Математика. матан ш. Матан Понятие функции, свойства функций, способы задания функций. Взаимно
 Скачать 1.66 Mb.
|
|
Вопрос 41. Медицинские приборно–компьютерные системы. Классификация, принципы построения, особенности. МПКС в функциональной диагностике, МПКС клинического мониторинга. МПКС относятся к системам базового уровня. Основное отличие систем этого класса – работа в условиях непосредственного контакта с больным в реальном режиме времени. Типичными представителями МПКС являются медицинские системы, наблюдающие за состоянием больных, например, при проведении сложных операций; системы компьютерного анализа данных томографии, ультразвуковой диагностики; системы автоматизированного анализа данных микробиологических и вирусологических исследований, анализа клеток и тканей человека, системы компьютерного анализа данных ЭКГ, томографии, радиографии, микробиологических и вирусологических исследований. Классификация и области применения МПКС: 1.Медицинская диагностика. Задачу диагностики в области медицины можно поставить как нахождение зависимости между симптомами (входными данными) и диагнозом (выходными данными). Для реализации эффективной системы диагностики необходимо использовать методы искусственного интеллекта. Целесообразность такого подхода подтверждает анализ данных, который показывает, что они обладают целым рядом особенностей, таких как качественный характер информации, наличие пропусков данных и т.д. Наибольшее развитие получили МПКС для функциональной диагностики. К показателям, изучаемым здесь относятся: электрические потенциалы, генерируемы организмом человека, косвенные электроизмерения (сопротивления участков кожи и тела человека), биохимического или биофизического происхождения. Эти показатели обобщаются, анализируются системами ИИ и являются основой для дальнейшей постановки диагноза. щ Пример. Аппаратное обеспечение компьютерной системы анализа электрокардиограмм включает в себя следующие основные устройства: · Устройства съема электрических сигналов – электроды, которые закрепляются непосредственно на теле пациента и представляют собой проводники специальной формы. Между электродом и кожной поверхностью существует переходное сопротивление, при увеличении которого уменьшается амплитуда снимаемого сигнала и увеличивается сигнал сетевой наводки. Для уменьшения переходного сопротивления применяют марлевые прокладки, смоченные физиологическим раствором, или специальную электродную пасту. · Биоусилитель предназначении для усиления сигналов до уровня порядка ± 1В, ± 5В, ± 10В, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Кроме усиления биоусилители осуществляют фильтрацию сигналов с целью удаления низкочастотных и высокочастотных составляющих, а также снижения уровня сетевых помех. Для удаления синфазных помех в биоусилителях применяют дифференциальные усилители, которые усиливают полезный сигнал и ослабляют сигнал наводки. Кроме того, в биоусилителях имеются фильтры нижних и верхних частот, а также полосовые режекторные фильтры. Фильтр нижних частот пропускает только частоты, лежащие ниже определенной заданной частоты – частоты среза. Такие фильтры применяются для ослабления высокочастотных помех. Фильтры верхних частот пропускают только частоты, лежащие выше частоты среза. Такие фильтры применяются для уменьшения влияния низкочастотных артефактов, например, электромиограмм, дыхания. · Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) осуществляет преобразование входных аналоговых сигналов в цифровую форму для ввода и дальнейшей обработки в ПК. В процессе этого преобразования непрерывный сигнал превращается в совокупность дискретных уровней напряжений, которые измеряются с определенной точностью и поступают на вход ПК. Важными характеристиками АЦП являются частота квантования и точность преобразования сигнала. Частота квантования определяется максимальной частотной составляющей анализируемого сигнала и должна превышать ее в два раза. Обычно в компьютерной электрокардиографии используют 256 или 512 отсчетов в секунду, что позволяет вводить ЭКГ практически без искажения. · Персональный компьютер с набором периферийных устройств и специальным программным обеспечением анализа ЭКГ. · Стимуляторы используются для воздействия на пациента световыми, звуковыми, электрическими и другими сигналами для изучения ответных реакций организма на действующие раздражители. В частности такие методы используются для изучения вызванных потенциалов мозга. Программное обеспечение компьютерных системы функциональной диагностики предназначено для автоматизации следующих основных этапов проведения комплексного функционального исследования пациента: 1. Предварительная подготовка. 2. Проведение исследования, запись ЭКГ. 3. Отбор и редактирование записей. 4. Выделение характерных графоэлементов и измерение параметров ЭКГ. 5. Интерпретация результатов анализа и оформление заключения. 