Апаратне забезпечення мпкс

Апаратна частина системи включає медичну апаратуру, засоби зв'язку і комп'ютер. Для введення в комп'ютер аналогових сигналів медичної апаратури їх необхідно не тільки перетворити в цифрову форму, але і привести у відповідність з деякими інтерфейсами. Для цього необхідний пристрій зв'язку — ВУС.

Способи організації зв'язку з об'єктом дослідження. В цьому випадку пристрої сполучення включають, як мінімум, аналоговий мультиплексор, аналого-цифровий (АЦП) і цифроаналогові (ЦАП) перетворювачі. Аналоговий мультиплексор — пристрій, призначений для почергового підключення каналів знімання інформації до входу АЦП. Цифроаналоговий перетворювач служить для перетворення цифрових сигналів комп'ютера в аналогову форму.

Система працює таким чином. Значення вхідних сигналів (наприклад, температури тіла, артеріального тиску і частоти серцевих скорочень) перетворяться датчиками в електричні сигнали. Ці електричні сигнали нормуються з урахуванням робочих діапазонів аналогового мультиплексора і аналого-цифрового перетворювача. Аналоговий мультиплексор в кожен момент часу послідовно вибирає один з вхідних сигналів і передає його в АЦП. Дані, отримані через інтерфейс АЦП, обробляються комп'ютером і потім пересилаються у формі двійкового коду в інтерфейс ЦАП. Останній перетворить двійкові сигнали в аналогові для забезпечення управління відповідними фізіологічними параметрами організму (температура тіла, артеріальний тиск, частота серцевих скорочень), наприклад, шляхом введення необхідних лікарських засобів, що дозволяє здійснити систему управління із зворотним зв'язком.

Основними шляхами реалізації інтерфейсів в даному типовому випадку є наступні:

1. Використання малих інтерфейсів периферійного устаткування і пристроїв загального користування комп'ютера.

2. Безпосереднє використання машинних інтерфейсів комп'ютера.

Найбільш частим варіантом реалізації взаємодії комп'ютер — зовнішнє середовище в МПКС є використання типових малих інтерфейсів периферійного устаткування. У комп'ютерах типу IBM РС, як указувалося вище (п. 8. 4. 2), як малі інтерфейси використовуються послідовний інтерфейс RS-232C і паралельний інтерфейс Centronics. Розглянемо дослідження і обробки даних. У такому ПО виділяють шість основних функціональних розділів (модулів):

1) підготовка обстеження;

2) проведення обстеження;

3) перегляд і редагування записів;

4) обчислювальний аналіз;

5) оформлення висновку;

6) робота з архівом.

Нижче розглянемо склад програмного забезпечення МПКС в основному стосовно систем для функціональних досліджень, які є найбільш поширеними. Відмітні особливості програмного забезпечення окремих видів систем будуть розглянуті у відповідних розділах.

Підготовка обстеження. У цьому модулі зазвичай здійснюється вибір методики обстеження пацієнта. Наприклад, для реографічної системи вибирають одну з наступних методик: тетра-полярну, по Кубічеку, по Тіщенко і ін. Далі вибирають число каналів надходження інформації, що реєструється в даному дослідженні. Встановлюють характеристики каналів, коефіцієнти їх посилення, калібрування, частоти дискретизації і т.п. Проводять установку датчиків на пацієнтові і їх підключення до системи. Встановлюють режими виконання дослідження, характеристики функціональних проб, режими запису в буфер (заздалегідь виділена ділянка оперативної пам'яті), відображення даних на екрані монітора. Крім того, заповнюється паспортний бланк випробовуваного. Всі ці установки лікаря запам'ятовуються в дисковому файлі і надалі виконуються автоматично.

Проведення обстеження. Традиційно в даному модулі проводиться відладка знімання біоелектричних сигналів і запис їх згідно зробленим установкам з паралельним відображенням їх на екрані монітора для візуального спостереження і контролю. Крім того, багато які системи містять засоби ручного управління як записом, так і стимуляторами. Найбільш досконалі системи містять також засоби експрес-аналізу і візуалізації їх результатів в режимі реального часу, що дозволяє клініцистові виділяти унікальні, стаціонарні або конституціональні сегменти зміни сигналу для запису їх в буфер або на диск, а також при необхідності реалізовувати терапевтичні методики біологічного зворотного зв'язку.

Перегляд і редагування записів. Після закінчення обстеження необхідно проглянути отримані записи, щоб виділити сегменти, що представляють інтерес для подальшого аналізу, і видалити артефакти.

Звичайними засобами тут є плавний рух запису, масштабування і позиціонування каналів, а також використання рухомих візирів для прочитування амплітуд і тимчасових інтервалів або для виділення і видалення ділянок запису.

