Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
15-1.doc
Скачиваний:
12
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
574.46 Кб
Скачать

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

СПРАВОЧНИК МАГНИТНОГО ДИСКА

Кафедра системного анализа и управления

в медицинских системах

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине "Теория биотехнических систем"

для студентов специальности 200401

"Биотехнические и медицинские аппараты и системы"

очной формы обучения

Составители

О.В. Родионов,

В.Н. Коровин.

МУ_КВН.doc 559 Kb 25.09.2012 1,7 уч.-изд. л.

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический

университет»

Кафедра системного анализа и управления

в медицинских системах

172-2012

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторных работ

по дисциплине "Теория биотехнических систем"

для студентов специальности 200401

"Биотехнические и медицинские аппараты и системы"

очной формы обучения

Воронеж 2012

Составители: д-р техн. наук О.В. Родионов,

канд. техн. наук В.Н. Коровин

УДК 681.327.8

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Теория биотехнических систем" для студентов специальности 200401 "Биотехнические и медицинские аппараты и системы" очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. О.В. Родионов, В.Н. Коровин. Воронеж, 2012. 28 с.

Данные методические указания предназначены для проведения лабораторных работ по курсу «Теория биотехнических систем».

Предназначены для студентов 5 курса.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MW-2003 и содержатся в файле «МУ_КВН.doc».

Ил. 16. Библиогр.: 5 назв.

Рецензент д-р мед. наук Е.А. Фурсова

Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. О.В. Родионов

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

 ФГБОУВПО «Воронежский

государственный технический

университет», 2012

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Терапевтическая БТС нормализации

состояния биообъекта

Цель работы: Ознакомление с биотехническими системами терапевтического типа, получение навыков коррекции оказываемого лазерного воздействия при проведении физиотерапевтических процедур и анализ влияния параметров настройки лазерного аппарата на дозу лазерного излучения, получаемую биообъектом.

1. Теоретические сведения

Последние годы характеризуются интенсивной разработкой и все более широким клиническим применением медицинских терапевтических БТС. Пользуясь классификацией и сокращениями, назовем их БТС-МТ. Под терапевтическими биотехническими системами будем понимать управляющие БТС, восстанавливающие естественные функции органов и физиологических систем больного человека, поддерживающие их в пределах нормы, а также выполняющие роль замещения утраченных физиологических функций организма.

Методы переработки и анализа биомедицинской информации, разработанные в последнее время, богатый инструментальный арсенал точных наук обеспечили возможность количественной оценки

функционального состояния организма. В то же время точность лечебных воздействий пока еще значительно отстает от точности диагностики, не обеспечивая получения максимального эффекта, не обеспечивая строгую индивидуализацию терапии. Чтобы наглядно понять трудности, стоящие, на пути точной индивидуализированной терапии, проанализируем естественную схему лечения как систему с управляющим воздействием на организм. В этой схеме лишь три звена: объект управления, возмущающее воздействие (патогенный фактор) и лечебное воздействие.

Объект управления – живой организм – сложная многоконтурная система регулирования. Ряд важнейших параметров живых систем (организмов) вообще нельзя измерить, не нарушая их целостности. Между тем эти неизвестные параметры, определяющие состояние объекта управления к моменту начала терапии, могут в значительной мере предопределять реакцию системы как на возмущающее, так и на лечебное воздействия.

Внешнее возмущающее воздействие (патогенный фактор) вызывает неадекватную физиологическую реакцию, которая нарушает биохимические или физиологические процессы в организме. Оно обычно не поддается точной количественной оценке, особенно если учесть его многонаправленное действие на объект управления. К тому же на организм влияет не только первичное возмущение, но и вся совокупность изменений, происходящих затем во внутренней среде организма. Достаточно полно учесть и измерить влияние этого фактора пока еще невозможно.

Лечебное воздействие – внешний фактор, направленный на восстановление биохимических или физиологических процессов в организме. Количественный анализ этого звена также связан с большими трудностями. Это обусловлено тем, что концентрация лекарственного вещества определяется не только процессами его всасывания, транспортирования и накопления в организме, но также и процессами его выделения или разрушения. Особенно сложно описать кинетику реакции, когда в ней участвуют несколько субстратов: сама реакция может быть обратимой; кроме того, в ходе реакции может изменяться активность ферментов.

Таким образом, лечебное воздействие, направленное на больной организм, при ближайшем рассмотрении оказывается множеством взаимосвязанных процессов, большинство из которых пока еще нельзя выразить аналитически.

Чтобы обойти указанные трудности и создать достаточно эффективную БТС для индивидуализированной фармакотерапии, целесообразно воспользоваться теорией динамического программирования, создателем которой явился Р. Беллман. Суть этой теории можно пояснить следующим примером.

