Медицинские аппаратно-программные комплексы - Информационные медицинские системы

Используемые в медицинской диагностике технические средства можно условие разделить па три основные категории: инструменты, измерительные приборы и аппаратно-программные комплексы. Инструменты Представляют собой Простые Механические приспособления для взятия различных проб или для Облегчение Доступа к исследуемому органу.

Измерительные приборы Являются автономными устройствами, которые выполняют измерения значения некоторого клинического Показателя И Представляют Его врачу в удобной для восприятия форме. Примерами таких устройств являются аппараты УЗИ, гастроскопы, лабораторные анализаторы И Т. п. В отличие от этого Аппаратно-программные Комплексы выполняют не только Измерение Первичных Клинических показателей, но И Производят над этими Показателями Различные и нередко достаточно сложные Вычисления И Преобразования, Выдавая врачу результат уже в виде производных комплексных показателей, функциональных зависимостей или же в форме предварительного словесного Заключения. Измерительные приборы находят применение в двух диаметрально Противоположных Областях:

    - там, где измеряемые показатели представляют собой простые переменные и для диагностики достаточно знать их текущее числовое значение; - там, где врачу для диагностики необходимо видеть картину внутренних органов, которая по своей сложности и комплексности не поддается вычислительному анализу.

Аппаратно-программные комплексы применяются в тех пограничных областях, которые, с одной стороны, характеризуются показателями, достаточно сложными для непосредственной диагностики, а, с другой стороны, там имеется возможность вычислительного (функционального) преобразования этих Показателей К виду, более простому для формулировки клинического заключения. Фактически аппаратно-программные комплексы представляют собой такую интеграцию (сопряжение) измерительного прибора с Вычислительным устройством, При которой заложенной в компьютер Программой Обеспечивается комплексное выполнение четырех функций.

    1. Управление работой измерительного прибора и сопутствующих ему устройств. 2. Съем и запоминание показаний измерительного прибора, или Регистрация данных. 3. Преобразование И Вычислительный Анализ Зарегистрированных данных. 4. Представление и вывод полученных Результатов В Числовой, графической или текстовой форме.

Следует отметить, что развитие вычислительной техники привело к компьютеризации измерений в различных областях медицины. Так, например, современные томографы оснащены как специализированными вычислительными устройствами, управляющими процессом сканирования, так И Персональными компьютерами, выполняющими сложные Графические Преобразования над полученными исходными изображениями. Однако это не соответствует той степени интеграции, которая по вышеприведенному определению вкладывается в понятие аппаратно-программного Комплекса. Действительно, Этот случай аналогичен съемке фотографий па цифровую камеру, после чего изображение вводится В Компьютер и посредством какого-нибудь графического пакета редактируется, масштабируется и выводится на принтер. Говорить же о том, что фотоаппарат с персональным компьютером образуют при этом цельный измерительно-вычислительный комплекс, естественно, не приходится.

Одной из основных областей развития аппаратно-программных комплексов, в которой наиболее комплексно и полно реализуется выполнение ими четырех вышеперечисленных функций, является Функциональная диагностика, Проводимая на основе анализа таких Электрофизиологических Показателей, как Электроэнцефалограмма (ЭЭГ), Вызванные потенциалы (ВП) головного мозга, Электрокардиограмма (ЭКГ), Эяектромиограмма (ЭМГ), Реограмма (РГ) и др. Ее принципиальное отличие состоит в том, что основным объектом анализа являются не точечные и статические измерения состояния организма (как бы сложны и комплексны они не были), а динамические характеристики процессов жизнедеятельности с их изменением во времени. Именно на этой области мы и сосредоточим в дальнейшем свое внимание.

В составе современного электрофизиологического аппаратно-программного комплекса целесообразно выделить следующие пять компонентов.

