В.А. Викторов, В.П.Гундаров
ВНИИ медицинского приборостроения РАМН, г. Москва
Анализ современного состояния исследовательских и клинических медико-технических методик, используемых в учреждениях здравоохранения показывает, что развитие системно-комплексного подхода к разработке, промышленному внедрению и организации технического обслуживания медицинской техники по-прежнему актуально и требует своего дальнейшего совершенствования.
Это прежде всего определяется следующими причинами:
1.Изучение номенклатуры и тенденций западного рынка медицинской техники убедительно демонстрирует, что наряду с моделями традиционно реализующими отдельные клинические методики, наблюдается тенденция производства системно-комплексной продукции, позволяющей наиболее эффективно осуществить тот или иной медико-технологический процесс в его целостном многофункциональном виде.
Наиболее яркими примерами являются стоматологические кабинеты, детские реанимационные комплексы, системы мониторинга и т.д.
Такое системно-комплексное решение вызывает значительный интерес медиков в преимущественной закупке именно этой техники.
2.Углубление и расширение конкретных медицинских проблем диагностики, терапии и реабилитации, требующих технического оснащения, наряду с традиционными предприятиями в нашей стране привлекло к разработке и промышленному освоению медицинской техники большое количество конверсионных, малых и совместных с зарубежными фирмами предприятий. Это обеспечило на рынке появление различных модификаций приборов, реализующих частичные медицинские методики.
Однако, их функциональные, алгоритмические и конструктивные решения не обеспечивают возможности формирования из них специализированных, проблемно-ориентированных медицинских комплексов и систем.
Бурное внедрение средств вычислительной техники, самостоятельно используемых в комплексе с медицинской техникой и специальных микропроцессорных контроллеров, встроенных в приборы, аппараты и комплексы медицинского назначения требует реализации системотехнической идеи модульной, программно изменяемой задаче. При этом должна быть обеспечена стандартизация решений ввода, вывода, обработки и обмена медико-биологическими данными.
4.Необходимость дальнейшего развития разработок и внедрения номенклатуры автоматизированных комплексов медицинской техники для оснащения отдельных организационных служб, функциональных кабинетов, врачей-специалистов и т.д. в лечебных учреждениях с обеспечением решения задач функциональной связи в локальных и интегративных сетях и возможным соблюдения конструктивных, эргономических и дизайн-решений.
5.Необходимость решения задач фирменного обслуживания медтехники, включающего монтаж и запуск сложных изделий медицинской техники, обучение медперсонала, сервисное обслуживание и ремонт.
В докладе будут подробно изложены эти и другие направления системно-комплексной идеологии и ее действенность иллюстрируется многими специальными докладами, рассматриваемых на секциях нашей конференции.
Р.И. Бурлаков, Ю.С. Гальперин
ВНИИ медицинского приборостроения РАМН, г. Москва
Необходимость использования достижений медицинской науки и практики и научно-технического прогресса, специфические особенности производства и эксплуатации, сложные экономические условия - все это делает практически невозможной разработку медицинской техники и, в частности аппаратов искусственной вентиляции легких (ИВЛ) практически невозможной без применения методологии системного подхода.
Его реализация заключается в анализе и учете составляющих системы “пациент-оператор-изделие”, каждая из которых также рассматривается как подсистема, и их взаимосвязей.
Подсистема “пациент” включает анализ физиологии и патологии органов и систем организма, возрастных особенностей, количественных показателей деятельности и их взаимосвязь и т.п.
Подсистема “оператор” охватывает условия работы в конкретных областях применения, в том числе психологические; квалификацию и опыт оператора; техническую оснащенность мест применения; наличие вспомогательного оборудования; возможности технического обслуживания.
Подсистему “изделие” образуют такие факторы, как научное обоснование номенклатуры изделий и набора их возможностей, выбор оптимальных технических решений и элементной базы, конструктивная унификация, меры всесторонней безопасности, включая надежность и обеззараживание. И здесь важно оценить и учитывать организационные, финансовые и технологические возможности разработчика и изготовителя.
Любой из перечисленных факторов тоже может рассматриваться как подсистема. Их связи тесно переплетаются, а границы достаточно размыты.