6. Документирование исследования. Предварительная подготовка заключается в выборе методики и режимов исследования, нагрузок и функциональных проб, дополнительной аппаратуры (например, велоэргометра). На этом этапе осуществляется настройка компьютерной программы путем определения количества регистрируемых каналов, системы отведения биопотенциалов, коэффициента усиления и частоты дискретизации сигнала, величины калибровочного импульса, полосы пропускания биоусилителей т.д. В базу данных вводится информация об испытуемом: паспортные данные, предварительный диагноз, сведения о приеме лекарств, дата регистрации. Кроме того, проводится подготовка пациента к обследованию, закрепляются электроды, подключается кабель отведения. Запись ЭКГ включает обычно 12 отведений: три стандартных (I, II, III), три усиленных однополюсных отведения от конечностей (avR; avL; avF) и шесть грудных однополюсных отведений (V1-V6). Регистрируемый сигнал отображается на мониторе, что позволяет визуально выделить и зарегистрировать записи, свободные от артефактов и наводок. На экране монитора сигнал отображается в реальном масштабе времени, что затрудняет визуальный детальный анализ исследуемых сигналов, поэтому осуществляется избыточная запись в базу данных, предполагающая их дальнейшую редакцию. Отбор и редактирование данных производится после записи ЭКГ в базу данных и предназначены для выделения участков сигналов с целью дальнейшего анализа. На этом этапе возможно более медленное воспроизведение сигналов на экране монитора с остановками картинки с целью выявления артефактов, связанных с движением пациента, дыханием и т.п. Монитор является основным инструментом визуального изучения записей, ручного измерения и редактирования. Выделение характерных графоэлементов и измерение параметров ЭКГ. Наиболее важным этапом работы программы является распознавание зубцов P, Q, R, S, T. Задача распознавания состоит в определении точек начала и окончания каждого зубца, нахождений максимума высоты зубцов и их идентификации. Для решения этой задачи фирмы, выпускающие компьютерные кардиоанализаторы, используют различные математические методы. Выделение точки начала и конца каждого зубца являются основой для измерения длительности комплексов, интервалов и сегментов (расстояние между зубцами). Интерпретация результатов анализа и оформление заключения основывается на данных выявления элементов ЭКГ и измерения их параметров. Результаты измерений и расчетов используются для выявления основных электрокардиографических синдромов. Алгоритмы синдромального анализа ЭКГ основаны на врачебной логике: сравнении параметров ЭКГ с диагностическими критериями, основанными на данных литературы, экспериментальных данных (базой прецедентов), и опыте ведущих специалистов в данной области. Документирование исследования состоит в выдаче на печать числовых, графических результатов и компьютерного ЭКГ-заключения. Если компьютерное заключение верифицировано только по ЭКГ, то для слздания врачебного заключения необходимо сопоставление ЭКГ и клинических данных 2.Системы для проведения клинического мониторинга. Задача оперативной оценки состояния пациента возникает при непрерывном наблюдении за больным в палатах интенсивной терапии, операционных и послеоперационных отделениях. Для решения этой задачи предназначены мониторные МПКС. К числу наиболее часто используемых при мониторинге параметров относятся: электрокардиограмма, давление крови в различных точках, частота дыхания, температурная кривая, содержание газов крови, минутный объем кровообращения, содержание газов в выдыхаемом воздухе. Важной особенностью мониторных систем является наличие средств экспресс-анализа и визуализации их результатов в режиме реального времени. Современные мониторные системы обладают следующими важными качествами: 1. Возможность накапливать информацию о больном путем измерения и регистрации значений выбранных физиологических параметров, исключая субъективные ошибки обслуживающего персонала. 2. Аналитическая обработка в компьютере измеряемых показателей позволяет объективно оценить состояние пациентов и дать рекомендации врачу (на уровне экспертной системы) по виду и объему необходимой коррекции отдельных параметров. 3. Компьютерная оценка состояния больного в пространстве измеряемых физиологических параметров и анализ их динамики позволяет дать объективный прогноз в развитии состояния пациента. 