Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов и средств медицинского мониторинга
1.1. Анализ объекта как источника информации 9
1.2. Анализ существующих методов функциональной диагностики для применения в мониторинге ВНС
1.3. Система мониторинга с заданными метрологическими характеристиками
Выводы 37
Глава 2. Метод проектирования систем мониторинга с регулируемой метрологией
2.1. Анализ принципов проектирования средств измерения 39
2.2. Синтез оператора системы мониторинга в категориальной форме
2.3. Синтез структуры графа системы мониторинга 65
Выводы 74
Глава 3. Метрологический анализ системы мониторинга с регулируемой метрологией
3.1. Определение типичных параметров моделей измерительных модулей
3.2. Метрологический анализ системы мониторинга 100
3.3. Теоретический метрологический расчет канала измерения 114 Выводы 122
Глава 4. Проведение аттестации и медицинского эксперимента
4.1. Методика проведения аттестации систем мониторинга 126
4.2. Методика медицинского эксперимента и описание экспериментальной установки
4.4. Анализ результатов медицинского эксперимента 145
Выводы 147
Основные выводы и результаты 148
Список использованной литературы 151
- Анализ существующих методов функциональной диагностики для применения в мониторинге ВНС
- Синтез оператора системы мониторинга в категориальной форме
- Метрологический анализ системы мониторинга
- Методика медицинского эксперимента и описание экспериментальной установки
Введение к работе
Средства измерения медицинского назначения представляют собой сложную систему, имеющую на входе огромное количество разнородной информации с различным уровнем помех. Преобразование и анализ полученной информации должен обеспечить показатели с достаточной степенью достоверности для постановки диагноза или принятий каких либо решений. Поэтому вопрос точности конкретного прибора (или метода) и однородности характеристик группы приборов является в медицинском приборостроении одним из важных. Метрологические характеристики результатов измерения, полученных при проведении методик диагностики, обычно формируются на основе многочисленных исследований, при этом статистическими методами определяются вид получаемой информации с объекта (живого организма) и степень точности измерения этой информации, обеспечивающей необходимый уровень достоверности для анализа и принятия решения. Соответственно, требования к преобразованию информации: вид и точность преобразования, - и определяют метрологические характеристики аппаратуры. Для создания аппаратуры с заданными параметрами используют различные приемы проектирования. Эти способы имеют различную, в первую очередь, экономическую эффективность, т.е. затраты времени и материальных ресурсов на проведение процесса разработки. В медицинском приборостроении ужесточение оценок качества проектирования требует пристального внимания к эффективности разработки. Поэтому в работе рассматриваются вопросы проектирования систем измерения медицинского назначения с заданными характеристиками.
Самым развивающимися являются методы диагностики, направленные на изучение систем регуляции ВНС. Так как в настоящее время модели объектов (ВНС) только развиваются, то становятся актуальными вопросы отношения объектов и систем измерения. В первой главе проведен анализ отношения объекта и системы измерения.
Рассмотрен порядок формирования модели объекта измерения. Анализ показал, что для идентификации сложных объектов, как, например, организма человека, необходимо применение регулирования метрологических характеристик систем измерения при проектировании и при эксплуатации. При этом анализ различных диагностических методик показал, что системы мониторинга на сегодняшний день являются наиболее эффективными средствами контроля, диагностики и лечения, следовательно, дальнейшие их развитие является наиболее перспективным направлением в медицинской технике. А применение мониторинга биофизического состояния на основе инструментальной рефлексодиагностики не только расширяет возможности диагностики и лечения существующих приемов рефлексотерапии, но имеет преимущество по сравнению с другими методами мониторинга, например; в количестве исследуемых подсистем организма, в безопасности и эффективности, Следовательно, целью диссертационной работы является: а) разработка методики эффективного проектирования измерительных систем медицинского мониторинга с заданными метрологическими характеристиками при построении моделей объекта измерения; б) проектирование и создание комплекса мониторинга биофизического состояния акупунктурной системы человека с заданными метрологическими характеристиками.
