Введение к работе
Актуальность работы
Патологии соединительной ткани опорно-двигательной системы (ОДС) по обращаемости в ЛПУ занимают второе место после болезней органов дыхания и являются одной из самых распространенных причин продолжительных болей, сопровождающихся длительной утратой трудоспособности. Вследствие этого Всемирная Организация Здравоохранения рекомендовала период 2000-2010 г. определить как «десятилетие изучения и предупреждения заболеваний костей и суставов». По наибольшей распространенности основную часть патологий ОДС составляют хронические ревматические болезни и травмы.
Лечение данных патологий требует комплексности, непрерывности, соблюдения принципа преемственности на всех этапах оказания медицинской помощи. Важными составляющими в лечении для сохранения функций опорно-двигательного аппарата больных является физиотерапия, консервативное лечение, скрининг больших групп населения. Оптимальное сочетание доз и терапий сокращает восстановительный период и лечение становится максимально эффективным. Для этого требуется количественная регистрация соотносимых параметров отклика биообъекта (БО) при стандартных методах и схемах лечения.
В подавляющем большинстве практических случаев лечение не сопровождается сопутствующим контролем, либо технология контроля оказывается неадекватной состоянию пациента. Так методы пред- и постоперационного обследования больных с травматическими переломами и заболеваниями ОДС ограничиваются рентгенографией в двух проекциях и только в единичных случаях - рентген-компьютерной томографией или ультразвуковой доплерографией. Но для повышения точности оценки степени тяжести патологии, выбора типа терапии и сокращения времени реабилитационного периода необходимо использовать системы динамического контроля с количественными выходными параметрами. Поэтому актуальным является разработка современных приборов и технологий контроля лечения по биологической обратной связи для повышения эффективности реабилитационного процесса и информативности существующих методик.
В современной функциональной диагностике патологий соединительной ткани опорно-двигательного аппарата (ОДА) большое распространение получили методики электрографических исследований, а также электроакупунктурные методы диагностики и дозировки терапевтического фактора. Электрографические методы позволяют неинвазивно оценить состояние патологии и производить контроль (в том числе - и сопутствующий) эффективности процесса лечения. Однако эти методики являются узконаправленными либо требуют точной топографической установки электродов, контроля угла, нажима на биологически-активные точки и т.д., что, как следствие, приводит к уменьшению достоверности и увеличению времени измерений.
Поэтому в данной работе использовался метод интегральной электрографии (ИЭГ), который лишен указанных недостатков. Данная работа является продолжением исследований, направленных на разработку, создание и внедрение в клиническую практику приборов и методов ИЭГ проводимых научной школой "ВНИИИМТ" (Орлов Ю.Н.,1996; Плаунов М.Р., 1996; Артюхов Ю.А., 2003; Суглобова О.Н., 2006; Ишутин Д.В., 2006).
Разрабатываемая биотехническая система должна обладать высокой чувствительностью и специфичностью, давать количественную оценку состояния организма и обеспечивать возможность динамического контроля.
Объект и предмет исследования
Объектом исследования являются электрографические биотехнические системы. Предметом - биотехническая система контроля терапии.
Цель работы
Цель - разработка биотехнической системы (БТС) и повышение эффективности методики контроля лечения больных с патологией опорно-двигательной системы на основе метода интегральной электрографии.
Для достижения данной цели решены следующие задачи:
-
Построение математической модели формирования интегрального электрического вектора, основанной на применении однородной сферической модели с центральносимметричным положением эквивалентного диполя для повышения эффективности методики контроля лечения ОДС человека.
-
Выбор и обоснование системы отведений регистрации медленных потенциалов.
-
Разработка программно-алгоритмических средств, оптимизированных для ресурсо-требовательных систем (типаПМІ согласно ГОСТ 27201-87).
-
Установка требований к растровым цифровым дисплеям для эффективной интерпретации регистрируемых биосигналов.
-
Синтезирование малогабаритной стационарной и мобильной биотехнической системы контроля лечения.
