Медицинские приборно-компьютерные системы
Критериями оценки готовых медицинских систем являются:
2) полнота охвата функций лечебного учреждения;
3) количество внедрений;
4) открытость и настраиваемость;
5) распространенность платформы, стоимость системы управления
базой данных и комплекса технических решений;
6) сроки внедрения;
7) стоимость сопровождения;
8) локализация (поддержка нескольких языков).
Медицинские приборно-компьютерные системы (МПКС) предназначены для информационной поддержки и/или автоматизации диагностического и лечебного процесса, осуществляемых при непосредственном контакте с организмом больного (например, при проведении регистрации физиологических параметров). Их называют также программно-аппаратными комплексами (устройствами, средствами) или, более развернуто, приборно-компьютерными и микропроцессорными медико-технологическими автоматизированными системами.
Основное отличие систем этого класса – работа в условиях непосредственного контакта с объектом исследования и, как правило, в реальном режиме времени. В программном обеспечении для МПКС выделяют шесть основных функциональных разделов: подготовка обследования, проведение обследования, просмотр и редактирование записей, вычислительный анализ, оформление заключения и работа с архивом. Для работы МПКС, помимо вычислительной техники, необходимы специальные медицинские приборы, оборудование, телетехника, средства связи.
По функциональным возможностям МПКС подразделяются на специализированные, многофункциональные и комплексные. Специализированные (однофункциональные) системы предназначены для проведения исследований одного вида (например, электрокардиографических). Многофункциональные системы позволяют проводить исследования нескольких видов (например, электрокардиографические и электроэнцефалографические). Комплексные системы обеспечивают комплексную автоматизацию важной медицинской задачи. Например, мониторная система для автоматизации палаты интенсивного наблюдения, позволяющая отслеживать важнейшие физиологические параметры пациентов, а также контролировать функционирование аппаратов искусственной вентиляции легких.
По назначению МПКС могут быть разделены на классы.
1. Системы для проведения функциональных и морфологических исследований. С их помощью осуществляются исследования системы кровообращения, органов дыхания, головного мозга и нервной системы, органов чувств, рентгенологические исследования, магнитно-резонансная томография, ультразвуковая диагностика, радионуклидные исследования, тепловизионные исследования.
2. Мониторные системы. Предназначены для длительного непрерывного наблюдения за состоянием пациента в палатах интенсивной терапии, операционных и послеоперационных отделениях.
3. Системы управления лечебным процессом и реабилитации. К этим системам относят автоматизированные системы интенсивной терапии, системы биологической обратной связи, а также протезы и искусственные органы, создаваемые на основе микропроцессорной технологии.
4. Системы лабораторной диагностики. К ним относят системы, предназначенные для автоматизированной обработки данных лабораторных исследований. В их число входят системы для анализа биосред и биожидкостей организма больного (крови, мочи, клеток, тканей человека и т. п.), данных микробиологических и вирусологических исследований, иммуноферментных исследований и другие.
5. Системы для научных медико-биологических исследований. Отличаются более широкими возможностями, позволяющими осуществлять более детальное и глубокое изучение состояния организма больного. Кроме того, они позволяют проводить исследования на животных. К этим системам относят системы, предназначенные для автоматизированной обработки данных лабораторных исследований. В их число входят системы для анализа биосред и биожидкостей организма больного (крови, мочи, клеток, тканей человека
и т. п.), данных микробиологических, вирусологических, иммуноферментных и других исследований.
В МПКС можно выделить три основные составляющие: медицинское, аппаратное и программное обеспечение.
Медицинское обеспечение любой медицинской системы – это комплекс медицинских предписаний, нормативов, методик и правил, обеспечивающих оказание медицинской помощи посредством этой системы. Применительно к МПКС медицинское обеспечение включает в себя способы реализации выбранного круга медицинских задач, решаемых в соответствии с возможностями аппаратной и программной частей системы. К медицинскому обеспечению относятся наборы используемых методик, измеряемых физиологических параметров и методов их измерения, определение способов и допустимых границ воздействия системы на пациента.
Источник
Медицинские приборно-компьютерные системы.
2020-05-21
2720
В настоящее время одним из основных направлений информатизации медицины является компьютеризация медицинской аппаратуры. Использование компьютера в сочетании с измерительной и управляющей техникой в медицинской практике позволило создать новые эффективные средства для обеспечения автоматизированного сбора информации о состоянии больного, ее обработки в режиме реального времени и целенаправленного воздействии на пациента. Этот процесс привел к созданию медицинских приборно-компьютерных систем (МПКС), которые подняли на новый качественный уровень инструментальные методы исследования и интенсивную терапию.
