Систематизация методов медико-биологических исследований

ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ТЕХНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ДИ И ЛВ»

ЧАСТЬ 2

СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

При оценке возможностей того или иного метода исследования наиболее важными считаются след. составляющие:

1) выс. информативность м/б показателей (для оценки состояния объекта);

2) простота выполнения всех методических приемов (при подготовке объектов исследования и техн. средств к эксперименту);

3) простота и доступность техн. средств;

4) наличие алгоритмов расчета м/б показателей по данным эксперимента (и простота анализа результатов);

5) возможность сочетания данного метода с другими методами ДИ и ЛВ.

Необходимость системного анализа комплекса методов исследования БО подтверждается:

1) распространенностью инструм. методов (используются средства сбора, обработки и хранения информации);

2) необходимостью разработки методического обеспечения (разработка методик, этапов исследования БО);

3) конкретностью мед. задачи (решается с помощью выбранной совокупности методов);

4) влияние условий применения техн. средств (клиника, стационар, производственное помещение и т.п.);

5) конкурентность старых и нов. методов (с одной стороны используются современные достижения комп. техники и перспектив-е методы диагностики, с др.стороны необх. использовать старые, хорошо зарекомендовавшие себя, методы исследования);

6) необходимостью согласования данных, полученных различными методами (при проведении комплексных исследований).

Улучшение технологии выпол­нения экспериментов, расширение технической и технологи­ческой базы производства приводят к совершенствованию мето­дой, хорошо зарекомендовавших себя на практике. Появление новых методов, использующих ранее неизвестные принципы исследования БО, позволяющие получить представление о та­ких свойствах объекта. На основании этого количество элементов в системе ММБИ посто­янно растет, изменяются взаимоотношения между элементами системы, продолжается поиск новых методических возможно­стей для анализа свойств биологических объектов разной слож­ности. Основным фактором данного поиска является сложность БО и информативность его параметров.

Как любая другая система, система ММБИ характеризуется присущими только ей целевыми функциями, элементным соста­вом, структурой и системными свойствами.

Рассмотрим элементный состав системы ММБИ.

Элементами системы ММБИявляются отдельные методы, позволяющие изучать различные проявления жизнедеятель­ности организма в целом они могут также использоваться для изучения разных органов и функциональных систем организма. Большое число методов, модификаций и вариантов использова­ния делает систему ММБИ трудноизучаемой, поэтому необходимо производить структуризацию системы в целом и классификацию методов исследования.

Как и при классификации любых систем, выбор критерия классификации является определяющим. С первого взгляда наиболее важным представляется критерий направленности того или иного метода на изучение конкретной системы или органа организма. В соответствии с ним в одну группу войдут методы, предназначенные, например, для исследования сосудисто-сердечной системы, желудочно-кишечного тракта или системы дыхания. При подобной классификации в каждую группу вой­дут методы, реализующие разные физические принципы, использующие разные по природе измерительные преобразовате­ли; главным при этом является только то, что эти методы ис­пользуются для исследования данной системы организма. Такой критерий широко используется в медико-биологической практи­ке. Для технической реализации данная классификация. Основопола­гающим для технической классификации методов может быть добран критерий, учитывающий физический или физико-химический эффект, на котором основан соответствующий ме­тод.

В качестве объектов м/б исслед-й м/выступать:

1. весь организм;

2. отдельные органы и функционирующая система организма;

3. различ. биол. ткани;

4. в-ва, циркулир-е в организме.

Методы, предназнач-е для изучения столь разных объектов, сущ-но отлич-ся и поэт. их объедин. в различные классы методов. По критерию представления о 2-х подходах к исследованию БО на физиологические и аналитические.

Для физиол. исслед-й проведение эксперим. связано непоср-но с организмом. Для таких исслед-й хар-ным является непоср. подключение орг-ма к техн.системе. Важным является методика подключения орг-ма к техн.ср-вам (минимизация влияния).

Основнымм элементом любой системы исследования явл-ся звено «исследуемый объект - исследователь». Это звено предст. собой пример специализированной диалоговой подсистемы, в кот. хотя бы один элемент является элементом биологического происхождения.

Каждый из элементов подсистемы "Исс - ИО" должен выполнять определенные функции. Элемент ИО выполняет осведомительные функции, т.е. является источником информации и объектом для воздействия со стороны другого элемента - Исс. Элемент Исс отвечает за прием и анализ информации, а также за выработку решений по воздействию на ИО. Содержательная функция осведомительной информации и смысл принимаемых решений зависят от целевой функции всего звена "Исс - И О".