Практика показала, что реализация данного подхода осуществляется параллельно с разработкой конкретных изделий.
При создании аппаратов ИВЛ системный подход был использован в определенной степени в разработке 8 моделей семейства “РО” и, по мере накопления опыта, более полно - в продолжающейся разработке 10 моделей системы “Спирон”. Упомянем здесь тесный контакт с ведущими медицинскими и научно-техническими учреждениями, использование патентной, научной и рекламной литературы, международных стандартов.
В ходе разработки этих аппаратов как отдельная подсистема рассматривалось обеспечение всесторонней безопасности. Здесь целесообразно выделить функциональную безопасность, теснейшим образом связанную со всеми другими составляющими системы. Подчеркнем необходимость тесного общения и сотрудничества с предприятиями-изготовителями. Жизнь показала, в частности, целесообразность разработки КД и изготовления опытных образцов силами изготовителя, а также создания совместных малых предприятий.
А.И. Трушин, Р.И. Бурлаков
ВНИИ медицинского приборостроения РАМН, г. Москва
Состояние современной клинической медицины во многом определяется качественным уровнем используемой ею медицинской техники, особенно это относится к анестезиологии. Аппаратура для анестезии широко используется во многих областях медицины.
В настоящее время в России в производстве и медицинской сети находятся аппараты ингаляционного наркоза (ИН) четвертого поколения, выпускаются устройства для внутривенной анестезии, что в комплексе обеспечивает проведение комбинированной анестезии (КА). Это практически привело к отсутствию импорта аппаратов для анестезии.
Формирование гаммы необходимых аппаратов ИН происходит в основном, в соответствии с требованиями постоянно расширяющихся областей применения ИН в медицине, а также под воздействием международных стандартов на данную область медицинской техники.
Постоянно расширение областей применения ИН и использование его в лечебных учреждениях любой мощности требует гаммы унифицированных аппаратов ИН разных классов, сконструированных по блочному принципу, что облегчает их эксплуатацию в клиниках, а также существенно упростит техническое обслуживание.
Проведенный совместно со специалистами-анестизиологами анализ потребности и функциональных свойств аппаратов ИН показал, что для обеспечения медицинских учреждений всех уровней необходимой и достаточной является гамма из двух-трех модификаций универсальных аппаратов ИН, включающих в себя унифицированные узлы аппаратов, различные комбинации которых обеспечивают любые возможности аппаратов ИН.
В соответствии с сформулированными требованиями был разработан и в основном реализован оптимальный по составу комплекс технических средств для анестезии, аппаратами которого оснащены медицинские учреждения страны.
Результаты работы по созданию системы построения комплекса технических средств для проведения комбинированной анестезии явились основой для построения нескольких поколений аппаратов ИН. Основным критерием деления аппаратуры ИН по поколениям был принят достигнутый уровень в разработке отечественных испарителей анестетиков- основного узла аппаратов ИН, а также степень оснащения устройствами мониторинга. Так, например, на основе универсальных испарителей “Анестезист-1” и “Анестезист-2” были разработаны аппараты ИН второго поколения: “Полинаркон-2”, “Полинаркон-2П”, “Наркон-2”. На основе универсального испарителя с термокомпенсацией “Анестезист-3” разработаны и производятся аппараты ИН третьего поколения “Полинаркон-4М” и “Полинаркон-5”. При разработке аппаратов ИН четвертого поколения за основу были взяты моноиспарители “Анестезист-4”(высокого сопротивления) и “Анестезист-5”(низкого сопротивления” соответствующие стандарту ИСО МС 5358, и обеспечивающие плавную регулировку концентрации и термокомпенсацию. В настоящее время освоено серийное производство аппарата КА “Полинаркон-12” и аппарата ИВЛ с наркозным блоком РО-6Н-О5, с испарителями “Анестезист-4” и аппараты ИН для нестационарных условий “Наркон-5”, “Наркон-6” и проводится модернизация аппарата ИН “Наркон-2” с испарителями “Анестезист-5”.
