Радиоэлектроника в медицине реферат

Обновлено: 05.07.2024

Целью данной работы является:
Изучение разделов электроники, в которых рассматриваются особенности применения электронных систем для решения медико-профилактических задач.
Ознакомление с применением электронных устройств с диагностической и лечебной целью.
Ознакомление с навыками отбора литературы и методикой приобретением знаний.

Содержание работы

1.Введение……………………………………………………………..2
2.Основная часть……………………………………………………….
2.1. Основные группы медицинских электронных приборов и аппаратов………………………………………………………………….3
2.2. Электробезопасность медицинской аппаратуры. ………………..4
2.3. Надежность медицинской аппаратуры……………………………..7
2.4. Специфика и классификация физических измерений в медицине…9
2.5. Структурная схема съема, передачи и регистрации медико- биологической информации. ……………………………………………….11
2.6. Электроды для съема биологического сигнала. ……………………12
2.7. Датчики медико-биологической информации. ………………………..14
2.8. Усилители биоэлектрических сигналов. ………………………………15
2.9. Передача сигнала.Радиотелеметрия……………………………………16
3. Заключение………………………………………………………………..18
4. Список литературы……………………………………………………. 19

Файлы: 1 файл

Самостоялка по физике 1.docx

2.1. Основные группы медицинских электронных приборов и аппаратов……………………………………………………… ………….3

2.2. Электробезопасность медицинской аппаратуры. ………………..4

2.3. Надежность медицинской аппаратуры……………………………..7

2.4. Специфика и классификация физических измерений в медицине…9

2.5. Структурная схема съема, передачи и регистрации медико- биологической информации. ……………………………………………….11

2.6. Электроды для съема биологического сигнала. ……………………12

2.7. Датчики медико-биологической информации. ………………………..14

2.8. Усилители биоэлектрических сигналов. ………………………………15

2.9. Передача сигнала. Радиотелеметрия…………………………………… 16

Физика, как и любая другая наука, развивалась и развивается в связи с потребностями общества, ее прогресс стимулируется практическими задачами. В свою очередь,, развитие физики способствует решению практических, в том числе и технических, проблем. Так, например, в результате достижений в области исследований электромагнитных явлений получили бурное развитие соответствующие отрасли техники: электро- и радиотехника. Постепенно многие разделы радиотехники стали именовать радиоэлектроникой или электроникой. Электроника — прикладная отрасль знаний. Одно из распространённых применений электронных устройств связано с диагностикой и лечением заболеваний. Разделы электроники, в которых рассматриваются особенности применения электронных систем для решения медико-биологических задач, а также устройство соответствующей аппаратуры, получили название медицинской электроники.

Целью данной работы является:

Изучение разделов электроники, в которых рассматриваются особенности применения электронных систем для решения медико-профилактических задач.
Ознакомление с применением электронных устройств с диагностической и лечебной целью.
Ознакомление с навыками отбора литературы и методикой приобретением знаний.

2.1 Основные группы медицинских электронных приборов иаппаратов.

Можно выделить следующие основные группы электронных приборов и аппаратов, используемых для медико-биологических целей. Устройства для получения (съема), передачи и регистрации медико-биологической информации. Такая информация может быть не только о процессах, происходящих в организме (биологическая' ткань, органы, системы), но и о состоянии окружающей среды (санитарно-гигиеническое назначение), о процессах, происходящих в протезах, и т.д. Сюда относится большая часть диагностической аппаратуры: баллистокардиографы, фонокардиографы, реографы и др. Для подавляющего большинства этих приборов в радиотехническом отношении характерно наличие усилителей электрических сигналов. К этой группе можно отнести и электромедицинскую аппаратуру для лабораторных исследований, например рН-метр. Электронные устройства, обеспечивающие дозирующее воз¬действие на организм различными физическими факторами (ультразвук, электрический ток, электромагнитные ноля и др.) с целью лечения: аппараты микроволновой терапии.аппараты длялектрохирургии, кардиостимуляторы и др. С физической точки •фения эти устройства являются генераторами различных электри¬ческих сигналов. Кибернетические электронные устройства: а) электронные вычислительные машины для переработки, хранения и автомати¬ческого анализа медико-биологической информации; б) устройства для управления процессами жизнедеятельности и автоматического регулирования состоянием окружающей человека среды; в) элект¬ронные модели биологических процессов и др. Применение электронных медицинских приборов и аппаратов повышает эффективность диагностики и лечения и увеличивает производительность труда медицинского персонала.