Рис. 1. Диалоговая подсистема "Исс - ИО"

В подсистему "Исс - ИО" включен еще один элемент внешняя Среда (Внеш. С), которая может быть весьма ак­тивной, и даже агрессивной по отношению к каждому элементу. Диалог между Исс и И О происходит в этой Среде, причем она оказывает существенное воздействие на свойства каждого эле­мента подсистемы, и сама испытывает воздействие со стороны каждого элемента.

Совокупность ИО, Внеш.С и Исс является биологической составляющей исследуемой системы.

Если решается сугубо медицинская задача, то в качестве Исс выступает врач, а в роли ИО - пациент. Осведомительная информация от пациента должна быть достаточно полной для правильной постановки диагноза. В то же время опыт и уровень знаний врача должен обеспечить объективную оценку это информации и выработку достоверных рекомендаций по лечению больного. Подключение к этому звену новых элементов возможно только, если они будут способствовать обеспечению оптимальных условий для его функционирования, т. е, дости­жению поставленной задачи исследования за заданное время.

В технике возможен вариант медико-биологического исследования, когда функции Исс выполняет автоматизированный комплекс принятия решений, который вроде бы и не включает Исс непо­средственно. Однако в пакете прикладных программ, под дей­ствием которого он работает, в базе данных, используемой ком­плексом при формировании решений, в других его составляю­щих заложены формализованные опыт и знания человека-исследователя. Таким образом, и в этом варианте системы Исс негласно присутствует и оказывает влияние на качество работа звена "Исс - ИО" в целом.

БО в структуре системы ИО-Исс занимает одно из двух положений: либо он высту­пает в роли объекта исследования, либо в роли исследователя, ответственного за ход эксперимента. При этом можно опреде­лить четыре основных функции, которые выполняют БО:

1 - БО как источник измерительной информации, позво­ляющей оценивать характеристики и отдельные параметры его жизнедеятельности;

2 - БО, проводящий анализ осведомительной информациис целью формирования представлений о мгновенном состоянии исследуемого объекта и выработке прогноза его развития;

3 - БО, ответственный за принятие решений о способах управления состоянием объекта исследования;

4 - БО, подвергающийся воздействиям с целью изменения его состояния & нужном направлении.

Эти функции присутствуют на любом этапе развития си­стемы взаимоотношений в звене "Исс - ИО". Рассмотрим про­цесс развитая и совершенствования системы взаимодействий в звене "Исс - ИО" медико-биологических исследований в эво­люционном аспекте. На ранних стадиях эволюционного раз­вития основной формой взаимодействий являлся непосредствен­ный контакт, когда исследователь изучал физические характе­ристики БО, используя свои органы чувств, настроенные на восприятие соответствующего вида "порождающее" поля, путем осмотра, прослушивания, прощупывания, оценки запахов и вкуса. При этом под "порождающим" полемпо­нимается вид физического или "химического" поля, посту­пающего непосредственно от исследуемого объекта и воздействующего на чувствительную к этому полю структуру - рецепторы организма Исс.

Уже появление простых технических средств диагностики (ТСД), в которых включены технические элементы, такие как средства регистрации биопотенциалов, измерения импеданса оптических характеристик, плотности, температуры, давления и т. п., позволило резко повысить эффективность функциониро­вания звена "Исс - ИО". Наметился также переход от каче­ственной оценки свойств БО к количественной характеристике параметров Таким образом, инструментальные средства медико-биологических исследований представляют собой совокуп­ность приборов, аппаратов, систем, комплексов и приспособ­лений к ним, в которых реализуются физические и физико-химические методы исследования различных биологических объектов. Выполнение этих исследований позволяет получить диагностическую информацию о состоянии объекта в виде мно­жества медико-биологических показателей (МБП) и записей физиологических процессов (ФП), на основании анализа ко­торых строится диагностическое заключение.

Развитие науки и техники позволило предложить способ управления состоянием системы в виде технических средств воздействия (ТСБ) на БО.

В дальнейшем появилась еще одна группа технических средств - системы управления параметрами среды. Такие системы должны не только оценивать параметры среды в замкнутых объемах пребывания БО, но и содержать технические средства, работа которых связана с изменения этих параметров. Следовательно, системы ТСУС должны объединить в себе как средства диагностики среды, так и средства управления ею.

Технические средства четвертой группы - средства замещения утраченных функций (ТСЗФ). Они заменяютв функциональном отношении отдельные органы или даже целые физиологические системы организма либо на короткое время (экстракорпоральная техника: например, аппа­раты искусственного кровообращения, искусственной почки, протез сердца и др.), либо на продолжительный срок (протезы конечностей, коронарных сосудов, суставов и т. д.), или стиму­лируют работу отдельных органов (например, электрокар­диостимуляторы, стимуляторы мышц и т, д.).

