Введение к работе
Стимуляционные технологии применяют в медицинской практике с целью проведения различного вида лечебных и профилактических процедур. Медицинским персоналом устанавливаются некоторые параметры элепрического воздействия и частота их повторения. Биологический объект в системе стимулятор - пациент выступает в качестве нагрузки ее генераторных цепей.
Отличительной чертой биологического объекта является нестационарность его электрических параметров. Приложение внешнего электрического воздействия вызывает ряд дополнительных функциональных и параметрических перестроек. Изменение параметров нагрузки приводит к изменению терапевтического эффекта приложенной процедуры и в ряде случаев делает ее малоэффективной. Установленное в начале процедуры подпороговое воздействие в процессе работы может стать надпороговым, что в большинстве случаев недопустимо. Дополнительно задача управления параметрами воздействия при длительных обследованиях осложнена влиянием на параметры системы психосоматического состояния пациента.
Успех применяемых методов воздействий в значительной степени зависит от опыта медицинского персонала, что само по себе не может гарантировать адекватного управления процедурой и последующей переносимости результатов измерений и установленных параметров при наличии сложной реакции биологического объекта. В процессе приложения электрического раздражения значительная его часть приходится на кожные ткани, где расположено большое число рецепторов. Возможное появление болевых ощущений при стимуляции приводит к дискомфорту пациента и влияет на изменение параметров биологических тканей.
Объективным методом достижения сопоставимости полученных результатов и обеспечения соответствующего изменения параметров воздействия является применение измерительных технологий, поставляющих информацию о текущих значениях параметров стимулируемой ткани и всего объекта вцелом.
В настоящее время активно развиваются электростимуляционные системы со встроенными измерительными узлами. Преимущественно это системы, измеряю-
щие величину какого-либо из параметров с целью установления признака выхода его за установленные пределы.
Вместе с тем, для обеспечения комплексной оценки текущего состояния пациента необходимо реализовать измерительную систему, позволяющую получать информацию в реальном времени не только о локальных электрических параметрах ткани, но и общефизиологическом состоянии пациента. Такая система требует применения некоторого количества датчиков и электродов, установка и эксплуатация которых достаточно неоперативна, что возможно лишь в исследовательских лабораториях.
Для применения в текущих профилактических и лечебных процедурах необходимо применять принципиально иные подходы к построению измерительной биоуправляемой системы.
В силу приведенных причин задачей настоящей диссертационной работы является развитие измерительных систем получения достоверной информации о текущем состоянии пациента для целей адаптации электрического воздействия, обеспечения его наибольшей адекватности, исследование методов измерения электрических параметров биологических тканей, выбор метода компрессии и передачи биологических сигналов.
Для решения названной задачи было выполнено:
-
исследование методов измерения локальных электрических и временных параметров биологической ткани, характеризующих ее состояние в процессе воздействия электрическим током;
-
обоснование выбора элекгрических и временных параметров воздействия, подлежащих адаптации в процессе выполнения процедуры;
-
исследование методов построения измерительных подсистем электрических и физиологических параметров биологических объектов;
-
исследование возможностей современных микромощных беспроводных коммуникационных технологий с целью применения в распределенной измерительной системе;
-
исследование современных методов защиты информации в беспроводных микромощных каналах с целью замены аналогового представления телеметрической информации цифровым и обеспечения магистрального построения системы;
-
исследование современных методов компрессии измерителыюй информации в реальном времени;
-
исследование современных методов восстановления информации в цифровом потоке измерительной информации;
-
исследование методов модуляции цифрового потока при радиотрансмиссии;
-
исследование особенностей электрического поведения тканей организма, позволяющих обоснованно предложить алгоритм биоуправления достижением и удержанием заданной целевой функции процедуры с обеспечением безопасности пациента;
-
исследование вопроса применения распределенного интеллекта в измерительной системы адаптации стимула с использованием современных средств телеметрии.
Методы исследования:
В работе использовались: теория построения измерительных информационных систем, теория электрических цепей, основы электрофизиологии и электрографии, численные методы, методы помехоустойчивого кодирования информации, теория и методы биотелеметрии, имитационное моделирование, теория компрессии цифровых потоков. Алгоритмы цифровой обработки измерителыюй информации исследовались с использованием пакета МАТЬЛВ 5.3. Программное обеспечение для персонального компьютера выполнялось в среде DELPHI 5.0. Разработка экспериментальных вычислительных узлов выполнялась с использованием соответствующих кросс-средств.
Предложенные структуры распределенной измерительной системы и ее отдельные узлы исследовались в том числе экспериментально совместно с рядом организаций, занимающихся разработкой измерительной биолого-физиологической аппаратуры.
Научная новизна результатов работы заключается а следующем:
-
Предложена структура измерительного комплекса для оценки адекиатности электрического воздействия состоянию нациеш а с применением принципов объектно-ориентированной программной модели;
-
Предложена унифицированная теле.мегрическая магистраль измерительных физиологических датчиков, позволяющая шітеїрировать ее в измерительный комплекс с целью обеспечения унифицированного управления;
-
Предложена структура и реализация канального вейвлет - компрессора биологических сигналов коммуникационного уровня измерительной магистрали;
-
Предложена методика измерения электрических и временных параметров биологической ткани в процессе электрического воздействия на биологический объект;
Практическую ценность имеют:
-
Концептуально разработанная и экспериментально исследованная многоканальная распределенная измерительная система адекватного дозирования электрического воздействия;
-
Разработанный метод применения технологии микромощной цифровой биотелеметрии для распределенного диагностического измерительного медицинского комплекса;
-
Разработанные структуры интеллектуальных автономных измерительных модулей - агентов физиологических параметров с использованием цифровой обработки измерительной информации и ее доставки мастеру магистрали;
-
Унифицированный модуль канального вейвлет - компрессора / модулятора для решения задач построения микромощных измерительных магистралей реального времени;
-
Предложенные методы оценки состояния пациента на основе измерительной информации о текущем электрическом и физиологическом состоянии;
-
Разработанные и экспериментально исследованные автономные модули измерения параметров сердечной деятельности, измерения параметров артериального давления, микротоковой и терапевтической стимуляции и центрального мо-
дуля управления адаптацией, о чем приложены соответствующие акты внедрения;
Использование результатов работы:
Результаты работы использованы при разработке медицинского диагностического комплекса фирмой "Медико-технические системы", медицинского диагностического комплекса для применений в специальных условиях СКТБ "Биофизприбор" и фирмой "Исследовательский Центр медико-технических проблем", о чем имеются соответствующие акты.
На защиту выносятся:
-
Вектор электрических и физиологических параметров биологического объекта;
-
Метод построения объектно-ориентированной структуры распределенного измерительного комплекса обеспечения адекватности электрического воздействия состоянию пациента;
-
Метод вейвлет - реконструкции измерительного сигнала, его обработки и компрессии в реальном времени; вейвлет - компрессор / модулятор цифрового потока измерительной виртуальной магистрали;
-
Оригинальная реализация объектно-ориентированной структуры измерительной системы с применением цифровой биотелеметрии и системной магистрали с распределенным интеллектом, обеспечивающая унифицированное представление параметров векторов состояния пациента.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 98 наименований и 3 приложений, включая три акта внедрения. Основная часть диссертации содержит 169 страниц машинописного текста и включает в себя 49 рисунков и 6 таблиц.