Во второй главе рассмотрена методика проектирования системы мониторинга с заданными метрологическими характеристиками. Проектирование заключается в формализации процесса измерения и построения измерительного уравнения. При этом предложены модели элементарных преобразователей. В основе моделей входят функции или операции преобразования (или трансформации) различных категорий информации: параметров сигналов, параметров преобразователей, метрологических характеристик (погрешностей и т.д.). В результате на основе измерительного уравнения, полученном на его основе графа преобразования и моделей измерительных модулей строится граф поэтапного преобразования различных категорий информации.
В третьей главе рассмотрены вопросы практического применения методики проектирования. Определен набор преобразователей (модулей) системы мониторинга, имеющих аппаратную реализацию, и имеющих широкое применение в системах измерения: цифро-аналоговый преобразователь; преобразователь-формирователь тока воздействия; электродная система; объект измерения; аналоговый коммутатор; аналоговые входные преобразователи; аналогово-цифровой преобразователь; системы управления и цифровой обработки сигнала. Для каждого модуля определены типичные категории информации, параметры, функции преобразования и трансформации. Проведен анализ формирования различных метрологических характеристик системы мониторинга на основе модели канала измерения: методической и инструментальной погрешности, статической и динамической погрешности, систематической и случайной погрешности и т.д. Проанализированы основные способы формирования метрологических характеристик и предложены способы их регулирования. В результате метрологического анализа проведена коррекция структуры графа преобразования.
В четвертой главе рассмотрены вопросы проведения метрологического и медико-клинического экспериментов. На основе рекомендации и методик ГОСТа разработан порядок метрологической аттестации системы мониторинга. По результатам метрологического эксперимента получены характеристики системы и сформированы корректирующие функции преобразования. Проведена серия медицинских экспериментов по изучению биоритмологического проявления систем регуляции ВНС, показавшая состоятельность применения мониторинга акупунктурнои системы человека для контроля проведения различных терапевтических процедур.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем: предложена модель объекта измерения и его взаимодействия с системой измерения при регистрации проявления регуляции ВНС; разработана универсальная модель модулей преобразования, входящих в состав системы мониторинга, и основанная на трансформации различных видов информации; разработаны детальные модели модулей преобразования различных видов информации, типичных для аппаратно-программной реализации; предложен способ построения графа поэтапной трансформации всех видов информации в канале измерения системы;
Практическая ценность заключается в следующем: определены параметры моделей типичных преобразователей систем медицинского мониторинга; определены основные способы формирования метрологических характеристик и предложены способы их регулирования; показана эффективность использования системы мониторинга биофизического состояния акупунктурной системы человека при проведении лечебной методики «ТЭС». применение метода проектирования с заданными метрологическими характеристиками повышает эффективность разработки систем измерения медицинского назначения; порядок проектирования позволяет использовать элементы схемотехники со средними характеристиками с сохранением функциональных и метрологических показателей всей системы мониторинга.
Анализ существующих методов функциональной диагностики для применения в мониторинге ВНС
Рассмотрим существующие методики медицинского мониторинга. Эффективность современных медицинских технологий тесно связана с совершенствованием методов и инструментальных средств объективного контроля состояния пациентов в процессе лечения. В медицине критических состояний проблема непрерывного контроля диагностической информации занимает особое место, так как в этой области медицины слежение за текущим состоянием пациента может иметь жизненно важное значение. Построение инструментальных средств диагностики состояния пациентов основано на регистрации физиологических данных и их последующей оценке с целью определения показателей, характеризующих работу важнейших систем организма. Развитие техники и появление электроники и микроэлектроники, привело к созданию высокочувствительных методов регистрации биологических сигналов и эффективных средств их обработки для получения диагностической информации. Биологические сигналы представляют собой разнообразные по характеру (электрические, механические, химические) проявления деятельности физиологических систем организма. Определение параметров и характеристик биологических сигналов и их оценка дополняет клиническую картину заболевания объективной диагностической информацией, позволяющей прогнозировать развитие состояния пациента.