2.2ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ МЕДИЦИНСКОЙ АППАРАТУРЫ

Одним из важных вопросов, связанных с использованием электронной медицинской аппаратуры, является ее электробезопасность как для пациентов, так и для медицинского персонала. Больной вследствие различных причин (ослабленность организма, действие наркоза, отсутствие сознания, наличие электродов на теле, т.е. прямое включение пациента в электрическую цепь, и др.) оказывается в особо электроопасных условиях по сравнению со здоровым человеком. Медицинский персонал, работающий с медицинской электронной аппаратурой, также находится в условиях риска поражения электрическим током. В электрической сети и в технических устройствах обычно задают электрическое напряжение, однако действие на организм или органы оказывает электрический ток, т.е. заряд, протекающий через биологический объект в единицу времени. Сопротивление R внутренних частей организма слабо зависит от общего состояния человека, в расчетах принимают R = 1 кОм для пути ладонь — ступня. Сопротивление R кожи значительно превосходит сопротивление внутренних органов и существенно зависит от внутренних и внешних причин (потливость, влажность).) Кроме того, на разных участках тела кожа имеет разную толщину и, следовательно, различное сопротивление Основное и главное требование — сделать недоступным касание частей аппаратуры, находящихся под напряжением. Для этого прежде всего изолируют части приборов и аппаратов, находящиеся под напряжением, друг от друга и от корпуса аппаратуры. Изоляция, выполняющая такую роль, называется основной или рабочей. Отверстия в корпусе должны исключать возможность случайного проникновения и касания внутренних частей аппаратуры пальцами, цепочками для украшений и т.п. Однако даже если части аппаратуры, находящиеся под напряжением, и закрыты от прикосновения, это еще не обеспечивает полной безопасности по крайней мере по двум причинам. Во-первых, какой бы ни была изоляция между внутренними частями аппаратуры и ее корпусом, сопротивление приборов и аппаратов переменному току не бесконечно. Не бесконечно и сопротивление между проводами электросети и землей. Поэтому при касании человеком корпуса аппаратуры через тело человека пройдет некоторый ток, называемый током утечки. Во-вторых, не исключено, что благодаря порче рабочей изоляции возникает электрическое замыкание внутренних частей аппаратуры с корпусом — "пробой на корпус" и внешняя, доступная для касания часть аппаратуры — корпус — окажется под напряжением.И в одном и в другом случае должны быть приняты меры, которые исключали бы поражение током лиц при касании корпуса прибора или аппарата. Защитные заземления илизанулениядолжны обеспечивать в установках с изолированной нейтралью безопасную силу тока, проходящего через тело человека при замыкании сети на заземленные части аппаратуры, в установках с заземленной нейтралью — автоматическое отключение аппаратуры от электрической сети.Однако не всякая электромедицинская 'аппаратура надежно защищена заземлением или занулением. В зависимости от способа дополнительной защиты от поражения током питающей сети аппаратура делится на четыре класса:

— изделия, у которых кроме основной изоляции предусмотрено совместное подключение питающего напряжения и заземления (зануления) доступных для прикосновения металлических частей. Так, например, это может быть сделано с помощью трехпроводного сетевого шнура и трехконтактной вилки. Два провода шнура служат для подведения Напряжения, а третий является заземляющим. При вставлении вилки в розетку сначала присоединяется заземление, а затем сетевое напряжение.

— изделия, которые отличаются от изделий класса I только тем, что имеют отдельный зажим (клемму) на доступных для прикосновения металлических частях с целью присоединения их к внешнему заземляющему (зануляющему) устройству. На рис. 20.5, б показано место защитного заземления (зануления). Применение изделий класса 01 имеет временный характер* в дальнейшем эти изделия должны быть заменены соответствующими класса I.

— изделия, которые кроме основной изоляции имеют и дополнительную. Возможно вместо основной и дополнительной изоляции наличие усиленной изоляции. У аппаратуры этого класса нет приспособлений для защитного заземления. На рис. 20.5, в показан ввод сетевого шнура (или кабеля) для изделий Этого класса.