Разработанные и выпускаемые аппараты ИН четвертого поколения отличаются высокими функциональными свойствами, оснащены необходимыми системами безопасности и обладают достаточным уровнем мониторинга, который будет постоянно повышаться. Аппараты ИН этого поколения также оснащаются автоматическими устройствами для проведения внутривенной анестезии “ВЭДА-2”, “ВЭДА-5”.
Системно-комплексный подход при разработке технических средств для проведения комбинированной анестезии позволил реализовать необходимую и достаточную гамму унифицированных универсальных аппаратов ИН, освоенных на нескольких заводах России: АООТ “Красногвардеец”, ЗАО “Электромедоборудование” (г. Санкт-Петербург), ПО “Корпус” (г. Саратов), 1 МПЗ (г. Москва).
Т.В. Колесниченко, В.В. Киликовский, С.П. Олимпиева, В.Я. Гавриленко
Российский государственный медицинский университет, г. Москва
Одним из перспективных направлений изучения физиологии и патофизиологии сложных физиологических систем организма человека является математическое моделирование. Математическая модель несет в себе знания о закономерностях взаимодействия отдельных звеньев сложной системы и позволяет исследовать поведение сложной физиологической системы при патологических нарушениях отдельных ее звеньев.
Нами создана автоматизированная исследовательская система, предназначенная для поддержки работы с математической моделью сложной физиологической системы при изучении в численных экспериментах основных закономерностей, определяющих ее функционирование как в норме, так и при патологии. Система реализована средствами Visual Basic for Windows. Графический интерфейс системы реализует удобный механизм значений параметров модели, что позволяет пользователю воспроизвести любые нарушения отдельных звеньев исследуемой физиологической системы, и наблюдать за поведением системы в целом по изменениям выбранных для графической визуализации ее переменных состояния.
Скорость визуализации результатов внесенных изменений зависит от скорости вычислений переменных состояния математической модели и при достаточном быстродействии ЭВМ практически незаметна для пользователя. Численная реализация математической модели может быть создана пользователем на любом удобном для него языке программирования и должна поддерживать протокол обмена данных с автоматизированной исследовательской системой.
Кроме того, исследователь может организовать окно, которое содержит математическое описание модели (систему дифференциальных уравнений), а также окна, содержащие схемы и изображения отдельных звеньев физиологической системы (в том числе и мультипликацию), используемые в качестве подсказки. Система поддерживает два типа вспомогательных сообщений: системные и пользовательские. Системная помощь позволяет пользователю получить справочную информацию о любом управляющем элементе графического интерфейса. Пользовательская помощь предназначена для пояснения смысла коэффициентов математической модели, дифференциальных уравнений, схем, рисунков, графиков и т.д. и может быть создана самим пользователем.
Дальнейшее развитие представленной системы предполагает разработку средств, автоматизирующих отдельные этапы создания пользователем математических моделей физиологических систем.
В.А.Варламов, В.А. Соломка
Государственное украинское объединение “Политехмед”, г. Киев
Разработка медицинской техники в Украине с 1992 г. В основном ведется по нескольким государственным программа, а с 1997 г. по 2003 год будет осуществляться по единой комплексной программе и в соответствии с концепцией в 2003 году до 70 % закупаемой сегодня медицинской техники будет производиться на предприятиях Украины. Разработка программы и ее сопровождение поручено ГУО “Политехмед”. На объединение министерством здравоохранения с 1992 года также возложено большинство функций, которые ранее выполнялись ВНИИИМТ, в т.ч. научно-техническая экспертиза проектов, организация и проведение технических испытаний, участие в государственных приемочных и квалификационных испытаниях изделий медицинского назначения.
По программам разрабатывается более 300 ОКР. Ориентировочно столько же будет выполнено по новой программе.
По тематике конференции на завершающих стадиях разработок и внедрений находятся ряд работ, в т.ч.: приборы и комплексы для функциональной диагностики, ульразвуковые сканирующие системы, широкий спектр приборов для терапевтических воздействий (криотерапия, гипертермия, магнито и вибростимуляторы и др.).
Многие из этих изделий демонстрировались на международных выставках, Дополнительная информация об этих изделиях и новых разработках может быть получена в ГУО “Политехмед”.
