8.2 Мехатронные устройства медицинского и бытового назначения.
Важнейшими направлениями применения МС в медицине являются диагностика и создание искусственных органов человека.
Компьютерные томографы. Существует несколько разновидностей томографов, отличающихся видом энергии, используемой для получения изображения внутренних органов (здесь рассмотрен рентгеновский томограф).
Томограф создает цифровое изображение путем измерения интенсивности рентгеновских лучей, прошедших через тело во время вращения рентгеновской трубки вокруг пациента. Коэффициент поглощения веерного пучка рентгеновских лучей в объекте измеряется с помощью набора из нескольких сотен или нескольких тысяч рентгеновских детекторов (обычно твердокристаллических). Детекторы собирают информацию в каждой из проекций, которая затем оцифровывается и анализируется компьютером. На основе полученных данных компьютер реконструирует поперечное изображение органа. Это изображение имеет целый ряд преимуществ перед обычным рентгеновским снимком, включая возможность выбора нужной проекции, а также высокую способность к передаче низкоконтрастных объектов, которая у компьютерных томографов значительно выше, чем у других методов построения рентгеновского изображения.
Рентгеновские томографы состоят из следующих основных частей: сканирующего устройства, рентгеновской системы, механизма поворота рентгеновской трубки, пульта управления и ЭВМ.
Сканирующее устройство представляет собой круговую рамку, в которую вмонтированы вращающаяся рентгеновская трубка и большое количество воспринимающих детекторов. При томографии неподвижного объекта рентгеновская трубка при помощи специального привода совершает круговое движение внутри рамки, при этом излучается тонкий пульсирующий пучок рентгеновского излучения, проходящий через объект под разными углами. Прошедшее через мягкие ткани рентгеновское излучение регистрируется воспринимающими датчиками, информация с которых поступает для обработки в ЭВМ. При этом рассчитываются коэффициенты поглощения рентгеновского излучения в каждой точке среза. После сложной математической обработки принятой информации получают плоское изображение изучаемого среза органа.
Рентгеновская система состоит из трубки и генератора. Рентгеновская трубка работает в импульсном режиме с частотой импульсов 50 Гц при напряжении 100-130 кВ. Трубка имеет двойное охлаждение: сама трубка охлаждается маслом, масло в свою очередь охлаждается водой или вентилятором. Трубка питается от высоковольтного генератора, работающего в импульсном режиме.
Пульт управления является важным звеном компьютерного томографа. Он непосредственно связан со сканирующей системой и ЭВМ. В состав пульта входят два видеомонитора, один из которых текстовый, а другой предназначен для изображения срезов. Программа сканирования определяет толщины срезов и их количество, скорость сканирования шаг томографирования, количество снимков и др. С помощью светового пера врач может в цифровом виде получить информацию об оптической плотности интересующей его области среза, измерить расстояния между заданными точками изображения среза для оценки размера органа или патологического очага.
Искусственное сердце. Сегодня не удается полностью удовлетворить потребность в донорском сердце, поэтому актуальной остается задача по созданию автономных портативных имплантируемых устройств типа «искусственное сердце». Такие устройства состоят из источника питания и движителя-преобразователя, к которому часто добавляется промежуточный преобразователь движений, обеспечивающий передачу энергии на рабочий или исполнительный орган, и компьютерной системы управления, регулирующей работу устройства.
В последние несколько лет мехатронный системы получили широкое распространение в быту: это и стиральные машины с микропроцессорным управлением, которые на основе анализа загрязненности белья самостоятельно выбирают режимы работы, музыкальные центры со множеством сервисных функций, интеллектуальные кондиционеры, выбирающие режимы работы в зависимости от времени суток, количества находящихся в помещении людей, температуры наружного воздуха и, состава воздуха внутри помещения и многое другое.