АППАРАТНО-КОМПЬЮТЕРНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ СИСТЕМЫ

частей – медицинского аппарата и специализированного компьютера.
В

качестве медицинских аппаратов могут быть представлены
диагностические,
лечебные
контролирующие (мониторинговые) устройства.
Компьютерная часть системы может базироваться на любой аппаратной платформе, находящейся под управлением специализированных медицинских программ.
.

по своему назначению подразделяются на 5 основных групп:
для получения медицинских

изображений органов человека,
для получения параметрических данных,
для получения функциональных данных,
для выполнения мониторинга,
терапевтического направления.

в которых установлены мощные компьютеры.
Эти специализированные компьютеры работают, как

правило, под управлением сложных операционных систем, таких, например, как Unix, Windows NT, Linux, и имеют развитое прикладное программное обеспечение.
Для получения медицинских диагностических изображений используются аппаратно-компьютерные комплексы двух типов.
В первом из них первоначальное изображение получается в аналоговом виде, затем оно оцифровывается в АЦП и далее существует в цифровом виде

и затем передается в процессор для дальнейшей обработки и анализа.

Итоговое изображение представляет собой рентгенограмму с высокой четкостью и большой фотографической широтой.
2. Прямая цифровая рентгенография - ddR – direct digital Radiography. В таких системах цифровое рентгеновское изображение формируется сразу же на цифровом плоском детекторе. Подобная технология носит название

рентгенологического исследования.
Нередко она применяется в комбинации с искусственным контрастированием

органов.

Рис.6.1.Цифровая
рентгенограмма
коленного сустава
(боковая проекция)

органа. Затем в модуле оцифровки аналоговые изображения преобразовываются в цифровые.

Итоговые образы - сонограммы - отображают структуру исследуемого органа

распространение во всех областях медицины
Ультразвуковой комплекс при необходимости путем

встраиваемой компьютерной программы позволяет визуализировать кровоток, причем раздельно – артериальный и венозный, что имеет большое значение в диагностике облитерирующих поражений сосудов.

венозные сосуды почки
Ультразвуковое исследование желчного пузыря – сонография.
Внутри пузыря

имеются конкременты ↓

- устроен по аналого-цифровому принципу .
Он предназначенный для радионуклидной визуализации

органов человека гамма-квантами.
После введения в организм пациента органотропных радиофарм-препаратов они накапливаются в этих органах и сигнализируют о своем присутствии испускаемыми гамма-квантами. Последние улавливаются сцинтилляционным детектором и позиционируются на его плоскости в виде двухмерного изображения исследуемого органа.
Далее изображение оцифровывается и передается для дальнейшей обработки в процессор.

Итогом такого процесса является радионуклидная сцинтиграмма

компьютерный томограф (КТ) и

магнитно-резонансный томограф (МРТ).

человека - компьютерные томограммы - при движении рентгеновской трубки вокруг

тела пациента.
Толщина среза, видимого как отдельное изображение, составляет доли миллиметра, расстояние между срезами – 1-5 мм. Компьютерные томографы способны получать изображение за очень короткое время, измеряемое долями секунды.
Современные томографы являются спиральными и многосрезовыми (одномоментно до 320 срезов).
КТ позволяют 1. Визуализации тонких срезов.

2. Реконструкции трехмерных изображений органов – пример - грудной клетки
3. Изображения полых органов – трахеи, бронхов, толстой кишки.

помещенного в сильное магнитное поле (до 1,5-3,0 Тл).
При

дополнительном воздействии кратковременными радиочастотными импульсами протоны, находящиеся в теле пациента, входят в магнитный резонанс.
Последующая релаксация протонов инициирует электромагнитные сигналы, которые улавливаются радиочастотными катушками, оцифровываются и передаются в память компьютера.
Компьютер с помощью специальных программ обработки сигналов реконструирует МРТ-изображение

Компьютерная томограмма грудной клетки.
Трехмерная реконструкция.
Видна аневризма грудной аорты

аппаратно-компьютерных систем, стала методика так называемых мультимодальных, или «спаянных изображений»

(fusion imaging).
При этом на одном снимке или на экране монитора получается изображение внутренних органов, полученных разными методами исследования – МРТ, КТ и с помощью радионуклидов.
Такой метод позволяет выявить мелкие очаги повышенного накопления радиоактивного вещества и привязать их к анатомическим ориентирам тела пациента.

Мультимодальное
изображение КТ/
сцинтиграфия (вид
сзади). Виден метастаз
в XI левом ребре

медицинскими изображениями – их вычитание (субтракция).
При этом одну и ту

же область исследуют различными методами, а затем из одного изображения вычитают другое – производят вычитание. В качестве примера можно привести дигитальную субтракционную ангиографию (ДСА)
Агниографический комплекс фирмы Сименс

области, производят его компьютерную инверсию из позитива в негатив. Затем

сразу же проводят рентгеноконтрастное исследование сосудов – ангиографию. Затем из второго снимка вычитают первый (в негативе). В итоге получается контрастное изображение сосудов без наложения мешающих теней окружающих органов

Агниограмма головного мозга

Агниограмма головного мозга

получения параметрических данных позволяют с помощью компьютерных программ прижизненно определять

минеральный, химический или биохимический состав органов человека. Одним из таких методов стала двухфотонная компьютерная рентгеновская остеоденситометрия.