Назначение МПКС: информационная поддержка и автоматизация диагностического и лечебного процесса, осуществляемого при непосредственном контакте с организмом больного (например, при проведении хирургических операций с использованием лазерных установок или ультразвуковая терапия заболеваний пародонта в стоматологии).
Особенность МПКС: работа в условиях непосредственного контакта с объектом исследования в режиме реального времени.
МПКС представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы. Для работы МПКС, помимо вычислительной техники, необходимы специальные медицинские приборы, оборудование, телетехника, средства связи.
Системы этого класса позволяют повысить качество профилактической и лечебно-диагностической работы, особенно в условиях массового обслуживания при дефиците времени и квалифицированных специалистов. Это достигается за счет увеличения скорости и полноты обработки медико-биологической информации. Однако такие результаты стали возможны за счет определенного усложнения системы, что предъявляет дополнительные требования уже к пользователю-врачу.
Классификация МПКС.
По функциональным возможностям МПКС подразделяются на:
1) Специализированные (однофункциональные) системы предназначены для проведения исследований одного вида (например, электрокардиографических).
2) Многофункциональные системы позволяют проводить исследования нескольких видов (например, электрокардиографические и электроэнцефалографические).
3) Комплексные системы обеспечивают комплексную автоматизацию. Например, мониторная система для автоматизации палаты интенсивного наблюдения, позволяющая отслеживать важнейшие физиологические параметры пациентов, а также контролировать функционирование аппаратов искусственной вентиляции легких.
По назначению МПКС разделяют на ряд классов:
1) системы для проведения функциональных и морфологических исследований;
2) мониторные системы предназначены для длительного непрерывного наблюдения за состоянием пациента в первую очередь в палатах интенсивной терапии, операционных и послеоперационных отделениях;
3) системы управления лечебным процессом и реабилитации – это автоматизированные системы интенсивной терапии, системы биологической обратной связи, а также протезы и искусственные органы, создаваемые на основе микропроцессорной технологии;
4) системы лабораторной диагностики – системы, предназначенные для автоматизированной обработки данных лабораторных исследований (системы для анализа крови, мочи, клеток, тканей человека и т.п., данных для микробиологических и вирусологических исследований и др.);
5) системы для научных медико-биологических исследований, позволяющих осуществлять более детальное и глубокое изучение состояния организма больного.
Структура МПКС.
МПКС – это сложный программно-аппаратный комплекс, в нём выделяют три основные составляющие: медицинское, аппаратное и программное обеспечение.
Медицинское обеспечение – это комплекс медицинских предписаний, нормативов, методик и правил, обеспечивающих оказание медицинской помощи посредством этой системы. Это могут быть наборы используемых методик, измеряемых физиологических параметров и методов их измерения (точность, пределы и т. д.), определение способов и допустимых границ воздействия системы на пациента.
Подаппаратным обеспечением понимают способы реализации технической части системы, включающей средства получения медико-биологической информации, средства осуществления лечебных воздействий и средства вычислительной техники (специализированные микропроцессорные устройства или универсальные ЭВМ).
В самом общем виде блок-схема аппаратной части МПКС представлена на рис. 1.
 |
Рис. 1. Общая структура МПКС.
К программному обеспечению относят математические методы обработки медико-биологической информации, алгоритмы и собственно программы, которые обеспечивают функционирование всей системы.
Медицинское обеспечение разрабатывается постановщиками задач – врачами соответствующих специальностей, аппаратное – инженерами, специалистами по медицинской и вычислительной технике. Программное обеспечение создается программистами или специалистами по компьютерным технологиям.
Источник
4. 4. АППАРАТНО-КОМПЬЮТЕРНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ СИСТЕМЫ
Аппаратно-компьютерные медицинские системы представляют собою комплекс, состоящий из двух частей — медицинского аппарата и специализированного компьютера. В качестве медицинских аппаратов могут быть представлены диагностические, лечебные или контролирующие (мониторинговые) устройства.
Аппаратно-компьютерные медицинские системы по своему назначению подразделяются на 5 основных групп:
• для получения медицинских изображений органов человека,
• для получения параметрических данных,
• для получения функциональных данных,
• для выполнения мониторинга,
Системы для получения медицинских диагностических изображений представляют собой сложные технические устройства, в которых установлены мощные компьютеры. Они работают, как правило, под управлением сложных операционных систем, таких, например, как Unix, Windows NT, Linux, и имеют развитое прикладное программное обеспечение. Для получения медицинских диагностических изображений используются аппаратнокомпьютерные комплексы двух типов. В первом из них первона-
чальное изображение получается в аналоговом виде, затем оно оцифровывается в АЦП и далее существует в матричном виде.