— изделия, которые рассчитаны на питание от изолированного источника тока с переменным напряжением не более 24 В или с постоянным напряжением не более 50 В и не имеют внешних или внутренних цепей с более высоким напряжением. Изделия этого класса также не имеют приспособления для защитного заземления.

В заключение хотелось бы сказать:

не касайтесь приборов одновременно двумя обнаженными руками, частями тела;
не работайте на влажном, сыром полу, на земле;
не касайтесь труб (газ, вода, отопления), металлических конструкций при работе с электроаппаратурой;
не касайтесь одновременно металлических частей двух аппаратов (приборов).

При проведении процедур с использованием электродов, наложенных на пациента, трудно предусмотреть множество вариантов создания электроопасной ситуации (касание больным отопительных батарей, газовых и водопроводных труб и кранов, замыкание через корпус соседней аппаратуры и .т.п.), поэтому следует четко следовать инструкции по проведению данной процедуры, не делая каких-либо отступлений от нее.

2.3 Надежность медицинской аппаратуры

Медицинская аппаратура должна нормально функционировать. Это требование, однако, не всегда выполняется, говоря точнее, такоо требование не может выполняться сколь угодно долго, если не принимать специальных мер. Врач, использующий медицинскую аппаратуру, должен иметь представление о вероятности отказа эксплуатируемого изделия, т.е. о вероятности порчи прибора (аппарата) или его частей, превышения или понижения допустимых параметров. Устройство, не отве¬чающее техническим условиям, становится неработоспособным. Отремонтировав, его можно сделать вновь работоспособным. Во многих случаях достаточно заменить лампу или резистор, чтобы изделие вновь функционировало нормально, однако может быть и так, что аппаратура оказывается настолько устаревшей и изношенной, что экономически нецелесообразно ее ремонтировать. В связи с этим медицинский персонал должен иметь представление о ремонтопригодности аппаратуры и долговечности ее частей. Способность изделия не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуют обобщающим термином надежность. Для медицинской аппаратуры проблема надежности особенно актуальна, так как выход приборов и аппаратов из строя может привести не только к экономическим потерям, но и к гибели пациентов. Способность аппаратуры к безотказной работе зависит от многих причин, учесть действие которых практически невозможно, поэтому количественная оценка надежности имеет вероятностный характер. Так, например, важным параметром является- вероятность безотказной работы. Она оценивается экспериментально отношением числа N работающих (не испортившихся) за время t изделий к общему числу N0 испытывавшихся изделий:

2.4 Специфика и классификация физических измерении в медецине.

Большинство измерений в медицине является измерениями физических или физико-химических величин. В количественной диагностике - давление крови, временная зависимость биопотенциалов, оптическая сила глаза и др. В лабораторных анализах - вязкость крови, концентрация сахара в моче и др. При лечении важно знать дозу ионизирующего излучения, силу тока при гальванизации, интенсивность ультразвука и т. д. Отсутствие какой-либо информации подобного рода может не только снизить лечебный эффект, но и оказать пагубное действие при лечении. Количественная оценка параметров среды, окружающей человека (влажность, температура, атмосферное давление), является необходимым условием профилактики заболеваний, климатического лечения. В ряде измерений информация о связи между непосредственно измеряемой физической величиной и соответствующими медико-биологическими параметрами может быть недостаточной. Так, например, при клиническом измерении давления крови допускается, что давление воздуха внутри манжеты приблизительно равно давлению крови в плечевой артерии. Фактически равенство давлений зависит от состояния мускулатуры и ряда других факторов. Кроме того, в процессе измерения медико-биологические параметры могут изменяться, особенно при длительных измерениях, например вследствие психофизиологических факторов. Подвижность органов или самого пациента также может приводить к различным результатам измерений. Физические медико-биологические измерения могут быть классифицированы либо по функциональному признаку, либо по принадлежности к соответствующему разделу физики. Физическая классификация приведена ниже. Механические измерения: антропометрические параметры тела, перемещение, скорость и ускорение частей тела, крови, воздуха., акустические измерения, давление крови и жидкостей в организме и воздуха - в окружающей среде, измерение вибраций и т. д. Теплофизические измерения: температура органов и частей тела, калориметрические измерения биологических объектов, про дуктов питания и т. д. Электрические и магнитные измерения: биопотенциалы, индукция магнитного поля сердца, измерение импеданса биологических объектов с диагностической целью, параметров электромагнитных полей и концентрации ионов с гигиенической целью.Оптические измерения: колориметрические измерения, измерение оптических характеристик глазных сред с диагностической целью, спектральные измерения для диагностики и судебно-медицинского назначения, измерение характеристик ультрафиолетового, инфракрасного и видимого света для гигиены и т. д. Атомные и ядерные измерения: измерение ионизирующих излучений и др. Функциональный принцип классификации методов медико-биологических измерений можно проиллюстрировать на измерении параметров сердечно-сосудистой системы. Здесь встречаются механические (баллистокардиография, фонокардиография, измерение давления крови), электрические и магнитные (электрокардиография, магнитокардюлрафия), оптические измерения (оксигемо-метрия). Возможно применение и других физических методов: так, например, методом ядерного магнитного резонанса определяют скорость кровотока и др. Физические величины, связанные определенными закономерными зависимостями, могут быть организованы в систему. Соотношения между величинами системы выражаются с помощью размерностей. Размерности основных величин записываются буквенными символами, а размерности производных величин - произведениями размерностей основных величин в соответствующих степенях. Так, например, символами L, М, Т обозначаются размерности основных величин - длины, массы, времени. Отсюда размерность скорости, которая выражается как путь, деленный на время, представится сочетанием L / Т. В настоящее время в большинстве стран внедряется новая Международная система, получившая условное обозначение СИ