Одним из основных методов медицины критических состояний является клинический мониторинг, предполагающий непрерывный контроль состояния пациента на основе регистрации биологических сигналов и оценки диагностических показателей организма с целью выявления отклонения показателей от нормы, предупреждения опасностей и осложнений, возникающих в процессе лечения. Методы исследования физиологических процессов, используемые в аппаратуре клинического мониторинга, должны обеспечивать непрерывность регистрации биологических сигналов в реальном масштабе времени в сочетании с высокой диагностической ценностью показателей, получаемых в результате обработки сигналов. Этим требованиям удовлетворяет ряд методов получения физиологической информации, которые широко используются в медицине для целей функциональной диагностики.
Современные системы клинического мониторинга осуществляют не только многопараметровый контроль состояния пациента, но и подсказывают решения по диагностике, выбору оптимальной тактики лечения и даже по проведению неотложной интенсивной терапии. Ценность использования систем мониторинга для клинической практики определяется следующими факторами: -высокой информативностью и объективностью получаемой диагностической информации; -слежением за изменениями жизненно важных параметров организма в реальном масштабе времени, определяемым высоким быстродействием обработки физиологической информации; -возможностью одновременной обработки изменений нескольких физиологических параметров и установлением связи между ними; -ранним выявлением признаков нарушения управления в системах организма; -наблюдением за изменениями диагностических показателей, являющихся производными от текущих значений физиологических параметров (например, слежение за изменением периферического сопротивления, сердечного выброса, индексов активности вегетативной регуляции и т.п.). Данные возможности делают методы и средства клинического мониторинга незаменимым фактором, без которого невозможно эффективное ведение больных, находящихся в критических состояниях [1.23]. Клинический мониторинг в медицине критических состояний может включать несколько направлений: - контроль физиологических функций пациента, например, контроль частоты сердечных сокращений при электрической нестабильности сердца с включением сигнала тревоги при выходе параметра за установленные границы и автоматическое включение электрокардиостимулятора или дефибрилятора; - контроль лечебных воздействий - мониторинг глубины анестезии, уровня нейромышечного блока, дозировки инфузии, концентрации вдыхаемых газов и др.; - контроль окружающей среды - мониторинг температуры, влажности воздуха в кювете для новорожденного, давления и газового состава воздуха в барокамере и т.п. Результаты мониторинга позволяют более точно оценить состояние пациента, а также дают возможность реализации систем управления состоянием путем автоматического дозирования лечебных воздействий. Поэтому системы мониторинга представляются наиболее перспективным направлением диагностики и лечения в современной медицине. Системы мониторинга все чаще применяются для проведения, так называемого, лечения на основе биологически обратных связях (БОС), что отмечено в ежегодно выпускаемых сборниках конференций [1.6, 1.7, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14].
Другим из развивающихся направлений мониторинга является непрерывная или периодическая регистрация биологических сигналов в течение нормальной жизнедеятельности организма, либо при определенных видах нагрузок. Полученные данные позволяют судить об адаптационных возможностях организма и выявлять возможные осложнения при проведении тех или иных лечебных методик. Причем данной аппаратуре предъявляются жесткие метрологические требования, поэтому начало их распространение связано с развитием и улучшением элементной базы. В частности, данные проблемы применительно для холтеровских мониторов рассмотрены в работах [1.27, 1.28, 1.29].
Третьим, наиболее перспективным, применением мониторинга является диагностика биоритмологических проявлений подсистем и организма в целом. Методы основаны на длительном измерении физиологических параметров являющихся показателями периодического функционирования подсистем организма. Диагностические показатели чаще всего определяются на основе расстояния между множествами полученных и допустимых параметров данных в пространстве частотных, временных, фазовых и других показателей многомерных сигналов от организма. При этом используется принцип биологически обратных связей для коррекции состояния организма, т.е. совмещения полученных и эталонных множеств биоритмологических показателей. Так как эта методика по своему определению охватывает все остальные применения мониторинга, то разрабатываемая система будет ориентированна именно на нее, как наиболее универсальную и перспективную [1.7, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14,1.18,1.19,1.20,1.21].