Рис.4.12. Схема построения рентгеновского комплекса с цифровым терминалом
Рис.4.13.Цифровая рентгенограмма коленного сустава (боковая проекция)
Так устроены рентгенодиагностические аппараты с цифровым терминалом (рис.4.12). В них аналоговое изображение оцифровывается ПЗС-матрицей и затем передается в процессор для дальнейшей обработки и анализа. Итоговое изображение представляет собою рентгенограмму с высокой четкостью и большой фотографической широтой (рис.
Ультразвуковые аппаратно-компьютерные комплексы (рис. 4.14) содержат датчик ультразвуковых излучений, формирующий первоначально аналоговый образ органа. Затем в модуле оцифровки аналоговые изображения преобразовываются в цифровые. Итоговые образы (они носят названия сонограмм) отображают структуру исследуемого органа (рис.4.15). Этот ультразвуковой комплекс при необходимости путем встраиваемой компьютерной программы позволяет визуализировать кровоток, причем раздельно — артериальный и венозный (рис.4.16), что имеет большое значение в диагностике облитерирующих поражений сосудов. Ультразвуковые исследования вследствие дешевизны, отсутствия противопоказаний получили широчайшее распространение во всех областях медицины.
Рис.4.14. Аппаратнокомпьютерный комплекс для ультразвуковой диагностики
По аналогичному аналого-цифровому принципу устроен аппаратно-
Рис 4.15. Ультразвуковое исследование желчного пузыря — сонография. Внутри пузыря имеются конкременты
Рис.4.16. Ультразвуковое исследование почки дуплексным методом (сонограмма + допплеровское картирование). Видны артериальные и венозные сосуды почки
компьютерный комплекс, предназначенный для радионуклидной визуализации органов человека — гамма-квантами (рис.
комплекс для радионуклидной визуализации — гамма-камера
Другой тип аппаратно-компьютерных комплексов основан на компьютерно реконструкции первично цифровых изображений.
устройствам относится компьютерный томограф (КТ) и магнитно-резонансный томограф (МРТ).
Первый (рис. 4.19) позволяет получать послойные снимки внутренних органов человека (компьютерные томограммы) при движении рентгеновской трубки вокруг тела пациента. Толщина среза, видимого как отдельное изображение, составляет доли миллиметра, расстояние между срезами — 1-5 мм. Компьютерные томографы способны получать изображение за очень короткое время, измеряемое долями секунды. Современные томографы являются спиральными и многосрезовыми (одномоментно до 320 срезов). Помимо визуализации тонких срезов (рис.4.20), такая технология позволяет реконструировать трехмерное изображение органов (рис.4.21). Кроме того, с помощью спиральной КТ можно получить изображение полых органов — трахеи, бронхов, толстой кишки.
_ т, „ , компьютерныйком-
Рис.3.19. Компьютерный томограф
фирмы Сименс плекс магнитно-
Рис.4.20. Компьютерная томограмма брюшной полости
резонансный томограф (МРТ) (рис.4.22) основан на исследовании магнитного резонанса ядер протонов человека, помещенного в сильное магнитное поле (до 1,5-3,0 Тл).
Рис.4.21. Компьютерная томограмма грудной клетки. Трехмерная реконструкция. Видна аневризма грудной аорты (стрелка)
резонансный томограф фирмы Сименс
дящиеся в теле пациента, входят в магнитный резонанс.
релаксация протонов инициирует электромагнитные сигналы, которые улавливаются радиочастотными катушками, оцифровываются и передаются в память компьютера. Последний реконструирует МРТ-изображение (рис.4.23).
Рис.4.23. Магнитно-резонансная томограмма всего тела
Значительным шагом вперед, продвинувшим изобразительные методы аппаратно-компьютерных систем, стала методика так называемых мультимодальных, или «спаянных изображений»
Мультимодальное изображение КТ/ сцинтиграфия (вид сзади). Виден метастаз в ХІлевом ребре
(fusion imaging). При этом на одном снимке или на экране монитора получается изображение внутренних органов, полученных разными методами исследования — МРТ, КТ и с помощью радионуклидов. Такой метод позволяет выявить мелкие очаги повышенного накопления радиоактивного вещества и привязать их к анатомическим ориентирам тела пациента (рис.4.24) (подробнее см. главу 8).
Существует метод альтернативного подхода к манипуляциям с медицинскими изображениями — их вычитание (субтракция). При этом одну и ту же область исследуют различными методами, а затем из одного изображения вычитают другое — производят вычитание. В качестве примера можно привести ди- гитальную субтракционную ангиографию (ДСА) (рис.4.25): вначале выполняют обзорный рентгеновский снимок иссле-
Рис.4.25. Ангиографический комплекс фирмы Сименс
дуемой области, производят его компьютерную инверсию из позитива в негатив.