XX в явился истинным триумфом использования электромагнитной энергии человеком. Трудно представить современную жизнь без радио, телевидения, радиолокации, интернета. Эта техника берет свое начало от скромных первых опытов великого русского ученого А.С.Попова. Идеи радиоэлектроники находят широкое применение во многих областях человеческой деятельности, в том числе и медицине.

Содержимое работы - 1 файл

Радиоэлектроника в медицине.docx

Радиоэлектроника в медицине

Ученые XX в. прежде всего интересовались механизмом воздействия электромагнитных излучений на живой организм. Они обоснованно считали ,что организм, в котором возникают электрические явления, не может оставаться безучастным по отношению к внешнему электромагнитному полю. Если радиоволны поглощаются какой-то средой, то электромагнитная энергия превращается в тепловую и среда нагревается.

Аппараты микроволновой диатермии основанные на свойствах радиоволн, позволяли прогреть находящиеся в глубине ткани. Они были пригодны и для терапии, не связанной с повышением температуры тела. Этот метод особенно благоприятно действовал при острых воспалительных процессахКогда запуск космических кораблей стал довольно - таки частым занятием, а на борту корабля появились космонавты, возникла необходимость следить за состоянием их здоровья, что успехом делали при помощи радиодиагностических приборов.

Диагностика на расстоянии играла и играет сейчас очень важную роль. Введение телеметрического метода в медицинскую практику открыло новые возможности ранней и точной диагностики заболеваний. Доказано, что каждый организм имеет свою собственную частоту очень слабых электромагнитных излучений. На основе этого феномена были разработаны приборы, которые позволяют лечить человека.

При воздействии на человека индивидуальной электромагнитной частотой в его организме возникают резонансные явления. Если частота колебаний, вводимая извне, совпадает с собственной частотой колебаний системы, то амплитуда их увеличивается. Это явление дало ключ к совершенно новому типу лечения, который и называют биорезонансной терапией. Электромагнитное излучение позволяет воздействовать сразу на весь организм в целом и активизировать его защитные силы.

Интеграция медицинских и технических наук в ХХ веке

В XX в.создаются не имеющие аналогов медицинские приборы: магнитный кардиограф, инфракрасный термограф, установки для регистрации акустических сигналов и многое другое.

Коллективными усилиями специалистов разнообразных областей науки и техники: биологии, медицины, физики, химии, радиоэлектроники, материаловедения создаются новые технологии.

Анализ результатов, отмеченных нобелевскими премиями в области физиологии и медицины, демонстрирует принципы формирования и развития медико-технических наук в ХХ веке. В 1903 году нобелевская премия присуждается датскому ученому Нильсу Файсену за развитие методов лечения болезней при помощи лучей света.

Современную медицинскую науку невозможно представить без методов воздействия разнообразных видов концентрированных потоков энергии на биологические объекты, в первую очередь лазерных технологий.

Огромным достижением в изучении физиологии и патологии сердца явилось изобретение электрокардиографии. В. Эйнтховен удостоен Нобелевской премии в области физиологии и медицины за 1924 год.

