Функціональний принцип класифікації методів медико-біологічних вимірювань

Основні проблеми, характерні для медичної метрології і частково для медичного приладобудування

 

1. Зараз медичні вимірювання в більшості випадків проводить медичний персонал (лікар, медсестра), технічно не підготовлений. Тому доцільно створювати медичні прилади, градуйовані в одиницях фізичних величин, значення яких є кінцевою медичною вимірювальною інформацією (прямі вимірювання). Або обслуговування медичних приладів і зняття інформації має здійснювати фахівець, технічно підготовлений.

2. Бажано, щоб час вимірювання, аж до одержання кінцевого результату, був якнайменшим, а інформація якомога повнішою. Цим суперечливим вимогам задовольняють вимірювальні комплекси, що включають ЕОМ.

3. При метрологічному нормуванні медичного приладу, який створюється, важливо враховувати медичні показання. Лікар повинен визначити, з якою точністю необхідно представити результати, щоб можна було зробити діагностичний висновок. При цьому мають бути враховані можливі відхилення цих показників у окремих хворих.

4. Багато медичних приладів видають інформацію на пристрої, які її реєструють, (наприклад, електрокардіограф), тому слід враховувати похибки, характерні для цієї форми запису.

5. Одна з проблем — термінологічна. Відповідно до вимог метрології, у назві вимірювального приладу має бути зазначена фізична величина чи одиниця (амперметр, вольтметр, частотомір тощо). У ряді випадків назва медичних приладів не відповідає цьому принципу (електрокардіограф, фонокардіограф, реограф та ін.). Так, електрокардіограф слід було б назвати мілівольтметром з реєстрацією показань (чи мілівольтметром, що реєструє дані).

6. У ряді медичних вимірювань може бути недостатньо інформації про зв'язок між безпосередньо вимірюваною фізичною величиною і відповідними медико-біологічними параметрами. Так, наприклад, при клінічному (безкровному) методі вимірювання тиску крові допускається, що тиск повітря усередині манжети приблизно дорівнює тиску крові у плечовій артерії.

Насправді цей зв'язок не дуже простий і залежить від ряду факторів, у тому числі і від ступеня розслаблення мускулатури. Лабораторні вимірювання (in vitro) можуть відрізнятися від значень відповідного параметра в умовах організму (in vivo).

6. У процесі вимірювання медико-біологічні параметри можуть змінюватися. У практиці фізико-технічних вимірювань прагнуть зробити декілька вимірювань для виключення (обліку) випадкових похибок; це доцільно в тих випадках, коли є впевненість у незмінності фізичного параметра в процесі вимірювання.

7. Параметри біологічної системи можуть значно змінюватися при тривалих вимірюваннях, наприклад, внаслідок психофізіологічних факторів (вплив навколишнього оточення: приміщення, вимірювального приладу, персоналу тощо) чи втоми м'язів при багаторазових вимірюваннях на динамометрі. Рухливість органів чи самого об'єкта також може призводити до різних результатів вимірювання. Природно, що при створенні медичної апаратури мають бути враховані й інші вимоги (санітарно-гігієнічні, питання безпеки, надійності тощо).

Більшість вимірювань у медицині є вимірами фізичних або фізико-хімічних величин. У кількісній діагностиці – тиск крові, часова залежність біопотенціалів, оптична сила ока та ін. У лабораторних аналізах — в'язкість крові, концентрація цукру в сечі та ін.

Під час лікування важливо знати дозу іонізуючого випромінювання, силу струму при гальванізації, інтенсивність ультразвуку тощо; відсутність якої-небудь інформації подібного роду може не тільки знизити лікувальний ефект, але й завдати шкоди.

Кількісна оцінка параметрів середовища, що оточує людину (вологість повітря, температура, атмосферний тиск), є необхідною умовою профілактики захворювань, кліматичного лікування.

Різні фізичні медико-біологічні вимірювання можуть бути класифіковані або за функціональною ознакою, або за приналежністю до відповідного розділу фізики.

Фізична класифікація більш близька структурі і наведена нижче.

Механічні вимірювання

антропометричні параметри тіла, переміщення, швидкість і прискорення частин тіла, крові, повітря, акустичні вимірювання, тиск крові і рідин в організмі і повітря в навколишньому середовищі, вимірювання вібрацій та ін.

Теплофізичні вимірювання

температура органів, частин тіла і навколишнього середовища, калориметричні вимірювання біологічних об'єктів, продуктів харчування тощо.

Електричні і магнітні вимірювання

біопотенціали, індукція магнітного поля серця, вимірювання імпедансу біологічних об'єктів з діагностичною метою, параметрів електромагнітних полів і концентрації іонів з гігієнічною метою та ін.

Оптичні вимірювання

колориметричні вимірювання, вимірювання оптичних характеристик середовища ока з діагностичною метою, спектральні вимірювання для діагностики і судово-медичного призначення, вимірювання характеристик ультрафіолетового, інфрачервоного і видимого світла з гігієнічною метою та ін.

Атомні і ядерні вимірювання

вимірювання іонізуючого випромінювання (дозиметрія) та ін.

Крім того, можна вказати і фізико-хімічні вимірювання: кількісне визначення складу повітря, яке вдихається та видихається людиною, газовий склад крові, рН крові й інших біологічних середовищ.

 

Функціональний принцип класифікації методів медико-біологічних вимірювань

 

Функціональний принцип класифікації методів медико-біологічних вимірювань можна проілюструвати на прикладі вимірювання параметрів серцево-судинної системи.

Тут зустрічаються механічні (баллістокардіографія, фонокардіографія, вимірювання тиску крові), електричні і магнітні (електрокардіографія, магнітокардіографія), оптичні вимірювання (окси-гемометрія). Можливе застосування й інших фізичних методів; так, наприклад, методом ядерного магнітного резонансу визначають швидкість кровотоку.

Як було показано вище, можна виділити декілька великих груп методів обробки медико-біологічної інформації:

1. Апарат теорії імовірності і математичної статистики.

2. Математичний аналіз кривих.

3. Диференційні рівняння.

4. Гармонійний аналіз.

Крім того, існує цілий ряд спеціальних математичних методів, призначених для розпізнавання зображень, виділення корисної інформації з «зашумленної» та ін.

Сучасні методи медичних досліджень можуть бути розділені на дві основні групи – лабораторні та інструментальні. Крім того, до інструментальних методів відноситься особлива група методів, названа хірургічними методами.

Окремий розгляд цієї групи пов'язаний з особливостями цих методів, які полягають у тому, що інструментальні методи пов’язані в них з хірургічними втручаннями.

Інша класифікація методів медичних досліджень підрозділяє їх на 3 основні групи об'єктивних методів дослідження організму людини:

1. Структурна діагностика — методи, що виявляють зміни у побудові органів і тканин (рентгенологічні, ультразвукові дослідження, теплобачення, ендоскопія — гастроскопія, бронхоскопія, колоноскопія тощо).

2. Функціональна діагностика — методи вивчення функціонування органів і систем за їхніми електричними проявами (електрокардіографія, електроенцефалографія, електроміографія тощо), звукових (фонокардіографія), механічних (сфігмографія) та інших проявах.

3. Лабораторна діагностика — методи виявлення змін клітинного і хімічного складу біорідин та інших біоматеріалів.

Основні методи, що відносяться до цих груп, подані на схемі