Рис.4.26. Ангиограмма головного мозга
Медицинские аппаратно-компьютерные системы для получения параметрических данных позволяют с помощью компьютерных программ прижизненно определять минеральный, химический или биохимический состав органов человека. Одним из таких методов стала двухфотонная компьютерная рентгеновская остеоденсито- метрия.
Рис.4.28.Остеоденситограмма с указанием минерализации скелета
Суть метода сводится к следующему. Больному выполняют сканирующую рентгенографию скелета рентгеновскими лучами различной жесткости на специальном рентгеновском аппарате — остеоденситометре (рис.4.27). Разность в адсорбционной способности рентгеновских лучей скелетом оценивается с помощью компьютера. Итоговым результатом исследования является количественный
показатель минеральной плотности костей (рис.4. 28). Причем, компьютер позиционирует это плотность в три зоны — нормальную, зоны среднего и высокого риска переломов. Данное исследование нашло большое распространение при выявлении и изучения остеопороза — одного из наиболее частых заболеваний человека
Системы получения функциональных данных. Имеют в своем составе датчики функции органов. Сигналы с этих датчиков оцифровываются в АЦП и затем передаются в компьютер. Задача компьютера — отсечь в автоматическом режиме шумы и сигналы, выходящие за рамки доверительного интервала, выделить репрезентативную (достоверную) группу полезных данных и затем провести их анализ. Итогом анализа может служить распечатка в виде цифр или заключения, которые быть переданы по каналам связи для консультации или дальнейшего изучения.
Рис.4.29.. Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного комплекса для регистрации нескольких параметров
Существует еще один вид медицинских аппаратно-компьютерных систем, определяющих функциональное состояние изучаемых органов. В этих системах компьютер выполняет задачу анализатора серии изображений, каждое из которых показывает функциональную активность органа. В итоге получаются результирующие кривые, отражающие характер функции этого органа. Подобным образом определяют, например,функциональную активность почек при радионуклидной визуализации (рис.4.30) или состояние кровотока в сосудах при магнитно-резонансной томографии (рис.4.31).
Рис.4.30. Радионуклидное исследование функции почек — ренография. На сцинтиграммах выделены зоны интереса, в которых построены кривые, отображающие функцию каждой почки в отдельности
Рис.4.31. Магнитно-резонансная томография артерий нижних конечностей и кривая, построенная компьютером и показывающая интенсивность кровотока в систолу и диастолу
Все аппаратно-компьютерные медицинские системы диагностического направления условно делятся на операторозависимые и операторонезависимые. К первым относятся такие системы, в которых результирующие данные в значительной степени зависят от искусства врача, его умения управлять первичным сбором данных. К таким системам можно отнести ультразвуковые сканеры. В них результирующая ультразвуковая картина исследуемого органа в значительной степени зависит от того, как врач проводит лоцирование исследуемого органа, каково расположение датчика и ракурс визуализации. Поэтому при подобных исследованиях твердые копии изображений имеют ограниченное медицинское и юридическое значение.
При цифровой рентгенографии, компьютерной рентгеновской и магнитно-резонансной томографии, радионуклидной визуализации результирующее изображение органа в первую очередь связано с настройкой аппарата и физическими параметрами его функционирования. Итоговые данные таких исследований более объективно отражают сущность изучаемого органа. Поэтому такие исследования логично отнести к операторонезависимым.
Медицинские аппаратно-компьютерные системы мониторинга включают в себя различные классы устройств, предназначенных для отслеживания на значительном промежутке времени функционального состояния различных органов. Весьма часто эти системы используются в реанимации, в кардиологических и хирургических отделениях, в операционных блоках. Примером такого мониторинга может служить холтеровская система, позволяющая установить суточные колебания артериального давления и ЭКГ в естественных условиях пребывания пациента. К поверхности тела больного прикрепляются датчики регистрирующие пульс, артериальное давление и ЭКГ в течении суток (рис. 4.32). Датчики соединяются с запоминающим устройством — флэш-картой, на которой сохраняются
Рис.4.32. Расположение датчиков при холтеровском мониторинге (http://upload.wikimedia. org/wikipedia/commons/d/db/ Holter_monitor.JPG)
все зарегистрированные сигналы. Спустя сутки данные с флэш- карты считываются компьютером, который имеет специальное программное устройство для анализа данных и их распечатки (рис.4.33, 4.34). Некоторые холтеровские системы имеют портативные компьютерные гаджеты (рис.4.35), регистрирующие функциональную информацию и отображающую ее на дисплее. Это позволяет в режиме online отслеживать регистрируемые данные. Гаджеты имеют выход в Интернет для передачи текущих результатов в медицинский центр.
