Применение компьютера в медицине и биологии

Министерство Здравоохранения  республики Казахстан

Южно-Казахстанская государственная  фармацевтическая академия.

 

 

 

 

 

                      

 

 

Форма выполнения: реферат

Дисциплина: информатика

 

 

НА ТЕМУ: «Применение компьютера в медицине и биологии»

 

 

 

 

 

 

Выполнила:Абдувалиева.М

Группа:103 ТФП

Принял  :Халметов.З.С

 

 

 

 

 

1. Введение

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 г. Белгорода.

Рабочее место секретаря – здесь  компьютер используется для печати важных документов и хранении их в  памяти (годовые отчеты, заявки, приказы); в бухгалтерии больницы с помощью  компьютеров начисляется заработная плата; в администрации производится учет инвентарного оборудования; в  приемном отделении производится учет поступающих больных и их регистрация  по отделениям; с помощью компьютерной внутрибольничной сети производится учет, хранение и расход медикаментов по больнице; у врачей появилась возможность с помощью Интернета пользоваться современной литературой. Компьютерные технологии часто используются в электрокардиографии, рентгенологии, эндоскопии, ультразвуковых исследованиях, лаборатории.

Подитоживая вышесказанное можно сделать вывод, что использование компьютеров в медицине безгранично.

 

2. «Акусон» – технология XXI века.

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) или 256 (Sequoiy 256) электронных приемно-передающих каналов, принцип формирования множественных лучей , а также сбор, кодирование и обработку информации как об амплитуде, так и о фазе отраженного сигнала. Существующие системы, работающие по принципу построения изображения «по лучу», не используют информацию о фазе отраженного эха, т. е. обеспечивают лишь половину информационной емкости сигнала. Только с появлением технологии Sequoiy™ стало возможным получить ультразвуковые изображения, основанные на использовании полной ультразвуковой информации об объекте, содержащейся не только в амплитуде, но и в фазе ультразвукового эха. Абсолютное превосходство данного типа исследования уже не вызывает сомнения, особенно при сканировании пациентов с избыточным весом. Теперь стало возможным использовать вторую гармонику без введения контрастных препаратов и не только в кардиологии, но и в общей визуализации и в сосудистых применениях. При этом используются все режимы сканирования.

Новыми разработками компании являются также датчики с расширенным  диапазоном сканирования. В настоящее  время доступный для сканирования стал рубеж от 1 до 15 МГц. Таким образом, глубина проникновения ультразвука  достигает уже 36 см, а используя  технологию множественных гармоник в одном датчике, можно добиться прекрасного качества изображения  на любой глубине, вплоть до оценки ультраструктуры слоев кожи.

Очень важным представляется создание цифровой ультразвуковой лаборатории. Это позволяет управлять потоками информации, передавать ее по локальным  сетям, хранить и обрабатывать. Производится запись на сменный магнитно-оптический диск, как в статическом формате, так и в режиме произвольно  выбранного по длительности клипа, –  контролировать работу ультразвукового  аппарата через персональный компьютер, осуществлять связь с другими  ультразвуковыми аппаратами через  глобальную сеть Интернет (модемная связь  – Web Pro ©).

Для платформы ASPEN™ и других корпорация «Акусон» разработала перспективный пакет новых возможностей визуализации – “Perspective Advanced Display Option”, работающих в трех режимах. Free Style™ – технология широкоформатного сканирования в режиме «свободной руки – freehand» без каких-либо ограничений по времени и позиции датчика. 3D fetal assessment surface rendering и 3D organ assessment volumetric rendering – трехмерная оценка поверхности и объема.

Применение такого ультразвука  позволило выявлять опухоли клеточно-почечного  рака. Одной из важнейших задач  при выявлении злокачественных  опухолей является их дифференциальная диагностика от доброкачественных образований различной природы.

3. Ядерное медицинское  приборостроение в России.

С. Д. Калашников был ведущим специалистом в области ядерного медицинского приборостроения. Он разработал спец проект миниатюрной транспортабельной гамма камеры – камеры на основе полупроводникового детектора с компьютером – ноутбуком. Уже сегодня проводятся экспериментальные образцы малогабаритных гамма – камер с массой не более 100 кг.

4. Современные тенденции  магнитного резонанса в медицине.

Магнитный резонанс в медицине –  это на сегодня большая область  медицинской науки. Магнитно-резонансная  томография (МРТ), магнитно-резонансная  ангиография (МРА) и МР – invivo спектроскопия (МРС) являются практическими применениями этого метода в радиологической диагностике. Но этим далеко не исчерпывается значение магнитного резонанса для медицины. МР – спектры отражают процессы метаболизма. Нарушения метаболизма возникают как правило до клинической манифестации заболеваний. Поэтому на основе МР – спектроскопии биологических жидкостей (кровь, моча, спинно-мозговая жидкость, амниотическая жидкость, простатический секрет и т. д.) стараются развивать методы скрининга множества заболеваний.

Быстрые методы сканирования:

Быстрые (<20 сек) и сверхбыстрые (<500 м сек) методы сканирования, в частности  с диагностическим контрастом по Т2, все больше заменяют традиционные методы. Даже самый быстрый метод – эхо планарная томография – становится стандартным методом на большинстве коммерческих МР – томографов. Это не только желание сократить время исследования, но и внедрение в клинику новых методов, основанных на высчитывании и обработке большого количества томограмм, таких как МР – ангиография без и с контрастным усилением, функциональная МР – томография головного мозга, динамика контрастирования (например в молочной железе), исследование перфузии (сердце с коронарными сосудами; мозгового кровообращения) и изображении по коэффициенту диффузии (инфаркт мозга).

