-біологічної інформації. До кожного лабораторного заняття необхідно вивчити: теоретичний матеріал по темі роботи; методику виконання лабораторної роботи.

Основи метрології та біометрії

Сьогодні є реальністю використання обчислювальної техніки в медицині, впровадження автоматизованих систем керування в лікувальних закладах, нагромаджений певний досвід використання ЕОМ в медицині та охороні здоров’я, в області наукової інформації та прогнозування науки. Сучасні методи діагностики і терапії немислимі без медичної техніки ― апаратури для реєстрації, передачі та обробки інформації (електро- і реокардіографи, електро- і реоенцефалографи), засобів активної дії на людину (фізіотерапевтична апаратура), комплексів рентгенівського обладнання, автоматичного лабораторного обладнання. Тому сучасному лікарю необхідний високий рівень фізико-технічної підготовки у вузі, який сприяв би постійному вдосконаленню знань в області медичної техніки.

Методи та засоби вимірювань, що використовуються у медицині, діагностична і лікувальна апаратура вимагають від медика спеціальних метрологічних знань та вмінь при вимірюванні і оцінці точності отриманих результатів.

Метрологія і біометрія— методики вимірів медико-біологічних величин за допомогою спеціальних технічних засобів та використання цих вимірів стосовно вивчення живих організмів — визначають своєрідність медицини як науки.

Мета будь-якого дослідження— встановити зв’язок між різними явищами і параметрами. Кількісну залежність між досліджуваними величинами отримують при вимірюваннях.

Вимірювання— це процес отримання та обробки інформації про вимірювану величину з метою визначення кількісного результату при її порівнянні з відповідною одиницею вимірювання.

Існує багато методів фізичних вимірів, які можна класифікувати за деякими ознаками:

Прямі виміриполягають в безпосередній взаємодії об’єкта та вимірювального пристрою і відліку вимірюваної величини по шкалі приладу.

Посередні виміриполягають у визначенні шуканої величини за вимірами величини з похибкою, що має розмірність досліджуваної величини.

Порогові виміривстановлюють тільки факт наявності величини. Якщо виміри виконані одноразовим спостереженням, їх називають звичайними, а при багаторазових спостереженнях — статистичними.

Динамічні виміри— це такі, при яких вимірювана величина змінюється з часом.

Статичні вимірихарактеризуються незмінними або усеред­неними по часу фізичними величинами. Поряд із наведеною класифікацією виміри можна класифікувати і за іншими ознаками.

Особливості методів оцінки медичної інформації

В біології та медицині параметри досліджень, результати вимірів залежать від великої кількості факторів. Однак, не дивлячись на варіювання медичних явищ та ознак, особливо важлива правильна оцінка результатів вимірів.

В наш час розроблений математичний апарат, оснований на методах теорії ймовірностей та математичної статистики, який дає змогу робити логічний і кількісний аналіз відповідних медико-біологічних показників. Його використання в медицині має порівняно велику історію.

До початку XVII століття належать перші спроби створення теорії страхування, основаної на аналізі закономірностей в таких масових випадкових явищах, як захворюваність, смертність, статистика нещасних випадків і т. д.

Поняття середніх показників росту і ваги людини використовував Кетле в своїх роботах ще в 1835 році. Особливо цінні середні дані для росту, ваги дітей. Якщо ці показники сильно відрізняються від середніх, необхідно вияснити, чи здорова дитина. Відомо, однак, що криві росту окремих індивідуумів можуть сильно відрізнятися від середніх.

Середні показники цікаві тим, що по ним можна прослідкувати закономірності випадкових подій. Теорія ймовірностей і математична статистика знайшли використання в теорії епідемій, в розробці математичних методів медичної діаг­ностики, в організації охорони, здоров’я і т. д. Реальні яви­ща здебільшого занадто складні, і закони випадкових явищ затушовані ускладнюючими факторами. Тому спочатку ці закони вивчались на іграх, які є простими моделями випад­кових явищ.

Основними елементамивикористаного математичного апарату є: теорія вибіркового методу; методи вивчення розподілу чисельностей; математично-статистична оцінка значимості відмінностей середніх величин і статистичних рядів; методи кореляції; дисперсійний аналіз.

Використання статистичних методів в медико-біологіч­них дослідженнях поширюється не тільки на вимірювані ознаки та явища (ШОЕ, частота пульсу, вага), але і на такі, що не підлягають кількісному визначенню (інтенсивність жовтухи, симптоми гіпертонії, важкість клінічного перебігу хвороб).

Методологічні основивикористання кількісних методів в медицині і охороні здоров’я передбачають дотримання ряду вимог, які відносяться до всіх фізичних методів вимірів, оцінок похибок, до всіх математико-статистичних закономірностей, показників оцінки.

Попереднім етапом вивчення варіюючих сукупностей (ознак, явищ) в медицині є їх розбиття на окремі групи, які відповідають науковому принципу групування (наприклад, за формами хвороби, за віком і т. д.). При цьому межі не повинні перекриватися (наприклад, у вікову групу 3–6 років включаються всі діти, які досягли 3 років і не досягли 7 років); групова середня величина вираховується як півсума величин початку даного і наступного інтервалу:

, а не .

Вибірковий методстатистичного дослідження є основним в більшості математичних методів обробки даних медико-біологічної інформації. В основі цього методу лежить представлення про генеральну сукупність та вибірку з неї.

Генеральна сукупність— це повний набір значень, які може приймати випадкова величина. В теорії ймовірностей окремі значення вимірюваної величини називають варіантою.

На практиці частіше, ніж методом суцільного спостереження, користуються методом вибіркового спостереження, заснованого на достатньому представництві (репрезентативності) вибіркових даних. Перевага вибіркового методу в тому, що він скорочує час та затрати праці, а головне — дозволяє отримувати інформацію про такі групові об’єкти, суцільні обстеження яких практично не можливі або не доцільні.

Існує два основні способи відбору варіант з генеральної сукупності — повторний і безповторний.

Повторний відбірроблять за схемою “повернення“ врахованих одиниць в генеральну сукупність, так що одна і та ж одиниця може попасти в вибірку повторно.

При безповторному відборівраховані одиниці не повертаються в генеральну сукупність: кожна відібрана одиниця реєструється тільки один раз. У практиці здебільшого використовують безповторний випадковий відбір. Так, якщо вимірюють ріст чоловіків призовного віку, то, вимірявши одного з них, повторно його вже не вимірюють.

Числові показники, що характеризують генеральну сукупність, називають параметрами, а числові показники, що характеризують вибірку — вибірковими характеристиками або статистиками.

Вибіркові характеристики— це наближені оцінки генеральних парамет­рів —випадкові величини, варіюючі навколо своїх параметрів.

Оцінки генеральних параметрів по вибірковим харак­терис­тикам можуть бутиточковимитаінтервальними.

Точність вибіркового спостереження (тобто розмір похибки репрезентативності) повинна бути такою, щоб із заданою ймовірністю і точністю забезпечити отримання достовірних висновків відносно всього досліджуваного явища або процесу (всієї генеральної сукупності).