Переход на количественную оценку параметров ИО и раз­витие вычислительных методов анализа информации и теории управления привели к разработке автоматизированных систем обработки информации (ТСОИ) - пятая группа технических средств, позволяющая проводить анализ данных и формировать программы управления состоянием БО. Одной из тенденций применения вычислительной техники при анализе осведомительной количественной информации является интерактивный режимобработки результатов.

Шестая группа технические средства нормали­зации состояния Исс (ТСНС).

Рис. 2. Структура технических средств медико-биологических исследований

Каждый элемент схемы рассматривается как подсистема соответствующего назначения.

ТСД – техн. ср-ва диагностики

ТСВ – техн. ср-ва воздействия

ТСЗФ – техн. ср-ва замены утраченных функций

ТСОИ – техн. ср-ва обработки инф-ции

ВС – внеш. среда

ИО – исследуемый объект

Исс – исследователь

ТСУС – техн. ср-ва упр-я системой

ТСНС – техн. ср-ва нормализации состояния.

Анализ тенденций развития подсистемы "Исс - И О" убеди­тельно показывает, что система исследований ИО постоянно усложняется за счет охвата основных элементов Исс и ИО до­полнительными связями с включением все новых технических средств. Для произведения медицинских исследований строятся системы диагностики и лече­ние заболеваний человека. Подобные системы напоминают системы автоматическо­го регулирования (САР).

Рис 3. Система диагностики и лечения

Используя модель рис. 3, можно отразить назначение и функции биомедицинской техники различных видов. В этом случае основные два элемента системы — пациент (П) и врач (В) - связаны между собой через каналы диагностики и управляющих воздействий.

S_j – подсистема БО

R_j – функция физиол. системы БО

МВ – мед. воздействия

МИ – мед. исследования

И – исследовате6ль (врач)

ЛД – ср-во лечебной диагностики

Р – ср-во регистрации

ЗН – стат.данные диагн. исслед-й.

Рис. 4. Виды медицинской техники

В канале диагностики целесообразно выделить несколько групп технических средств:

- средства регистрации физиологических процессов (РФП), предназначенные для получения записей этих процес­сов па различных носителях информации (например, бумага, пленка);

- биоизмерительная техника (БИТ), которая позволяет получить количественные оценки параметров, характеризую­щих процессы-,

- аналитики измерительная техника (АИТ), включающая лабораторные приборы для исследования биопроб.

Кроме этих средств, необходимо учитывать и обычные ме­тоды обследования (ОМО), включающие опрос, осмотр, паль­пацию и т. д.

В канале управляющих воздействий можно выделить средства терапевтического воздействия (СТВ) и операционную технику (ОТ). Кроме них, естественно учитывать обычные ме­тоды лечения (ОМЛ): медикаменты, постельный режим, диетпитание и т. п.

Учитывая, что ряд нарушений функций организма выявляется только в ответ на внешние воздействия, в схеме указаны технические средства, используемые для функциональных исследований: средства функциональных дозированных воздействий(ФДЕ) и средства регистрации и анализа ответных ре­акций (РАО).

Можно легко выделить еще несколько групп медицинской техники. Это группы экстракорпоральных (ЭКТУ), и имплантируемых (МТУ) технических устройств, а также изделий протезостроения (ИНС), применяемых я случае временного или полного выхода из строя подсистем БО. Кроме того, целесооб­разно выделить и группу средств обработки информации (СОИ), связанную с анализом данных и выработкой рекомен­даций, которая может включать как специализированные, так и универсальные ЭВМ.

В качестве еще одной группы можно выделить группу больничной техники(БТ), включающую большой арсенал вспомогательных средств обеспечения процессов диагностики, лечения и пребывания пациента в клинике.

Модель, представленная на рис. 5, изображена виде своеобразной "функциональной системы" медико-биологических исследований, структура которой повторяет структуру функциональной системы организма. Здесь конечный полезный эффект - состояние исследуемого объекта (БО), диагностические средства (ТСД) и подсистема органов чувств Исс (ПОЧ) выполняют роль рецепторной подсистемы, различные средства управления состоянием организма (ТСВ, ТСУС, ТСЗФ, ТСДВ)- роль эффекторной подсистемы, а Исс совмест­но с системами обработки информации и принятия решений (ТСОИ) - функции, аналогичные функциям центральной нервной системы в организме (рефлексивная подсистема Реф.П). Процессы функционирования такой системы применительно к различным задачам исследования складываются в своеобраз­ные "технологии" функционирования системы "Исс - ИО", Такое представление позволяет еще раз убедиться в единстве принципов организации систем различного назначения.

Рис. 5. "Функциональная система" медико-биологических исследований