Клиницист, руководя процессом лечения, назначает пациенту первое дозированное лечебное воздействие стандартным препаратом (функциональная проба). Спустя определенное время от организма (или конкретной физиологической системы) получают ответную информацию, которую автоматически сопоставляют с исходной. В зависимости от «ответа» организма в него вводится соответствующая доза того же (или другого) препарата, и так далее до достижения желаемого положительного лечебного эффекта. Таким образом, сложную задачу индивидуализированной фармакотерапии, которую пока еще нельзя решить сразу, одним действием, стремятся решить с помощью последовательности действий на основе многошагового процесса лечения. В последние годы таких попыток становится все больше и предварительные результаты весьма многообещающи. При подобной методике параметры объекта управления (живого организма) определяются не путем пассивного наблюдения, а методом активного вмешательства. Особенно важно то, что •он дает возможность управлять живым объектом даже при неполной информации (это положение в области индивидуализированной фармакотерапии вряд ли изменится в предвидимом будущем) не наугад, а автоматически приспосабливаясь к объекту (адаптивное управление). Таковы несомненные достоинства использования принципов теории динамического программирования в БТС.

Нужно различать три способа построения биотехнических систем терапевтического назначения.

1) Полный цикл работы БТС-МТ (или время проведения лечебной процедуры) протекает при полном отсутствии обратной связи с выхода на вход системы. Такой метод является простейшим из всех и используется в тех случаях, когда нецелесообразно или пока еще невозможно реализовать другие методы.

2) В течение отработки полного цикла происходят паузы в процессе управления патологическим процессом, во время которых человек-оператор (техник, лаборант, врач) корректирует действие технической системы, т. е. как бы выполняет функции цепи обратной связи. Такой метод можно назвать полуавтоматическим, а сами БТС-МТ – полуавтоматическими.

3) Полный цикл управления протекает без всякого участия человека-оператора, т. е. полностью автоматически. Такие БТС-МТ называют автоматическими. Автоматические БТС позволяют получить наилучший терапевтический эффект и наибольшую адекватность восстановления утраченных функций.

Рассмотрим основные структурные схемы БТС-МТ (рисунок 1). Все БТС-МТ характеризуются наличием объекта управления (ОУ) и управляющего устройства – регулятора (Р), присоединенного к нему. Между этими частями существует прямая связь и постоянно и непостоянно функционирует обратная связь (ОС). Замкнутый контур регулирования с контролем исполнения, осуществляемым по каналу обратной связи – характерная особенность наиболее совершенных БТС-МТ. Регулятор (Р), в свою очередь, как правило, управляется сигналами от предыдущего устройства естественной (биологической) или искусственной (технической) природы. Эта часть является входом (А) БТС-МТ. Объект управления сам воздействует на другой объект в этом же организме либо взаимодействует с внешними предметами или организмами. Эта часть является выходом (В) БТС-МТ. В первом случае систему можно назвать закрытой, а во втором – открытой. Наличие обратной связи позволяет системе активно и оперативно перестраиваться на нужный режим терапевтического воздействия, позволяет координировать движения объекта управления – исполнительного устройства.

Рис. 1. Структурные схемы БТС-МТ

В структурных схемах на рис. 1, ав общим является то, что биологический регулятор (естественного происхождения) РЖ управляет техническим объектом (ОУ). По схеме а работает система управления без биологической обратной связи (ОС) (разомкнутая система), например функциональный протез; схема б соответствует БТС-МТ в полуавтоматическом режиме, т. е. с непостоянным действием обратной связи, например система поддержания гомеостаза с участием врача, корректирующего работу такой БТС-МТ; схема в соответствует БТС-МТ в автоматическом режиме, т. е. с постоянно действующей обратной связью, например система поддержания гомеостаза или функциональный протез (в первом случае исполнительное устройство может быть в виде автоматического шприца для инъекций лекарственного препарата, во втором – протез конечности).

В схемах г е общим является то, что живой объект (ОУ) управляется регулятором в виде технического устройства РТ. Различия их аналогичны различиям схемам а в. Примерами систем, работающих по схеме г могут быть небиоуправляемый кардиостимулятор (автоколебательный режим) в условиях скорой помощи, дефибриллятор в несинхронизированном режиме или аппарат для ультразвуковой ингаляции легких; по схеме д – имплантированный или экстракорпоральный кардиостимулятор, переходящий из режима биологической синхронизации в автоколебательный режим, наконец, по схеме е –имплантированный кардиостимулятор, управляющий работой больного сердца и синхронизируемый сердцем же по цепи обратной связи или дефибриллятор в синхронизированном режиме.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]