автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка и исследование методов и средств оперативного управления биотропными параметрами в системах комплексной магнитотерапии

На правах рукописи

Кирьяков Олег Владиленович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ БИОТРОПНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ В СИСТЕМАХ КОМПЛЕКСНОЙ МАГНИТОТЕРАПИИ

Специальности.

05 11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в технических системах) 05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Рязань 2004

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанская государственная радиотехническая академия»

Научные руководители:

Официальные оппоненты;

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Прошян Евгений Михайлович; кандидат технических наук, доцент Жулев Владимир Иванович

доктор технических наук, профессор Калакутский Лев Иванович; кандидат технический наук, доцент Юдаев Юрий Алексеевич.

Федеральное государственное

унитарное предприятие особое конструкторское бюро «Спектр», г.Рязань

Защита состоится "29" нюня 2004 г. в И00 на заседании диссертационного Совета Д212.211.04 в ГОУВПО "Рязанская государственная радиотехническая академия" по адресу: 390005, г. Рязань, ул. Гагарина 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО "Рязанская государственная радиотехническая академия1'.

Автореферат разослан "2.1' А* Л Л 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета Д212.211.04 кандидат технических наук, доцент

Жулев В. И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Состояние здоровья человека, его оценка и поддержание необходимого уровня являются важнейшими предметами заботы развитого общества. Поэтому совершенствование известных и создание новых методов и средств лечения различных патологий являются актуальными и важными. Одним из перспективных методов лечения является магнитотерапия, широко применяемая в медицинской практике в настоящее время.

Магнитное поле - это сложный физический фактор среды обитания человека, которая характеризуется геомагнитным полем Земли, фоновыми полями биосферы, искусственными стационарными и нестационарными магнитными полями, обусловленными деятельностью человека, а также магнитными полями самого биообъекта.

В основе теории воздействия магнитных полей на различные биологические системы, в том числе и на организм человека, лежат фундаментальные исследования И. П. Павлова, П. К. Анохина и др. ученых, позволяющие сделать вывод, что эти поля, представляя собой эволюционный фактор развития живых организмов, могут иметь решающее значение при регуляции компенсаторно-восстановительных процессов в организме и тем самым оказывать выраженное терапевтическое воздействие.

Теоретическую основу магнитологии заложили А. М. Демецкий, В. Н. Чернов, Ю. А. Холодов и др. Их работы посвящены исследованию действия магнитного поля на организм человека, развитию теории электромагнитотерапии и проблемам ее практического применения.

Одним из направлений магнитотерапии является использование локального (местного) воздействия поля, ограниченного площадью больного органа, или его проекции на поверхпость тела пациента. Для этого разработано и серийно выпускается в России и за ее пределами множество магнитотерапевтических аппаратов с использованием постоянных магнитов; листовые аппликаторы, магнитные ремешки, двухполюсные медицинские магниты, магнитные таблетки и др., а также - с возможностью генерации переменных магнитных полей, имеющих изменяемые биотропные характеристики: «Полюс», «Градиент», «Каскад», «Маг - 30» и др. Некоторые из выпускаемых аппаратов позволяют организовывать распределенное воздействие на организм пациента: «Алимп», «Атос», «Полемиг».

Другим, более перспективным и результативным направлением магнитотерапев-тического воздействия является общее воздействие на весь организм пациента. Для подобного воздействия производится ряд аппаратов, оказывающих комплексное воздействие непосредственно на весь организм пациента: «Аврора МК - 01», «МУЛЬТИМАГ», «Магнитотурботрон».

Таким образом, на сегодняшний день низкочастотная магнитотерапия представляет собой интенсивно развивающуюся область медицины, способную решать многие практические задачи по восстановлению и и лече-

нию ряда заболеваний.

Создание магнитотерапевтических методик в настоящее время основано на анализе долговременной динамики состояния пациента на основе классических методов лабораторных исследований состояния его функциональных систем. Достоинство подобных методов заключается в их высокой достоверности, недостаток — малая оперативность получения результата, вследствие чего - невозможность быстрой коррекции воздействия в течение сеанса, в связи с чем возможно воздействие на пациента по недостаточно эффективной для него методике. Появились работы, посвященные оперативной диагностике и организации биоадекватной обратной связи, но они не дают ответа на вопросы практической реализации данного метода, выбора диагностического параметра или набора параметров пациента для анализа состояния пациента непосредственно в течение сеанса, что не позволяет получить от магнитотерапевтического воздействия максимальной эффективности лечения.

Остаются задачи, требующие дальнейшего изучения. К таким задачам относятся:

- повышение результативности магнитотерапевтического воздействия за счет индивидуального подбора биотропных параметров лечебной методики к пациенту, основанном на анализе его текущего состояния здоровья;

- обеспечение оперативного контроля состояния систем организма пациента, и их диагностика во время процедуры;

- оперативное изменение биотроппых характеристик поля по мере воздействия на пациента в соответствии с его состоянием для достижения большего лечебного эффекта.

Возможность оперативной диагностики и осуществления режима варьирования параметров воздействия может дать специальная, помехозащищенная измерительная и диагностическая аппаратура, включаемая в контур биотехнической обратной связи.

Поэтому повышение результативности магнитотерапевтического лечения за счет подбора биотропных параметров воздействия на основе анализа обобщенного показателя здоровья пациента в течение лечебного сеанса является перспективным способом решения актуальной научно-технической задачи.

