Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор существующих приборов .8
Введение 8
1.1 Лапароскопия как вид хирургии 9
1.2 Современное состояние отрасли 11
1.3 Патентные исследования приборов эндоскопической диагностики 15
1.4 Альтернативные методы диагностики 37
Постановка задачи исследования 39
Глава 2. Математическая модель прибора 41
Введение 41
2.1 Структура приборов тактильной диагностики 41
2.2 Модели взаимодействия объектов 50
2.3 Математическая модель мембраны. 58
Выводы 66
Глава 3. Макеты тактильных приборов 67
Введение 67
3.1 Макетный вариант стационарного тактильного прибора 67
3.2 Эндоскопический тактильный прибор 76
3.3 Беспроводной эндоскопический тактильный прибор с интегральными датчиками давления 92
Выводы 105
Глава 4. Клинические исследования приборов 107
Введение 107
Результаты испытаний линейки приборов на биологическом материале 107
4.1 Стационарный тактильный прибор 107
4.2 Эндоскопический тактильный прибор 112
4.3 Беспроводной эндоскопический тактильный прибор 118
Выводы 136
Основные результаты и выводы 137
Список литературы 139
Приложение А. Результаты испытаний 153
Приложение Б. Акты внедрения результатов работ 169
- Современное состояние отрасли
- Модели взаимодействия объектов
- Беспроводной эндоскопический тактильный прибор с интегральными датчиками давления
- Беспроводной эндоскопический тактильный прибор
Введение к работе
Актуальность темы исследования.
Документирование своих ощущений – одна из важных задач в развитии человека. Зрительные образы фиксируются в виде рисунков или кинофильмов, звук – в виде аудиозаписи. Тактильные же образы не нашли возможностей для документирования. Даже в такой важной области как медицина до сих пор отсутствует объективная система, позволяющая описать и запомнить такого рода информацию.
В настоящее время существует множество методов диагностики: ультразвуковые, рентгенологические, магниторезонансные, эндоскопические методы. Но всякий практикующий хирург обязательно «прощупает» пациента перед оперативным вмешательством. В различных областях хирургии метод пальпации занимает особое место. В онкологии он позволяет определить размеры и подвижность опухоли, в экстренной хирургии – расположение абсцесса, в травматологии – взаимное смещение обломков. Данная информация позволяет определить распространенность патологического процесса, взаимоотношения опухоли с прилегающими органами, выявить тактильные свойства, характерные для конкретного заболевания.
С момента начала активного использования эндохирургической техники возникла необходимость дополнения визуального контроля другими диагностическими методами. Наиболее естественным и близким к человеческой природе казался метод пальпации. Естественными препятствиями к использованию этого метода во время эндохирургической операции являются невозможность ввести руку или палец хирурга в малый разрез и исключительно субъективные осязательные критерии, характеризующие обследуемые ткани.
В настоящее время эндохирурги производят тактильные исследования инструментом, передающим эту очень приблизительную информацию. Конкурентный метод – ультразвуковое эндохирургическое исследование, – очень дорог и связан с использованием громоздкой аппаратуры.
В отличие от открытых операций малые размеры разрезов при эндоскопических вмешательствах делают тактильную диагностику невозможной. В литературе в настоящее время отсутствуют сведения об «эндоскопах с тактильной функцией». Все существующие аппараты, оснащенные тактильными датчиками, предназначены только для наружного применения.
Цель и задачи исследований – повышение эффективности эндохирургической техники за счет развития инструментов тактильной диагностики.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:
-
Разработать структуру прибора для тактильной эндохирургической диагностики.
-
Разработать математическую модель тактильного эндохирургического прибора.
-
Исследовать варианты реализации датчика усилий для восприятия тактильной информации.
-
Создать линейку приборов, позволяющих использовать возможности тактильной диагностики при эндохирургических операциях.
-
По результатам клинических данных подтвердить диагностическую значимость прибора.