В настоящее время применяется контроль большого количества разнообразных физиологических параметров организма. Наиболее важными являются методы контроля показателей сердечно-сосудистой системы, ЦНС, функции внешнего дыхания, биохимического состава тканей и жидкостей, желудочно-кишечного тракта, опорно-двигательного аппарата, вегетативной нервной системы. Рассмотрим основные методы исследования этих систем применительно к мониторингу активности проявления ВНС.
Электрокардиография — метод исследования электрической активности сердца, осуществляемый с помощью регистрации и последующей обработки электрокардиограммы (ЭКГ). Используется в мониторной аппаратуре для визуального наблюдения ЭКГ и диагностики возникающих нарушений, для слежения за показателями вариабельности сердечного ритма, отражающими состояние регуляторных процессов в организме. Развитием существующих методик стало холтеровское мониторирование, основанное на непрерывном контроле ЭКГ в течение нескольких суток. Выпускаемые стационарные кардиографы характеризуются широким набором функций снятия ЭКГ-сигнала, хранения и обработки данных. Все чаще выпускаются кардиомониторы с дополнительными средствами диагностики, что увеличивает достоверность клинического мониторинга. При этом они имеют превосходные метрологические характеристики, позволяющие проводить диагностику поздних потенциалов QRST-комплексов, так называемая кардиография высокого разрешения. Основными и главными недостатками являются габариты и энергопотребление аппаратуры, не позволяющие проводить длительное мониторирование. Этих недостатков лишены выпускаемые холтеровские мониторы. Но их худшие метрологические характеристики ограничивают диагностическую способность кардиографии. Методика ЭКГ фактически является средством мониторинга активности только одного органа, широко применяющейся в клиническом мониторинге в критических ситуациях. Но при этом ограничен анализ состояния вегетативной нервной системы из-за малого количества мониторируемых подсистем организма.
Синтез оператора системы мониторинга в категориальной форме
С помощью формализованного описания объектов, условий, процедур и средств измерений обеспечивается проектирование измерительных автоматов, и решаются задачи метрологического анализа и синтеза. Формализация обеспечивает следующее: - выполнение измерительных преобразований в числовой форме с помощью программных модулей; - метрологический анализ на расчетной основе и с помощью имитационного моделирования; - синтез оптимальной измерительной процедуры с использованием фиксированного измерительного ресурса (программных и аппаратных измерительных модулей) [2.8]. Формализация заключается в описании моделей объектов измерения, измерительной процедуры как последовательности элементарных измерительных преобразований входного воздействия. На каждом этапе проводится декомпозиция измерительного уравнения на элементарные измерительные преобразования. Однако операторная форма не позволяет провести детальное исследование с получением количественных оценок свойств результатов измерений. С этой целью вводится аналитико-алгоритмическая форма уравнений измерений, которая является конкретизацией операторной формы описания. Это позволяет на этапе формализации измерения проводить процедуры декомпозиции, добавления или изменения элементарных преобразований для обеспечения тех или иных метрологических свойств системы измерения.
Составим модель входных воздействий для проектируемой системы мониторинга. Во всех видах метрологических моделей (ММ) процедур измерений обязательным элементом выступает входное воздействие у — носитель информации об измеряемой величине, в частности, электрокожное сопротивление. В общем случае измеряемая величина Х 0 — вектор показателей состояния организма - связан с сигналом соотношением A F{y). Причем сам сигнал является результатом преобразования информации в объекте измерения на основе взаимодействия с системой измерения и внешней средой, при этом параметрами этого преобразования выступает истинное значение вектора состояния организма Л0. Модель входного воздействия включает в себя информацию, необходимую для решения метрологических задач: 1) Количество точек измерения N; 2) Входной сигнал, который характеризуется функциональной зависимостью от времени — /t(t), и спектральной плотностью Tt{f), имеющей вид кривой 1 нарис. 1.4. (/ = 1,.,.JV); 3) Меру неопределенности входного сигнала, обусловленную шумом в виде спектральной плотности et {f,y,); 4) Меру неопределенности входного сигнала, обусловленную физиологическими помехами в виде спектральной плотности Pf(f Xi) - кривая 2 рис. 1.4.; 5) Неинформативные параметры входного сигнала в виде спектральной плотности (/,/,); 6) Диапазон времени измерения / є [fpf2]. При этом шум, физиологические помехи и неинформативные параметры сигнала имеют однозначное соответствие во временной области: ?, {t,y,),