С.В.Селищев, С.О.Шурчков
Московский институт электронной техники, г. Москва
Постоянной развитие и модификация программных продуктов в области САПР, основная цель которых является автоматизация логического проектирования, привело к тому, что в настоящее время в технологическом цикле изготовления опытных образцов произошло смещение акцентов. Теперь разработчик не прорисовывает принципиальную электрическую схему в дискретных элементах, а использует входные языки высокого уровня. Ориентированные на описание функционирования проектируемого объекта. Исходным описанием при этом может быть тот или иной вид описания выполняемой функции (табличное представление конечного автомата, таблица истинности, логическое уравнение). Такой подход на стадии проектирования устройства приводит к сокращению сроков проектирования, уменьшению стоимости проекта, а самое главное его достоинство - практическое отсутствие дефектов и ошибок. Такая возможность стала реальностью с появлением методов логического синтеза, ориентированных на технологии FPGA, PLD, CPLD, а также после появления на рынке программных продуктов способных воспринимать в качестве входного описания - описание проектируемого устройства на языках высокого уровня, таких как VHDL и Verilog.
Системно-комплексный подход в области программируемых технологий позволяет для разработки медицинских электронных систем:
Проведенные исследования и многолетний опыт работы в области проектирования устройств и систем различного применения, позволяет утверждать, что в среднем сроки проектирования и макетирования сокращаются в десятки раз, себестоимость проекта, после окупаемости первоначальных затрат на САПР и оборудование, падает в 2-8 раз, сроки отладки уменьшаются до недели, переход к мелкосерийному производству до 2-3 недель, а переход к массовому производству сокращается до нескольких месяцев.
В.М.Гринвальд, Е.П. Максимов, В.Г. Наумов, *Л.И. Куриленко
ВНИИ медицинского приборостроения РАМН, г. Москва
*ЭМЗ “Авангард” , г. Саратов
Современная медицина невозможна без диализных аппаратов(аппаратов “искусственная почка”), которые успешно применяются для неотложной помощи при острой интоксикации, возникающей в результате отравлений, ожогов, травм, переливании несовместимой крови, радиационных воздействий, а также для длительного ( в течение многих лет) искусственного жизнеобеспечения пациентов, страдающих хронической почечной недостаточностью.
В Росси потребность в гемодиализе удовлетворена сегодня всего на 10-15 %. В этом виде медицинской помощи нуждаются не менее 35 тыс. человек(примерно 260 больных на 1 млн. жителей). В настоящее время в Российской Федерации действует 80 гемодиализных центров и отделений, в которых регулярно (два-три раза в неделю) могут использовать “искусственную почку” всего около 3,5 тысяч пациентов ( в США гемодиализ проводится у 100 тыс. пациентов, а всего в мире программным гемодиализом обеспечивается около 500 тыс. людей).
Одной из причин сложившейся в нашей стране ситуации является недостаточное техническое оснащение почечных центров. Существующая потребность в 8-10 тысячах диализных аппаратов удовлетворена на 15-20 %, в основном, за счет аппаратуры фирм “Гамбро” (Швеция) и “Фрезениус” (Германия). Ремонт аппаратуры и закупка по импорту комплектующих элементов и кровопроводящих изделий однократного применения становятся недоступны сегодня даже хорошо финансируемым организациям здравоохранения. Оснащение
медицинских учреждений России импортной медицинской техникой для искусственного очищения крови ставит клиники и больницы в постоянную зависимость от иностранных поставок.
Для удовлетворения возрастающей потребности российского здравоохранения в аппаратуре для экстракорпорального очищения особую важность приобретает комплексная организация разработок и производства конкурентноспособной отечественной аппаратуры для внепочечного очищения крови, кровопроводящих элементов однократного применения и материалов, а также устройств для водоподготовки и приготовления растворов.
По Поручению Правительства Российской Федерации ВНИИ медицинского приборостроения и Электромеханический завод “Авангард” при участии ведущих лечебных учреждений России разработали Федеральную целевую программу развития службы внепочечного очищения крови в Российской Федерации и ее технического и материального оснащения до 2001 года.