Цель работы. Целью диссертации является разработка методов и технических средств повышения эффективпости системы магнитотерапевтического воздействия на пациента за счет оперативного управления биотропными параметрами во время сеанса магнитотерапии по результатам контроля состояния пациента.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- определить из множества показателей пациента набор достоверных, информативных и чувствительных к действию магнитного поля диагностических характеристик, которые возможно использовать для оценки состояния пациента в течение магнитоте-рапевтического воздействия и на протяжении всего курса лечения;

— создать аппаратные средства, пригодные для съема выбранных диагностических характеристик пациента в течение магнитотерапевтического сеанса;

- разработать методы обработки выбранной совокупности диагностических характеристик, формирования обобщенного критерия с целью оценки состояния пациента, используемого как показатель качества управления магнитотерапевтическим воздействием;

- провести анализ возможности управления значениями биотропных параметров магнитного поля, варьируемыми в течение магнитотерапевтического сеанса в соответствии с обобщенным критерием;

- разработать аппаратные и программные средства оперативного управления био-тропными параметрами воздействующего магнитного поля как для лечебных целей, так и для исследовательских, направленных на получение и формирование оптимизированных методик магнитотерапевтического воздействия.

Научная новизна

- Впервые предложено и обосновано применение в качестве интегрального критерия управления в системе управления магнитотерапевтическим комплексом показателя активности регуляторных систем (ПАРС) по Баевскому.

- Определен минимизированный набор биотропных параметров магнитного поля, независимо варьируемых в течение лечебного сеанса, сформулированы требования к магнитотерапевтическому аппарату с расширенными возможностями по управлению биотропными параметрами.

- Составлена структурно-алгоритмическая модель магнитотерапевтического аппарата с возможностью оперативного управления биотропными параметрами в течение магнитотерапевтического сеанса по результатам анализа обобщенного критерия состояния здоровья пациента и проведено ее имитационное моделирование.

- Предложены новые способы формирования сигналов магнитотерапевтическо-го воздействия с возможностью оперативного управления сигналами в течение магнитотерапевтического сеанса, оригинальность которых защищена тремя патентами РФ.

- Предложены структуры устройств для магнитотерапевтического воздействия с расширенными возможностями управления биотропными параметрами, оригинальность которых защищена двумя патентами РФ.

Практическая значимость. Применение предложенных методов управления биотропными параметрами магнитного поля в течепие сеанса позволяет повысить результативность магнитотерапевтического воздействия за счет создания лечебных методик с более адекватным воздействием на пациента, с учетом его основного и сопутствующего заболеваний, дает возможность уточнять лечебные конфигурации поля в уже существующих методиках, индивидуализировать воздействие на конкретного больного в соответствии с его состоянием, что повышает терапевтический эффект. Сокращается время лечения пациента, в результате чего уменьшается общее время не-. трудоспособности человека, и снижаются расходы на его лечение.

Разработаны новые средства для биотехнической обратной связи, которые внедрены в серийно выпускаемый магнитотерапевтический аппарат «МУЛЬТИМАГ М», что позволило расширить его функциональные возможности. Результаты разработок систем магнитотерапевтических комплексов с оперативным управлением биотропными параметрами внедрены в учебный процесс в ГОУВПО "Рязанская государственная радиотехническая академия". Полученные в диссертационной работе результаты использовались в научных разработках, связанных с созданием магнитотерапевтических комплексов с биотехнической обратной связью в ООО Научно производственная фирма «РРТИ-ИНТЕРКОМ», что позволило оптимизировать структуру комплекса.

Методы исследования. При решении поставленных задач использован математический аппарат теории вероятностей и математической статистики, интегрального и дифференциального исчисления, методы кластерного анализа. Для решения задачи анализа структуры магнитотерапевтического аппарата с оперативным управлением применялось имитационное моделирование на ЭВМ.

Проведена экспериментальная проверка возможности применения ПАРС для оценки состояния пациента в течение магнитотерапевтического сеанса с использованием магпитотерапевтического аппарата общего воздействия «АВРОРА МК - 01» и аппаратуры для измерения и расчета ПАРС « MY — BODY ».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской научной конференции "Электромагнитные поля в медицине и биологии" (Рязань, 1995); Межвузовской научно-практической конференции "Здоровье студента как комплексная проблема: медицинские, экологические и социальные аспекты" (Тула, 1996); Всероссийской НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (Рязань, 1996); Всероссийской межведомственной выставке-семинаре «Учебная техника, технические средства обучения и жизнеобеспечения инвалидов» (Москва, 1997); Всероссийской НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (Рязань, 1998, 1999, 2000, 2001); НТК «Медицинские информационные системы - МИС - 2000». (Таганрог, 2000); Межрегиональной научно-практической конференции-семинаре «Технологии физиотерапии XXI века» (Рязань, 2001).

Внедрение результатов работы. Полученные в работе результаты внедрены при разработке аппаратно-программного комплекса «МУЛЬТИМАГ», серийно выпускаемого Касимовским приборным заводом, в учебный процесс в ГОУВПО "Рязанская государственная радиотехническая академия", использовались при разработке магнито-терапевтических комплексов "МУЛЬТИМАГ" в ООО Научно производственная фирма «РРТИ-ИНТЕРКОМ».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 печатных работ, из них 4 - в центральной печати, 2 - в межвузовских сборниках, 1 учебное пособие, 5 патентов РФ на изобретение.

Положения, выносимыеназащиту.