Работа выполнена в МГУ имени М.В. Ломоносова (Институт математических исследований сложных систем МГУ, Лаборатория тактильной диагностики, Института человека МГУ, Механико-математический факультет МГУ)
Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе использовались методы исследования: теория упругости, теория измерений, микроэлектроника, теория обработки сигналов.
Научная новизна диссертации заключается в следующем:
1. Разработана и апробирована математическая модель эластичной мембраны эндоскопического прибора тактильной диагностики и получены зависимости описывающие взаимосвязь упругих свойств исследуемых образцов и показаний датчиков давления.
2. На основании рекомендаций специалистов по эндоскопическим операциям, сформирована общая структурная схема эндоскопического прибора.
3. Создана линейка принципиально новых диагностических приборов, позволяющих проводить недоступную ранее во время эндохирургических вмешательств тактильную диагностику.
Практическая значимость. Теоретические результаты позволили создать линейку приборов с различными вариантами реализации тактильных датчиков. Данные, полученные при применении новых приборов тактильной диагностики во время эндохирургической операции, позволяют объективизировать интраоперационную диагностику, тем самым повышая качество лечения больных, это обуславливает высокую социальную значимость полученных результатов. В результате созданы приборы тактильной диагностики, позволяющие существенно улучшить диагностические и лечебные возможности эндоскопических методик.
Внедрение результатов работы в практику. Создана опытная линейка приборов изготовленных из материалов, разрешенных для использования в ходе хирургических вмешательств. Успешно завершен этап доклинических испытаний в соответствии с требованиями стандартов медицинской техники. В настоящее время созданные эндоскопические приборы проходят клинические испытания в соответствие со всеми требованиями Росздравнадзором Минздравсоцразвития РФ. Разработанная схема предоперационной и послеоперационной обработки инструментария, его стерилизация позволяют соблюсти все требования санитарно-эпидемиологического надзора. Эндоскопический прибор полностью сочетаем с современным эндохирургическим оборудованием операционных блоков. Проведено согласование рабочей конструкторской и технологической документации для серийного изготовления приборов в Федеральном государственном унитарном предприятии «Государственное научно-производственное предприятие «Сплав» (ФГУП «ГНПП «Сплав»).
Разработанные приборы используются в ведущих медицинских учреждениях страны: Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А.Герцена (МНИОИ им. П.А.Герцена), Городская клиническая больница №31 г.Москва (ГКБ № 31), Клиническая больница №119 Федерального медико-биологического агентства (КБ № 119 ФМБА МЗ РФ), научно-исследовательский институт Скорой Помощи им. Н.В. Склифосовского, Российский Онкологический Научный Центр имени Н.Н. Блохина, Центральная городская больница г. Электросталь
Положения, выносимые на защиту:
структура прибора для тактильной эндохирургической диагностики;
математическая модель эластичной мембраны эндоскопического прибора тактильной диагностики.
реализации датчика усилий эндоскопического прибора для восприятия тактильной информации;
линейка эндоскопических приборов тактильной диагностики.
Апробация работы. Работа выполнена в рамках государственных контрактов № 13.G36.31.002 от 07.09.2010г. и № 02.522.11.2008 от 18.05.2007г. Результаты исследований были представлены: на научно-техническом семинаре в университете Soka, Токио, 2010; на рабочей встрече на Медицинском факультете, Карлов университет, Прага, 2012; на молодежной научной конференции в Бурятском государственном университете, Улан-Уде, 2007; на круглом столе по вопросам передачи тактильной информации, Keio University, Токио 2010; на семинаре по обмену опытом в Чешском техническом университете, Прага, 2012; на международной тематической конференции "Механорецепторная диагностика и тактильная трансляция", Москва, 2011; на VII Всероссийском форуме "Здоровье нации - основа процветания России", Москва, 2011; на выставках высоких технологий «Инновационная Россия» XI и XII Международного Петербургского экономического форума, Санкт-Петербург, 2007 и 2008.
Публикации по теме диссертации. Основные материалы диссертации опубликованы в 11 работах, из них 5 из перечня ВАК. По настоящей работе получено свидетельство о регистрации программ для ЭВМ в Роспатенте РФ, Патент РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, приложений и списка литературы.
