ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
В НЕИНВАЗИВНОЙ МЕДИЦИНСКОЙ СПЕКТРОФОТОМЕТРИИ
Разработка общей инженерной теории проектирования и создания диагностических приборов и систем для неинвазивной медицинской спектрофотометрии (НМС) является очень интересной и перспективной задачей современного медицинского приборостроения. Эти диагностические приборы, базирующиеся на прижизненном анализе спектральных оптических свойств биологических тканей, в последнее время стали появляться во многих странах мира и областях медицины, однако фундаментальные инженерные основы проектирования, моделирования и конструирования таких систем, как нового класса медико-технического оборудования, развиты пока весьма слабо. Понятно, что самые общие теоретические основы создания любой медицинской и оптико-электронной аппаратуры применимы в целом и в данном конкретном случае. Но также хорошо известно, что любой новый класс приборов, особенно диагностических, имеет и свою специфику, которая в той или иной степени сказывается на всем процессе их разработки, начиная с самых общих этапов идейно-технического проектирования и комплексирования прибора и заканчивая этапами разработки программного, методического и метрологического обеспечения для него. Прежде всего, с точки зрения основ классической теории приборостроения, это касается особенностей формализации предметного представления задачи, разработки обобщенной структурно-функциональной схемы и физико-математической модели прибора, специфики формулировки целевой функции прибора, а также особенностей формирования в нем массивов диагностических данных.
Как показывают результаты последних исследований, основной спецификой любого прибора НМС является обязательное наличие в нем вычислительной системы и большого количества проблемно-ориентированных вычислительных и интерпретирующих алгоритмов, которые в очень большой степени и определяют облик всего прибора в целом и все его основные функциональные возможности. Поэтому, разработка любого прибора НМС должна начинаться с разработки и создания модели вычислительного процесса, позволяющего по массиву зарегистрированных первичных физических данных (напряжений с фотоприемников) получить ожидаемый конечный медицинский результат в виде конечных медико-биологических показателей. Аппаратные же средства прибора далее "подстраиваются" под вычислительный алгоритм таким образом, чтобы обеспечить в нужном объеме (в нужном спектральном диапазоне, с нужным пространственным и временным разрешением и т.п.) сбор, обработку и хранение необходимых для вычислений первичных физических сигналов и данных.
С другой стороны, сами аппаратные средства в НМС, в основной своей массе, не являются сколько-нибудь специфичными и оригинальными на современном уровне развития оптики, электроники и лазерной техники. Поэтому, во многом задачи проектирования и конструирования отдельных узлов и блоков таких приборов и систем можно свести к стандартным задачам классического оптико-электронного приборостроения. Используя же накопленный в мире опыт в этой области, а также базы данных по выпускаемым сегодня отдельным узлам, блокам и модулям оптико-электронных, лазерных и медицинских приборов и устройств, все эти задачи на 80-90% сводятся, в основном, к задачам адаптации и сопряжения известных схемотехнических решений в единую целевую конструкцию прибора НМС. А это во многом определяет и конкретику последующих этапов детальной конструкторской проработки и технологического освоения прибора в производстве.
И еще один очень важный вопрос. Любые диагностические (измерительные) технологии имеют смысл лишь тогда, когда можно сравнивать результаты разных измерений (на разных приборах, на разных пациентах, на одном и том же пациенте в разные дни и т.д.) между собой и делать вывод о достоверности различий для разных измерений или их отсутствии. Для этого измерительные технологии должны иметь соответствующее стандартизованное метрологическое обеспечение и должны быть понятны и изучены вопросы точности, воспроизводимости, сходимости и сличимости результатов таких измерений. Сегодня все эти вопросы метрологии измерений в НМС изучены весьма слабо, а стандартизованные и аттестованные средства измерений для НМС полностью отсутствуют не только в нашей стране, но и в мире в целом. Спорными остаются вопросы точности и достоверности таких измерений. И это открывает дополнительные широкие перспективы для научных исследований в области НМС. Наши работы сосредоточены сегодня именно на метрологических аспектах измерений в НМС.
Для более подробной информации см. наши публикации (до 2012г.):
1. Рогаткин Д.А. Лазерная клиническая диагностика как одно из перспективных направлений биомедицинской радиоэлектроники // Биомедицинская радиоэлектроника, №3, 1998. - с. 34-41.
Просмотр текста статьи в формате PDF (1300 Кб)
2. Рогаткин Д.А., Приснякова
О.А., Моисеева Л.Г., Черкасов А.С. Оценка
точности лазерной клинической
флюоресцентной диагностики //
Измерительная техника, №7, 1998. - с. 58-61. (Или
английский вариант статьи: Rogatkin
D.A., Prisnyakova O.A., Moiseeva L.G., Cherkasov A.C. Analysis of the accuracy
of clinical laser fluorescence diagnosis // Measurement Techniques, Vol. 41, No.