Модели условий измерений включают в себя сведения о тех характеристиках, которые оказывают влияние на свойства входных воздействий и средства измерения, а, следовательно, и на свойства результатов измерения. При реализации в интегральном исполнении всех преобразователей в современных средствах измерения наиболее влияющими факторами являются: 1) Температура Тє[7 ,,,7 ], характеризующаяся спектральной плотностью WT (/); 2) Энергетический фактор, характеризующий изменение поступающей энергии в систему измерения для обеспечения процедуры измерения. Для подавляющего числа преобразователей он задается допустимым диапазоном изменения напряжения питания Ee[Emi{i,Emgx] и спектральной плотностью WE{f). Каждое элементарное измерительное преобразование реализуется соответствующим измерительным средством (модулем). Сведения, содержащиеся в ММ измерительных модулей, используются для установления возможного их включения в состав данной измерительной цепи (по виду выполняемого преобразования), для установления совместимости с поступающими на их входы воздействиями и т.д. ММ модуля должна также включать в себя сведения об условиях, для которых приводятся его номинальные характеристики, и зависимости этих характеристик ог условий (влияющих факторов). Математическая модель измерительного модуля Mt представляется так: Л/Л/,=(Д,(.).{ &.{ &) (2.1) где ais и Pls — соответственно s-ый параметр и соотношение, входящие в модель модуля; ЛД.) - измерительное уравнение модуля. Общая модель системы измерения представляются совокупностью моделей элементарных преобразовательных модулей. На самом верхнем уровне декомпозиции измерительное уравнение системы измерения представляется следующим образом: Л = Я (2.2) где AQ - измеренный вектор параметров состояния организма; Rf операция формирования информации поступающей с объекта измерения на основе взаимодействия с системой измерения и внешней средой, при этом параметрами этой операций выступает истинное значение вектора состояния организма Л0; Л/ - операция формирования воздействующего фактора на организм, реакцию на которого необходимо измерять; R -операция получения измеренного вектора параметров состояния организма на основе сигналов с JV точек объекта измерения в течение периода времени tr..t2. Гипотетическая форма измерительного уравнения соответствует максимуму поступающей информации об объекте и с отсутствием погрешностей в ее обработке: это возможно при бесконечном числе точек измерения и бесконечном времени измерения. Принятая форма оператора соответствует преобразованиям с ограниченным числом точек измерения и временем измерения, адекватным методики диагностики с заданными метрологическими характеристиками [2.8-2.11]: "= "№,- (2-4) Следовательно, ограничения в точках и времени измерения приводят к методической погрешности, вычисляемой как разность Rr ЯИ.
Регулирование метрологических характеристик на данном этапе заключается в выборе следующих параметров: 1) достаточно информативных точек объекта, т.е. сигналы /, с которых обеспечивают наиболее полное отображение на множество значений векторов показателей состояния организма 2) диапазона времени измерения, обеспечивающего диагностику необходимой биоритмической активности. При использовании вычислительных средств обработки и хранения информации оператор 7f(.) распадается на операцию RF, отвечающую за проведение вычисление интегрального показателя состояния здоровья на основе цифровых соответствий сигналов yt(t), снимаемых с объекта, и Яи, являющуюся преобразованием входных физических величин сигналов в цифровую форму. Тогда в соответствии с принципом операциональной записи [2.8]: = {{ л(0}м} - С2 5) Данная схема измерения соответствует большинству современных систем медицинской диагностики. Операция RF представляет собой совокупность числовых операций # .../2 Ш \ , или в алгоритмической форме — fm - f\ qX— qm, где ft - числовая операция с параметром округления при ограничении разрядности qr Так как в гипотетической форме числовые операции проводятся без каких-то либо ограничений, то, аналогично, методическая погрешность, связанная с операцией RF, формируется процессами округления в вычислительном комплексе (ПЭВМ). Инструментальная погрешность, вычисляемая как разность R-RH, где R - реализуемая операция, связана с отклонениями реальных цифровых операций от теоретических, и в первую очередь, зависит от временных ограничений выполнения операций и надежности функционирования вычислительных аппаратов (ПЭВМ).