Современное состояние отрасли
Идея о перспективности создания датчиков, воспринимающих физические характеристики, зародилась вскоре после широкого внедрения эндоскопической техники проведения хирургических операций и апробирования виртуальных эндоскопических тренажеров. Данные датчики должны были заменить функцию пальца (руки) хирурга, так как оператор не имеет возможности пальпаторно воспринимать физические параметры органа или ткани при проведении операции.
Как сообщают Н.Fischer [133], удалось создать датчик, воспринимающий 64 точки измерения на площади 0,64 см и цифровым разрешением 16 бит. Данный датчик позволял воспринимать физические параметры исследуемой ткани в реальном масштабе, передавая их затем на вибротактильный дисплей, заменяя тем самым пальцы.
А.К.Morimoto [166] удалось создать датчик, воспринимающий силовое сопротивление ткани, выглядящий как обыкновенный эндоскопический зажим. В клинических исследованиях было подтверждено, что данный прибор помогает снизить до минимума травматичность миниинвазивного вмешательства.
По данным Т. Ohtsuka [167] их сенсорный датчик при клинических испытаниях показал эффективность при «пальпаторном» исследовании новообразований, а так же лимфатических узлов на 37 пациентах. Данные были подтверждены результатами КТ. Изменения консистенции тканей передавались на монитор компьютера в виде изменений кривой «дельта Р». в работах Р.К. Plinkert [169] также описан прибор, оценивающий резонансную частоту ткани, тем самым в виде изменения графика изменения сопротивления на мониторе компьютера показывал различия в плотности и консистенции тканей.
В литературе последних лет значительное внимание уделяется возможности тактильного осязания при выполнении лапароскопических операций. Между тем, результатов позволяющих внедрить технику в практику до сих пор нет. Исследование М.А. Qasaimeh [1V0] представляет и характеризует микро-тактильный датчик, который может быть интегрирован в граспер. Датчик позволяет измерять контактные силы и характеристики, такие как мягкость. Сжимающие силы распределены по всей поверхности, хотя в некоторых случаях сосредоточение нагрузок также проявятся на контактных поверхностях. В последнем случае может быть определено положение концентрических нагрузок. Это позволяет датчику обнаруживать скрытые анатомические особенности, такие как проходящие под зажимом артерии. Был изготовлен пьезоэлектрический сенсор, смоделированный как аналитически, так и при помощи цифровых технологий. Среди важных параметрических характеристик датчика были выявлены и исследованы длина, ширина и толщина. Их значения были просчитаны с помощью конечно-элементной модели. Датчик был изготовлен и испытан с использованием эластомерных образцов. Было выявлено хорошее соответствие между экспериментальными и теоретическими результатами.
В 2008 году G.Chami [123] с соавт. опубликовали свои исследования по внедрению датчиков силы/крутящего момента в артроскопические операции. В клинических исследованиях участвовали хирурги различной степени подготовки. Операторы выполняли 11 различных задач в 10 операциях на коленном суставе. Информация с сенсора синхронизировалась с видеокартинкой на мониторе. Исследования показали значительное повышение эргономики операции, повышение согласованности в действиях и эффективное уменьшение объема затрачиваемого времени. Была показана корреляция между тремя тактильными параметрами и опытом хирурга. Это может быть использовано в автоматизированных системах объективной оценки качества артроскопических операций.
Медицинские технологии претерпели значительные изменения в целях преодоления проблем, связанных с минимально инвазивной хирургией, таких как отсутствие обзора и тактильной обратной связи. Минимально инвазивные инструменты, включая устройства тактильной обратной связи разрабатываются в настоящее время для повышения эффективности диагностических процедур путем предоставления силовой обратной связи. А.М. Hamed [138] описывают работу в направлении разработки измерительного устройства с использованием пьезоэлектрических элементов для обнаружения подповерхностных включений в мягких субстратах, с подтверждением магнитно резонансным исследованием в сканере 1,5 Тл. Результаты показывают, что положение жесткого подповерхностного включения может быть достоверно определено.