• Способ использования комплексного показателя состояния пациента в виде ПАРС для организации оперативного управления биотропными параметрами магнитного поля в течение магнитотерапевтической процедуры.

• Структуры варьирования лечебно-исследовательского магнитотерапевтического комплекса с биоэффективными методами оперативного управления биотропными параметрами магнитного поля в течение магнитотерапевтического сеанса.

• Программно-алгоритмическая модель функционирования магнитотерапевтического комплекса с расширенными возможностями управления биотропными параметрами магнитного поля в течение магнитотерапевтического сеанса по результатам анализа комплексного показателя состояния пациента.

• Бесконтактные технические средства для измерения параметров пульса и дыхания, основанные на оптическом локационном методе анализа колебаний грудной клетки пациента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 69 наименований и 3 приложения. Диссертация содержит 151 страпиц, в том числе 5 таблиц и 45 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определены цель и решаемые в работе задачи. Изложены повые научные результаты, полученные в работе, показана ее практическая ценность и апробации. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проанализированы способы управления биотропными параметрами применяемые в существующих магнитотерапевтических аппаратах, обоснованы ограничения, налагаемые на подобное варьирование, на выбор варьируемых параметров, предложены алгоритмы подбора комбинации биотропных параметров, определен набор варьируемых параметров магнитного поля, при оперативном управлении в течение сеанса, проведена оценка времени, необходимого для определения наиболее действенного набора биотропных параметров. Проведен анализ существующих методов оперативного управления биотропными параметрами в существующих магнитотерапевти-ческих аппаратах, особенности синхронизации с биоритмами, как простейшего случая биотехнической обратной связи по усеченному набору параметров. Показан основной недостаток подобного способа реализации биотехнической обратной связи — в процессе воздействия не происходит оценки изменения состояния пациента, и отсутствует оперативное управление по этому изменению.

Проанализированы основные проблемы, возникающие при оценке изменения состояния пациента под действием магнитотерапевтического воздействия, на основе

чего сформулированы основные требования к обобщенному критерию оценки состояния пациента:

— возможность выработки однозначного решения, - в каком направлении происходит изменение состояния больного;

— возможность автоматического расчета критерия в течение сеанса магнитотерапии;

— возможность задания граничных условий текущего состояния пациента, при которых необходимо привлечь внимание к больному медицинского персонала, или прервать сеанс воздействия;

— возможность оценки степени приближения текущей оценки состояния по окончании сеанса к оптимальному состоянию пациента.

Рассмотрены способы формирования интегрального многопараметрического критерия состояния пациента на основе набора диагностических параметров, применимого для оценки состояния пациента в течение магнитотерапевтического сеанса, рассмотрены различные возможности по способам его создания на основе многокритериальных оценок, в результате чего обоснованно применения для оперативного управле-пия кластерного метода. Достоинством этого подхода является то, что:

— по результатам анализа на основе формально описанного алгоритма каждого конкретного биообъекта можно отнести к определенному кластеру и по его номеру определить совокупность применяемых методик воздействия;

— в процессе лечения по результатам анализа диагностических признаков с учетом их весовых коэффициентов, происходит движение биообъекта в кластерном пространстве, и на этой основе возможна соответствующая корректировка методики;

— для задания нормы достаточно определить соответствующий кластер.

Во второй главе предложено при организации оперативного управления для оценки текущего состояния пациента применять метод анализа статистических характеристик распределения длительности кардиоинтервалов, разработанный Р. М. Баев-ским - показатель активности регуляторных систем (ПАРС). Его можно рассматривать как вариант кластерного метода, в который входят параметры 5 регуляторный систем организма. На его основе предложен способ формирования магнитотерапевтического воздействия с биотехнической обратной связью, защищенный патентом РФ.

При анализе ритма сердца речь идет о характеристике состояний регуляторных систем, обусловленных приспособительными (адаптивными) реакциями организма, и по ним можно судить о регуляторных механизмах целостного организма, хотя и с позиций управления системой кровообращения.

Все проявления регуляции могут быть связаны с повышением или с понижением активности регуляторов. Изменения активности регуляторных систем представлены в виде соответствующих значений отдельных показателей, которые кодируются по 5-балльной шкале (+2, +1, 0, -1, -2). По пяти критериям: суммарному эффекту регуляции

— А, функции автоматизма — В, вегетативному гомеостазу — С, устойчивости регуляции — D и активности подкорковых нервных центров — Е. В данном методе наряду

с оценкой отдельных элементов системы управления определяется и интегральный критерий — ПАРС. За состояние "нормы" принимается значение модуля ПАРС Я„ е [0;4] при значениях 51 и | ^ 3. На основании табличного способа оценки

ПАРС разработан аналитический способ расчета.

Обоснованно преимущество этого метода, показана возможность непрерывной оценки состояния пациента в течение магнитотерапевтического сеанса при анализе кардиоинтервалов методом скользящей выборки.

Для определения возможности применения, достоверности и надежности применения ПАРС для оценки состояния пациента было проведено исследование изменения ПАРС в процессе магнитотерапевтического сеанса у 20 пациентов. Пациенты, подвергались магнитотерапевтическому воздействию по тренировочной методики общеукрепляющего типа. Одновременно производился периодический съем выборки по 100 кар-диоинтервалов, на основе которых и производился расчет. Каждый из пациентов подвергался 4 сеансам магнитотерапевтического воздействия с регистрацией ПАРСа.