7, 1998. – pp. 670-674.)
Просмотр текста статьи (английский вариант) в формате PDF (341 Кб)
3. Рогаткин Д.А., Лапаева Л.Г. Перспективы развития неинвазивной спектрофотометрической диагностики в медицине // Медицинская техника, №4, 2003. – с.31-36. (Или английский вариант статьи: Rogatkin D.A., Lapaeva L.G., "Prospects for development of noninvasive spectrophotometric medical diagnosis", Biomedical Engineering, vol. 37, No. 4, 2003. – p. 217-222.).
Просмотр текста статьи (английский вариант) в формате PDF (116 Kб)
4. Рогаткин Д.А. Базовые принципы организации системного программного обеспечения многофункциональных неинвазивных спектрофотометрических диагностических приборов и комплексов // Медицинская техника, №2, 2004. – с.8-12. (Или английский вариант статьи: Rogatkin D.A. Basic principles of organization of system software for multifunctional noninvasive spectrophotometric diagnostic devices and systems // Biomedical Engineering, Vol. 38, No. 2, 2004. – p. 61-65.)
Просмотр текста статьи (английский вариант) в формате PDF (90 Кб)
5. Амзина М.В., Михеев А.А., Рогаткин Д.А. Объединение каналов лазерной допплеровской флоуметрии и абсорбционной тканевой оксиметрии в одной медицинской диагностической системе // В сб. «Проблемы оптической физики» / Материалы 9-й междун. Научной школы по оптике, лазерной физике и биофизике – Саратов: Изд-во «Сателлит», 2006. – стр. 12-17. (Или английский вариант статьи: Amzina M.V., Micheev A.A., Rogatkin D.A., Sidorov V.V. "Combined medical diagnostic system with separated Laser-Doppler and reflectance oximeter channels" // SPIE Proc., vol. 6163, 616317 (2006).).
Просмотр текста статьи (английский вариант) в формате PDF (482 Кб)
6. Бессонов А.С., Колбас Ю.Ю., Рогаткин Д.А. Виртуальные диагностические приборы в медицинской неинвазивной спектрофотометрии // Технологии живых систем, т.4, №1, 2007.- с. 50-57.
7. Рогаткин Д.А., Лапаева Л.Г. Комплексный биотехнический подход на этапе идейно-технического проектирования многофункциональных диагностических систем для медицинской неинвазивной спектрофотометрии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, №8-9, 2008. – стр.89-97.
Просмотр текста статьи в формате PDF (336 Кб)
8. Rogatkin D.A., Lapaeva L.G., Petritskaya E.N., Sidorov V.V., Shumskiy V.I. "Multifunctional laser noninvasive spectroscopic system for medical diagnostics and some metrological provisions for that" // Proc. SPIE, vol. 7368, 2009, 73681Y.
Просмотр текста статьи в формате PDF (369 Кб)
9. Рогаткин Д.А., Дунаев А.В., Лапаева Л.Г. Метрологическое обеспечение методов и приборов неинвазивной медицинской спектрофотометрии. // Медицинская техника, №2, 2010. - с.31-36.
Просмотр текста статьи в формате PDF (963 Кб)
10. Макаров Д.С., Петрицкая Е.Н., Рогаткин Д.А. Вопросы гармонизации и унификации понятийно-терминологического базиса в неинвазивной медицинской спектрофотометрии // Материалы XI Международной научно-технической конференции «Изменение контроль информатизация» (ИКИ-2010). – Барнаул: АГТУ им. И.И.Ползунова 2010. - с. 126-129.
Просмотр текста статьи в формате PDF (201 Кб)
11.
Макаров Д.С., Рогаткин Д.А. Физиологический
разброс индивидуальных параметров
микроциркуляции крови как источник ошибок
в неинвазивной медицинской спектрофотометрии
// Труды IX
Междунар. конф. «Физика
и радиоэлектроника в медицине и экологии –
ФРЭМЭ-2010» - Владимир-Суздаль, 2010. – с.78-82.
Просмотр текста статьи в формате PDF (282Kb)
12. Дунаев А.В., Жеребцов Е.А., Рогаткин Д.А. Методы и приборы неинвазивной медицинской спектрофотометрии: пути обоснования специализированных медико-технических требований. // Приборы, №1 (127), 2011. - с.40-48.
Просмотр текста статьи в формате PDF (1830 Кб)
13. Дунаев А.В., Жеребцов Е.А., Рогаткин Д.А. Принципы построения тест-объекта для метрологического контроля состояния приборов лазерной доплеровской флоуметрии. // Биомедицинская радиоэлектроника, №1, 2012. – с.8-16.
Просмотр текста статьи в формате PDF (3258 Кб)
Более поздние наши публикации см. www.medphyslab.ru