М.У. Ottermo [168] описывает дизайн и производительность прототипа инструмента удаленной пальпации с тактильной обратной связью для лапароскопической хирургии. Также описаны психофизические эксперименты направленные на сравнение пальпации с и без тактильной обратной связи. Прибор состоит из тактильных датчиков и тактильного дисплея, оба из которых достаточно малы, чтобы поместиться на обычном лапароскопическом граспере. Статические испытания показали, что твердость, размер и форма успешно отображаются на тактильном дисплее. Динамическое тестирование показало, что пропускная способность неоптимальна, но на низких частотах выход от инструментов удаленной пальпации полезен. Для психофизического тестирования, девяти испытуемых просили различать твердость и размеры объектов и без тактильной обратной связи. Результаты показали, что прибор с тактильной обратной связью может быть полезным для возможности отличить твердость объектов, хотя разница между этими двумя объектами не была статистически значимой ни для твердости, ни для размера. Сравнение с более ранними подобными экспериментами показало, что качество грасперов и размер влияют на результаты, указывающие, что существует огромный потенциал для улучшения лапароскопических инструментов в целом.
Н. Liu [162] разработали новый подход к тактильным сенсорам в миниинвазивной хирургии. Изобретен колесный датчик, сенсор силы/крутящего момента с использованием оптоволоконного привода. Информация с обоих датчиков синхронизируется. Первый датчик определяет силу внедрения в ткань, а второй глубину внедрения. Они были сначала протестированы на однородном силиконовом прототипе ткани, являющимся хорошим симулятором, а затем на прототипе с узелковыми уплотнениями. Экспериментальные данные говорят о том, что датчик способен определять подвижность ткани, ее жесткость (распределение участков различной жесткости) и выявлять свойства и местоположение конкрементов в толщи ткани. Также была создана модель, позволяющая получать изображения с датчиков, отображающие изменение плотности тканей (rolling mechanical image—RMI). Полученные данные с прототипа ткани и животных позволяют судить о хороших возможностях использования данной техники для определения новообразований в тканях. Между тем, не было проведено исследований во время хирургических вмешательств, либо на тканях человека.
Модели взаимодействия объектов
Под «объектом» («исследуемым объектом») будем понимать источник тактильных ощущений, под «субъектом» - получателя тактильных ощущений. Отметим, что термин «получатель тактильных ощущений» используется в широком смысле: это может быть как человек, так и механический прибор, в частности, прибор тактильной диагностики.
Через Г0 обозначим поверхность объекта, через Г5 - контактирующую поверхность субъекта, содержащую тактилъные датчики (например, поверхность пальца или ладони человека, или же контактирующую поверхностью рабочей головки прибора тактильной диагностики). Отметим, что информацию о контактирующей поверхности субъекта Г5 (в частности, о форме этой поверхности) в ряде случаев можно считатъ известной для субъекта (человека, тактильного механо-комплекса) благодаря наличию соответствующих источников информации (датчиков).
Будем считать, что Г0 и Г8 - кусочно-гладкие поверхности (то есть Г0 и Г8 - кусочно-гладкие ориентированные двумерные многообразия в R3). Для упрощения описания будем считать, что Г0 и Г5 задаются как графики кусочно-гладких функций: где П - односвязная область в R2, ср(х,у) у/(х,у) при (х,у)еС1 (точки (x,y)eQ, В которых ср(х,у) и у/(х,у) равны, представляют собой зону контакта, или, более точно, проекцию зоны контакта на плоскость Оху). Общий случай сводится к рассматриваемому разбиением многообразий на подходящие части (карты) и введением для каждой части подходящей декартовой системы координат в объемлющем трехмерном пространстве.
Отметим, что поверхность объекта Г0 и контактирующая поверхностъ субъекта Г5, вообще говоря, изменяются при взаимном контакте. Для того, чтобы подчеркнутъ это обстоятельство, будем использовать Г0 (t) и Г$ (t), где t -параметр, показывающий текущий момент времени.