Рис.4.33. Заключительная таблица ЭКГ холтеровского суточного мониторинга. Выявлены одиночные экстрасистолы
Рис.4.34. Суточные колебания артериального давления, выявленные в процессе холтеровского суточного мониторинга
Медицинские аппаратно-компьютерные комплексы интенсивной терапии. Предназначены для компьютерного контроля и управления физиотерапевтическими процедурами, для программного вливания лекарственных препаратов и для управления перфузионными насосами, а также для оптимизации функционирования аппаратуры в процессе проведения ингаляционного наркоза и искусственной вентиляции легких. Большое значение в этом отношении имеют аппараты искусственного гемодиализа. Общий принцип работы комплексов указанного направления состоит в реализации обратной связи с регистрирующих датчиков, компьютерной обработке полученных результатов и последующим компьютерным управлением механизмом терапевтического вмешательства.
Рис.4.35. Гаджет с дисплеем холтеровского мониторинга
Рис.4.36. Аппаратнокомпьютерных комплекс для аблации сердечных зон при аритмиях
В последнее время созданы сложные аппаратнокомпьютерные комплексы
Рис.4.37. Аппаратнокомпьютерный комплекс для управления линейным ускорителем Varian
для выполнения микроинвазивных процедур под контролем рентгенологического исследования (рис.4.36). С помощью подобных комплексов проводится аблация — радиочастотное выжигание мелких участков в проводящей системе сердца, которые явились причиной нарушений его ритма.
Важным аппаратно-компьютерным комплексом, применяющимся в онкологии, является система управления облучением
пациента на линейном ускорителе. (рис.4.37). С ее помощью удается рассчитать необходимую дозу радиации и точно направить пучок радиоактивного излучения на опухоль.
Контрольные термины и понятия для самостоятельной проверки знаний
• Понятия о вычислительной системе.
• Вычислительные системы общего назначения.
• Медицинские аппаратно-компьютерные комплексы.
Аппаратные средства вычислительной системы:
• Аппаратная конфигурация компьютера.
• Процессор и его характеристика.
• Оперативная и кэш-память.
• Долговременная внутренняя память.
• Устройства ввода информации.
• Введение документов в компьютер и их распознавание. Классификация компьютеров:
• Настольные, портативные и карманные ПК.
Программное обеспечение компьютера:
• Уровни программного обеспечения.
• Виды пользовательских интерфейсов.
• Общие и специальные программы.
• Текстовый редактор (процессор).
Аппаратно-компьютерные медицинские системы:
• Основные группы аппаратно-компьютерных систем.
• Ультразвуковые аппаратные комплексы.
• Аппаратно-компьютерные комплексы для получения параметрических изображений.
• Системы получения функциональных данных.
• Аппаратно-компьютерные системы мониторинга.
• Холтеровский суточный мониторинг.
• Аппаратно-компьютерные комплексы интенсивной терапии.
• Аппаратно-компьютерные комплексы для планирования облучения в онкологии.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое «вычислительная система»?
2. Что такое «аппаратно-вычислительный комплекс»?
3. Каково назначение компьютера в аппаратно-компьютерном комплексе?
4. Каково назначение сканера в работе врача?
5. Какие требования к мониторам применимы в медицинской практике ?
6. Как осуществляются введение и распознавание медицинских документов?
7. Какие виды магнитной памяти имеет компьютер, их назначение?
8. Какова структура персонального компьютера?
9. Какие задачи решает персональный компьютер в работе врача?
10. Какие виды персональных компьютеров используются в медицинской практике?
11. Что такое «рабочая станция», каково ее назначение?
12. Уровни программного обеспечения компьютера?
13. Какие пользовательские интерфейсы используются в медицинской практике?
14. Какие аппаратно-компьютерные комплексы применяются в медицине?
15. Что такое «холтеровский мониторинг»?
1. Оперативная память предназначена для хранения информации:
а — постоянной; б — временной; в — внешней; г — переносимой.
2. Персональный компьютер предназначен для:
а — подготовки документов; б — для работы у постели больного; в — для рисования изображений; г — для выполнения глобальных вычислений.
3. Пользовательский интерфейс — это связь между:
б — аппаратными частями компьютера; в — пользователем и компьютером; г -пользователями;
4. Компьютерная томография — это метод для исследования:
а — функции; б — морфологии; в — гистологии; г — эмбриологии;
5. Компьютерные программы базового уровня предназначены для:
а — управления компьютером; б — установления контактов с пользователями; в — установления контактов между компьютерами; г — обнаружения ошибок в работе компьютера;
1. Пользовательские программы — это .
2. Операционные системы — это .
3. Интерфейсы — это .
4. Суперкомпьютер — это .
5. Персональный компьютер — это .
6. Аппаратно-компьютерный комплекс — это .
7. Устройства ввода информации — это .
8. Устройства вывода информации .
9. Принтеры — это .
10. Сканеры — это .
11. «Спаянные изображения» — это.
1. Опишите устройство персонального компьютера.
