НАУЧНО-ИНЖЕНЕРНЫЕ ОСНОВЫ МЕДИЦИНСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ В НМС
Разработка общей инженерной теории диагностических приборов в НМС является очень интересной и перспективной задачей современного медицинского приборостроения. Эти диагностические приборы, базирующиеся на прижизненном анализе спектральных оптических свойств биологических тканей, в последние десятилетия стали все чаще проявляться во многих странах мира, однако фундаментальные инженерные основы функционирования, проектирования, моделирования и конструирования таких систем, как нового класса медико-технического оборудования, развиты пока весьма слабо. Понятно, что самые общие теоретические основы создания любой медицинской и оптико-электронной аппаратуры применимы в целом и в данном конкретном случае. Но также хорошо известно, что любой новый класс приборов, особенно диагностических, имеет и свою специфику, которая в той или иной степени сказывается на всем процессе их разработки, начиная с самых общих этапов идейно-технического проектирования и комплексирования прибора и заканчивая этапами разработки программного, методического и метрологического обеспечения для него. Прежде всего, с точки зрения основ классической теории приборостроения, это касается особенностей формализации предметного представления задачи, определения первично регистрируемой прибором физической величины, разработки обобщенной структурно-функциональной схемы и физико-математической модели прибора, формулировки целевой функции и функции преобразования прибора, а также особенностей формирования в нем массивов диагностических данных.
Как показывают результаты исследований, основной спецификой любого прибора НМС является обязательное наличие в нем вычислительной системы и большого количества проблемно-ориентированных вычислительных и интерпретирующих алгоритмов, которые в очень большой степени и определяют облик всего прибора в целом и все его функциональные возможности. Поэтому, разработка любого прибора НМС должна начинаться с разработки и создания модели вычислительного процесса, позволяющего по массиву зарегистрированных первичных физических данных (напряжений с фотоприемников) получить ожидаемый конечный медицинский результат в виде конечных медико-биологических показателей. Аппаратные же средства прибора далее просто "подстраиваются" под вычислительный алгоритм таким образом, чтобы обеспечить в нужном объеме, в нужном спектральном диапазоне, с нужным пространственным и временным разрешением и т.п. сбор, обработку и хранение необходимых для вычислений первичных физических сигналов и данных. С другой стороны, сами аппаратные средства в НМС, в основной своей массе, не являются сколько-нибудь специфичными и оригинальными на современном уровне развития оптики, электроники и лазерной техники. Поэтому, во многом задачи проектирования и конструирования отдельных узлов и блоков таких приборов и систем можно свести к стандартным задачам классического оптико-электронного приборостроения. Используя же накопленный в мире опыт в этой области, а также базы данных по выпускаемым сегодня отдельным узлам, блокам и модулям оптико-электронных, лазерных и медицинских приборов и устройств, все эти задачи на 80-90% сводятся, в основном, к задачам адаптации и сопряжения известных схемотехнических решений в единую целевую конструкцию прибора НМС. Однако слабо изученными с точки зрения "железа" в НМС остаются еще вопросы грамотного выбора длин волн, оценки чувствительности и линейности приемных трактов приборов, вопросы формулировки специализированных медико-технических требований к ним, вопросы первично измеряемых физических величин. Подробнее - см. наши публикации (здесь, здесь и здесь). Весьма наглядный пример - методы и приборы лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ). Более 30 лет существует эта технология, однако до практического здравоохранения она так и не дошла. Оказалось, даже в базовой теории ЛДФ существуют пробелы, изучение которых может дать весьма неожиданный результат. Подробнее см. лекцию здесь.
Более сложный и практически еще очень слабо затрагиваемый в научных публикациях вопрос - вопрос метрологии измерений в НМС. Если мы говорим, что прибор НМС позволяет делать врачу какие-либо выводы о состоянии здоровья пациента, позволяет сравнивать результаты, скажем, двух разных измерений у двух разных пациентов или двух разных групп пациентов, то первый и самый главный вопрос: с какой точностью, достоверностью и воспроизводимостью это можно сделать? Какие погрешности методов и приборов существуют в НМС? Каковы их уровни и источники возникновения? Эти и ряд других вопросов метрологии НМС исследовались нами в 2008-2010гг. в рамках гранта РФФИ № 08-02-00769а. В результате был выявлен большой физиологический разброс данных в НМС, большое влияние интерактивной составляющей погрешности измерений и общий большой уровень суммарной погрешности, доходящей в ряде случаев (даже при очень квалифицированном выполнении измерений) до 35-40% от измеряемого значения величины. Достаточно подробно результаты этих исследований отражены в наших статьях 2013г. в журнале "Измерительная техника" (см. здесь: Часть 1 "Физико-технические факторы погрешностей"; Часть 2 "Медико-биологические факторы погрешностей"). Это говорит о том, что применение приборов НМС в клинической практике сегодня проблематично в плане постановки и уточнения индивидуального диагноза. Пока они могут применяться только как научное оборудование для проведения научных исследований и сравнения данных в больших группах испытуемых (от 50 человек), где индивидуальная вариативность показателей в значительной степени усредняется. Либо необходима разработка методик проведения измерений, где средние показатели в группах различаются более чем на 30% их абсолютной величины.
<< Назад