Развитие и внедрение Радиоэлектронных средств в различных областях современной Медицины

 

Министерство  образования

Российской  федерации

 

 

 

Московский Государственный  Университет Приборостроения и  Информатики.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Факультет: «Приборостроение и Радиоэлектроника»

 

Кафедра: «Персональная электроника ПР-7»

 

Реферативная  работа: по специализации «Проектирование и технология  

радиоэлектронных средств» 210201.

 

 

На Тему: «Развитие и внедрение Радиоэлектронных средств в различных 

областях современной  Медицины».

 

 

 

Выполнил: Студент 1 курса,    

   заочного отделения 

 

     Руководитель: 

         

 

 

Москва

2009г.

 

Оглавление 

 

1. Электроника и медицинская  техника. Перспективы развития…………………1стр.

 

1. Общие понятия и необходимость в дальнейших разработках……………………..1стр.

 

2. Компьютеры и современная медицинская техника ………………………………...5стр.

 

3. Ультразвуковые исследования в медицине …………………………………………5стр.

 

4. Современные тенденции магнитного резонанса в медицине………………………6стр.

 

5. Некоторые аспекты программной реализации компьютеризированного 

комплекса пульсовой диагностики  и диагностики Биопотенциалов

       человеческого  организма……………………..……………………………………….7стр.

 

6. Перспективы применения компьютерной томографии в  диагностике сложно доступных внутренних органов………………………………………………………8стр.

 

7. Радиоэлектроника в современной стоматологии   …………………………….……9стр.

 

8. Применение цифровых технологий и ведение учетных записей пациентов   ……10стр.

 

2. Развитие Радиоэлектроники  в медицине на примере: Влияния 

       Ультразвука  на организм   …………………………………………………………10стр.

 

2.1. Применение и измерение ультразвука...……………………………………………..11стр.

 

2.2. Эхо-имульсивные методы визуализации и измерений  ……………………………11стр.

 

2.3. Области применения эхо-импульсных методов   …………………………………..11стр.

 

2.3.1. Акушерство  …………………………………………………………………………11стр.

 

2.3.2. Офтольмология………………………………………………………………………12стр.

 

2.3.3. Исследование внутренних органов   ………………………………………………..12стр.

 

2.3.4. Приповерхностные и наружные  органы   …………………………………………13стр.

 

5. Кардиология   ………………………………………………………………………13стр.

 

2.3.6. Неврология   …………………………………………………………………………13стр.

 

2.3.7. Применение ультразвука в  терапии и хирургии    ………………………………..14стр. 

3. Оценка безопасности применения  ультразвука в медицине ... …..………………….15стр. 

 

 

 

 

1. Электроника  и медицинская техника. Перспективы  развития. 

 

1. 1.Общие понятия  и необходимость в дальнейших разработках. 

 

С точки зрения электронной отрасли  медицинская техника – одно из высокоперспективных направлений  применения изделий электроники, его  нужно развивать, поскольку здоровье человека должно быть превыше всего. Причем приоритетными и массовыми являются направления диагностики и раннего обнаружения заболеваний – превентивная медицина. И именно эти направления для массового развития требуют создания современного электронного оборудования. 

  С точки зрения правильного подхода к медицинскому обслуживанию общества – основное направление медицины должно быть направленно на диагностику и раннее выявление заболеваний.   
 Сегодня основными видами используемых диагностических методов являются рентгеновская томография, ядерно-магнитная компьютерная томография и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Несмотря на широкое распространение и эффективность, у всех этих методов есть очень серьезный недостаток – они оказывают (в большей или меньшей степени) вредное, вплоть до фатального, воздействие на организм пациента, особенно в случае рентгеновской и ядерно-магнитной томографии. Метод ПЭТ, предполагающий минимальное лучевое воздействие и позволяющий увидеть не только изображение внутренних органов, но и оценить их функционирование и метаболизм, достаточно дорог. Современные ПЭТ-установки стоят 5 млн. долл. 
 
 Поэтому чрезвычайно актуально создание методов безвредной диагностики, позволяющей судить о функционировании органов человека и обнаруживать их дисфункцию на самых ранних стадиях заболевания. Недопустимо, чтобы патология обнаруживалась на столь поздних стадиях, когда человек уже обречен или единственное показание – тяжелая операция. И такие методы превентивной медицины уже развиваются. Они основываются на достижениях радиоэлектроники и информатики. Подтверждением этому служат разработки специалистов в области магнитокардиографии и термографии. 
 
 Магнитокардиография (МКГ)  - может являться частью комплексного обследования кардиологических больных и существенно повысить его эффективность. Конечно, ставить первичный диагноз на основании только МКГ-исследования нельзя. Однако когда диагноз уже поставлен, при динамическом наблюдении МКГ-анализ может не только дополнить, но и заменить другие неприятные или опасные для больного тесты (повторное ЭФИ, повторный нагрузочный тест и др.). А в перспективе, возможно, использовать магнитокардиографию вместо части коронарографиии и радиоизотопных исследований.