2. Охарактеризуйте программное обеспечение компьютера.
3. Какие функции выполняет персональный компьютер в работе врача?
4. Какие пользовательские программы наиболее часто применяются в медицине?
5. Что такое «виртуальная эндоскопия» и где ее использование имеет значение?
6. Какие магнитные носители информации предпочтительно применять в медицине?
7. Виды переносных компьютеров и сфера их применения в медицине.
8. Как осуществить распознавание факсимильного медицинского документа?
Источник
Аппаратно-компьютерные медицинские системы
Аппаратно-компьютерные медицинские системы по своему назначению подразделяются на 5 основных групп:
· для получения медицинских изображений органов человека,
· для получения параметрических данных,
· получения функциональных данных,
· для выполнения мониторинга,
· терапевтического направления.
Системы для получения медицинских диагностических изображений представляют собой сложные технические устройства, в которых установлены мощные компьютеры. Они работают, как правило, под управлением сложных операционных систем, таких, например, как Unix, Windows NT, Linux, и имеют развитое прикладное программное обеспечение. Для получения медицинских диагностических изображений используются аппаратно-компьютерные комплексы двух типов. В первом из них первоначальное изображение получается в аналоговом виде, затем оно оцифровывается в АЦП и далее существует в матричном виде.
Так устроены рентгенодиагностические аппараты с цифровым терминалом, ультразвуковые аппаратно-компьютерные комплексы
(рис. 4.15). На рис. 4.16. определяется ультразвуковое доплеровское изображение сосудистой системы почки.
Рис.4.15. Ультразвуковой сканер Рис.4. 16. Визуализация сосудов почки
По такому же принципу устроена гамма-камера (рис.4.17), предназначенная для радионуклидной визуализации органов человека. Радиофармпрепарат, введенный в кровеносное русло человека, накапливается в отдельных его органах, что фиксируется датчиками гамма- камеры. После передачи зарегистрированных импульсов в компьютер в его
оперативной системе создается
цифровое изображение органа, которое передается на экран монитора ( рис.4.18).
Рис.4.17. Радионуклидное изображение скелета,
полученное на гамма- камере – сцинтиграфия области коленных суставов
Важным средством современной компьютерной медицинской диагностики стал компьютерный томограф — КТ (рис.4.18.). Он позволяет получать послойные снимки внутренних органов человека (компьютерные томограммы) (рис.4.19). Толщина среза, видимого как отдельное изображение, составляет всего 2–3 мм, расстояние между срезами – 4-5 мм. Современные томографы способны выполнить за 2 с до 64 срезов одновременно. Значительным достижением последних лет явилась возможность получать на КТ объемные изображения (3D-графика) (рис.4.20), а также
Рис.4.18. Компьютерный томограф на основе трехмерной графики
Рис.4.19. Компьютерная Рис. 4 .20. Серия объемных
томограмма головного мозга. изображений внутренних
Определяется опухоль мозга органов человека
получать виртуальную эндоскопию (рис.4.21)– изображение внутреннего органа. Виртуальная эндоскопия, выполненная на компьютерном томографе
последних поколений, позволила у многих больных заменить классическую эндоскопию и тем самым избавить их от неприятных инвазивных вмешательств.
Большой прогресс в развитии аппаратно-компьютерных систем произошел с открытием магнитно-резонансной томографии – МРТ.
Рис.4.21. ВиртуальнаяЕе принцип основан на исследовании
бронхоскопия. магнитного резонанса ядер протонов человека,
Видны увеличенные помещенного в сильное магнитное поле
лимфатические узлы – до 1,5 Тл.
(метастазы) Получаемое при МРТ изображение
(рис.4. 22) имеет вид тонкого (2–5 мм) слоя, на котором хорошо видны мягкие ткани.
Рис. 4.22. Магнитно-резонансные томограммы головного мозга:
а – боковая проекция, б – аксиальная
Значительным шагом вперед, продвинувшим изобразительные методы аппаратно-компьютерных систем, стала методика так называемых «спаянных изображений» (fusion imaging). При этом на одном снимке или на экране монитора получается изображение внутренних органов, полученных разными методами исследования – МРТ, КТ и контрастным исследованием сосудов. В дальнейшем, используя специальные алгоритмы прикладных программ, на рабочей станции удается слить все полученные изображения воедино и получить интегральный образ органа (рис.4.23).
Рис.4.23.«Спаянное изображение», полученное в результате слияния КТ, МРТ и ангиографии. Хорошо видна аневризма сосудов головного мозга и ее соотношение с другими мозговыми структурами
Существует метод альтернативного подхода к манипуляциям с медицинскими изображениями – их вычитание (субтракция). При этом одну и ту же область исследуют различными методами, а затем из одного изображения вычитают другое – производят вычитание. В качестве примера можно привести дигитальную субтракционную ангиографию (ДСА): вначале выполняют обзорный рентгеновский снимок исследуемой области, а затем сразу же проводят рентгеноконтрастное исследование сосудов – ангиографию. Затем из второго снимка вычитают первый (рис.4.24).