-
Исследование динамики изменения параметров электродов при длительном использовании.
-
Проведение клинических исследований эффективности разработанной биотехнической системы.
Научная новизна и практическая значимость диссертационного исследования:
-
Разработаны программно-аппаратные средства биотехнической системы контроля лечения патологий соединительной ткани ОДС методом интегральной электрографии.
-
Построена математическая модель эквивалентного интегрального электрического вектора, основанная на применении однородной сферической модели, представляющей тело человека как бесконечную однородную проводящую среду.
-
Посредством математического моделирования показано преимущество примененной 4-х электродной модифицированной системы над системой стандартных отведений в рамках решаемых задач.
-
Предложены и использованы формулы расчета амплитуды и фазы интегрального электрического вектора, основанные на центральносимметричной дипольной модели, повышающие чувствительность и специфичность метода.
-
Применен карманный персональный компьютер (КПК) в качестве средства сбора, хранения, обработки и отображения интегральной электрограммы.
-
Предложены критерии оптимизации средств компьютерной визуализации для отображения электрографической информации на КПК.
-
Предложена модификация алгоритма адаптивной фильтрации и подобраны оптимальные параметры, позволяющие осуществлять эффективную фильтрацию исследуемого биосигнала в режиме реального времени на ресурсо-требовательных системах.
-
Проведен синтез компактной мобильной и стационарной БТС контроля лечения патологий ОДС на основе метода интегральной электрографии.
9) Совместно с врачами апробирована в условиях городской клинической больницы № 64 компактная переносная и стационарная биотехническая система контроля лечения одиночных, множественных и сочетанных травм ОДА методом интегральной электрографии.
Методы исследований - теоретико-экспериментальные, основанные на общих принципах построения электронной измерительной и медицинской аппаратуры, прикладной и вычислительной математики, прикладных программ для персонального компьютера, технологиях математического и физического моделирования и проведения экспериментов.
Основные научные положення, выносимые на защиту:
-
Структура БТС контроля лечения патологий ОДС на основе метода интегральной электрографии.
-
Результат математического моделирования, показывающий преимущество применения 4-х электродной модифицированной униполярной системы в ИЭГ обследовании, позволяющей сформировать виртуальный электрический ноль с меньшей абсолютной погрешностью сравнительно с системой стандартных отведений.
-
Алгоритм расчета амплитудно-фазового поля интегрального электрического вектора, основанный на применении формализованной модели генеза электрограммы в виде одиночного точечного диполя, повышающий эффективность метода интегральной электрографии.
-
Параметры алгоритма адаптивной фильтрации интегральной электрограммы для ресурсо-требовательных программно-аппаратных систем (микроЭВМ типа ПМ1 и выше), позволяющий осуществить фильтрацию сигнала ИЭГ в режиме реального времени с оптимальным соотношением сигнал - шум.
-
Критерии оценки применимости миниатюрных средств компьютерной визуализации для отображения ИЭГ информации, выражающиеся в условиях представления данных на форме и разрешении растровых дисплеев.
-
Условия применимости электродов 2-го рода для метода ИЭГ.
Апробация работы и публикации
Основные положения работы докладывались на следующих научных конференциях: научная сессия МГТУ им. Н.Э.Баумана «Студенческая весна 2006» в 2006 (г. Москва); Ползуновские гранты для молодых ученых по программе Министерства образования и науки РФ и государственного фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в 2007 (г. Владимир); международная научно-практическая конференция «Частно-государственное партнерство в сфере медико-технического обеспечения образовательных учреждений в рамках реализации национального проекта «Здоровье»» 2009 (г. Москва); научный семинар кафедры «Валеология» МГТУ им. Баумана, 2009 (г. Москва).
По теме работы опубликовано 6 научных работ в виде статей, из них одна - в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем составляет 207 страниц печатного текста, в том числе 93 рисунка, 30 таблиц, 20 страниц списка литературы.
