7 БАЗОВА КОНФІГУРАЦІЯ БІОМЕДИЧНОЇ СИСТЕМИ

На сьогодні відомо більше 40 різних означень поняття "системи". На погляд В. М. Ахутіна найзагальнішим і в той же час досить простим є таке: система – це сукупність елементів, певним чином пов’язаних і взаємодіючих між собою для виконання заданих цільових функцій. З точки зору теоретико-множинного підходу систему можна розглядати як деякий клас множин:

де – підклас множин елементів системи S;

– підклас множин, утворених в результаті розподілу елементів системи S на піделементи;

 – підклас таких множин, в яких система, що розглядається, сама є елементом множини.

Тоді, загальну схему медичної мікрокомп’ютерної системи (ММС) можна подати таким чином (рис. 14).

Закон поведінки системи в загальному вигляді подано системою нелінійних рівнянь вигляду:

yj=fj{x1, x2,…,xn,U1, U2,…,Ur}, де yj – сигнал на j-ому виході системи; j = 1,m;

x1, x2, …, xn – вхідні сигнали;

U1, U2,…, Ur – визначають параметри системи;

fj – функціонал, зв’язуючий сигнал на j-ому виході з вхідними сигналами і визначальними параметрами.

До класу таких систем відносяться і медичні мікрокомп’ютерні системи. Основне відношення в гуманній медицині – зв’язок пацієнт – лікар (рис. 15) перетворювалось, розширювалось та розвивалось далі із розвитком спеціальних технічних засобів.

Між лікарем та пацієнтом в діагностичному, і терапевтичному напрямках виникає зв’язок і вплив, які можуть здійснюватися за допомогою технічних засобів (рис. 16). Більше того, між діагностичним та терапевтичним напрямками за допомогою засобів обчислювальної техніки виникає наступна, паралельна лікарю, ланка аналізу і прийняття рішення (рис. 17, П – пацієнт; Л – лікар; Д – діагностика; Т – терапія; САПР – система аналізу та прийняття рішень).

ММС як один із класів БТС мають деякі особливі властивості, які відрізняють їх від інших класів медичної апаратури і дозволяють об’єднувати таким чином:

- в ММС людина як пацієнт є об’єктом дослідження, а як лікар – виконує роль його суб’єкта;

- технічні засоби для отримання інформації про пацієнта з одного боку і медична інтерпретація результатів дослідження з іншого, утворюють предмет дослідження різних, самостійних наукових галузей – технічних та медичних наук, які відрізняються не тільки предметом та науково-методичною точкою зору, але і подаються традиційно різними методами мислення та рішення;

- оптимізація таких систем поєднана з вимогою вирішення обох основних принципів БТС: адекватного взаємного пристосування характеристик біологічних і технічних елементів системи, які знаходяться в одній ланці регулювання; а також – пристосування форм подання даних і баз даних із системою знань людини.

Структура біотехнічної системи "Пацієнт – лікар" буде неповною без ще однієї ланки, яка отримала назву КЗЗ – контур зворотного зв’язку (реакції), яка відслідковує реакцію організму пацієнта на терапію або інші впливи, які направлені на корекцію його стану (рис. 18).

Існує декілька різних принципів класифікації біотехнічних і медичних мікрокомп’ютерних систем, серед яких найчастіше застосовують такі [1]:

За складністю – визначають три класи систем:

- прості, які складаються з невеликої кількості елементів і характеризуються простою динамічною поведінкою;

- складні, структура яких відрізняється різноманітністю та великою кількістю гілок, але піддається такому опису;

- дуже складні, які неможливо описати точно і детально.

За характером поведінки розділяють детерміновані і стохастичні системи. Для детермінованих систем точно відомий закон поведінки, для стохастичних – можна лише визначити вірогідність того чи іншого їхнього стану, тієї чи іншої реакції.

Інший принцип класифікації базується на поняттях про інформаційні, енергетичні і речовинні входи та виходи. Згідно з цією класифікацією системи поділяються на:

- системи, які інформують і мають хоча б один інформаційний вхід;

- системи, які інформують і мають хоча б один інформаційний вихід;

- інформаційні системи, які мають деяку кількість інформаційних виходів і входів [1].