Величайшим достижением человечества явилось открытие рентгеновских лучей( нобелевская премия 1895г.). Триумфом медико-технической науки ХХ века явилось создание рентгеновской компьютерной томографии (нобелевская премия 1979 г.)

Моделирование работы организма как единой целостной системы

Особенно плодотворным представляется синтез математического моделирования работы организма как единой целостной системы с развивающимися методами визуализации:

трехмерным изображением объектов; новыми томографическими методами, комбинированными системами визуализации, совмещающими разнообразные физические принципы визуализации и количественные измерения характеристик визуализируемых объектов; совмещением систем визуализации с хирургической и микрохирургической атрибутикой; анализом изображений с помощью систем искусственного интеллекта, наконец, визуализацией атомно-молекулярных систем.

Разработана система проектирования биомедицинских микросистем, включающая проектирование биочипов и геносенсоров. Развитие новых медицинских технологий в XXI веке в значительной мере связано с развитием имплантируемых биомедицинских миниатюрных систем: стимуляторы, биохимические анализаторы, протезы и т.д. Важное значение имеет также автоматизация проектирования систем временного замещения функций организма.

Разработка новых методов исследования человека, прежде всего на основе достижений радиофизики, открывает новые горизонты исследования, позволяет открывать новые факты и явления. Разработан и внедрен в широкую лечебную практику метод скрининговой экспресс-диагностики: пунктурное тепловидение. Подход существенно раздвинул границы диагностических возможностей тепловидения и является столь же универсальным и информативным, как рентген, выгодно отличаясь безвредностью и технической простотой.

В 50-е годы в клинической практике был разработан метод полярографического исследования содержания и динамики кислорода в тканях. Методика получила широкое распространение у нас и за рубежом. Выявились большие перспективы полярографии в пластической хирургии, космической медицине и пр. Развитие ритмодиагностики и ритмотерапии стало актуальнейшей проблемой медицины.

Фундаментальные открытия академика Н.Н. Девяткова в области резонансной диагностики и терапии с помощью радиоволн КВЧ-диапазона сделали переворот в медицинской науке. Появился огромный ряд медицинских приборов мм диапазона.

В 50-80 годах технологический прогресс в области медико-технической науки развивался очень высокими темпами, что связано, с общей научно-технической революцией и, в частности, с разработками в военных областях науки и техники. Многие примеры свидетельствуют о плодотворности такого "переноса" знаний и опыта:

· ультразвуковое сканирование тела человека, использование многоканальных излучателей и приемников на сверхвысоких частотах, эффекта Доплера, программная реконструкция

получаемых изображений внутренних органов и тканей стали в настоящее время частью рутинного диагностического обследования;

· открытия биологами механизмов внутриклеточного взаимодействия и познания генных структур создали качественный сдвиг в реконструктивном лечении многих заболеваний;

· теоретическое, экспериментальное и математическое моделирование строения и функций внутренних органов позволили создать искусственные клапаны сердца, сосуды, кровь, суставы, искусственную кожу, протезы конечностей, имплантируемые стимуляторы деятельности сердца, мышечные стимуляторы;

· развитие компьютерной техники привели к созданию сложной диагностической аппаратуры, такой как рентгеновские и ЯМР-томографы, позитронные эмиссионные томографы, гамма-камеры, позволяющие проводить диагностику различных заболеваний;

· Благодаря широкому использованию микротехнологии, электроники, компьютеризации, разработки новых химико- физикоаналитических методов лабораторная техника перешла к методам автоматизированного микроанализа и пробоприготовления, с рекордно высокой чувствительностью и надежностью получаемого результата.

· компьютерная техника и информатика явились также основой построения информационно-справочных систем различного уровня, от экспертной системы –советчика врача, до медицинских банков данных глобального уровня.

· на основе достижений современных систем спутниковой связи, сотовых телесетей и современных банков данных развивается новая сфера медицинской помощи и обслуживания населения – телемедицина.

Области применения медицинской техники чрезвычайно разнообразны, и сферы деятельности радиоинженеров, физиков, математиков в медицине расширяются.