Будем считать, что в каждый момент времени на поверхности Г0 (і) определены векторные поля F0 (х,у ф(х,у ; t) и v0 (х,у, ср(х,у); t), а на поверхности rs (t) - векторные поля Fs (х,у \1/(х,у); t) и v, (х,у, у(х,у); t). Содержательно F0 (х,y,q( y); t) и Fs (х,у, ф(х,у ; t) - поля сил, связанных с объектом и субъектом соответственно, v0 (х,у, ф(х,у ; t) и v, (х,у, у(х,у ; t) - ПОЛЯ текущих скоростей точек поверхностей.
Здесь F0ignv - воздействие среды на поверхность объекта, то есть воздействие на поверхность объекта, не связанное непосредственно с субъектом (например, можно считать, что сила F0tenv в каждой точки поверхности сонаправлена с внутренней нормалью к поверхности Г0 (t), и что величина этой силы пропорциональна внешнему (атмосферному) давлению). Содержательно F0 res определяет совокупное (суммарное) поле сил, воздействующих на точки поверхности объекта. Аналогично определим и поле F
Опишем взаимосвязь введенных величин. Знание начальной формы поверхности объекта Г0 (0) позволяет для каждой точки Р поверхности объекта в терминах введенных полей написать задачу Коши, решение которой описывает перемещения этой точки в пространстве при взаимодействии субъекта и объекта: в роли начального условия выступает начальное положение точки Р, уравнение же основывается на механическом смысле производной
Изменение поля скоростей, в свою очередь, определяется полем сил, воздействующих на поверхность:
Здесь функция f0, описывающая связь между полем скоростей и полем сил, зависит от (локальных) свойств объекта (в частности, поверхности объекта) в окрестности рассматриваемой точки Р в момент времени t. Аналогичное уравнение пишется и для контактирующей поверхности субъекта. Отметим, что входящая в связанное с субъектом уравнение функция fs для фиксированного субъекта может считаться «универсальной» (не зависящей от природы объекта); эта функция может быть получена (или, по крайней мере, оценена) в процессе «калибровочных измерений». Однако определить из общих соображений «универсальную» (то есть подходящую для всех объектов) функцию f0 не представляется возможным - определение этой функции и является частью исследования объекта. С другой стороны, для широкого класса взаимодействий субъекта и объекта, в котором вся контактирующая поверхность субъекта (или же ее фиксированная часть) входит в зону контакта и взаимодействие осуществляется без смещения (то есть зона контакта может рассматриваться как двусторонняя поверхность, у которой одна сторона -внешняя поверхность объекта, а другая - контактирующая поверхность субъекта), знание функции fs достаточно для описания изменения поля скорости не только точек контактирующей поверхности субъекта, но и точек поверхности объекта (по крайней мере, в зоне контакта), так как в силу характера взаимодействия в зоне контакта v0 (rP (1); t) = vs frP (1); t). Таким образом, в случае такого рода взаимодействий объекта и субъекта для задания эволюции системы не требуется привлечение неуниверсальной (зависящей от объекта) функции f0. Отметим, что взаимодействие объекта и субъекта в лапароскопической диагностике, использующей тактильно-диагностический комплекс, принадлежит именно такому классу взаимодействий.
Наконец, рассмотрим вопросы, связанные с полями F0 и Fs. Поле Fs полностью определяется субъектом и связано с действиями, которые субъект осуществляет в рамках контакта с объектом (субъект выбирает «усилия нажатия», «направление нажатия» и т.п.). Таким образом, поле Fs можно считать субъекту известным и/или «подконтрольным». Поле F0 определяется текущим состоянием объекта (причем не только поверхности объекта, но и «внутренности» объекта), при этом функция, определяющая связь между текущим состоянием объекта и полем F0, и, более того, само понятие «текущего состояния» неуниверсальны, а специфичны для индивидуальных объектов (или, по крайней мере, для классов объектов). В то же время, F0 (или, по крайней мере, величину проекции F0 на внутреннюю нормаль к контактирующей поверхности субъекта Г, (tj) также можно считать известной субъекту благодаря информации, получаемой с рецепторов (датчиков), находящихся на контактирующей поверхности субъекта. Эта информация позволяет субъекту, в частности, определить зону контакта (как зону, в которой сила воздействия на рецепторы/датчики отличается от изначально известной силы, связанной с воздействием внешней среды, а не с воздействием объекта), а также оценить жесткостные характеристики объекта.