5. Некоторые аспекты  программной реализации компьютеризированного  комплекса пульсовой диагностики.

Среди различных методик диагностики  заболеваний пульсовая диагностика  тибетской медицины занимала особое место. Это определяется рядом причин, среди которых немаловажное значение имела накопленная внутри нее  огромная база знаний по распознаванию  патологических состояний человеческого  организма, причем эта база знаний достаточна информативна и хорошо структурирована для того, чтобы быть переведенной на язык формальных описаний.

Были разработаны устройства съема  пульсовых колебаний, выработаны основные подходы к обработке сигналов. Появилась возможность приступить к созданию каталога пульсов – базы данных формализованных (количественных и качественных) описаний различных видов пульсовых сигналов, соответствующих тем или иным нозологическим формам тибетской медицины, с тем, чтобы  в будущем вплотную подойти к решению проблемы автоматизации методов диагностики. Эти обстоятельства потребовали разработки качественно нового программного обеспечения (ПО).

Была разработана модель данных, которая включила в себя наиболее существенную для последующей обработки  и интерпретации информацию: во-первых, паспортные и основные личные данные пациента (Ф. И. О., дата рождения, возраст, пол, рост, масса), заполняемые при  съеме пульсограммы; во-вторых, неформальную словесную экспертную оценку пульсов пациента (данную в традиционных терминах тибетской медицины) и, если необходимо, словесный диагноз по европейской нозологии; в-третьих, реализации пульсовых сигналов, снятых с аналого-цифрового преобразователя, вместе с информацией технического плана, включает частоту съема сигнала, длительность реализации, коэффициенты усиления датчиков пульса и прочих. Кроме того, внутри каждого файла данных, созданного по вышеприведенному образцу, предусмотрено место для информации о результатах выполнения различных методов обработки; вначале идентификатор данного метода внутри системы, затем описание структуры представления результатов работы, метода и сами результаты. 

В основу работ были положены концепции  объектно-ориентированного программирования (ООП), хотя реализация и не велась непосредственно  на языках ООП. Это объясняется несколькими  причинами, среди которых выделяются требования компактности и быстродействия кода программы, вытекающие из того, что  в качестве  вычислительной платформы была принята платформа IBM PC под управлением операционной системы MS DOS. В то же время основные понятия ООП – инкапсуляция, непрозрачность информации, наследование были реализованы средствами стандартного процедурного языка (Паскаль) путем применения определенной технологии программирования. Ее суть в том, что программа разрабатывалась как набор функционально самостоятельных модулей, связанных между собой объектными отношениями (наследованием свойств). При этом процедуры ввода/вывода и обработки рассматривались как абстрактные методы , применяемые к данным, построенным по описанной выше модели с добавлением некоторой управляющей информации. Каждый метод  обеспечивает использование в качестве входной информации только текущее состояние общей для всей программы данных и организацию работы по заданному алгоритму с применением внутренних переменных. На выходе каждый метод позволяет производить определенные изменения в данных, помечая результаты выполнения собственным идентификатором или выставляя флажок в структуре управляющей информации.

На сегодня в рамках изложенных подходов и конструированию ПО разработана исследовательская система, работающая на IBM PC – совместимых компьютерах в операционной среде типа MS DOS, которая под управлением единой пользовательской оболочки реализует функции поддержки аппаратуры приема и оцифровки сигналов, ввода данных, их обработки и хранения. Система предназначена для использования лицами с минимальными навыками работы на компьютере, что как никак лучше удовлетворяет условия сбора информации в клинических условиях. В ее рамках на сегодня реализованы следующие методы обработки сигналов: спектральный анализ пульсограмм (определение энергетического и дифференциального коэффициентов, распределение мощности сигнала по частотным поддиапазонам), контурный (амплитудно-временной) анализ кардиограммы и единичной пульсовой волны. Исследуется ряд методов, связанных, связанных с отображением пульсовых сигналов на фазовой плоскости. Полученные результаты анализируются с помощью специально разработанного для этой цели ПО, которое производит анализ словесной экспертной оценки, выделяет ключевые слова, по ним определяет положение данного типа пульса внутри базы данных и заполняет соответствующие поля последней оценками, полученными в результате математической обработки пульсовых сигналов. Используя описываемое ПО, удалось определить количественные характеристики пульсов «жара» и «холода».

6. Перспективы применения  компьютерной томографии в диагностике  острого панкреатита.

Перспективы применения КТ при остром панкреатите стали возможными после  разработки трехмерной реконструкции  изображений. Традиционно применяемые  для трехмерных построений программы (SSD и MJP) существуют уже несколько лет, и математики попытались исправить их недостатки. В результате появились новые программы компьютерной обработки серии поперечных изображений. Они позволяют создавать отдельно объемные изображения объектов с равной или близкой плотностью, а затем совмещать их друг с другом или с соответствующим поперечным средам, используя цветное кодирование. Такое программное обеспечение имеет автономная рабочая станция «Easy Vision» (Philips). Наш опыт ее использования в течение 2 лет свидетельствует о том, что 3D реконструкции имеет перспективы клинического использования. Благодаря программному обеспечению становится возможной поверхностная реконструкция любого паренхиматозного органа или его части. Специальная программа дает возможность делать срезы полученного изображения, в частности фронтальные, или вычленять отдельные участки. Это позволяет, например, увидеть внутреннюю структуру паренхиматозного органа, просвет сосуда, а если внутри зоны интереса имеются очаговые образования, то эта часть программы позволяет, вычленяя участки паренхимы на необходимую глубину, увидеть внутриорганные образования.