Программой предусматривается комплексное развитие гемодиализной службы в России, проведение проектно-конструкторских работ по организации и оснащению гемодиализных и детоксикационных центров и отделений, разработка и освоение в серийном производстве современной отечественной аппаратуры искусственного очищения, кровопроводящих изделий однократного применения и материалов.
Программа является основой для целенаправленного взаимодействия медиков, разработчиков и производителей этого вида медицинской техники, а также административных органов различных уровней.
Программа исходит из следующего:
Разработка программы осуществлялась на основе рекомендаций и решений Министерства здравоохранения и медицинской промышленности Российской Федерации, Российской академии медицинских наук и Межведомственного Научного совета по медицинскому приборостроению.
Практическая реализация Программы позволит повысить клиническую результативность и комфортность искусственного очищения крови, расширить контингент обслуживаемых больных в результате создания современного комплекса технических средств для искусственного жизнеобеспечения.
В.А. Викторов, Ю.В. Малков
ВНИИ медицинского приборостроения РАМН, г. Москва
Рабочим органом аппарата для низкочастотной магнитотерапии является индуктор, который представляет собой открытую (незамкнутую) электромагнитную систему. Параметры электромагнитной системы определяют вид электромагнитного поля (ЭМП), его биологическую активность.
Активность низкочастотного ЭМП при воздействии на биологические объекты с лечебной целью - это возможность создания в биологических тканях пульсирующих электродинамических сил, возможность задания и изменения направления их вектора. Такой активностью обладает вращающееся, пульсирующее ЭМП.
В ВНИИМП РАМН разработаны открытые электромагнитные системы, которые позволяют лечить и координировать работу строго определенных органов и систем человека: для поверхностного воздействия с ограниченной глубиной проникновения ЭМП, для воздействия на трубчатые органы человека, для внутриполостного воздействия, для воздействия на глубоколежащие (внутренние) органы человека.
Эти разработки позволили создать аппараты для магнитотерапии:
Е.Ф. Аксюта, А.Г. Васильченко, Э.В. Сергеев
Шуйский педагогический институт, г. Шуя
Наиболее адекватным показателем применительно к функции равновесия с учетом ее специфики является дифференциальный порог чувствительности, представляющий собой минимальную разность интенсивности двух сигналов, которую способен распознать анализатор функции равновесия.
В прикладном плане решение нами задачи исследования этого показателя базируется на концепции о функциональных биотехнических системах (ФБТС), в соответствии с которой оценка и коррекция дифференциального порога чувствительности функции равновесия основана на принципиально новом способе - применения санкционирующей обратной связи, полученной от сравнения запрограммированного и реализуемого результата действия. На основе этого способа создана автоматизированная система оценки и коррекции дифференциального порога чувствительности к нарушению равновесия вертикальной позы человека на подвижной опоре (как неустойчивой динамической системы) по методу минимальных изменений.
В теоретическом плане процессы, протекающие в автоматизированной системе, анализировались нами, с одной стороны. С позиции теории ФБТС, в соответствии с которой предложена биотехническая модель системы, а с другой стороны, с позиции теории устойчивости колебаний динамических систем, в соответствии с которой предложена математическая (биофизическая) модель автоматизированной системы. В первой модели оценка и коррекция функции равновесия требует образования соответствующей функциональной системы, в которой физиологическим аппаратом предвидения, оценки и коррекции функции равновесия является акцептор результата действия, а исполнительным аппаратом является эффектор (механорецепторы, мышцы), корригирующие функцию равновесия (положение общего центра тяжести (ОЦТ) тела человека на неустойчивой опоре). Во второй модели человек на неустойчиво опоре рассматривается как целостная динамическая система, устойчивость которой характеризуется равновесием колебательного типа, а поведение базируется на двух принципах: принципе вариабельности траектории ОЦТ и принципе восстановления равновесия. Как показал анализ модели - оба принципа сливаются в один принцип подчинения биоупругих связей.
С помощью предложенных моделей и разработанной автоматизированной системы проведено теоретико-экспериментальное исследование дифференциальной чувствительности равновесия на неустойчивой опоре различных групп операторов (монтажников-высотников, водителей, спортсменов).
