Электронные биомедицинские устройства и системы.

ТЕМА №1 ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ КУРСА “Электронные биомедицинские устройства и системы” (ЭБМУС).

Общие вопросы методологии электронного медицинского приборостроения.

Введение.

В настоящее время практически все передовые достижения научно –технической революции поставлены на службу медицины (М) –здравоохранения (ЗО). Ни один диагноз в медицине или анализ биообъекта не производится без применения биомедицинской аппаратуры различного назначения. Технический арсенал современной М и ЗО огромен и разнообразен.

Медицинская техника и приборы уже необособленные области, не самостоятельный раздел техники, а составная часть технического арсенала общества.

Подавляющее большинство вопросов применения медицинской аппаратуры связаны с изучением и обработкой информации, а также стимуляцией деятельности важнейших органов человека.

Современная медицинская техника –это все диапазонная электронная, лазерная и световолоконная техника, рентгенологическая, магнитотерапевтическая, ультразвуковая и томографическая аппаратура, сложные системы жизнеобеспечения, в т.ч. в период операций, технические средства, основанные на достижении химии полимеров, техники высоких энергий и т.д.

Новый этап в развитии МБА открывается с внедрением электронно-вычислительной техники, микро ЭВМ и микропроцессоров, в частности вычислительной томографии для синтеза объемных изображений внутренних органов человека.

Несомненно, важным является широкое использование электронной аппаратуры для экологических исследований среды обитания человека и аналитических измерений биообъектов и контроля качества продукции различного назначения, связанных с жизнедеятельностью человека.

Предметом курса ЭБМУС является изучение принципов построения, структуры, функционирования, особенностей разработки и эксплуатации технических характеристик электромедицинской аппаратуры (ЭМА) различного назначения.

Будут рассмотрены:

1. Общие вопросы методологии ЭМА.

2. ЭМА для исследования центральной нервной системы (ЦНС).

3. ЭМА для исследования сердечно-сосудистой системы (ССС).

4. ЭМА для исследования функций внешнего дыхания (ФВД).

5. ЭМА для исследования пищеварительной системы (ПВС).

6. Аппаратура для рентгенодиагностических исследований.

7. ЭМА для МБИ с использованием инфракрасного, красного и ультразвукового излучений.

8. Биотелеметрическая ЭМА аппаратура.

9. Диагностические электронно-медицинские системы и комплексы.

В программу курса входит также выполнение лабораторных работ и курсового проекта.

Содержание курсового проекта – расчет и проектирование входного аналогового устройства биомедицинского прибора (электрокардиографа) с заданными характеристиками.

Классификация эма для медико-биологических исследований

Чтобы оценить место, занимаемое ЭМА в общей системе средств, рассмотрим в общих чертах ее классификацию. Технические средства, ЭМ используются при диагностике, терапии и обслуживании пациентов. Они объединяются под общим названием медицинская техника.

С точки зрения задач, решаемых в медицинском техническом процессе, в его медицинскую технику можно разделить на 3 больших группы:

1. Медицинская аппаратура.

2. Медицинский инструмент.

3. Медицинское оборудование.

Медицинская аппаратура – это совокупность преобразователей, приборов, устройств, аппаратов и систем обеспечивающая в той или иной степени самостоятельный автоматизированный процесс взаимодействия с пациентом.

Пример: измеритель артериального давления (МТМ-3), эл. кардиограф, энцефалограф и др.

Медицинский инструмент – это устройства, действующие на пациента в сочетании с рукой человека, являясь как бы ее продолжением.

Пример: хирургический скальпель, зажим, ножницы, щипцы стоматолога, пинцет и др.

Медицинское оборудование – вспомогательные устройства для обслуживания пациента и обеспечения медицинского технологического процесса.

Пример: оборудование операционных палат и реанимационных отделений, например системы освещения операционных палат и др.

Медицинская аппаратура – наиболее сложная интенсивно развивающая область медицинской техники.

По виду используемой энергии ее можно разделить на:

1). Электромедицинскую аппаратуру (ЭМА).

2). Механическую медицинскую аппаратуру (ММА).

Большую часть составляет ЭМА – приборы, аппараты и системы, представляющие собой электротехнические или электронные устройства, которые основаны на использовании электрической энергии.

Механическая медицинская аппаратура (ММА) – использует в принципе действия механическую энергию твердого тела (аппарат для вытяжки костей), жидкостей (гидравлическая МА) – водолечебные установки, газов (газовые МА) – аппараты для искусственной вентиляции легких и др.

В процессе функционирования аппаратуры энергия оказывается определенным образом связанной с пациентом. При этом в системе аппаратура – пациент устанавливается движение (передача) энергии от аппаратуры к пациенту или наоборот. В зависимости от направления потока энергии всего ЭМА можно разделить на 2 группы:

1. ЭМА воздействия (воздействующая) – акт.

2. ЭМА восприятия (воспринимающую) – пас.

Вся ЭМА по функциональному назначению (т.е. в зависимости от целей, для которых она используется), может быть классифицирована на:

1). Терапевтическую ЭМА.

2). Диагностическую ЭМА.

Устройства диагностической воспринимающей ЭМА принято называть приборами, терапевтической ЭМА – аппаратами.

Замечание: по сложившейся терминологии многие ЭМА диагностически воздействующие, принято называть аппаратами (например: рентгеновские, для электродиагностики и др.).

Терапевтические аппараты воздействуют на пациента с целью вызвать желаемый сдвиг в его организме в сторону нормализации. К ним относятся такие хирургические аппараты, предназначенные для радикальных измерений в структуре органов и тканей. То есть терапевтические МА являются воздействующими.

Диагностические ЭМА предназначены для исследования характеристик физиологических показателей живого организма. Цель – установить возможные отклонения от нормы и их причины.

К воздействующим диагностическим ЭМА аппаратам относят рентгеновские А, ультразвуковые А и др.

К воспринимающим диагностическим приборам относят устройства, дающие информацию о процессах в организме, снимаемую в виде биопотенциалов, звуковых тонах сердца, температуры тела, давления крови и др.

Пример: энцефалограф, термометр и др.

Могут быть изложены другие информативные признаки, по которым можно классифицировать ЭМА.

В частности ЭМА, воздействующую эл. энергией для терапии, можно разделить на:

ЭМА по виду тока и ЭМА по виду поля.

По виду тока: постоянный, переменный, импульсные.

По виду поля: электрические, магнитные.