Способ и измерительно-диагностическая система определения магниточувствительности пациента тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат технических наук Гостев, Сергей Сергеевич

• Гостев, Сергей Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гостев, Сергей Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПАЦИЕНТА.

1.1 Общие положения

1.2 Методика МЗ РФ для определения магниточувствительности.

1.3 Альтернативные способы определения магниточувствительности пациента.

1.4 Анализ технических средств для определения магниточувствительности пациента.

1.5 Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБА И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ПАЦИЕНТА.

2.1 Выбор и обоснование набора параметров для определения магниточувствительности пациента. щ 2.2 Разработка автоматизированного способа определения магниточувствительности. ф 2.3 Модель воздействия магнитного поля на пациента при определении его магниточувствительности.

2.4 Анализ составляющих погрешности системы.

2.5 Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА И КАНАЛА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНОЙ ТОЧКИ.

3.1 Разработка способа измерения температуры БАТ.

3.2 Моделирование работы датчика температуры.

3.3 Анализ инструментальной погрешности датчика температуры.

3.4 Анализ влияния импульсных магнитных полей на работу датчика температуры.

3.5 Выводы.

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ УСТРОЙСТВ.

4.1 Разработка аппаратной части системы определения магниточувствительности пациента.

4.2 Разработка программного обеспечения системы определения магниточувствительности пациента.

4.3 Экспериментальные исследования разработанных способов и технических средств определения магниточувствительности.

4.4 Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Способ и измерительно-диагностическая система определения магниточувствительности пациента»

Актуальность работы. В последнее время в России и за рубежом интенсивно развивается перспективная область медицины - магнитотерапия, основанная на использовании биологического и лечебного действия электромагнитных полей. Многочисленные лабораторные и клинические исследования показали высокий клинический эффект при лечении магнитными полями различных заболеваний, в частности сердечно-сосудистых [1-6].

Положительные результаты действия комплексной магнитотерапии достигаются в 80ч-85 % случаев. Объясняется это не только хорошей переносимостью процедур, минимальным числом противопоказаний, но и возможностью оптимизировать воздействие в соответствии с последними достижениями в области физиотерапии, физиологии и магнитобиологии. Характер и интенсивность действия магнитного поля зависят от биотропных параметров магнитного поля, а также от индивидуальных особенностей пациента, в частности от маг-ниточувствительности - чувствительности организма к воздействию магнитного поля. Оценка магниточувствительности пациента позволяет до проведения курса магнитотерапии предсказать эффективность такого лечения, подобрать индивидуальную тактику его проведения [7].

Подходы к разработке способов и технических средств определения магниточувствительности приведены в работах A.M. Демецкого, A.B. Цецохо, Н.Р. Деряпы, A.B. Трифонова, Дж. Киршвинка и др. Известно около десятка способов определения магниточувствительности пациента [7-10J. В абсолютном большинстве эти способы не автоматизированы и основаны на применении постоянных магнитных полей, что не отражает в полной мере реакцию организма на импульсные и переменные магнитные поля, используемые современными магнитотерапевтическими аппаратами.

Основной задачей, требующей решения при определении магниточувствительности пациента, является получение достоверной информации об ответных реакциях организма на действие магнитного поля, что требует разработки современных способов и создания технических средств определения этих реакций и их практического применения.

Цель диссертационной работы. Повышение эффективности определения магниточувствительности путем разработки методов и технических средств автоматизированного определения физиологических показателей пациента до магнитотерапевтического воздействия.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи.

1. Выбор и обоснование набора информативных параметров для автоматизированного определения магниточувствительности пациента на основе анализа существующих способов и экспериментальных исследований.

2. Построение модели, описывающей влияние магнитного поля на организм пациента или отдельных его систем при определении магниточувствительности.

3. Разработка и исследование автоматизированного способа определения магниточувствительности на основе анализа физиологических реакций на магнитную нагрузку.

4. Разработка и исследование способов измерения параметров пациента в условиях действия электромагнитных полей.

5. Практическая реализация полученных технических решений и разработанных алгоритмов в виде аппаратно-программного обеспечения системы определения магниточувствительности пациента. Выработка рекомендаций по практическому применению разработанных устройств и алгоритмов.

Методы исследования. Результаты исследований, включенные в диссертацию, базируются на методах численного анализа и моделирования, математическом аппарате теоретических основ электротехники, экспериментальных исследованиях и теории статистического оценивания.