Ф.И.Колосов
Центр психолого-педагогических проблем детства, г. Екатеринбург.
В Центре психолого-педагогических проблем детства Орджоникидзевского района г. Екатеринбурга работает лаборатория комплексной приборной диагностики, организованная врачом психоневрологом Центра. В ней имеются следующие приборы и технические средства:
Подбор данных диагностических приборов и технических средств обусловлен потребностями применяемой врачом-психоневрологом комплексной методики диагностирования и коррекции нарушений высшей нервной деятельности детей и подростков. Основными принципами этой методики:
Э.В.Сергеев
Шуйский педагогический институт, г.Шуя
Вопросы моделирования поведения человека в системе “человек-техника” являются центральными в разных сферах его деятельности. В данной работе представлены результаты моделирования двух типичных обучающих биотехнических систем (БТС) колебательного типа: оператор - рукоятка (ОР) и оператор - платформа (ОП).
На установке ОР испытуемый путем колебательных движений рукоятки стремиться выйти, согласно целевой установки, на заданное усилие (обычно минимальное) ее сжатия, а на установке (ОП) имеет место обучающий поиск оператором равновесия на неустойчивой горизонтальной платформе с минимальными, по возможности, затратами энергии.
Для БТС (ОР) промоделирован его центральный фрагмент, представляющий собой упругую трехзвенную систему: кисть руки - упругая связь - датчик.
Для БТС (ОП) также промоделирован центральный фрагмент, представляющий собой упругую двухзвенную систему: аналог поведения общего центра тяжести оператора на неустойчивой горизонтальной платформе.
Для обоих случаев вычислены частоты колебаний систем.
А.В. Пятков
АО ИППК РО, г. Архангельск
Внедрение психофизиологических комплексов, включающих компьютерные представки и микропроцессорную аппаратуру, значительно расширяет возможности исследователя в познании психических и психофизиологических процессов. Вместе с тем, нетривиальными становятся обработка и интерпретация огромных массивов получаемых данных. Только освоение до сих пор еще мало известной исследователю методологии прикладного системного анализа позволяет разрешить это противоречие.
На основании многолетнего опыта использования прикладного системного анализа и собственных исследований в этой области могут быть рекомендованы некоторые решения наиболее важных проблем обработки данных психофизиологического исследования с применением современной компьютерной и микропроцессорной техники.
С позиций системного подхода. Получаемая совокупность функциональных параметров должна представлять собой систему показателей, которая входит в качестве существенной подсистемы в системы более высокого уровня. В связи с этим возникает проблема отбора из всего множества снимаемых с человека параметров тех из них, которые действительно являются элементами такой системы.
После регистрации множества функциональных параметров должен быть реализован первый этап объективного отбора информативных переменных с помощью множественного корреляционного анализа.
На втором этапе объективного отбора функциональных показателей проводится корреляционный анализ множества информативных переменных, полученных при использовании всего комплекса методов и методик исследования.
На третьем этапе системного анализа полученных данных проводится декомпозиция системы функциональных показателей и дальнейшее агрегирование параметров нервно-психической сферы.
В.И. Толокнов, Е.Г. Громова
Проблемная комиссия “Медицинская и биологическая кибернетика”, г. Москва
Одним из перспективных направлений развития техники является создание автоматизированных терапевтических комплексов, обеспечивающих экстренную медикаментозную терапию интенсивных патологических процессов. Среди областей медицины, испытывающих потребность в этих комплексах, в настоящее время следует выделить эндокринологию, предметом которой является гормональная регуляция обмена веществ.
Медико-технический комплекс для автоматизированной инсулинотерапии диабета представляет собой технический регулятор с обратной связью и включает в себя объединенные последовательно в замкнутый контур три классических функциональных модуля:
Тенденции в области создания подобных систем в настоящее время сводятся к миниатюризации глюкозных сенсоров, созданию датчиков глюкозы неинвазивного типа, применения малогабаритных технических средств информатики, созданию адаптивных оптимальных алгоритмов управления.