4. Возможность объединения компьютерных мониторов в единую локальную сеть для создания единой базы данных при компьютеризации медицинского учреждения. В зависимости от вариантов использования выделяют следующие разновидности мониторирования: · Операционный мониторинг. Операционный компьютерный монитор предназначен для автоматического наблюдения за состоянием больного во время операции, ведения наркозной карты с автоматическим занесением в наркозную карту значений физиологических параметров (частоты сердечных сокращений, систолического и диастолического артериального давления, содержания кислорода в гемоглобине артериальной крови) при проведении операции, автоматического ведения протокола наркозной карты с привязкой ко времени, ведения протокола анестезии, автоматического формирования на дискете результатов (заполненного протокола анестезии, наркозной карты с трендами, протокола заполнения наркозной карты) для передачи в персональный компьютер заведующего отделением. В тех случаях, когда предполагается автоматическое управление капельницами, аппаратом искусственного дыхания, кардиостимуляторами, контрпульсаторами и т. п., система должна включать устройство, преобразующее код в управляющий сигнал. · Кардиомониторирование в период оказания экстренной медицинской помощи. Кардиомонитор находится в оснащении бригад скорой медицинской помощи и служит для оптимизации ранней диагностики острых коронарных синдромов, нестабильной стенокардии, острой коронарной недостаточности, острого инфаркта миокарда и внезапной остановки кровообращения на догоспитальном этапе. · Мониторинг больных отделений интенсивной терапии необходим для одновременного наблюдения за состоянием тяжелобольных пациентов. В состав таких систем входят прикроватные мониторы для каждого пациента и центральная станция для сбора и представления информации о каждом пациенте. · Суточное мониторирование электрофизиологических показателей. Традиционное разовое измерение артериального давления, разовая регистрация ЭКГ не всегда отражают реальную картину заболевания пациента, оставляя открытым вопрос о корректности диагностики и лечения болезни. Выходом этой ситуации является суточное мониторирование жизненно важных показа телей. Суточный мониторинг ЭКГ был разработан Норманом Холтером и представляет собой систему непрерывной регистрации электрокардиосигналов на магнитной ленте и ускоренной интерпретации данных. 3. Системы управления лечебным процессом: Автоматизированные системы интенсивной терапии - системы, предназначенные для управления состоянием организма в лечебных целях, а также для его нормализации, восстановления естественных функций органов и физиологических систем больного человека, поддержания их в пределах нормы. Системы биологической обратной связи предназначены для предоставления пациенту текущей информации о функционировании его внутренних органов и систем, что позволяет путем сознательного волевого воздействия пациента достигать терапевтического эффекта при определенном виде патологий. 4.Системы протезирования и искусственные органы. Системы протезирования и искусственные органы предназначены для замещения отсутствующих или коррекции неудовлетворительно функционирующих органов и систем организма человека. Протезы – это носимые (имплантируемые) системы интенсивной терапии. К числу наиболее широко распространенных систем протезирования относятся микропроцессорные водители сердечного ритма, имплантируемые дозаторы инсулина, элекромиостимуляторы и т. п. 5.Телемедицина - это комплекс современных лечебно-диагностических методик, предусматривающих дистанционное управление медицинской информацией. Использование таких систем в медицине открывает качественно новые возможности: -обеспечение взаимодействия региональных клиник с крупными медицинскими центрами; -оперативное получение результатов последних научных исследований; -подготовка и переподготовка кадров. - телехирургия и дистанционное обследование. Существенным является активное воздействие на организм пациента специалиста, находящегося на расстоянии. Развивается в настоящее время в двух направлениях: дистанционное управление медицинской диагностической аппаратурой и дистанционное проведение лечебных воздействий. Примером может служить дистанционный контроль хирургических операций и телехирургия - предполагает использование телеуправляемых манипуляторов и дистанционное управление ими непосредственно при проведении операций (управление скальпелем, лазером и т.д.). МПКС в функциональной диагностике Понятие функциональной диагностики включает в себя ряд методов исследований, которые в общем смысле сводятся к измерению электрической активности различных систем организма – фоновой или вызванной дополнительной стимуляцией. Наиболее распространенными примером функционального исследования является электрокардиограмма сердца (ЭКГ). В случае ЭКГ аппаратная часть состоит из датчиков, усилителя, преобразователя сигнала, персонального компьютера (ПК) и периферийных устройств для связи между приборами. Датчики располагаются на теле пациента. Их назначение – регистрировать электрический сигнал. По проводам сигнал передается на кардиограф и проходит через встроенный усилитель. В чистом виде сигнал очень слаб, обладает некоторым количеством шумов и артефактов. Усилитель