Научная новизна

1. Разработана модель действия магнитного поля на пациента при определении его магниточувствительности, описывающая процесс формирования физиологической реакции на магнитное поле и отличающаяся применением в качестве преобразователя электромагнитной энергии точки акупунктуры. Уточнена электрическая модель биологически активной точки.

2. Впервые предложен автоматизированный способ определения магнито-чувствительности на основе анализа физиологических реакций сердечнососудистой и нервной систем пациента на кратковременную импульсную магнитную нагрузку, позволяющий получить количественную оценку магпиточув-ствительности.

3. Для определения инверсионной магниточувствительности предложен способ измерения температуры, основанный на дифференциальном включении корреляционно связанных термисторов, позволяющий повысить метрологические характеристики измерения. Новизна способа подтверждена патентом РФ.

Практическая значимость. На основе полученных в ходе работы результатов:

1. Разработан экспериментальный образец системы определения магниточувствительности, позволяющий до процедуры магиитотерапии определить степень магниточувствительности пациента. Показано, что время, затрачиваемое на определение магниточувствительности, сокращено с 1,5 часа до 5 минут при достоверности получаемых результатов 0,94.

2. Создано программное обеспечение, позволяющее на основе зарегистрированных данных получить оценку магниточувствительности пациента, а также осуществлять управление режимами магнитного воздействия и сбора данных.

3. Разработан экспериментальный образец датчика температуры для определения инверсионной магниточувствительности, реализующий предложенный способ и позволяющий осуществлять измерение температуры в условиях действия электромагнитных полей. Исследованы погрешности датчика. Показано, что полная погрешность датчика не превышает 0,1 °С.

Виедреиие результатов работы. Полученные в работе результаты внедрены при разработке аппаратно-программного комплекса «Мультимаг», серийно выпускаемого Касимовским приборным заводом, в клиническую практику Рязанского филиала ФГУ «Федеральный научно-клинический центр детской гематологии, онкологии и иммунологии», в учебный процесс ГОУВПО

Рязанский государственный радиотехнический университет», что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Положения, выносимые на защиту

1. Автоматизированный способ определения магниточувствителыюсти пациента, основанный на анализе физиологических реакций организма на кратковременную импульсную магнитную нагрузку.

2. Способ измерения температуры, позволяющий оценить инверсионную магниточувствительность, основанный на дифференциальном включении корреляционно связанных термисторов, что дает возможность повысить точность измерения.

3. Структура и алгоритм работы системы определения магниточувстви-тельности и структура датчика температуры, реализующие предложенные способы.

4. Результаты экспериментальных исследований разработанных способов и устройств, подтвердивших обоснованность теоретических выводов, расчетов и результатов моделирования.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на V международной НТК «Современные средства управления бытовой техникой» (Москва, 2003), всероссийской НТК «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (Рязань, 2002 -2005), VII межвузовской НПК «Информационные технологии XXI века» (Москва, 2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе один патент РФ на изобретение и одно свидетельство об отраслевой регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 72 наименований, 3 приложений. Диссертация содержит 109 страниц основного текста и 56 страниц рисунков и таблиц (59 рисунков и 8 таблиц).

Заключение диссертации по теме «Приборы, системы и изделия медицинского назначения», Гостев, Сергей Сергеевич

4.4 Выводы

1. Разработана аппаратная часть системы определения магниточувстви-тельности пациента, позволяющая реализовать предложенный способ как автономно, так и в составе АПК «Мультимаг».

2. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение системы определения магниточувствителыюсти, позволяющее на основе зарегистрированных данных получить оценку магниточувствителыюсти пациента, а также осуществлять управление режимом сбора данных. Разработанная программа защищена свидетельством об отраслевой регистрации разработки №5573.

3. Разработан экспериментальный образец датчика температуры, реализующий предложенный способ измерения температуры. Техническое решение защищено патентом РФ на изобретение №2255313.

4. Проведено исследование изменения электропроводности БАТ при воздействии магнитным полем. Получено подтверждение адекватности уточненной электрической модели БАТ.

5. С помощью разработанной системы проведено экспериментальное исследование адекватности предложенного способа определения магниточувствителыюсти пациента. Получено совпадение результатов образцового и предложенного способов в 94 % случаев.

6. Проведено экспериментальное исследование разработанного датчика температуры. Получена реальная функция преобразования устройства. Выявлено, что полная погрешность датчика не превышает 0,1 °С.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертация является результатом работы, проводимой автором на кафедре информационно-измерительной и биомедицинской техники Рязанского государственного радиотехнического университета. В работе сделана попытка научного обобщения состояния проблемы определения магниточувст-вительности пациента на сегодняшний день, разработки способа автоматизации и технических средств для его осуществления.