Так как в процессе исследования по выявлению реакции пациента на магнитное поле необходимо обеспечить минимальную нагрузку на организм, то при достижении значения ПАРСа границы выхода из нормы (3-4) воздействующее поле выключалось, но ПАРС продолжали снимать через такие же промежутки времени, при достижении значения ПАРСа нормы, воздействующее поле снова включалось.

При обработке полученных данных найдена оценка корреляция между воздействием магнитного поля и изменением ПАРС. Для отклонения нулевой гипотезы при уровне значимости и применение одностороннего критерия и данного числа

степеней свободы оценка коэффициента корреляции должна быть: г' 0,669.

Коэффициент корреляции, г

а) б)

а) - распределение оценки коэффициента корреляции; б) - графики изменения ПАРС в зависимости от действия магнитотерапевтической методики. Время действия методики показано жирной линией снизу графика. Рис. 1. Результаты эксперимента

В 75 % случаев можно отклонить нулевую гипотезу, то есть существует связь между воздействующей магнитотерапевтической методикой и изменением ПАРС. Таким образом:

— использование ПАРС позволяет оценивать реакцию организма пациента на воздействие;

— применение ПАРС для оперативного управления магнитотерапевтическим воздействием позволяет повысить эффективность лечения.

Проведен анализ существующих методов регистрации кардиоинтервалов, применимых для оценки состояния пациента в течение мапштотерапевтического сеанса, обосновано применение для этого локационного метода. Локационный метод основан на регистрации колебаний грудной клетки биообъекта. Колебания грудной клетки складываются из трех компонентов:

— колебания, обусловленные дыхательными движениями (0,2 - 0,5 Гц в покое у человека);

— колебания, обусловленные сердечными сокращениями (0,9 — 1,5 Гц в покое у человека);

— колебания за счет перемещения биообъекта.

Применимость данного метода при магнитотерапевтическом сеансе обусловлена тем, что в течение сеанса пациент лежит неподвижно в магнитоскане, и компонента колебаний за счет перемещения биообъекта практически исключается. Для разделения дыхательной и пульсовой составляющей используется частотная фильтрация, так как пациент находиться в состояние покоя, и области частот сердечных сокращений и дыхательных движений не пересекаются.

Разработана структурная схема подобного устройства и проведена экспериментальная проверка его функционирования, на рис. 2. приведены графики его работы.

Рис. 2. Сигнал с локационного датчика пульса и дыхания

Составлена обобщенная адекватная модель оперативного управления биотроп-ными параметрами магнитного поля, применимая во время магнитотерапевтического

8

сеанса, разработана структурная схема магнитотерапевтического аппарата с возможностью оперативного управления биотропными параметрами (рис. 3). В основу модели положены следующие соображения: У0' - начальный вектор параметров /-го пациента, который подвергнут _/-му варианту лечения, с известным начальным состоянием здоровья. Также известен среднестатистический набор основных функциональных и физиологических показателей пациента, характеризующий «норму» после лечения данного заболевания - У„'. Текущее состояние пациента во время лечебного воздействия - У* Векторы У,,1, У', У/ позволяет делать вывод об эффективности лечения ¡-го больного

у'-м способом. Целью же оперативного управления процедурой воздействия является

1/г1

подбор такого набора , который обеспечивает наиболее качественное

достижение состояния Введем такую функцию , значение которой

Ъ ^(О.'Л").

может служить мерой эффективности лечения больного по методике.

(1)

Рис. 3. Структурная схема магнитотерапевтического аппарата с оперативным управления биотропными параметрами

Построение этой функции следует рассматривать как результат формализации логических заключений и выводов специалистов-медиков, основанных на статистических данных по лечению рассматриваемого заболевания. Между «нормой» и начальным состоянием пациента существует функциональная связь, определяемая проведенными сеансами магнитотерапии. Для установления этой зависимости необходимо проводить поиск на множестве параметрически неопределенных операторов заданной структуры

Г/^ОУ.ДУ/), (2)

где Ч^(К0',ДК/), - вектор-функция заданной структуры;

УДК,,',ДК/) - вектор приращений параметров пациента на к-ом шаге процедуры.

При магнитотерапевтическом воздействии вектор приращений параметров биообъекта ДК/ = Ь.УЦ(Х') статистически связан с вектором параметров маг-нитотерапевтической среды Параметры X' можно найти по методу наименьших квадратов путем минимизации функционала:

!,(*') = ±{у:-Ч'ДОГ/И))2 mm

(3)

где

(4)

где

т - общее число шагов процедуры.

Минимизация проводиться итерационным градиентным методом:

Х{ - значение вектора X' на к-м шаге процедуры; к=0,1...;

VI! - градиент функции в точке Х{;

ук - числовая последовательность, обеспечивающая сходимость (4).

Следовательно, модель (2) отображает влияние магнитного поля с набором параметров X' на состояние 1-го пациента. Процедура (3), (4) решает задачу идентификации, а величина (1) характеризует эффективность лечения.

Оценка градиента У/^ в точке Х[ находится по результатам полного или

дробного факторного эксперимента с центром плана в точке XI =(*/,. Используя

оценку градиента, блок варьирования модифицирует значения таким

образом, чтобы новый набор биотропных параметров ,х£ переместился в направлении оценки градиента VI{.. В полученной точке X/+] = процедура повторяется.