Рис.4.24. Дигитальная субтракционная ангиография
Медицинские аппаратно-компьютерные системы для получения параметрических данных позволяют с помощью компьютерных программ прижизненно определять минеральный, химический или биохимический состав органов человека. Одним из таких методов стала двухфотонная компьютерная рентгеновская остеоденситометрия.
Суть метода сводится к следующему. Больному выполняют рентгенографию скелета, например, позвоночника или шейки бедренной кости, поскольку именно в этих местах наиболее часто развивается довольно опасное заболевание – деминерализация костной ткани, или остеопороз, весьма чреватый возникновением переломома. При этом выполняется две серии рентгеновских снимков при различной жесткости рентгеновских лучей. Далее компьютер по специальному алгоритму вычисляет минерализацию скелета (рис.4.25), определяет и сигнализирует врачу о том, в какой зоне риска перелома находится пациент – низкой, средней или высокой.
Рис.4.25. Рентгеновские остеоденситограммы позвоночника (а)
и шейки бедра (б) (пояснения в тексте).
В правой верхней зоне каждого рисунка имеется прямоугольник, состоящий из трех цветных полос: нижней (низкая степень риска перелома), средней (средняя степень риска перелома) и верхней (высокая степень риска перелома). Эти прямоугольники представляют собой референтную базу, полученную при исследовании большого числа людей. На обоих рисунках видна мелкая точка, находящаяся в красной зоне, что указывает на высокую степень риска перелома. В нижней части рисунка имеется цифровое выражение содержания солей кальция в скелете.
Системы получения функциональных данных. Имеют в своем составе датчики функции органов. Сигналы с этих датчиков оцифровываются в АЦП и затем передаются в компьютер. Задача компьютера – отсечь в автоматическом режиме шумы и сигналы, выходящие за рамки доверительного интервала, выделить репрезентативную (достоверную) группу полезных данных и затем провести их анализ. Итогом анализа может служить распечатка в виде цифр или заключения, которые быть переданы по каналам связи для консультации или дальнейшего изучения (рис.4.26).
Рис.4.26. ЭКГ, обработанная на компьютере. Зафиксированные нарушения с ердечного ритма отражены в таблице, находящейся в верхней части рисунка
Рис.4.27. Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного
комплекса для получения функциональных данных
Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного комплекса для регистрации нескольких параметров приведена на рис. 4.27
Существует еще один вид медицинских аппаратно-компьютерных систем, определяющих функциональное состояние изучаемых органов. В этих системах компьютер выполняет задачу анализатора серии изображений, каждое из которых показывает функциональную активность органа. В итоге получаются результирующие кривые, отражающие характер функции этого органа (рис.4.28).
Рис.4.28.Радионуклидное исследование почек. Изображены две почки различных размеров в результате поражения одной из них. Кривая меньшей почки более пологая, так как функция ее нарушена
Медицинские аппаратно-компьютерные схемы мониторинга. Включают в себя различные классы устройств, предназначенных для отслеживания на значительном промежутке времени функционального состояния различных органов и систем. Весьма часто эти системы используются в реанимации, в кардиологических и хирургических отделениях, в операционных блоках. Примером такого мониторинга может служить холтеровская система датчиков. К поверхности тела больного прикрепляется датчик (обычно регистрирующий пульс и артериальное давление) на достаточно продолжительно время (обычно на одни сутки). Датчик содержит твердотельное запоминающее устройство – флэш-карту, на которой сохраняются все зарегистрированные сигналы. Спустя сутки данные с флэш-карты считываются компьютером, который имеет специальное программное устройство для анализа данных. По нему судят о суточном ритме функционирования системы кровообращения – ЭКГ и артериальном давлении (рис.4 29) .
Рис. 4. 29. Суточные колебания артериального давления, выявленные
в процесс холтеровского суточного мониторинга
Получаемые ЭКГ-данные первично фильтруются компьютером, который отделяет и выбраковывает помехи и шумовые сигналы, выделяет репрезентативные (достоверные) группы сигналов (рис.30) и затем формирует заключительные данные в виде таблиц (рис.4.31).