Основные научные выводы и практические результаты диссертационной работы.

1. Рассмотрены механизмы взаимодействия подсистем организма человека при магнитной нагрузке, на основе чего построена модель воздействия магнитного поля на пациента при определении его магниточувствительности.

2. Уточнена электрическая модель точки акупунктуры, позволяющая в низкочастотной области рассматривать БАТ как преобразователь электромагнитной энергии с регулируемой чувствительностью.

3. Предложен автоматизированный способ определения магниточувствительности пациента, основанный на регистрации физиологических показателей до, во время и после магнитной нагрузки, позволяющий сократить время на определение магниточувствительности с 1,5 часа до 5 минут и получить количественную оценку магниточувствительности.

4. Для определения инверсионной магниточувствительности предложен способ измерения температуры, основанный на дифференциальном включении корреляционно связанных термисторов, позволяющий повысить метрологические характеристики измерения. Оценена инструментальная погрешность датчика. Получены выражения для определения мультипликативной и аддитивной составляющих, а также построена полоса погрешностей разработанного датчика температуры. Показано, что полная погрешность датчика температуры не превышает 0,1 °С.

5. Разработана аппаратная часть системы определения магниточувстви-тельности пациента, позволяющая реализовать предложенный способ как автономно, так и в составе АПК «Мультимаг». Получены выражения для определения погрешностей системы.

6. Разработано алгоритмическое и программное обеспечение системы определения магниточувствителыюсти, позволяющее на основе зарегистрированных данных получить оценку магниточувствителыюсти пациента, а также осуществлять управление режимом сбора данных.

7. Разработан экспериментальный образец датчика температуры, реализующий предложенный способ и позволяющий осуществлять измерение температуры в условиях действия магнитных полей. Проведено экспериментальное исследование разработанного датчика температуры. Получена реальная функция преобразования устройства. Выявлено, что полная погрешность датчика не превышает 0,1 °С.

8. С помощью разработанной системы проведено экспериментальное исследование адекватности предложенного способа определения магниточувст-вительности пациента. Получено совпадение результатов образцового и предложенного способов в 94 % случаев.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гостев, Сергей Сергеевич, 2006 год

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: Учебное пособие для вузов / Под ред. A.M. Беркутова, В.И. Жулева, Г.А. Кураева, Е.М. Прошина. -М.: БИНОМ Лаборатория Базовых Знаний, 2000. - 376 с.

2. Беркутов A.M., Глобин В.И., Жулев В.И. и др. Общее магнитное воздействие и его применение в лечебных и восстановительных целях / Под ред. A.M. Беркутова. Рязань: Радиотехническая акад., 1996. - 112 с.

3. Биологическое и лечебное действие магнитного поля и строго периодической вибрации // Сб. статей / Под ред. В.И. Кармилова, М.Р. Могендовича, A.B. Селезнева. Молотов: Типогр. "Звезда", 1948. - 168 с.

4. Демецкий A.M. Современное представление о механизмах действия магнитных полей // Магнитология. 1991, № 1. - С. 6-11.

5. Демецкий A.M., Жуков Б.Н., Цецохо A.B. Магнитные поля в практике здравоохранения. Самара: Изд-во Самарского мед. ин-та, 1991. - 157 с.

6. Холодов Ю.А. Организм и магнитные поля // Успехи физиол. наук. -1982. Т. 13, №2. С. 48-64.

7. Демецкий A.M., Цецохо A.B. Учебное пособие по применению магнитной энергии в практике здравоохранения. Минск: ВОДНМИ, 1990. - 74 с.

8. Патент 2108581 (РФ), МКИ G01 N33/52, А61 N5/06. Способ определения степени магниточувствительности человека / Макеев Б.Л., Кидалов В.Н. -Опубл. 2002, Бюл. №22.

9. Патент 2012134 (РФ), МКИ А61 В8/06. Способ определения эффективности магнитотерапии при лечении цереброваскулярных заболеваний / Мясников И.Г., Сорокина Г.А. Опубл. 2000, Бюл. №28.

10. Патент 2236166 (РФ), МКИ А61 В5/00, А61 N2/06. Способ оценки маг-нитотропных реакций организма человека в зависимости от гелиофизической среды / Трофимов A.B., Поляков В.Я. Опубл. 2004, Бюл. №26.

11. Кулаков Ю.В. Диагностика и лечение магнитотропных заболеванийлегких // Новые Санкт-Петербургские врачебные ведомости, 1999. №1. С.56-58.

12. Трофимов A.B. Медицина XXI века // XXI век -ы Новосибирск, 1998. №3. С.4-9.

13. Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме: в 2-х т. Т. 2./ Под ред. Дж. Киршвинка. М.: Мир, 1989. 525 с.

14. Гостев С.С., Жулев В.И., Шурчкова ЮЛ. Особенности термометрии в практике магнитотерапии // Тез. докладов всерос. науч.-техн. конф. «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы -2002 ». Рязань: РГРТА, 2002. С.32-33.

15. Электротермометрия в медицине. / Под ред. Шумакова В.И. М.: 1978. 104 с.

16. Гостев С.С. Выбор датчика температуры в условиях магнитотерапии // Тез. докладов всерос. науч.-техн. конф. «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы 2002 ». Рязань: РГРТА, 2002. С.28-30.

17. Виглеб Г. Датчики.-М.: Мир, 1989. 196 с.

18. A.C. 369430 (РФ), МКИ G01 К7/22. Устройство для измерения температуры / Кривоносов А.И., Кривоносов И.И., Кругликов H.A. Опубл. 1973, Бюл. №10.

19. A.C. 1068738 (РФ), МКИ G01 К7/22. Устройство для измерения температуры с частотным выходом / Суров С.Н., Беспалов М.А. Опубл. 1984, Бюл. №3.

20. Никитин C.B. Фотометрический пульсометр. // Информационно-измерительная и биомедицинская техника. Сб. науч. труд. Рязань: РГРТА, 2005. С.79-83.

21. Аксененко М.Д. и др. Микроэлектронные фотоприемные устройства. -М: Энергоатомиздат,1984. 131с.

22. Гехт Б.М. и др. Электромиография в диагностике нервно-мышечных заболеваний-Таганрог: Изд-во ТРГУ, 1997. 370 с.

23. Демецкий A.M. и др. Целебная сила магнитов // Медицинская консультация, 1997. №3. С.47-62.

24. Герасимов И.Г., Самохина Е.В., Тедеева Т.А. Действие переменного магнитного поля низкой частоты на некоторые показатели гемодинамики и температурного гомеостаза женщин // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физкультуры, 1998. №5. С.30-32.

25. Гостев С.С., Жулев В.И. Обоснование выбора параметров для определения магниточувствительности человека / Современные средства управления бытовой техникой: Материалы V Международной конференции. М.: МГУ сервиса, 2003. С.20-21.

26. Баевский P.M., Кириллов О.И., Клецкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М.: Наука, 1984. 220 с.

27. Баевский P.M. Прогнозирование состояний на грани нормы и паталогии. М.:1979.

28. Григорьев А.И., Баевский P.M. Концепция здоровья и проблема нормы в космической медицине. М.: Слово, 2001.

29. Жемайтите Д.И. Возможности клинического применения и автоматического анализа ритмограмм. Дисс. докт. мед. наук. Каунас: Мед. ин-т, 1972. 285 с.

30. Баевский P.M., Берсенева А.П. Оценка адаптационных возможностей организма и риск развития заболеваний. М.: Медицина, 1997. 265 с.

31. Физиология человека. В 2-х. т. Т. 2. / Под ред. Покровского В.М. М.: Медицина, 1997. 448 с.

32. Дмитриева И.В. и др. Реакция организма человека на факторы, связанные с вариациями солнечной активности // Биофизика, 2001. Т. 46. - вып. 5. -С.940-945.

33. Закс Л. Статистическое оценивание М.: Статистика, 1976. 598 с.

34. Гостев С.С., Жулев В.И., Костин Р.В. Методика определения степени магниточувствительности пациента // Информационно-измерительная и биомедицинская техника: Сб. науч. труд. Рязань: РГРТА,2005. С.45-51.

35. Садовский Г.А. Статистическое оценивание. Рязань: РГРТА, 1996. 80с.

36. Гапонюк П.Я. и др. Акупунктурная (рефлексо-пунктурная) терапия. Топология точек. Ярославль: Верх.-Волж. кн. изд-во, 1983. 270 с.

37. Демецкий A.M., Алексеев А.Г. Искусственные магнитные поля в медицине. Мн.: Беларусь, 1981. 94 с.

38. Амосов И.С., Никитина Р.Г., Калашникова H.H. К проблеме биологического действия магнитных полей на организм // Радиация и организм Обнинск, 1984. С.11-13.

39. Гавриков H.A., Диженина И.И. Рефлекторная магнитопунктура при ишемической болезни сердца и гипертонической болезни // Актуальные вопросы магнитобиологии и магнитотерапии. Ижевск, 1981. С. 151 -152.