Досконаліші системи пропонують додаткові засоби: автоматичний пошук артефактів, фільтрацію сигналу, виділення екстремумів, віднімання або складання сигналів по двох вибраних каналах, оцінку площі на характерних ділянках і т.п.

Обчислювальний аналіз. Цей модуль включає різноманітні методи аналізу записів і графічного представлення результатів. Так, наприклад, одним з вельми динамічних фізіологічних показників є ЭЭГ. Як базовий математичний метод тут зазвичай використовують Фурье-аналіз з обчисленням різних частотних характеристик (амплітуда, потужність, когерентність, фаза) і узагальнених параметрів у виділених частотних діапазонах (дельта, тета, альфа, бета) з вивченням їх тимчасової і просторової еволюції. Традиційним способом представлення результатів є побудова різних діаграм і кольорових карт (топограмм) розподілу тих або інших характеристик ЭЭГ на поверхні голови. В даний час набула поширення електроенцефалографічна томографія, що полягає в обчисленні тривимірних дипольних моделей локалізації джерел ЭЭГ-сигналу (наприклад, система BrainLock). Такі моделі корисні при визначенні морфологічних порушень, пов'язаних з пароксизмальною активністю мозку.

При аналізі ЕКГ, складності, що є наступною по ступеню, фізіологічним показником, першорядний інтерес для лікаря представляють тимчасова еволюція і статистика розподілу структурних параметрів: тимчасових інтервалів (RR, PQ, QRS, ST) і амплітуд (Р, R, ST, T) з видачею описової статистики, тимчасових графіків, гістограм і діаграм розсіяння.

При аналізі таких фізіологічних показників, як реограмма (РГ), електроміограма (ЕМГ), шкіряно-гальванічна реакція (ШГР), спирограмма і т.п. лікаря головним чином цікавлять показники різних структурних відносин, латентності, діапазону зміни сигналу, швидкості його зростання і зменшення, інтегральні характеристики (площі під ділянкою кривої з обліком або без урахування знаку) і ін. Для такого типу сигналів зазвичай використовують ручне прочитування візирями основних амплітудних і інтервальних параметрів по індивідуальних хвилях або за наслідками усереднювання серії хвиль і накопиченню їх в спеціальному внутрішньому масиві. Далі за допомогою введених формул можуть обчислюватися різні індекси і похідні характеристики (наприклад, життєва або залишкова ємкість легенів), виконуватися різноманітні перетворення алгебри, а також будуватися графіки різних залежностей і проводитися статистичні оцінки.

Оформлення висновку. Словесний висновок, який робиться за наслідками аналізу і супроводжує конкретний запис біосигналів, необхідний для документального завершення проведеного дослідження. Проте автоматизація процесу оформлення висновку зустрічає значні труднощі, характерні для розробки експертних систем.

Тому в більшій частині МПКС генерація висновку здійснюється самим клініцистом без використання яких-небудь «експертних оболонок», шляхом вибору відповідних полів із заздалегідь створеною і пропонованою йому так званій «деревовидній класифікації» можливих відхилень від норми, симптомів, синдромів і нозологічних форм. Навіть у системах, де реалізовані алгоритми автоматичної генерації висновку, такі висновки слід розглядати лише як попередні, призначені для того, щоб звернути увагу клініциста на основні відхилення вимірюваних параметрів від меж фізіологічної норми. Такі попередні висновки потребують подальшої верифікації і ручного коректування.

Робота з архівом. Структуроване зберігання результатів фізіологічних обстежень дає можливість оперативно аналізувати їх динаміку, зареєстровану в різний час, а також дозволяє швидко генерувати статистичні і звітні матеріали. Це вельми актуальна проблема, оскільки об'єм даних, що зберігаються лікарем функціональної діагностики, наростає лавиноподібно. Тому найбільш важливою функцією цього модуля є організація пошуку записів по їх специфічних характеристиках (план і умови дослідження, відомості про пацієнта і т. п.).

У цей же модуль нерідко включають спеціальний інтерфейс для створення банку нормативних записів (як індивідуальних, так і усереднених), а також довідника записів, характерних для різних патологій.

Інтерфейс користувача. Сучасне ПК повинно забезпечувати так званий «дружний» інтерфейс користувача. Дружний інтерфейс має на увазі наочне представлення інформації на екрані монітора, використання набору «меню» і маніпулятора «миша», наявність як контекстнозалежної довідкової системи, так і довідкової системи по змісту, лояльність до помилок користувача, зокрема, присутність вимоги підтвердження при виконанні команд, ведучих до втрати інформації, і інші можливості, що полегшують роботу з системою.

Хоча останнім часом ПО МПКС створюється для роботи в середовищі Windows 98 (95), існує значна кількість систем, призначених для функціонування під управлінням операційної системи MS-DOS. Це пов'язано з тим, що в даний час в медичних установах працює значна кількість комп'ютерів з процесорами типів 386 і 286.