Этапы проектирования БТС
Часть 2. Принципы проектирования БТС.
Общие принципы проектирования БТС.
Классификация БТС по целевым задачам и методам.
В настоящее время известны многие виды медицинской техники, приборов и аппаратов. Всё многообразие образцов медицинской техники можно классифицировать по целевым задачам. В соответствии с такой классификацией выделяют четыре основных класса БТС (Рис. 10. 1):
1. Диагностические БТС. К данному классу относятся, например, рентгенографы, реокардиоргафы, томографы, УЗ-аппараты, электрокардиографы, электроэнцефалографы.
2. Терапевтические БТС (аппараты для аэроионотерапии, фототерапии, КВЧ-терапии).
3. Хирургические БТС (аппараты для ультразвуковой и лазерной хирургии).
4. Искусственные органы (протезы, искусственное сердце) и аппараты искусственного жизнеобеспечения (искусственные печень, почка, вентиляция легких).
Рис. 10.1.
Классификация подсистем на уровне Тij проводится по методам, реализующим то или иное техническое устройство БТС. Так, например, подклассы Т11, Т21, Т31, Т41 БТС диагностики, терапии, хирургии и протезированиясоответствуют физическим методам. Подклассы Т12, Т22 – химические методы диагностики и терапии. Подклассы Т32, Т42 включают механические способы хирургии и протезирования.
Помимо рассмотренной классификации существует официальный (министерский) общероссийский классификатор медицинской техники (Рис. 10.1а.). Каталог медицинской техники, составленный в соответствии с этим классификатор включает более 12000 тысяч наименований.
Рис. 10.1а.
Этапы проектирования БТС.
Проектирование БТС разбивается на следующие основные этапы:
1. Определение целевого назначения и класса проектируемой БТС.
На основе детального анализа возможной области применения определяется, к какому из четырех вышеперечисленных классов относится создаваемая БТС. На данном этапе формулируется цель разработки и целевая функция БТС.
2. Создание базы данных о свойствах БО.
База данных создается на основе справочных материалов и, при необходимости, исследований биологического объекта.
Ввиду сложности биологического объекта часто оказывается практически невозможным дать качественное и, тем более, количественное описание биологического объекта как целостной системы. Для определения состояния биологического объекта используется описание отдельных подсистем.
Например, при общем обследовании пациента врач назначает анализ крови. По результатам такого анализа делается заключение о состоянии всего организма. Специальные методы диагностики основаны на фундаментальной взаимосвязи свойств и функций отдельных органов, тканей, клеток организма с состоянием гомеостаза организма
3. Анализ БО, выбор вектора состояния и метода количественного описания БО.
Состояние биологического объекта описывается вектором состояния. Чтобы достаточно полно описать такой биообъект, как организм человека, необходимо оперировать с вектором состояния, содержащем огромное число компонент (n~104). Совершенно ясно, что для решения конкретных задач анализа и синтеза БТС такое число характеристик, как правило, не требуется. Поэтому проводят минимизацию (редукцию) числа компонент вектора состояния.
На данном этапе рассматриваются лишь те свойства биологического объекта, которые необходимо регистрировать, исходя из целевого назначения данного типа БТС. После минимизации числа компонент вектора состояния практически используемое число m характеристик биообъекта существенно уменьшается: m<<n.
Например, при помощи телеметрической БТС (капсулы для исследования желудочно-кишечного тракта) производится контроль над тремя компонентами вектора состояния организма: давлением р, температурой Т, показателем кислотности рН.
4. Конструирование целевой функции.
Целевая функция определяет степень соответствия проектируемого медицинского изделия основным требованиям, предъявляемым к данному классу БТС: биоадекватность, критерии ошибок функционирования (например, точность измерения свойств биологического объекта), критерий оптимальности, как по техническим характеристикам, так и по стоимости (ресурсам).
5. Создание вербальной, физической и математической моделей БО.
6. Определение функции доза воздействия – эффект. Учет главного компонента биоадекватности БТС: минимальное вредное воздействие технического устройства на БО.
7. Регуляризация (проверка правильности) модели БТС.
8. Описание структуры и проектирование БТС.