Метрологический анализ системы мониторинга
Метрологический анализ предназначен для выявления необходимых корректировок измерительного уравнения или структуры преобразовательных модулей, с целью обеспечения заданных метрологических характеристик всей системы мониторинга. Основными метрологическими характеристиками являются погрешности измерения. Погрешности различаются по виду и свойствам. Вид погрешности определяется порождающей ее причиной, а свойства - характером проявления. Одним из наиболее распространенных способов классификации погрешностей, применяемых в метрологии, является разделение их на методические и инструментальные. В базовых определениях методическая погрешность определяется как составная часть полной погрешности, обусловленная несовершенством метода измерения, а инструментальная - как составная часть полной погрешности, обусловленная вносимыми аппаратурой искажениями в выполняемые измерительными преобразованиями. Также наиболее широко применяется деление погрешностей на систематические и случайные. Формально систематическая погрешность определяется как математическое ожидание результатов измерения. А случайная погрешность определяется как мера разброса результатов измерений. Так как в системах мониторинга процесс измерения протекает во времени, то одним из главных составляющих являются статические и динамические погрешности. Статические погрешности характеризуют неидеальность преобразования в установившемся процессе при постоянном входном воздействии, а динамические обусловлены изменением входного воздействия на интервале измерения и инерционностью канала измерения. Обычно все погрешности нормируются для определенных внешних условий среды эксплуатации. Влияние факторов влияния характеризуется дополнительными погрешностями, обусловленными изменением условий эксплуатации.
Теоретические исследования погрешностей проводятся на основе их аналитического описания, либо с помощью имитационного моделирования. Экспериментальной исследование погрешностей опирается на их определение с помощью эталонных измерительных средств. Во всех случаях анализ погрешностей производится с использованием априорных знаний об объекте, условиях и средствах измерений. Степень адекватности используемых априорных знаний, т.е. моделей системы измерения, и определяет достоверность результатов анализа. При нормировке погрешностей сначала теоретическим способом вычисляются пределы различных видов погрешностей системы измерения, а затем на основе метрологического эксперимента либо подтверждают метрологические характеристики, либо уточняют модели преобразования с целью улучшения MX.
Так как обычно система измерений состоит из набора преобразовательных элементов, то на основе их моделей получается общая модель преобразования, и, соответственно, общие MX на основе MX отдельных преобразователей. На основе рассмотренных классов преобразования информации определим порядок формирования различных видов погрешностей всей системы измерения. Методическая погрешность в системе мониторинга связана с неидеальностью восстановления измеренного сигнала по причине дискретизации, квантования и ограничения полосы пропускания канала измерения. В качестве меры методической погрешности выступает показатель адекватности модели процедуры диагностики показателей состояния здоровья человека. Данная погрешность является трансформацией прежде всего совокупных динамических показателей элементов преобразования и методического шума элементов квантования. Инструментальные погрешности связаны с отклонением параметров преобразователей от номинальных значений, по причине неточности их изготовления или влияния внешних факторов среды, а также из-за недостаточного ограничения всевозможных неинформативных показателей сигналов, шумов и помех. Систематическая погрешность выражается в неидеальности характеристики преобразования элементов (аддитивная, мультипликативная погрешность, нелинейность и т.д.). Данная погрешность формируется непосредственно классом информации неидеальности преобразования определяемым для каждого преобразовательного модуля. Случайная погрешность, выражаемая в степени разброса результатов преобразования, формируется возникающими шумами в измерительных модулях и ограниченным подавлением внешних шумов и помех, характеризуемыми процедурами преобразования и трансформации, определенных для модулей преобразования. Для каждого вида погрешностей дополнительно определяются их изменение под действием факторов внешней среды, соответствующими процедурами в моделях преобразователей.
Динамическая погрешность характеризуется условиями эксплуатации системы измерения (параметрам входного и выходного сигналов и т.д.), при которых ошибка составит нормированное значение. Данный подход значительно облегчает анализ без потери адекватности модели преобразования. В качестве параметров данной погрешности в моделях преобразователей выступают совокупные времена установления сигнала и полосы пропускания канал измерения.