Суть метода сводится
к следующему. Больному
выполняют сканирующую
рентгенографию скеле-
та рентгеновскими луча-
ми различной жесткости
на специальном рентге-
новском аппарате – остео-
денситометре

помощью компьютера. Итоговым результатом исследования является количественный показатель минеральной плотности

костей (рис.4. 28). Причем, компьютер позиционирует это плотность в три зоны – нормальную, зоны среднего и высокого риска переломов. Данное исследование нашло большое распространение при выявлении и изучения остеопороза – одного из наиболее частых заболеваний человека

Остеоденситограмма
с указанием минерализации скелета

органов. Сигналы с этих датчиков оцифровываются в АЦП и затем

передаются в компьютер. Задача компьютера – отсечь в автоматическом режиме шумы и сигналы, выходящие за рамки доверительного интервала, выделить репрезентативную (достоверную) группу полезных данных и затем провести их анализ. Итогом анализа может служить распечатка в виде цифр или заключения, которые могут быть переданы по каналам связи для консультации или дальнейшего изучения.

Функциональная схема медицинского аппаратно-компьютерного комплекса для регистрации нескольких параметров

аппаратно-компьютерных систем, определяющих функциональное состояние изучаемых органов. В этих системах

компьютер выполняет задачу анализатора серии изображений, каждое из которых показывает функциональную активность органа. В итоге получаются результирующие кривые, отражающие характер функции этого органа.
Подобным образом определяют, например,функциональную активность почек при радионуклидной визуализации или состояние кровотока в сосудах при магнитно-резонансной томографии

На сцинтиграммах выделены зоны интереса, в которых построены кривые, отображающие

функцию каждой почки в отдельности

Магнитно-резонансная
томография артерий нижних
конечностей и кривая,
построенная компьютером
и показывающая интенсивность
кровотока в систолу и диастолу

операторонезависимые.
Операторозависимые системы - результирующие данные в значительной степени зависят

от искусства врача, его умения управлять первичным сбором данных. К таким системам можно отнести ультразвуковые сканеры. В них результирующая ультразвуковая картина исследуемого органа в значительной степени зависит от того, как врач проводит лоцирование исследуемого органа, каково расположение датчика и ракурс визуализации. Поэтому при подобных исследованиях твердые копии изображений имеют ограниченное медицинское и юридическое значение.
Операторонезависимые системы. При цифровой рентгенографии, компьютерной рентгеновской и магнитно-резонансной томографии, радионуклидной визуализации результирующее изображение органа в первую очередь связано с настройкой аппарата и физическими параметрами его функционирования. Итоговые данные таких исследований более объективно отражают сущность изучаемого органа.

различные классы устройств, предназначенных для отслеживания на значительном промежутке времени

функционального состояния различных органов.
Часто эти системы используются в реанимации, в кардиологических и хирургических отделениях, в операционных блоках.
Пример мониторинга - холтеровская система, позволяющая установить суточные колебания артериального давления и ЭКГ в естественных условиях пребывания пациента. К поверхности тела больного прикрепляются датчики регистрирующие пульс, артериальное давление и ЭКГ в течении суток (рис. 4.32). Датчики соединяются с запо-
минающим устройством – флэш-картой, на которой сохраняются все зарегистрированные сигналы. Спустя сутки данные с флэш-карты считываются компьютером, который имеет специальное про-
граммное устройство для анализа
данных и их распечатки (рис.4.33,
4.34). Некоторые холтеровские
системы имеют портативные ком-
пьютерные гаджеты (рис.4.35), ре-
гистрирующие функциональную
информацию и отображающую ее
на дисплее. Это позволяет в режи-
ме online отслеживать регистрируе-
мые данные. Гаджеты имеют выход
в Интернет для передачи текущих
результатов в медицинский центр.
Рис.4.32. Расположение датчи-
ков при холтеровском монито-
ринге (http://upload.wikimedia.
org/wikipedia/commons/d/db/
Holter_monitor.JPG)
c_="= 4. b"___…,_ " "/_,“_,2___…3_ 2_.…,*3 109
Рис.4.33. Заключительная таблица ЭКГ холтеровского суточного
мониторинга. Выявлены одиночные экстрасистолы
Рис.4.34. Суточные колебания артериального давления, выявленные
в процессе холтеровского суточного мониторинга
h. o. j%!%__*. l__110 ,_,…“*= ,…-%!_=2,*=

суточные колебания артериального давления и ЭКГ в естественных условиях пребывания

пациента.
К поверхности тела больного прикрепляются датчики регистрирующие пульс, артериальное давление и ЭКГ в течении суток

Датчики соединяются с запоминающим устройством – флэш-картой, на которой сохраняются все зарегистрированные сигналы. Спустя сутки данные с флэш-карты считываются компьютером, который имеет специальное про-
граммное устройство для анализа данных и их распечатки

артериального давления, выявленные
в процессе холтеровского суточного мониторинга

и отображающую ее на дисплее. Это позволяет в режиме online

отслеживать регистрируемые данные. Гаджеты имеют выход в Интернет для передачи текущих
результатов в медицинский центр.

компьютерного контроля и управления физиотерапевтическими процедурами,
для программного вливания лекарственных

препаратов и для управления перфузионными насосами,
для оптимизации функционирования аппаратуры в процессе проведения ингаляционного наркоза и искусственной вентиляции легких.
Большое значение в этом отношении имеют аппараты искусственного гемодиализа.
Общий принцип работы комплексов состоит в реализации обратной связи с регистрирующих датчиков, компьютерной обработке полученных результатов и последующим компьютерным управлением механизмом терапевтического вмешательства.