Рис. 4.30 Распечатка данных ЭКГ суточного холтеровского мониторинга
Рис. 4.31. Заключительная таблица ЭКГ холетровского суточного мониторинга. Выявлены одиночные экстрасистолы
Медицинские аппаратно-компьютерные комплексы интенсивной терапии. Предназначены для компьютерного контроля и управления физиотерапевтическими процедурами, для программного вливания лекарственных препаратов и для управления перфузионными насосами, а также для оптимизации функционирования аппаратуры в процессе проведения ингаляционного наркоза и искусственной вентиляции легких. Большое значение в этом отношении имеют аппараты искусственного гемодиализа. Общий принцип работы комплексов указанного направления состоит в реализации обратной связи с регистрирующих датчиков, компьютерной обработке полученных результатов и последующим компьютерным управлением механизмом терапевтического вмешательства.
Контрольные термины и понятия для
самостоятельной проверки знаний
· Понятия о вычислительной системе.
· Вычислительные системы общего назначения.
· Медицинские аппаратно-компьютерные комплексы.
Аппаратные средства вычислительной системы:
· Аппаратная конфигурация компьютера.
· Процессор и его характеристика.
· Оперативная и кэш-память.
· Долговременная внутренняя память.
· Устройства ввода информации.
· «Медицинские мониторы».
· Устройства вывода.
· Введение и распознавание документов.
Классификация компьютеров:
· Суперкомпьютер.
· Персональный компьютер.
· Структура ПК.
· Настольные, портативные и карманные ПК.
· Классификация ПК.
· Рабочие станции.
· Развлекательный компьютер.
Программное обеспечение компьютера:
· Уровни программного обеспечения.
· Базовый уровень.
· Системный уровень.
· Служебный уровень.
· Прикладной уровень.
· Виды пользовательских интерфейсов.
· Общие и специальные программы.
· Текстовый редактор (процессор).
· Табличный редактор.
· Графический редактор.
· Редактор презентаций.
· Редактор HTML.
Аппаратно-компьютерные медицинские системы:
· Основные группы аппаратно-компьютерных систем.
· Ультразвуковые аппаратные комплексы.
· Гамма-камера.
· Компьютерный томограф.
· Виртуальная эндоскопия.
· «Спаянные изображения».
· Магнитно-резонансная томография.
· Аппаратно-компьютерные комплексы для получения параметрических изображений.
· Рентгеновская остеоденситометря.
· Системы получения функциональных данных.
· Медицинские аппаратно-компьютерные схемы мониторинга.
· Холтеровский суточный мониторинг.
· Медицинские аппаратно-компьютерные комплексы интенсивной терапии.
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое «вычислительная система»?
2. Что такое «аппаратно-вычислительный комплекс»?
3. Каково назначение компьютера в аппаратно-компьютерном комплексе?
4. Каково назначение сканера в работе врача?
5. Какие требования к мониторам применимы в медицинской практике ?
6. Как осуществляются введение и распознавание медицинских документов?
7. Какие виды магнитной памяти имеет компьютер, их назначение?
8. Какова структура персонального компьютера?
9. Какие задачи решает персональный компьютер в работе врача?
10. Что такое «сервер», каково его назначение?
11. Какие виды персональных компьютеров используются в медицинской практике?
12. Что такое «рабочая станция», каково ее назначение?
13. Уровни программного обеспечения компьютера?
14. Какие пользовательские интерфейсы используются в медицинской практике?
15. Какие аппаратно-компьютерные комплексы применяяются в медицине?
16. Что такое «холтеровский мониторинг»?
Тестовые задания
Первый уровень
1. Оперативная память предназначена для хранения информации:
2. Персональный компьютер предназначен для:
а – подготовки документов;
б – для работы у постели больного;
в – для рисования изображений;
г – для выполнения глобальных вычислений.
3. Пользовательский интерфейс – это связь между:
б – аппаратными частями компьютера;
в – пользователем и компьютером;
4. Компьютерная томография – это метод для исследования:
5. Компьютерные программы базового уровня предназначены для:
а – управления компьютером;
б – установления контактов с пользователями;
в – установления контактов между компьютерами;
г – обнаружения ошибок в работе компьютера;
Второй уровень
1. Пользовательские программы – это …
2. Операционные системы – это …
3. Интерфейсы – это …
4. Суперкомпьютер – это …
5. Персональный компьютер – это …
6. Аппаратно-компьютерный комплекс – это …
7. Устройства ввода информации – это …
8. Устройства вывода информации …
9. Принтеры – это …
10. Сканеры – это …
11. «Спаянные изображения» — это…
Третий уровень
1. Опишите устройство персонального компьютера.
2. Охарактеризуйте программное обеспечение компьютера.
3. Какие функции выполняет персональный компьютер в работе врача?
4. Какие пользовательские программы наиболее часто применяются в медицине?
5. Что такое «виртуальная эндоскопия» и где ее использование имеет значение?
6. Какие магнитные носители информации предпочтительно применять в медицине?
7. Виды переносных компьютеров и сфера их применения в медицине.
8. Как осуществить распознавание факсимильного медицинского документа?
Источник