 
  Максимальная величина магнитного поля, генерируемого сердцем человека, – всего (10–50)ґ10-12 мкТл. Для его регистрации необходимы очень чувствительные датчики – сверхпроводниковые квантовые интерферометры (СКВИД). Уровень собственных шумов современных магнитометров на основе таких датчиков не превышает 10-14 мкТл в единичной полосе частот. Именно такие магнитометры позволяют создавать оборудование для магнитокардиографии.

 
  Отечественные семиканальные магнитокардиографы на основе СКВИД уже прошли клинические испытания. Они предназначены для неинвазивного исследования кардиомагнитных сигналов в полосе частот 0–500 Гц и с амплитудой 0–10 мкТл, регистрируемых над грудной клеткой пациента в узлах регулярной сетки 6х6 мм с шагом 40 мм. В клинических условиях магнитокардиографы используются одновременно с ЭКГ, не требуют специального оборудования и магнитной экранировки помещения, чем принципиально отличаются от зарубежных аналогов. Предварительные тесты магнитокардиографов в клинических условиях демонстрируют оптимистичные результаты в диагностике электрических событий в миокарде. 
 
 Другое очень интересное направление – термография. Она уникальна своей способностью неинвазивно обнаруживать изменения в физиологических процессах, отличаясь тем самым от других методов, которые преимущественно отражают структурные изменения (рентгенография, ультразвуковые исследования и т.п.). Это исследование безвредно, необременительно, так что его можно проводить многократно. Поэтому метод термографии, хотя и давно известен в медицине, но продолжает развиваться.

 
  Учеными создан портативный компьютерный термограф ИРТИС-2000МЕ, и на его базе разработан диагностический программно-аппаратный комплекс для термографических обследований как в стационарных, так и полевых условиях. Термограф обеспечивает высокую чувствительность и точность измерения температуры по всему рабочему полю. Благодаря особенностям его конструкции достигается высокая повторяемость результатов измерения, что позволяет осуществлять динамическое инфракрасное термокартирование (многократную съемку одного и того же участка тела пациента через заданные промежутки времени) и просматривать затем полученные термограммы в виде динамического тепловизионного фильма. Комплекс включает ИК-камеру с беспроводным Wi-Fi-интерфейсом, любой современный компьютер (в том числе и PDA), а также и специальное программное обеспечение. 
 
 Необходимость создания оборудования для экспресс-диагностики, и не только в превентивной медицине, но и в ходе лечения заболеваний никем не оспаривается. Основное требование современной клинической практики – это диагностика в момент лечения. Этот термин появился в мировой практике лишь лет 10 назад. Проблема в том, что течение и динамика многих болезней столь стремительны, что ни один диагностический метод не позволяет найти причинный фактор таких болезней и правильно проводить лечение. Это не позволяет проводить детальный контроль за изменением состояния больного в ходе лечения. Необходимы приборы, которые не только воздействуют на больного, но и оценивают его состояние. Но в нашей стране нет ни одного такого лечебно-диагностического аппарата. 
 
 Разрабатывая эту проблему, ученые создали уникальную систему лазерно-флюоресцентной экспресс-диагностики заболеваний и процессов микробной природы "Спектролюкс-МБ". Установка предназначена для индикации и оценки заболеваний и процессов микробной природы. Она позволяет идентифицировать любые аэробные и анаэробные бактерии, в том числе микобактерии туберкулеза в экспресс-режиме. Их уверенно опознают по флюоресценции продуктов жизнедеятельности, которые возбуждают лазерным излучением в различных биологических субстратах (плазме крови, слюне, мокроте, моче). Процесс их выявления в плазме крови занимает одну-две минуты, хотя туберкулезная палочка – настолько медленно растущая культура, что для ее достоверного выявления традиционными биологическими методами (выращиванием культуры бактерий) требуется от 28 до 36 дней. Впервые в клинической практике появилась возможность за 20–30 минут определять чувствительность бактерий к антибиотикам и антисептикам в любых биологических субстратах. Это  позволяет отслеживать эффективность применения антибактериальных препаратов. 
 
 Кроме этого создана автоматизированная лазерная установка для лечения онкологических и неонкологических заболеваний методом фотодинамической терапии (ФДТ) нового поколения "Кулон-Мед". Установка способна генерировать лазерное излучение в широком диапазоне длин волн – от 510,6 до 750 нм. Данный спектр позволяет использовать для лечения онкологических больных методом ФДТ все типы известных фотосенсибилизаторов (фотогем, аласенс, фоскан, радохлорин, фотосенс, и др.).

 
  "Кулон-Мед" можно использовать в дерматологии и косметологии. Зеленое излучение (510,6 нм) эффективно для лечения пигментных дефектов кожи (кератоз, веснушки, хлоазма, невусы, гиперпигментации) и татуировки; желтое излучение (578,2 нм) – для лечения сосудистых нарушений кожи (гемангиомы, "винные пятна", пиогенная гранулема), коррекции рубцов и возрастных изменений кожи, эпителиальных опухолей кожи. Кроме того, желто-зеленое излучение эффективно в качестве лазерного скальпеля с минимальной зоной термического воздействия. Установка защищена девятью патентами РФ и не имеет аналогов ни в России, ни за рубежом.  
 