З рис. 17 видно, що ММС відображає чотири площини зв’язку між живим і неживим, в яких може здійснюватись передавання інформації про речовину чи енергію. Згідно з їхньою дією технічні засоби, які знаходяться в діагностичній та терапевтичній гілці можуть сприйматися як розширення сенсорних і пошукових властивостей лікаря. За допомогою цих засобів розкривається можливість дії і інформованості лікаря.

Проте, і це дуже суттєво, зображена на рис. 17 уявна паралельна лікарю гілка, яка проходить крізь систему аналізу прийняття рішення, не є збільшенням працездатності людини, а тільки передаванням потенційних алгоритмічних здібностей розумової праці лікаря за допомогою технічного засобу.

Площина зв’язку 1 направлена на дані про стан пацієнта, її кінцева мета полягає в отриманні інформації. Площина зв’язку 2, яка поєднує техніку з лікарем, слугує для передавання отриманої інформації і дозволяє (лікарю) таким чином здійснити керування технічними засобами. Між інформаційним, речовим та енергетичним потоками в цій площині існують тісні зв’язки. Так, наприклад, речовий чи енергетичний потік в площині зв’язку приймає таку форму, що пацієнт повертається в передбачений лікарем індивідуальний, нормальний стан або так, що інформаційний потік, який з’являється в площині зв’язку, відображає стан пацієнта на основі параметрів, які спостерігаються.

Структурно-функціональну схему ММС подамо у вигляді

4-рівневої структури, в якій 1-й рівень – вимірювальний; 2-й – обчислювальний; 3-й – відображувально-реєструючий; 4-й – керуючий (рис. 19).

1-й рівень включає в себе датчики і електроди, попередні підсилювачі біопотенціалів, пристрої корекції артефактів і аналого-цифровий перетворювач.

До складу 2-го рівня, що є центральним або обчислювальним, входять блок мікропроцесора, клавіатура керування, системне і проблемно-орієнтоване ПЗП, нормативно-довідкове ПЗП.

3-й рівень включає в себе монітор, принтер, вихідний інтерфейс, накопичувач на жорсткому диску та забезпечує реєстрацію, візуалізацію та збереження даних.

4-й рівень забезпечує формування та подання на пацієнта керуючих впливів, які направлені на корекцію його стану.

Залежно від функціонально-цільової організації ММС поділяються на такі класи.

1. Інформаційно-пошукові системи довідкового і фактографічного типу, які оперують інформацією про людину, використовуючи стандартні історіями хвороби та епікризи, що накопичують дані про здорових та хворих.

2. Інформаційні системи з функцією оброблення та перероблення інформації: а) керуючі технологічні ММС автоматизації клініко-лабораторних досліджень, масових оглядів, визначення рівня здоров’я і вирішення інших діагностичних та прогностичних задач; б) науково-дослідні, що містять банки медичних даних та медичних знань, перетворюють дані, що вводяться, в медичні знання (висновок, діагноз, прогноз тощо).

3. Інформаційні системи для керування станом людини. Вони з’єднують перші і другі системи у єдине ціле за допомогою каналів зв’язку, систем передавання інформації та забезпечують через зворотний зв’язок формування і подання керуючих впливів на об’єкт керування (досліджуваного, хворого).
<>

4. Інформаційні системи для керування медичними закладами: а) довідкового типу: кадри, аптечна справа, господарські служби;

б) з функцією перероблення інформації: за статистичними звітами і звітністю, за дослідженням діяльності медичних закладів, за диспансеризацією.

Наведені принципи є основою створення технічного завдання або МТВ і робочого проекту ММС. Однак в наш час для створення ММС в будь-якій предметній області необхідні також попередні дослідження у таких напрямках:

- розроблення формалізованих носіїв первинної медичної, технічної і адміністративно-управлінської інформації;

- стандартизація методів і методик збирання медичної інформації (МІ);

- алгоритмізація методів аналізу МІ;

- розроблення і створення автоматизованих місць для лікарів-дослідників і операторів ММС;

- розроблення діагностичних технологій;

- розроблення спеціального апарату математичного забезпечення ММС;

- розроблення спеціалізованих сенсорів для медичних систем, які забезпечують збирання медичних даних.

Контрольні запитання

1. Дайте означення ММС.

2. Яку функцію виконує ККЗ в схемі на рис. 16?

3. Що таке керуючий рівень ММС?

4. Що таке функціонально-цільова організація ММС?