Отметим, что в приведенном описании поля скоростей v0 и vs играют вспомогательную роль. Основой же описанной модели, связанной с восприятием объекта субъектом, являются поверхность объекта Г0 (t), определяющая форму объекта, и поле сил F0, дающее (в совокупности с Г0 (tj) возможность субъекту оценить жесткостные характеристики объекта.
Беспроводной эндоскопический тактильный прибор с интегральными датчиками давления
Опытная эксплуатация созданного тактильного эндоскопического прибора и проведенные эксперименты выявили ряд замечаний:
1. Массивный корпус электронного блока не удобен при эксплуатации.
2. Длинна и наличие провода в принципе, затрудняет использование эндоскопического прибора в операционной.
Учитывая представленные замечания, возникает задача доработки существующей прибора для улучщеиия его потребительских качеств.
Требуется разработка нового блока датчиков и обрабатывающей электроники. Интегральные датчики давления
Результаты диссертационного исследования, полученные при разработке негабаритного макета тактильного прибора, были использовании при проектировании принципиально нового тактильного датчика. Датчик имеет высокую чувствительность, а также пространственное разрешение, соответствующие восприимчивости пальцев человека, которое составляет 2-5мм. Такие требования могут быть удовлетворены при использовании в протесе разработки и производства тактильных датчиков микроэлектронной твердотельной технологии, обладающей широкими возможностями миниатюризации. Для выполнения данной задачи, было принято решение обратиться в ведущую организацию по разработке и производству микроэлектроники в России ФГБУ НІЖ «Технологический центр» МИЭТ». В ходе выполнения данной работы разработаны различные варианты тактильных датчиков с осуществлением конструкторской проработки.
Возможности технологии в области микроэлектроники и микромеханики за последнее десятилетие существенно расширили возможности создания микроминиатюрных систем. Интеграция микромеханических и электронных компонентов, осушествляемая за счет единого технологического процесса, позволяет получать сверхминиатюрные датчики с высокими эксплуатационными показателями при умеренной стоимости.
В ходе работы были проведены экспериментальные исследования по созданию тактильных датчиков на основе микроэлектромеханических (МЭМС) структур. При этом применялось два подхода: создание матрицы на основе одноканальных датчиков и создание монолитной интегральной матрицы датчиков давления.
Ключевыми базовыми технологическими процессами создания монолитной интегральной матрицы являются циклы объёмной микрообработки кремния для создания интегральных преобразователей мембранного и балочного типа, а также циклы поверхностной микромеханики, позволяющие не только существенно снизить площадь чувствительного элемента датчика давления (до 2 мм“), но и сформировать на кремниевом чипе двумерную матрицу чувствительных элементов.
Каждый чувствительный элемент представляет собой тензорезистивный мост, имеющий два вывода для подачи питания, и эти выводы объединены для всех элементов матрицы. Два вывода моста предназначены для снятия выходного дифференциального сигнала.
В настоящем разделе рассматриваются вопросы, касающиеся создания одноканальных преобразователей давления, модулей тензометрических преобразователей давления на основе однокаиальных преобразователей и модуля тензометрических преобразователей давления на основе интегральной матрицы.
В части интегральных матриц была проведена опытно-конструкторская работа, в результате которой изготовлены опытные образцы. По результатам эксплуатации опытной партии были выявлены существенные недостатки, работа над которыми была проведена в рамках настоящей работы в плане проведения дополнительных проработок в части схемотехнических решений, конструкции и технологии изготовления.
Общий принцип интегральных датчиков давления
Преобразование механической деформации мембраны, возникающей под действием измеряемого давления, в электрический сигнал, возникает вследствие действия тензорезистивного эффекта в полупроводнике.