Время, требуемое для проведения одного цикла варьирования, зависит от приме-пяемой методики и времени, требующегося для проведения измерения параметров, формирующих вектор , и не превышает меньшего из:

(5)

где - число тактов в методике;

- время такта методики;

- время, требующееся для снятия параметров пациента;

- время требующееся для измерения параметра пациента;

- число измеряемых параметров.

Для поиска оптимального ансамбля биотропных параметров предложено применять градиентный метод экстремального поиска с парными пробами, как наиболее устойчивого к действию помех, по сравнению с другими. Данный подход позволяет по-

лучить более точное направление градиента, что особенно важно, учитывая применение метода в медицинской практике, когда одним из основных условий лечения является недопустимость воздействия, которое может ухудшить состояние здоровья пациента. Приводятся рекомендации по выбору величины пробного и рабочего шагов.

Для реализации метода биологической обратной связи, и дополнительных возможностей по диагностики предложен метод оперативного управления на основе виртуальных средств. Впечатления виртуальной реальности создается взаимодействием, поэтому, если пациента поместить в эту среду и оказать воздействие с помощью некоторого физического фактора, то, ориентируясь на ощущения пациента, можно, меняя параметры этого физического фактора, создать наиболее комфортные условия для него. Врач, наблюдая на своем дисплее ту же картину, что и пациент, дополнительно может направлять и ограничивать действия пациента по изменению параметров конфигурации магнитного поля, анализируя действия пациента, может диагностировать его состояние и заболевания. Данный метод биологической обратной связи защищен авторским свидетельством РФ.

В третьей главе предложены структуры магнитотерапевтических аппаратов, которые обеспечивают возможность оперативного управления биотропными параметрами магнитного поля на основе анализа различных биологических сигналов пациента, показаны достоинства применения для подобного анализа К-сетей. К-сети возможных структур МТА позволяют сформулировать конкретные требования к реализации и алгоритму функционирования узлов и программных единиц, входящих в комплекс. Как видно из структур МТА при рациональном выборе базовой структуры возможна модернизация МТА в основном за счет добавления дополнительных блоков к базовой структуре.

При разработке индуктора-излучателя для МТА с заданной максимальной индукцией, и длиной индуктора возможно варьировать током управления и диаметром обмоточного провода. Для повышения эффекта от воздействия желательно формировать фронты магнитного поля как можно более крутыми. В этом случае расширяется спектр воздействующего поля, и при этом усиливается терапевтический эффект.

Для оценки скорости нарастания тока через индуктор использована постоянная времени индуктора:

где - индуктивность катушки с сердечником;

й - активное сопротивление обмотки.

При изменении диаметра обмоточного провода изменяется коэффициента заполнения. На основе табличных данных построена аппроксимирующая кривая для коэффициента заполнения:

К10,ф) = -2.\9й* +8.14Д3 -7.39Д2 +2.94И+0.33. (7)

С учетом зависимости диаметра провода от тока управления:

Из этой зависимости видно, что для достижения максимальной скорости нарастания необходимо выбирать ток управления более 0,3 А.

Для управления индукторами в МТА применяются как источники тока, так и источники напряжения В общем случае источники напряжения имеют более простое устройство, по и меньшую скорость нарастания тока. Оценить возможный выигрыш по скорости нарастания от применения источников тока предлагается как

(9)

где

- выигрыш при заданном напряжении управления

- время завершения переходного процесса при управлении с помощью источников напряжения,

- время завершения переходного процесса при управлении с помощью источников тока

Тогда выигрыш рассчитывается

- (10)

где

напряжение питания источника тока,

- погрешность установившегося режима.

При разработке МТА желательно применять выходные источники, выполненные по типу источников тока для достижения максимальной скорости нарастания тока. Для обеспечения максимальной скорости нарастания тока через индуктор питающейся от ШИМ источника напряжения разработан алгоритм генерации управляющей последовательности ШИМ с форсирующим импульсом, 5тот способ защищен патентом РФ. При подобном методе формирования ШИМ импульс в последовательности генерируется более длительным, с выбранным таким образом, чтобы ток в индукторе, а следовательно, и магнитное поле за это время наросло до требуемой максимальной интенсивности.

Требуемая длительность

равна

Л1л т. = —

Л

(12)

где - напряжение питания ШИМ

Скорость нарастания фронта г. при подобном способе управления получается

- напряжение управления индуктором

такая же, как и при применение истопника тока, но в данном случае устройство получается значительно проще.

В четвертой главе Составлена имитационная модель магнитотерапевтического комплекса с возможностью оперативного управления на основе разработанной К-сети, составлен алгоритм ее работы, и проведено исследование модели в среде SIMULINK.

Приводятся описания магнитотерапевтических аппаратов «Аврора МК-01», КАП-МТ/8 «МУЛЬТИМАГ», при разработке которых использовались результаты диссертации.

Магнитотерапевтический аппарат "Аврора МК-01" состоит из двух функционально самостоятельных частей: блока управления (электронная управляющая часть) и магнитоскана (системы индукторов, объединенных по заданной электрической схеме и формирующих заданное поле). Аппарат освоен в серийном выпуске и внесен в Государственный Реестр медицинских изделий, разрешенных к применению на территории Российской Федерации под кодовым номером ОКП 944490. Предназначен для воздействия на пациента динамическим магнитным полем сложной структуры с возможностью синхронизации по биоритмами пациента, в частности с пульсом.

Магнитотерапевтический аппарат КАП-МТ/8 «МУЛЬТИМАГ» представляет собой комплекс из ПЭВМ, силового блока управления, магнитоскана содержащего 416 индукторов излучателей и набор датчиков для организации биологической обратной связи. Комплекс освоен на Касимовском приборном заводе.