1 ) Информационные технологии обеспечения диагностики, терапии и прогнозирования состояния организма, его органов, систем, тканей на основе цифрового кодирования,

фильтрации и компьютерной обработки биологических сигналов и изображений, их визуализации, в т.ч. многомерной, использования методов и средств искусственного интеллекта,

2 ) Биомедицинские исследования в сочетании с математическим и компьютерным моделированием строения, функций, поведения, генеза и патологии живого организма, его систем органов, тканей, клеток, энерго- и массообмена, физических полей, воспринимаемых сигналов, построение и использование иммитационных моделей функционирования органов и систем для компьютерного управления аппаратурой жизнеобеспечения и терапии, в том числе, с биологической обратной связью.

3 ) Микроанализ биологических жидкостей и тканей радионуклидными, иммуноферментными, флюоресцентными, люминесцентными, интерференционными аналитическими методами, с автоматизацией отбора и приготовления проб и компьютерной обработкой получаемой информации.

4 ) Создание искусственных органов и тканей, в т.ч. гибридных и обеспечение их биологической совместимости, их инструментальная, терапевтическая и фармакологическая поддержка пациента.

5 ) Многофакторные энергетические воздействия в диагностических и терапевтических целях на системы, органы и ткани организма, в т.ч. на клеточном и генном уровне.

6) Нанотехнологии: зондовая микроскопия, туннельная спектроскопия, молекулярная сборка биосенсоров и др.

Одна из наиболее развивающихся областей медицинского приборостроения - системы, комплексы и аппаратура визуализации внутренних органов. Основные тенденции развития этого класса аппаратуры:

- создание "цифровых" комплексов и аппаратов, позволяющих повысить информативность изображений и снизить лучевые нагрузки;

- создание т.н. "открытых" томографов, позволяющих проводить операционные вмешательства под наблюдением;

- новые сенсоры с высокой разрешающей способностью и значительным уменьшением их размеров для визуализации в полостях, допплеровское картирование изображений кровотока в мелких сосудах и т.д.;

- во всех видах аппаратуры: получение объемных изображений, возможность применения "контрастных" препаратов, применение технических и программных средств архивирования и передачи изображений по телекоммуникационным сетям.

Аппаратура функциональной диагностики остается одной из ведущих областей медицинского приборостроения.

Тенденции в развитии физиотерапевтической аппаратуры состоят в применении новых факторов физического воздействия, использовании биологической обратной связи, синхронизации с биоритмами пациента, саморегулировании. Важное место в физиотерапии займет аппаратура с использованием сочетанных методов воздействия как на отдельные органы, так и на весь организм. Широкое применение найдет неинвазивная диагностика и терапия.

В российской науке имеется добротный задел мирового уровня, который используется и востребован в ХХI веке. Это уникальный опыт излучения предельных адаптивных возможностей организма в процессе пилотируемых полетов, функциональное картирование собственных физических полей и излучений организма, исследования внутриклеточных механизмов воздействия сверхслабых физических сигналов, фундаментальные работы по биоинформатике , работы по самоорганизации в биосистемах , обнаружения и исследования аутодиагностических систем в головном мозге, модель аутодиагностической системы в спинном мозге, позволяющая понять систему акупунктуры и др.

Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Современные технические средства и компьютерное моделирование помогут разобраться в том, как устроен окружающий мир, и позволят скопировать из него детали для нужд многих отраслей жизни а также медицины.

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.

Содержание

1. Электроника и медицинская техника. Перспективы развития…………………1 стр.
1.1. Общие понятия и необходимость в дальнейших разработках……………………..1 стр.
1.2. Компьютеры и современная медицинская техника ………………………………. 5 стр.
1.3. Ультразвуковые исследования в медицине …………………………………………5 стр.
1.4. Современные тенденции магнитного резонанса в медицине………………………6 стр.
1.5. Некоторые аспекты программной реализации компьютеризированного
комплекса пульсовой диагностики и диагностики Биопотенциалов
человеческого организма……………………..……………………………………….7 стр.
1.6. Перспективы применения компьютерной томографии в диагностике сложно доступных внутренних органов………………………………………………………8 стр.
1.7. Радиоэлектроника в современной стоматологии …………………………….……9 стр.
1.8. Применение цифровых технологий и ведение учетных записей пациентов ……10стр.
2. Развитие Радиоэлектроники в медицине на примере: Влияния
Ультразвука на организм …………………………………………………………10 стр.
2.1. Применение и измерение ультразвука. ……………………………………………..11 стр.
2.2. Эхо-имульсивные методы визуализации и измерений ……………………………11 стр.
2.3. Области применения эхо-импульсных методов …………………………………..11 стр.
2.3.1. Акушерство …………………………………………………………………………11 стр.
2.3.2. Офтольмология………………………………………………………………………12стр.
2.3.3. Исследование внутренних органов ………………………………………………..12 стр.
2.3.4. Приповерхностные и наружные органы …………………………………………13 стр.
2.3.5. Кардиология ………………………………………………………………………13 стр.
2.3.6. Неврология …………………………………………………………………………13 стр.
2.3.7. Применение ультразвука в терапии и хирургии ………………………………..14 стр.
3. Оценка безопасности применения ультразвука в медицине . …..………………….15 стр.