увеличивает его напряжение и «очищает» от помех. Далее с помощью внутреннего преобразователя сигнал переводится в цифровую форму и передается на монитор ПК. Здесь с помощью специального программного обеспечения можно выполнить необходимую обработку записи ЭКГ, в зависимости от целей исследования. Например, выполнить сравнение двух проб, сделанных в разные временные интервалы, чтобы выявить или исключить патологию. Кроме того, использование компьютера помогает автоматизировать выполнение необходимых расчетов по графику ЭКГ для подготовки заключения. Современные ЭКГ-приборы имеют встроенный аналоговый носитель и принтер и могут выводить изображение как в электронном виде – на экране устройства или ПК, так и на бумаге. Мониторные МПКС Назначение мониторных МПКС – отслеживать заданные биологические показатели пациента в режиме реального времени, незамедлительно информировать медицинский персонал о критических изменениях в его состоянии, а в некоторых случаях – накапливать данные о заданном периоде наблюдения для последующего анализа этой информации лечащим врачом. Мониторные МПКС можно условно разделить на несколько больших групп: операционные – системы, используемые во время проведения операции. Они автоматически регистрируют основные показатели жизнедеятельности человека, находящегося под воздействием наркоза: пульс, давление, уровень насыщения кислородом и другие. Если во время операции пациент подключен к дополнительному оборудованию, например, к капельницам, аппарату искусственной вентиляции легких или водителям ритма, такое оборудование может быть интегрировано в операционную систему. Таким образом, вся необходимая информация о состоянии человека будет доступна к визуализации на одном устройстве для наблюдения в палатах интенсивной терапии. Каждое место в палате оснащено персональным монитором, на который выводятся измеряемые данные пациента. Помимо отслеживания базовых параметров, здесь на постоянной основе может проводиться функциональная диагностика сердца, сосудов, головного мозга и других систем организма. Современный прикроватный монитор палат интенсивной терапии может отражать до 16 параметров по каждому больному. Вопрос 42. Регистрация сигналов в реальном времени, АЦП. Дискретизация сигналов. Теорема Котельникова. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)— устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). АЦП — электронное устройство, преобразующее напряжение в двоичный цифровой код. Тем не менее, некоторые неэлектронные устройства с цифровым выходом следует также относить к АЦП, например, некоторые типы преобразователей угол-код. Простейшим одноразрядным двоичным АЦП является компаратор. АЦП имеет множество характеристик, из которых основными можно назвать частоту преобразования и разрядность. Частота преобразования обычно выражается в отсчетах в секунду (samples per second, SPS), разрядность – в битах. Современные АЦП могут иметь разрядность до 24 бит и скорость преобразования до единиц GSPS (конечно, не одновременно). Чем выше скорость и разрядность, тем труднее получить требуемые характеристики, тем дороже и сложнее преобразователь. Скорость преобразования и разрядность связаны друг с другом определенным образом, и мы можем повысить эффективную разрядность преобразования, пожертвовав скоростью. Теорема Котельникова Простым Языком (для чайников, вроде меня, все равно ничего не понятно) ОНА ЭТО ИЗ ИНТЕРНЕТА ВЗЯЛА?????? Поговорим об основном ограничении при дискретизации аналогового сигнала описываемого теоремой Котельникова, и это ограничение тесно связан с понятием частоты периодического дискретного сигнала. Частота это величина обратная периоду, и она может измеряться либо в секундах, либо в отчётах в зависимости от того говорим о непрерывном сигнале или о дискретном сигнале. f=1/T Где, f — частота, измеряется в радианах/ ед. времени или циклах / ед. времени; T — период, который измеряется в секундах или отсчетах. Непрерывный сигнал: Т0(секунды): (1 цикл=2π радиан) Дискретный сигнал: N (отсчеты): 1/N (1 цикл=2πm радиан) Частота может измеряться в радианах в единицу времени или циклах в единицу времени. Важно отметить то, что цикл для непрерывного сигнала может быть равен 2π радиан, а цикл для дискретного сигнала может быть равен 2π умножить на m радиан, где m это целое число. Это приводит нас к понятию неоднозначности определение частоты дискретного сигнала, не будем углубляться формула давайте посмотрим на конкретном примере. Теорема Котельникова — определение Теорема Котельникова гласит о том, что непрерывный сигнал с ограниченным спектром можно точно восстановить по его дискретным отчетам, если они были взяты с частотой дискретизации, превышающей максимальную частоту сигнала минимум в два раза! В виде формулы это можно описать, как частота дискретизации fs должна быть больше или равна чем 2f максимальное. fs≥2fmax |