В заключении приведены основные научные и практические результаты работы:

1. Осуществлен анализ существующих магнитотерапевтических аппаратов с точки зрения возможностей по оперативному управлению биотропными параметрами магнитного поля, определен набор варьируемых параметров магнитного поля, при оперативном управлении в течение сеанса.

2. Исследованы основные узлы магнитотерапевтического аппарата, влияющие на диапазон регулировок биотропных параметров магнитотерапевтического сеанса и определены требования к ним для достижения расширенных возможностей варьирования этих характеристик в течение сеанса.

3. Составлена обобщенная адекватная модель оперативного управления биотропными параметрами магнитного поля, применимая во время магнитотерапевтического сеанса. Разработана модель структуры магнитотерапевтического аппарата с возможностью оперативного управления биотропными параметрами в течение магнитоте-рапевтического сеанса по результатам анализа обобщенного критерия состояния здоровья пациента, проведено ее имитационное моделирование, получены зависимости, отражающие поведение предложенной модели для разных откликов пациента.

4. Проанализированы способы формирования обобщенного критерия, характеризующего общее состояние пациента и применимого для формального описания течения

магнитотерапевтической процедуры, на основе чего выбран и обоснован метод, использующий в качестве обобщенной характеристики ПАРС.

5. Получено экспериментальное подтверждение возможности применения ПАРС для определения состояния пациента в течение сеанса воздействия, и выявлена устойчивая связь между воздействием по магнитотерапевтической методики и изменением значения ПАРС, определены численные характеристики этой зависимости.

6. Результаты работы внедрены в серийно выпускаемые магнитотерапевтические аппараты «Аврора МК-01» и «МУЛЬТИМАГ», что позволяет повысить эффективность указанных систем.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Беркутов А.М., Гуржин С.Г., Жулев В.И., Кирьяков О.В., Кряков В.Г. и др Комплексная электромагнитотерапия, концепция развития и совершенствования // Тезисы межрегиональной НПК «Технологии физиотерапии XXI века». Рязань: РГРТА, 2001. С. 11-13.

2. Беркутов A.M., Жулев В.И., Кирьяков О.В., Кряков В.Г., Прошил Е.М. и др. Магни-тотерапия как высокая лечебно-восстановительная технология // Образование инвалидов: Межвузовский сборник научных трудов. Под ред. проф. Л. А. Саркисяна. М.: МИИ, 1997. С. 140-147.

3. Борисов А. Г., Жулев В. И., Кирьяков О. В. Адаптивное управление в магнитотера-певтических системах на основе комплексной оценки состояния пациента // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2001. № 7. С. 14-19.

4. Борисов А. Г., Жулев В. И., Кирьяков О. В. Управление магнитотерапевтическим воздействием по показателю активности регуляторных систем // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2001. № 10. С. 33-39.

5. Борисов А. Г., Кирьяков О. В. Анализ структур магнитотерапевтических комплексов с применением К- сетей // Известия ТРТУ. Тематический выпуск. Медицинские информационные системы. "Материалы НТК - Медицинские информационные системы - МИС - 2000". Таганрог: ТРТУ, 2000. № 4(18). С. 145-146.

6. Борисов А. Г., Кирьяков О. В. Использование показателя активности регуляторных систем для организации биотехнической обратной связи в магнитотерапии // Тез. докл. всероссийской НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы БИОМЕДСИСТЕМЫ-1999". Рязань: РГРТА, 1999. С. 40.

7. Борисов А. Г., Кирьяков О. В. Конфигурирование магнитных полей в магнитотерапевтических аппаратах общего воздействия // Информатика и прикладная математика: межвузовский сборник науч. трудов./ отв. ред. И. В. Гиривенко. Рязань: РГПУ, "РИНФО", 2000. С. 27-30.

8. Борисов А. Г., Кирьяков О. В. Организация пользовательского интерфейса магнито-терапевтического комплекса // Тез. докл. всероссийской НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы БИОМЕДСИСТЕМЫ-1999". Рязань: РГРТА, 1999. С. 21.

9. Борисов А. Г., Кирьяков О. В. Создание эффективных магнитотерапевтических средств // Тез. докл. всероссийской НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы БИОМЕДСИСТЕМЫ-1998". Рязань: РГРТА, 1998. С. 33-34.

10.Борисов А. Г., Кирьяков О. В. Способ управления индукцией магнитного поля в магнитотерапевтических аппаратах // Тез. докл. всероссийской НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы БИОМЕДСИСТЕМЫ-2000". Рязань: РГРТА, 2000. С. 39-40.

11.Гуржин С. Г., Кирьяков О. В., Кряков В. Г. ШИМ модуляция интенсивности магнитного поля // Тез. докл. Всероссийской научной конференции "Электромагнитные поля в медицине и биологии". Рязань: РГРТА, 1995. С. 28-30

12.Дунаев А.А., Тушщын В.А., Кирьяков О.В. Возможности оперативного управления биотропными параметрами при магнитотерапевтическом воздействии на пациента // Российский медикобиологический вестник имени академика И. П. Павлова. 2001. №3-4. С. 44-47.

13.Жулев В.И., Кирьяков О.В. Исследование параметров индукторов магнитотерапев-тических аппаратов // "Информационно-измерительная и биомедицинская техника": Сборник научных трудов, под ред. А. М. Беркутов. Рязань: РГРТА, «НПЦ Информационные технологии», 2003. С. 52-57.