Так как в системе мониторинга процесс преобразования и диагностики основан на обработке спектральных данных сигналов, то для лучшего понимания преобразования классов информации и корректировки MX все параметры преобразования выражаются в виде спектральных коэффициентов передачи, а вес сигналы характеризуются спектральной плотностью.
Методика медицинского эксперимента и описание экспериментальной установки
При измерении ЭКС используется токовое воздействие. Подача тока осуществляется на один из двенадцати активных и двух пассивных электродов. В зависимости от тока воздействия максимальное измеряемое сопротивление составляет 1МОм...20МОм. При измерении ЭКС имеется возможность циклической замены полярности тока воздействия на акупунктурную точку относительно одного из двух пассивных электродов. Измерение биопотенциалов проводится в точках акупунктуры относительно пассивных электродов. Система мониторинга биофизического состояния акупунктурной системы человека Так как по исследованиям AT находится под кожей на расстоянии более 3 мм, то при измерении сопротивления без принятия специальных мер верхние слои кожи (эпидермис) вносит значительный вклад. Поэтому при длительном мониторировании необходимо постоянное смачивание кожи. Активные электроды представляют собой чашечки с металлическими дисками диаметром 5 мм в центре (рис. 4.3). Все электроды крепятся на тело в точках акупунктуры медицинским пластырем с применением электропроводной пасты для уменьшения поляризации электродов и контактного сопротивления сухой кожи. Пассивные электроды представляют собой металлические ленты, крепящиеся на предплечья, для обеспечения очень низкой плотности тока по отношению воздействия на акупунктурные точки (рис. 4.4). Сеансы измерения по всем точкам проводятся через равные интервалы времени в диапазоне от 1 до 60 минут. Перед непосредственной установкой электродной системы на теле человека проводится программирование параметров прибора, таких как: текущее время, ток воздействия, количество точек измерения, период проведения сеансов и т.д. Память прибора и ресурс аккумуляторов в зависимости от режимов работы позволяет проводить мониторинг в сумме от 300 до 1000 часов. Программа на ПЭВМ обеспечивает: - прием данных из прибора и их сохранение; - вывод графиков изменения электрофизиологического состояния каждой измеряемой точки; - программирование прибора; - взаимодействие со средой MATLAB для обработки и отображения результатов мониторинга.
Дополнительно в комплексе имеется режим непрерывного измерения необходимого количества точек со временем дискретизации от 1 секунды. При этом результаты измерения непосредственно передаются в ПЭВМ и отображаются на дисплее, без предварительного сохранения в приборе. Данный режим целесообразно применять при контроле быстропротекающих процессов или при необходимости оперативных измерений.
Мониторинг биофизического состояния акупунктурнои системы заключаются в проведении периодического измерения физических и электрофизических свойств некоторых AT. Полный цикл измерений по всем точкам будем называть сеансами измерений. Период времени между сеансами является временем дискретизации мониторинга всей акупунктурнои системы, причем критерием его выбора является верхняя частота в спектре биоритмической активности вегетативной нервной системы с заданной степенью точности измерения результатов. По некоторым данным мониторинга акупунктурнои системы человека период целесообразно выбирать в диапазоне 1-И5 минут.
Пассивный электрод совмещены. Измерения являются многоканальными и монополярными (с общим электродом). Так как сопротивление AT является реактивным, поэтому при измерении для него характерно изменение напряжения реакции с подачей ступенчатого токового воздействия. Экспериментально выяснено, что время установления составляет до 3 секунд. При длительном воздействии тока со временем происходит изменение состояния AT, поэтому рекомендуется время воздействия устанавливать в пределах З-г-20 секунд. При выборе тока воздействия необходимо учитывать, что AT точка является нелинейным элементом, поэтому при большем токе воздействия, что подтверждено экспериментально, получаются более выраженные результаты, но при этом надо ограничивать время воздействия во избежание сильного влияния на AT и дискомфорта при болевой чувствительности. Основываясь на данные ЭКС по Фолю, по-видимому, рекомендуется применять ток в диапазоне 0.5-гЮ мкА.