Вложенные файлы: 1 файл

Мой Реферат Развитие Радиоэлектроники в Медицинской технике.doc

Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики.

Реферативная работа: по специализации «Проектирование и технология

На Тему: «Развитие и внедрение Радиоэлектронных средств в различных

Выполнил: Студент 1 курса,

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

Общие понятия и необходимость в даль нейших разработках……………………..1стр.

Компьютеры и современная медиц инская техника ………………………………. 5стр.

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

Некоторые аспекты программной реализации компьютеризированного

комплекса пульсовой диагностики и диагностики Биопотенциалов

Перспективы применения компьютерной томографии в диагностике сложно доступных внутренних органов………………………………………………………8с тр.

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

Применение цифровых технологий и ведение учетных записей паци ентов ……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.

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

2.3.4. Приповерхностные и наружные органы …………………………………………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 различ ных отраслях народного хозяйства и, в частности, в медицине.

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.

1. Спонтанное и индуцированное излучение атомами и молекулами.

Атомы, молекулы, ионы представляют собой квантовые системы, в которых электроны находятся на разных энергетических уровнях. В соответствие с принципом минимума энергии электроны размещаются, начиная от ближнего к ядру энергетического уровня (К-уровень). Такой уровень является нижним энергетическим уровнем, а затем заполняют остальные уровни, более далекие от ядра (высшие энергетические уровни).

Основное энергетическое состояние атома – это состояние, при котором, электроны расположены вокруг ядра в соответствие с принципом минимума энергии. В таком состоянии атомы могут находиться длительное время, поэтому в веществе большинство атомов находится именно в основном состоянии (распределение Больцмана).

Однако возможен скачкообразный переход с одного уровня на другой и атом переходит в возбужденное состояние. Для такого перехода атому необходимо сообщить энергию, равную разности энергий электронов на двух уровнях: E = E2 - E1. Время пребывания в возбужденном состоянии очень короткое - 10-8 c Переход атомов из возбужденного состояния в основное сопровождается излучением фотона энергии (в идеальном случае hν = E2 - E1).

Переход атома из возбужденного состояния может носить самопроизвольный (спонтанный) и индуцированный характер. Излучение, которое при этом возникает, соответственно называется спонтанным и индуцированным. При самопроизвольном переходе атома из возбужденного состояния в основное процесс носит случайный характер, т.е. случайны и время перехода и направление излучения фотона. Примером спонтанного излучения может служить люминесценция.

Люминесценция – спонтанное излучение тела, избыточное при данной температуре тела над тепловым излучением, длительность которого значительно превышает период световых волн. Период световых волн составляет 10-15, а длительность люминесценции как минимум - 10-10 c.

Вещества, которые могут люминесцировать, называются люминофорами. Для этого необходимо с помощью какой-либо энергии перевести их атомы в возбужденное состояние. А затем они некоторое время светятся.

В зависимости от способов возбуждения люминесценции существуют: фотолюминесценция, рентгенолюминесценция, радиолюминесценция, катодолюминесценция, электролюминесценция, хемилюминесценция, триболюминесценция.

По длительности свечения: флуоресценция (10-8) и фосфоресценция (10-3 и более).

Впервые люминесценцию количественно описал Стокс: длина волны люминесцентного излучения всегда больше, чем длина волны света, который вызвал люминесценцию. Спектр люминесценции сдвинут относительно спектра вызвавшего его света в сторону больших длин волн.

Объяснить закон Стокса можно на основе квантовой теории: энергия кванта, вызвавшего возбуждение, при поглощении его веществом, частично переходит в другие энергии hν0 = hν + ΔE. Поэтому hν λ0.

Читайте также: