Автоматизированная система управления установкой гравитационной терапии

Авдошин Антон Сергеевич,

кандидат технических наук,

Сандаков Алексей Петрович,

адъюнкт.

Самарский государственный технический университет.

Среди последних достижений отечественной медицины в области восстановительного лечения и реабилитации больных особое место занимает новый физиотерапевтический фактор — повышенная гравитация, разработанная в стенах Самарского государственного медицинского университета под руководством академика РАМН Г. П. Котельникова. В основе лечебного метода заложены технологии космической экспериментальной медицины, не имеющие аналогов у нас в стране и за рубежом, предусматривающие воздействие на организм человека искусственной силы тяжести с помощью специального медицинского оборудования.

Поскольку стенд установки не имел аналогов в России и Мире, была поставлена задача разработки системы управления центрифугой (рис. 1), позволяющая осуществлять набор операций, перечисленный ниже:

1)                 запуск и остановка центрифуги;

2)                 контроль и управление скоростью вращения;

3)                 работа центрифуги в полуавтоматическом режиме - т.е. возможность системы самой останавливаться, поддерживать заданную скорость;

4)                 возможность в реальном времени осуществлять контроль над физическим состоянием пациента.

Рис. 1. Установка гравитационной терапии.

Назначение и контроль за работой установки гравитационной терапии должны осуществлять специалисты физиотерапевты, врачи восстановительной медицины, прошедшие дополнительную подготовку и получившие определенные теоретические знания по механизму действия физического фактора и практические навыки по разработанным методикам гравитационной терапии.

Таким образом, в результате исследования объекта автоматизации, к системе управления были предъявлены следующие требования:

1)                 возможность запуска и остановки центрифуги;

2)                 возможность мониторинга и контроля скорости вращения;

3)                 возможность установки таймера работы центрифуги;

4)                 динамическое изменение времени разгона и торможения;

5)                 возможность подключения дополнительных модулей, позволяющих отслеживать состояние пациента во время сеанса.

Так как для вращения установки, инженерами был использован электродвигатель переменного тока, очевидным выглядит решение создавать систему контроля, опираясь на управление двигателем. Для этой цели было решено использовать частотный преобразователь, позволяющий управлять двигателем, однако, в свою очередь встал вопрос управления самим преобразователем. Была возможность пойти двумя путями – использовать пульт управления преобразователем, либо использовать встроенный программируемый логический контроллер и настроить управление работой с персонального компьютера. В итоге, был выбран второй вариант работы, поскольку он обладает рядом преимуществ:

1.                  Система становится более гибкой и масштабируемой – к одному ПК можно подключить модули управления несколькими установками.

2.                  Поскольку с системой будет работать врач-физиотерапевт, не являющийся техническим специалистом, важно создать максимально простой и удобный инструмент управления установкой, что гораздо проще сделать, используя программные средства.

3.                  Использование программного продукта позволит ограничить доступ к частотному преобразователю физически, и тем самым обезопасить систему от возможности изменения нежелательных параметров.

Таким образом, система управления установкой состоит из частотного преобразователя, и персонального компьютера, соединенных интерфейсом RS-232. Основной задачей программного продукта является управление вращающим центрифугу двигателем, динамическое изменение характеристик вращения, таких как: частота, время вращения, время разгона и время торможения установки. Поскольку от работы данной системы напрямую зависит здоровье пациентов, особые требования предъявляются к безотказности и надежности системы.

В результате сбора требований к системе и составления технического задания были определены следующие критичные требования:

1.                  Система должна быть максимально отказоустойчива на уровне ПО.

2.                  Остановка центрифуги должна быть произведена абсолютно безотказно.

3.                  В системе должно присутствовать разграничение доступа для администратора и врача физиотерапевта (рис. 3).

4.                  Система должна запоминать выставленные характеристики.

Рис. 2. Форма авторизации.

На рисунках 3 и 4 представлены окна разработанной программы управления центрифугой:

Рис. 3. Главная форма программы.

Для сохранения конфигурации системы, работы модуля авторизации пользователей, в программном продукте использовалась база данных SQLite, которая синхронизирует свои параметры с состоянием частотного преобразователя после каждого изменения состояния пользователя, производя проверку корректности указанных в нем данных и параметров, хранящихся в БД.

Рис. 4. Панель конфигурации.

В случае обрыва или восстановления канала связи система немедленно выведет соответствующее сообщение, и, если возможно, синхронизирует данные на центрифуге с данными в базе.

Таким образом, в результате выполнения задачи автоматизации инновационной разработки отечественной медицины, была создана система управления установкой гравитационной терапии состоящая из:

1)                 частотного преобразователя с программируемым логическим контроллером;

2)                 программного продукта, осуществляющего возможность непосредственного контроля и управления системой.

Данная установка нашла применение в Самарской, Оренбургской области, Краснодарском крае, г. Москве. Новая медицинская технология внедряется как в крупные многопрофильные лечебно профилактические учреждения, так и в санаторно-курортные комплексы. Например, стенд искусственной силы тяжести установлен и успешно применяется на санаторном этапе реабилитации в ФГУ санатория «Волжский Утес» управления делами Президента, санатории «Самара», г. Кисловодске, в «Областной больнице восстановительного лечения» (Оренбургская область). Заявки на уникальное медицинское оборудование поступают из Ульяновской области, Алтайского края и других регионов России.

Поступила в редакцию 26.04.2010 г.