 В научных исследованиях в области материаловедения участвуют как материаловеды, так и практикующие врачи. Они создают перспективные функциональные материалы для стоматологии и хирургии. При лечении таких тяжелых стоматологических заболеваний, как пародонтоз и пародонтит, во многих случаях можно добиться успеха, используя биосовместимые, так называемые интеллектуальные материалы. К интеллектуальным биоактивным материалам относится сплав никелида титана, обладающий уникальным сочетанием биосовместимости и термомеханической памяти формы при температуре человеческого тела. К этим же материалам принадлежат пористые проницаемые материалы, в поры которых прорастает и функционирует здоровая ткань. Эффективны и комбинации этих материалов и сплавов, обладающие уникальными свойствами биоактивности. Серьезного внимания заслуживают и реологические суспензии, содержащие пористые структуры, которые позволяют провести остеопластику (наращивание кости) самым нетравматичным инъекционным способом. 
 
 Приоритет в этой области принадлежит российским ученым. Так, эффект памяти формы в металлических сплавах открыт академиком Г.В.Курдюмовым в конце 1940-х годов. Многие практические медицинские применения сплавов с эффектом памяти формы впервые в мире разработаны в Томске в НИИ медицинских материалов и имплантатов с памятью формы. Новые перспективы открываются в связи с созданием композитных материалов – легких, пористых, изменяющих свою форму подобно живым тканям и костям. 
 
 Идея остеопластики с помощью пористого никелида титана сводится к тому, что пористый металлический сплав служит аналогом живой кости. Его материал биосовместим с живой тканью, а структура пор аналогична структуре живой кости. Клетки ткани, мелкие сосуды, нервы прорастают в поры и способствуют тому, что "искусственная кость" не отторгается. Однако, в стоматологии необходимо на такой "искусственной кости" закрепить зубной протез. Для этого внутри имплантата необходимо сформировать сплошной прочный керн из литого сплава. Никелид титана, как и чистый титан, отличается прочностью, а свойство сверхупругости и эффекта памяти формы делают его механически очень похожим на живые ткани и кости. Таким образом, для применения в стоматологии созданы композитные материалы и изделия из литого и пористого никелида титана.

 

 

 

1. 2. Компьютеры и Современная Медицинская техника.

 

В наше время компьютер является неотъемлемой частью нашей жизни  и поэтому применяется в различных отраслях народного хозяйства и, в частности, в медицине.

Слово «компьютер» – означает вычисление, т. е. устройство для вычислений. При  создании компьютеров в 1945 г. знаменитый математик Джон Фон Нейман писал, что компьютер это универсальное  устройство для обработки информации. Первые компьютеры имели большие размеры и поэтому использовались в специальных условиях.   С развитием техники и электроники компьютеры уменьшились до малогабаритных размеров, умещающихся на обычном письменном столе, что позволяет использовать их в различных условиях (кабинет, автомобиль, дипломат и т. д.).

Современный компьютер состоит  из трех основных частей: системного блока, монитора и клавиатуры и дополнительных приспособлений – мыши принтера и  т. д. Но, по сути, все эти части компьютера являются «набором электронных схем».

Компьютер сам по себе не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены  в исполняемых на компьютере программах. Это аналогично тому, что для воспроизведения  музыки не достаточно одного магнитофона – нужно иметь кассеты с записями, лазерные диски. Для того, чтобы компьютер мог осуществлять определенные действия, необходимо составить для него программу, т. е. точную и подробную последовательность инструкций, на понятном компьютеру языке, как надо обрабатывать информацию. Меняя программы для компьютера, можно превращать его в рабочее место бухгалтера, конструктора, врача и т. д.

Медицина на современном этапе  из-за большого количества информации нуждается в применении компьютеров: в лаборатории при подсчете формулы крови, при ультразвуковых исследованиях, на компьютерном томографе, в электрокардиографии и т. д.

Применение компьютеров и компьютерных технологий в медицине можно рассмотреть  на примере одной из городских  больниц

Подытоживая вышесказанное можно сделать вывод, что использование компьютеров в медицине безгранично и многогранно. Поскольку перечислить все направления Медицины, использующие в своей области радиотехнические технологии современности не представляется возможным в рамках реферативной работы, я приведу выборочно лишь часть, из самых наиболее прогрессивно развивающихся в современной медицине:  

 

 

1. 3. Ультразвуковые  исследования в Медицине.

 

Корпорация «Акусон»

 

На рубеже XXI века компания создала принципиально новый способ получения ультразвуковой информации  – Технологию Когерентного Формирования Изображений. Эта технология рекомендована в платформе «Секвойя» и использует 512 (Sequoiy 512)