Измерение биопотенциалов отличаются от измерения ЭКС, только тем, что при этом не происходит воздействие тока, при этом схема подключения монополярная. В приборе имеется возможность подключения датчиков с изменяемым выходным сопротивлением или напряжением.
Система мониторинга может применяться для следующих задач: 1) Контроль состояния вегетативной нервной системы при проведении лечебных процедур. При этом целесообразно проведение мониторинга в 3 этапа: до процедур, во время лечения, и после них, — для проверки эффективности лечения. Время диагностики соответственно определяется проведением лечения. 2) Непрерывный мониторинг при нормальной жизнедеятельности человека для выявления биоритмологичекой активности вегетативной нервной системы. Время диагностики определяется самым длительным периодом активности той или иной подсистемы организма. В многочисленных источниках по традиционной акупунктуре указывается, что все подсистемы организма имеют периодическую активность в течение часа, дня, месяца и т.д., поэтому целесообразно применять многочасовой мониторинг с периодичностью в несколько дней для возможности исследования большего количества биоритмов организма. При мониторинге используются точки расположенные на главных меридианах, так как, согласно различным методикам, они отвечают за все подсистемы организма. Выбор точек на меридиане преимущественно осуществляется на конечностях, так как эти AT являются наиболее репрезентативными. Непосредственно перед проведением эксперимента производится задание режимов работы комплекса: 141 1) Период проведения сеансов измерения по всем точкам в диапазоне 1-гбО минут; 2) Ток воздействия при проведении измерения ЭКС в диапазоне 20нА-ь20мкА; 3) Время воздействия тока от начала сеанса и замера результата в диапазоне 1-ь256 секунд; Рис. 4.5. Установка электродной системы 4) Для каждой точки задается вид измерения; ЭКС и/или биопотенциал (или преобразовательный датчик); тип подсоединения активных и пассивных электродов к источнику воздействующего тока. 142 5) Программируется текущие время и дата для возможности привязки результатов диагностики к реальному времени.
Для проведения измерения ЭКС постановка электродной системы осуществляется по схеме на рис, 4.5, Согласно нумерации активные электроды с помощью ЭКГ-геля и медицинского пластыря крепятся в точках Р9, Мс7, С7, Ig5, Тг4, Gi5. Пассивный электрод закрепляется на предплечье, противоположном подсоединенным активным электродам. Аналогично проводится установка электродов и на другой руке. Прибор при необходимости закрепляется ремнем на поясе. При проведении измерений биопотенциалов установка электродов аналогичная. По окончании установки прибор запускается кнопкой. Далее осуществляются процедуры, связанные с лечением, которые необходимо мониторировать. По окончании остановка прибора осуществляется той же кнопкой.
Апробация системы мониторинга проводилась в ММУЗ «Родильный дом №2 Центрального района г. Волгограда». Мониторинг акупунктурной системы проводился совместно с лечебной методикой «ТЭС». Для контроля эффективности лечения проводились дополнительные сеансы мониторинга до и после лечебных процедур. Далее приведены характерные результаты диагностики различных пациентов. Нумерация каналов соответствует порядку AT: Р9, Мс7, С7, Ig5, Tr4, Gi5.
Как видно из рис. 4.6 и 4.7 в момент начала лечения в 15:17 и в 14:48 соответственно резко изменяется активность каналов Тг4 и Gi5. После проведения лечения наблюдается стойкое сохранение измененной активности каналов.
1) Введение в измерительную систему элементов автоматизации процесса метрологического эксперимента позволило значительно уменьшить время проведения поверки с увеличением поверочных точек в диапазоне измерения. Использование вычислительной техники при проведении метрологического эксперимента позволило наиболее эффективно применить систему коррекции результата измерения на основе таблиц погрешности при различных условиях проведения измерений.
2) В результате применения полученной таблицы коррекции во время эксплуатации достигнута точность результатов измерения, заявленная перед проведением проектирования системы и необходимая для построения адекватной модели объекта измерения при мониторинге активности ВНС.