14.Жулев В.И., Кирьяков О.В. Применение К-сетей для анализа структур магнитоте-рапевтических комплексов // Вестник Рязанской радиотехнической академии. Выпуск 8. Рязань: РГРТА, 2001. С. 85-89.

15.Жулев В. И., Кирьяков О. В., Кряков В. Г. Излучающая ячейка как элементарный модуль магнитотерапевтического аппарата общего воздействия (магнитоскана) // "Автоматизация измерений и испытаний ": Сборник научных трудов каф. ИИТ. Рязань: РГРТА, 1996, С. 11-17.

16.Жулев В. И., Кирьяков О. В., Кряков В. Г. Основы проектирования магнитотерапев-тической аппаратуры общего воздействия // Учебное пособие. Рязань: РГРТА, 1998. 32 с.

17. Кирьяков О. В. Выбор обобщенного показателя состояния пациента для организации адаптивной магнитотерапевтической процедуры // Тез. докл. всероссийской НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы БИОМЕДСИСТЕМЫ-2000". Рязань: РГРТА, 2000. С. 62.

18. Кирьяков О. В. Магнитотерапевтическая аппаратура с возможностью адаптации биотропных параметров // Тезисы межрегиональной НПК «Технологии физиотерапии XXI века», Рязань: РГРТА, 2001. С. 60-62.

19.Кирьяков О. В. Моделирование магнитотерапевтических аппаратов с возможностью адаптации в среде SIMULINK на основе К - сетей // "Информационно-измерительная и биомедицинская техника": Сборник научных трудов, под ред. А. М. Беркутов. - Рязань: РГРТА, Изд-во «НПЦ Информационные технологии» , 2001. С. 101-106.

20.Кирьяков О. В., Кряков В. Г. Анализ полей управления магнитоскана // Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы". Рязань: РГРТА, 1996. С. 17-20.

21.Кирьяков О. В., Кряков В. Г. Вопросы построения ячеек излучения магнитоскана // Тез. докл. межвузовской научно-практической конференции "Здоровье студента как комплексная проблема: медицинские, экологические и социальные аспекты". Тула: ТГУ, 1996. С. 22-23

22.Кирьяков О. В.,. Прошин Е. М Измерение кардиоинтервалов по вибрации грудной клетки пациента // "Информационно-измерительная и биомедицинская техника": Сборник научных трудов, отв. ред. А. М. Беркутов. Рязань: РГРТА, «НПЦ Информационные технологии», 2003. С. 107-112.

23.Патент № 2195974 С2. 10.01.2003. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления. Беркутов А.М., Борисов А.Г., Жу-лев В.И., Кирьяков О.В., Прошин Е.М.

24.Патент № 2205045 С1. 27.05.2003. Способ формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления. Борисов А.Г., Жулев В И., Кирьяков О В.

25.Патент № 2205046 С1. 27.05.2003. Устройство для формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия. Борисов А.Г., Жулев В.И., Кирьяков О.В.

26. Патент РФ № 2153369 С1. 27.07.2000. Способ формирования магиитотерапевтиче-ского воздействия. Беркутов А. М., Борисов А. Г., Волков И. В., Гуржин С. Г., Жулев В.И., Кирьяков О. В., Кряков В. Г., Морозов В. Н., Никитин С. В., Прошин Е. М.

27. Патент РФ № 2200036 С2. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия. Беркутов А.М., Гуржин С.Г., Жулев В.И., Кирьяков О.В., Кряков В Г., Про-шин Е.М.

28.Кирьяков О. В. Вопросы оперативного управления биотропными параметрами во время магнитотерапевтического сеанса // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. №10. С. 35-42.

Кирьяков Олег Владиленович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ БИОТРОПНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ В СИСТЕМАХ КОМПЛЕКСНОЙ МАГНИТОТЕРАПИИ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 17.05.04. Формат бумаги 60*84 1/16 Бумага газетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №1861 Рязанская государственная радиотехническая академия 390005, Рязань, ул. Гагарина, 59/1

Отпечатано в НПЦ "Информационные технологии" г. Рязань, ул. Островского, 21/1. Тел.: (0912) 98-69-84

Ni 1 2 О 7 2

Введение.

Глава 1. Анализ методов управления биотропными параметрами в комплексной магнитотерапии.

1.1 Способы управления биотропными параметрами магнитного поля, применяемые в магнитотерапии.

1.2 Комплексная магнитотерапия, обеспечивающая оперативное управление биотропными параметрами.

1.3 Анализ выраженных реакций биообъектов на биотропные параметры магнитотерапии.

1.4 Существующие методы управления биотропными параметрами магнитотерапии по выраженным реакциям биообъектов.

1.5 Методы формирования многопараметрических критериев оценки состояния биообъекта.

1.6 Выводы.

Глава 2. Разработка метода оперативного управления по результатам анализа обобщенного показателя состояния пациента.

2.1 Использование показателя активности регуляторных систем для организации оперативного управления в магнитотерапии.

2.2 Исследование применения ПАРС для определения изменения

Щ состояния пациента в течение магнитотерапевтического сеанса.

2.3 Способы съема кардиоинтервалов, применимые для работы во время магнитотерапевтического сеанса.

2.4 Виртуальный способ оперативного управления биотропными параметрами.