Интегральные резисторы (теизорезисторы), электрическое сопротивление которых зависит от величины деформации, в количестве 4-х штук, должны быть расположены таки образом, чтобы одна пара располагалась в такой области мембраны, где происходит максимальное расширение, а вторая пара -в области максимального сжатия (Рисунок 3.23).
Беспроводной эндоскопический тактильный прибор
Для апробации основных технических решений и создания представительной базы данных нормальных и измененных тканей был создан макетный образец беспроводного комплекса тактильной диагностики. Прибор содержит многокамерную чувствительную мембрану, герметично соединенную с элементами интегральной электроники, которая содержит датчики давления и усилители для них, цифровые потенциометры для настройки смещения нулей, аналогово-цифровые преобразователи. В результате деформации мембраны при взаимодействии с исследуемым объектом происходит изменение объемов полостей и давлений в них. Корпус прибора имеет цилиндрическую форму диаметром 18 мм, в которой располагаются автономные элементы питания. На ручке прибора имеются тумблер для включения прибора, тумблер для выключения прибора, световой индикатор включения прибора, а с торцевой части ручки располагается порт 8 для зарядки элемеитов питания. Внутри ручки находятся Bluetooth-передатчик, имеющий размеры 20 х 30 мм и антенна. Посредством радиоволн информация об исследовании передается на компьютер, оснащенный Bluetooth-приемником.
Программное обеспечение тактильного диагностического комплекса Для эффективного проведения обследований, использующих беспроводной тактильный прибор, был разработан и реализован специальный программный комплекс, который может использоваться на всех стадиях ооследования - от снятия данных с датчиков прибора до визуализации результатов обследования.
При разработке программного комплекса потребовалось существенно адаптировать известные методы обработки и анализа сигналов, а в ряде случаев даже разработать принципиально новые методы. Это связано с тем, что известные методы оказались недостаточно эффективны для обработки и анализа информации, полученной с помощью беспроводного тактильного прибора. Были разработаны специальные методы визуализации, сравнения сигналов, восстановления функций (сигналов) по набору их среднеинтегральных значений и др.
Программный комплекс Membrane Editor был создан для автоматизации и увеличения эффективности обследований, проводимых с использованием тактильного прибора. Функциональные возможности программного комплекса включают:
1. проведение обследования образца ткани и сохранение результатов;
2. предварительную обработку этих данных;
3. визуализацию результатов обследования;
Проведение обследования и сохранение результатов обследования
Проведение непосредственного обследования и сохранение его результатов осуществляется с помощью программы LaparoWLS. В верхней части вкладки находятся позволяющие управлять работой и работать с прибором в различных режимах. Опишем их работу.
Кнопка «StartRec» переводит прибор в режим автоматической записи, т.е. начинается запись данный, получаемых с прибора, в файл. По истечении времени запись эксперимента не прекращается, поэтому ее нужно остановить вручную. Это делается нажатием на кнопку «StopRec». Кнопка «Save» позволяет сохранить файлы эксперимента на жесткий диск компьютера. Кнопка «Load» позволяет отобразить данные эксперимента в графическом виде, записанные ранее на жесткий диск.
Предварительная обработка результатов обследования
Предусмотрена возможность программной обработки результатов обследования тактильным прибором в целом, а также отдельных снимков таких обследований. Программная обработка направлена на уменьшения погрешностей измерений, выделение и усиление характерных фрагментов заданного формата, компенсацию взаимного влияния каналов, приведение к единому масштабу (скейлингу) на уровне отдельных каналов, отдельных снимков или же на уровне обследования в целом. Также имеется возможность автоматической проверки работоспособности прибора, выявления потенциально поврежденных каналов и исключения таких каналов из рассмотрения при визуализации и анализе результатов обследования.
Визуализация результатов обследования
В данном программном обеспечении реализованы различные виды двумерной визуализации. Также имеется возможность одновременного просмотра различных видов визуализации результатов обследования.
Методика проведения эксперимента
Отобранные пациенты формируют исследовательскую группу, которой выполняется хирургическая операция (рисунок 4.6, 4.7).