40. Гостев С.С. Разработка структуры системы для определения магниточувствительности человека // Тез. докладов всерос. науч.-техн. конф. «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы- 2003». Рязань: РГРТА, 2003. С.32-34.

41. Ермолаев Ю.М. Пространственная и электродинамическая модели биологически активной точки // Биомедицинская радиоэлектроника, 2000. №4. С.24-31.

42. Бакалов В.П. Электросвязь в биологии и медицине. М.: «Радио и связь», 1998.

43. Попечителев Е.П., Кореневский А.Н. Электрофизиологическая и фотометрическая техника. Теория и проектирование. 4.1. Курск: Курск, гос. техн. ун-т, 1999. 121с.

44. Ермолаев Ю.М. Биологически активная точка аналог диода с отрицательным сопротивлением // Биомедицинская радиоэлектроника, 1999. №7. С.38-46.

45. Гостев С.С. Линеаризация характеристики бусинкового термистора // Тез. докладов всерос. науч.-техн. конф. «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы 2002 ». Рязань: РГРТА,2002. С.30-31.

46. Гостев С.С. Применение обратной характеристики термистора для линеаризации датчика температуры / Современные средства управления бытовой техникой: Материалы V Международной конференции. М.: МГУ сервиса,2003.С.18-19.

47. Патент 2255313 (РФ), МКИ в01 К7/22. Способ измерения температуры и устройство для его осуществления / Гостев С.С., Гостева Ю.Л., Жулев В.И. Опубл. 2005, Бюл. №18.

48. Гостев С.С. . Метод обратной характеристики в задаче линеаризации датчика температуры // Информационно-измерительная и биомедицинская техника: Сб. науч. труд. Рязань: РГРТА,2003. С. 102-107.

49. Гостев С.С. Определение температуры суммирования при линеаризации обратной характеристикой датчика температуры. // Информационно-измерительная и биомедицинская техника: Сб. науч. труд. Рязань: РГРТА,2004. С.67-71.

50. Бидасюк Ю.М. МаИ^оЙ МаЛСас! 11. М.: Диалектика, 2004. 224 с.

51. Очков В. МаЛСас! 12 для студентов и инженеров. М.: ВНУ, 2005. 464с.

52. Самарский А.А. Введение в численные методы. М.: Наука, 1987. 288 с.

53. Корн Г.А., Корн Т.М. Справочник по математике для ученых и инженеров.-М.: 1976. 416 с.

54. Садовский Г.А. Оценка инструментальных погрешностей средств и результатов измерений. Рязань: РРТИ, 1986. 36с.

55. Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. М.: Энергоатомиздат, 1984. 224 с.

56. Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. Л.: Энергоатомиздат, 1986. 488 с.

57. Гроднев И.И. Электромагнитное экранирование в широком диапазоне частот.-М.: «Связь», 1972.

58. Гостев С.С. Система для определения магниточувствительности пациента // Тез. докладов всерос. науч.-техн. конф. «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы 2005». Рязань: РГРТА, 2005. С.70-72.

59. Гостев С.С., Жулев В.И. Уменьшение влияния артефактов при регистрации реакции БАТ на магнитный стимул. / Информационные технологии XXI века: Материалы VII межвузовской научно-практической конференции. М.: МГУ сервиса, 2005.- 302 с.

60. Архангельский А.Я. Программирование в С++ Builder 6. М.: Изд-во БИНОМ, 2003. 1152 с.

61. Ермолаев В., Сорока Т. С++ Builder: Книга рецептов. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2006. 2008 с.

62. Свид. об отр. per. разработки №5573. Программа для определения маг-ниточувствительности пациента / С.С. Гостев, В.И. Жулев, В.М. Сахибгареев. М.: ВНИТЦ, 2006.

63. Беркутов A.M., Гостев С.С., Жулев В.И. Магнитная стимуляция БАТ при определении магниточувствителыюсти пациента // Информационно-измерительная и биомедицинская техника: Сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 2004. -С. 31-35.

64. Гостев С.С., Жулев В.И. Устройство для определения параметров БАТ при магнитной стимуляции // Тез. докладов всерос. науч.-техн. конф. «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы 2004 ». Рязань: РГРТА, 2004. С. 74-76.

65. Дьяконов В.П. MatLab 6.5+SPl/7+Simulink5/6. Основы применения. -М.: СОЛОН-Пресс, 2004. 800 с.

66. Курбатова Е.А. MatLab 7. М.: Диалектика, 2005. 256 с.