ISSN 1991-3087
Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

НА ГЛАВНУЮ

Разработка биотехнической системы для урофлоуметрического мониторинга

 

Подмарев Анатолий Александрович,

аспирант Арзамасского политехнического института филиала Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.

 

Одной из важных урологических патологий является обструкция мочевыводящих путей, т.е. их закупорка, препятствующая свободному оттоку мочи. Повреждения, вызывающие обструкцию, могут произойти на любом уровне мочевых путей, от почечных чаше­чек до наружного отверстия мочеиспускательного канала.

Важным исследованием, позволяющим врачу поставить диагноз, является урофлоуметрия. Это неинвазивный бесконтактный метод регистрации объемной скорости потока мочи при мочеиспускании. На основании получаемого графика – урофлоуграммы – можно судить о нарушениях мочевыделительной системы.

Данная работа направлена на создание биотехнической системы (БТС), одной из основополагающих системы для урофлоуметрического мониторинга.

Актуальность разработки обусловлена отсутствием на рынке подобных приборов, позволяющих проводить амбулаторные мониторинговые обследования.

Под биотехническими системами (БТС) понимается особый класс сложных систем, представляющих собой функциональное взаимодействие биологических и технических элементов, связанных в едином контуре целенаправленного поведения [1].

При анализе и синтезе БТС применяется системный подход, при котором на первое место ставится не анализ составных частей объекта как таковых, а его характеристика как целого, раскрытие механизмов, обеспечивающих целостность объекта.

Анализ и синтез биотехнических систем биомедицинского назначения – это общее название обширного конгломерата научных направлений, объединенных центральным вопросом исследований: каким образом сочетать живой биологический объект с неживым техническим объектом в единой биотехнической системе, достигающей желаемого результата функционирования.

При разработке БТС использовались методические приемы, которые принято определять как три принципа синтеза БТС: эймунологичности, адекватности и идентификации.

Синтез БТС начинается с формирования целей и задач, реша­емых системой. При этом строится целевая функция, с помощью ко­торой проводится оптимизация или сравнительная оценка различных вариантов организации взаимодействия (или управления) элементов БТС.

Принцип эймунологичности. В разрабатываемой БТС прибора целью является получение информации о функциональном состоянии биологического объекта (БО) – мочевыделительной системе организма пациента – на основании снятых в течение календарного промежутка времени (от 1 до 3 суток) урофлоуграммах. Прибор предназначен для получения диагностической информации, на основании которой ставится урологический диагноз и назначается соответствующее лечение.

Принцип адекватности. Требует гармоничного функционирования биологических и техниче­ских элементов в единой БТС. Само понятие адекватности много­гранно. Поэтому целесообразно бывает выделить несколько уровней адекватности, упорядочить их по степени значимости, чтобы при последовательном их удовлетворении получить результат, близкий к оптимальному (в смысле выполнения целевой функции системой).

Разрабатываемая БТС содержит технические объекты, которые не оказывают прямого вредного воздействия на БО, поскольку не осуществляется прямого контакта БО – прибор. Регистрация урофлоуметрии осуществляется бесконтактным способом. Единственное физическое воздействие, оказываемое прибором, - электромагнитное излучение от работающего прибора как электронного устройства, питающегося от двух аккумуляторов напряжением по 9 В.

Принцип адекватности реализуется в самой идее применении прибора – в осуществлении мониторингового исследование. Данные мониторинга действительно могут отражать фукнциональное состояние БО. Оценка мочеиспускания по однократной урофлоуграмме с ориентацией при ее анализе на доверительные интервалы всегда будет малоинформативна. Конкретные измерения могут варьироваться в широком диапазоне, поскольку в большой степени зависят от многих причин: психоэмоционального состояния человека; степени гидратации организма; времени суток, когда выполняется исследование; напряжения мышц передней брюшной стенки во время мочеиспускания; заполнения прямой кишки каловыми массами и мн. др.

К тому же одно измерение не может дать всю информацию о динамике мочевыделительной системы в течение календарного отрезка времени.

Кроме того, существуют методики оценки результатов урофлоуметрий в течение календарного отрезка времени при построении соответствующего графика – номограммы, куда наносятся точки состояния для каждой урофлоуграммы в координатах максимальная скорость, мл/с / выделенный объем мочи, мл.

Принцип идентификации. Необходимо обеспечить способность технических элементов регистрировать и «пони­мать» информацию, получаемую с датчиков, расположенных в биоло­гических звеньях, а затем ее «осмыслить» и принимать решение о характере и параметрах воздействия (для терапевтических и хирур­гических БТС). Этот принцип требует единства информационных и управляющих сигналов, с помощью которых производится вещественный, энергетический или информационный метаболизм внутри БТС.

В БТС прибора для урофлоуметрического мониторинга принцип идентификации обеспечивается тем, что сигнал (изменение объема мочеиспускания) снимается датчиком, затем фильтруется, оцифровывается (блок АЦП в составе микроконтроллера), обрабатывается (блок цифрового фильтра и цифрового дифференциатора в составе микроконтроллера) и поступает во внутреннюю память прибора. При соединении прибора с компьютером через кабель USB производится передача данных в компьютер, где программа осуществляет обработку, анализ и визуализацию полученных данных.

Регистрация полученных данных осуществляется на мониторе компьютера. Заложенный в программу алгоритм дает возможность врачу просматривать данные каждой конкретной урофлоуметрии, а также номограмму, отражающую положения точек состояния от каждой урофлоуметрии. Программа также предполагает занесение данных о пациенте и проведенном мониторинговом обследовании в локальную базу данных, которая обеспечивает удобный доступ и получение информации о пациентах и их урофлоуметрических обследованиях.

На основании принципов эймунологичности, адекватности и идентификации был проведен синтез БТС, который представлен на рисунке 1.


Рис. 1. Синтез БТС.

 

Разработанная БТС легла в основу системы урофлоуметрического мониторинга, состоящая из аппаратной части (урофлоуметр) и программы обработки данных. В последующих публикациях эти вопросы будут подробно рассмотрены.

Подведя итоги проделанной работы, отметим, что показания информации системы будут приближены к действительным благодаря амбулаторному использованию, поскольку стресс при проведении измерений будет значительно снижен. Мониторинг также позволит отследить функциональные изменения в характере процесса мочеиспускания в течение нескольких суток.

 

Литература

 

1.                  Лощилов В.И. Принципы анализа и синтеза биотехнических систем: учебное пособие по курсу «Теоретические основы биотехнических систем» / В.И. Лощилов, С.И. Щукин; рец. В.В. Лаврентьев. – М.: Изд-во МВТУ, 1987. – 68 с.

 

Поступила в редакцию 21.03.2013 г.

2006-2019 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.