    1. Электроды для измерения активных и пассивных электрических показателей и датчики для измерения неэлектрических показателей располагаются на пациенте или же в непосредственной близости от него. Снимаемые с них электрические сигналы могут быть двух типов: 1) аналоговые (то есть непрерывно изменяющиеся во времени и в некоторое амплитудном диапазоне) сигналы представляют собой собственно измеряемые биопоказатели и подаются на вход биоусилителя для промежуточного усиления и преобразования; 2) дискретные сигналы, имеющие только два состояния Да/Нет, могут подаваться непосредственно на входной порт (входной регистр) контроллера АЦП; такие сигналы обычно используются в качестве отметок о возникновении различных событий в процессе исследования, а также о поведенческих реакциях и движениях. 2. Биоусилитель осуществляет три основные операции: 1) усиливает низкоамплитудные биосигналы до входного диапазона АЦП (обычно до уровня ±5 В), чтобы максимально повысить точность последующего их преобразования в цифровую форму (интегральную чувствительность); 2) осуществляет фильтрацию Сигналов В заданной полосе пропускания с удалением низкочастотных и высокочастотных составляющих посредством аналоговых фильтров верхних (ФВЧ) и нижних (ФНЧ) частот; 3) удаляет из биосигналов сетевую наводку на частоте 50 Гц посредством режекторного (вырезающего) фильтра.

Основными техническими характеристиками биоусилителя являются:

    * входное сопротивление не менее 100 МОм для исключения шунтирования низковольтовых входных сигналов; - уровень шума в стандартном и расширенных диапазонах не более 1-5 мкВ от пика до пика (peak-to-peak); * уровень подавления синфазной (синхронной для различных входов усилителя) помехи не хуже 80-100 дБ, что исключает внешние наводки в широком диапазоне частот и позволяет работать без специальных экранированных камер; * полоса пропускания не менее 0,01-1000 Гц; * число градаций коэффициента усиления от 1 до 100 000; * число фильтров верхних частот (оставляющих верхние частоты и Удаляющих Нижние частоты) не менее 0,16, 0,5,1,5 и 2 Гц, что соответствует постоянной времени со значениями 1, 0,3. 0,1 и 0,05 с, где постоянная времени т соотносится с частотой среза фильтра/по формуле т=1/(/х2я); * число фильтров нижних частот (оставляющих нижние частоты и удаляющих верхние частоты) не менее 30, 50, 100, 500 и 1000 Гц; * наличие режекторного фильтра 50 Гц (для удаления сетевой наводки) с добротностью не менее 80 дБ.

Многие из современных биоусилителей обладают возможностью поканальной регулировки коэффициентов усиления и полос пропускания, что делает их универсальными в плане применимости для совместной регистрации различных электрофизиологических показателей (так называемая Полиграфия). Биоусилители являются прецизионными техническими устройствами и на них обычно приходится основная часть стоимости аппаратно-пограммиого комплекса. На мировом рынке цена высокоточного биоусилителя, производимого такими известными фирмами, как Medilec (Англия), Nicolet (Австрия), EsaotcBiomedica (Италия), Nihon Kohden (Япония), исчисляется из расчета от $500 до $1000 за один канал усиления, при этом усилитель может иметь от 4 до 32 независимых каналов.

    3. Аналогово-цифровой преобразователь (контроллер АЦП) осуществляет преобразование входных аналоговых сигналов в цифровую форму, приемлемую для ввода в компьютер, с заданной частотой повторения таких преобразований или Частотой дискретизации. Основными техническими характеристиками АЦП являются: число входных аналоговых каналов, число дискретных входных и выходных каналов (определяется разрядностью входного и выходного портов), разрядность результата аналогового преобразования, максимальная частота оцифровки сигнала (определяемая временем АЦ-преобразования), число эффективных разрядов (или старших разрядов АЦ-преобразования, не затронутых влиянием шумов) и их изменение с частотой. Типовые современные контроллеры АЦП обычно имеют 16 входных аналоговых каналов, 8 входных и 8 выходных дискретных каналов, 12-разрядное преобразование со временем порядка микросекунды, что более чем достаточно для большинства электрофизиологических исследований. 4. Исполнительные устройства предназначены для выполнения различных воздействий на пациента терапевтического или тестирующего характера или же для других изменений в процессе исследования (например, режимов работы внешней аппаратуры и устройств). Так, в области энцефалографии и миографии для тестирующих воздействий на пациента применяются различные фоно-, фото - и электростимуляторы, в которых в ходе исследования необходимо программно регулировать длительность и момент подачи стимула, интервал между стимулами, интенсивность и частоту стимуляции. Управление исполнительными устройствами обычно производится с выходного порта контроллера АЦП. 5. Персональный компьютер со специальным программным обеспечением управляет работой всех остальных компонентов в реальном времени и осуществляет анализ регистрируемых показателей, диагностику и выдачу результатов.

Похожие статьи




Медицинские аппаратно-программные комплексы - Информационные медицинские системы

Предыдущая | Следующая