2.5 Способ оперативного управления параметрами лечебной методики во время МТ сеанса.

2.6 Выводы.

Глава 3. Свойства и параметры магнитотерапевтической аппаратуры, ^ влияющие на возможности оперативного управления.

3.1 Структуры МТА с возможностью коррекции биотропных параметров во время сеанса.

3.2 Свойства и параметры магнитоскана, влияющие на возможности оперативного управления.

3.3 Способы управления массивами индукторов.

3.4 Выводы.

Глава 4. Моделирование и реализация МТА с оперативным управлением.

4.1 Программно-алгоритмическая модель МТА для автоматизированного исследования методов оперативного управления.

4.2 Практическая реализация МТА с оперативным управлением для медико-исследовательских целей.

4.2.1 Магнитотерапевтический комплекс «АВРОРА МК-01».

4.2.2 Комплекс аппаратно программный КАП-МТ/8 «МУЛЬТИМАГ».

4.2.3 Устройства для измерения пульса и дыхания применяемые в МТА «АВРОРА МК-01» и КАП-МТ/8 «МУЛЬТИМАГ».

4.3. Выводы.

Актуальность темы

Состояние здоровья человека, его оценка и поддержание необходимого уровня являются важнейшими предметами заботы развитого общества. Поэтому совершенствование известных и создание новых методов и средств лечения различных патологий являются и будут являться актуальными и важными. Одним из перспективных методов лечения является магнитотерапия, широко применяемая в медицинской практике в настоящее время.

Магнитное поле является сложным физическим фактором среды обитания человека, которая характеризуется геомагнитным полем Земли, фоновыми полями биосферы, искусственными стационарными и нестационарными магнитными полями, обусловленными деятельностью человека, а также магнитными полями самого биообъекта.

В основе теории воздействия магнитных полей на различные биологические системы, в том числе и на организм человека, лежат фундаментальные исследования И. П. Павлова, П. К. Анохина и др. ученых, позволяющие сделать вывод, что эти поля, являясь эволюционным фактором развития живых организмов, могут иметь решающее значение при регуляции компенсаторно-восстановительных процессов в организме и тем самым оказывать выраженное терапевтическое воздействие [1].

Теоретическую основу магнитологии заложили А. М. Демецкий, В. Н. Чернов, Ю. А. Холодов и др. Их работы посвящены исследованию действия магнитного поля на организм человека, развитию теории электромагнитотерапии и проблемам ее практического применения [1,2].

Одним из направлений магнитотерапии является использование локального (местного) воздействия поля, ограниченного площадью больного органа, или его проекции на поверхность тела пациента. Для этого разработано и серийно выпускается в России и за ее пределами множество магнитотерапевтических аппаратов с использованием постоянных магнитов: листовые аппликаторы, магнитные ремешки, двухполюсные медицинские магниты, магнитные таблетки и др., а также - с возможностью генерации переменных магнитных полей, имеющих изменяемые биотропные характеристики: «Полюс», «Градиент», «Каскад», «Маг -30» и др. Некоторые из выпускаемых аппаратов позволяют организовывать распределенное воздействие на организм пациента: «Алимп», «Атос», «Полемиг».

Другим, более перспективным и результативным направлением магнитотерапевтического воздействия является общее воздействие на весь организм пациента. Для подобного воздействия производится ряд аппаратов, оказывающих комплексное воздействие непосредственно на весь организм пациента: «Аврора МК -01», «Мультимаг МК - 03», «Магнитотурботрон».

Таким образом, на сегодняшний день низкочастотная магнитотерапия представляет собой интенсивно развивающуюся область медицины, способную решать многие практические задачи по восстановлению и реабилитации организма человека и лечению ряда заболеваний.

Создание магнитотерапевтических методик в настоящее время основано на анализе долговременной динамики состояния пациента на основе классических методов лабораторных исследований состояния его функциональных систем. Достоинство подобных методов заключается в их высокой достоверности, недостаток — малая оперативность получения результата, вследствие чего -невозможность быстрой коррекции методики воздействия в течение сеанса, в связи с чем возможно воздействие на пациента недостаточно эффективной для него методикой. Появились работы, посвященные оперативной диагностике и организации биоадекватной обратной связи [2], но они не дают ответа на вопросы практической реализации данного метода, выбора диагностического параметра или набора параметров пациента для анализа состояния пациента непосредственно в течение сеанса, что не позволяет получить от магнитотерапевтического воздействия максимальной эффективности лечения.

Остаются задачи, требующие дальнейшего изучения. К таким задачам относятся:

- повышение результативности магнитотерапевтического воздействия за счет индивидуального подбора биотропных параметров воздействующей методики к пациенту, основанном на анализе его текущего состояния здоровья;

- обеспечение оперативного контроля состояния систем организма пациента, и их диагностика во время процедуры;

- оперативное изменения биотропных характеристик поля по мере воздействия на пациента, в соответствии с его состоянием, для достижения большего лечебного эффекта.

Возможность оперативной диагностики и осуществления режима варьирования воздействия может дать специальная, помехозащищенная измерительная и диагностическая аппаратура, включаемая в контур биотехнической обратной связи [3].

Поэтому повышение результативности магнитотерапевтического лечения за счет подбора биотропных параметров воздействия на основе анализа обобщенного показателя здоровья пациента в течение лечебного сеанса является перспективным способом решения актуальной научно-технической задачи.

Цель работы

Целью диссертации является разработка методов и технических средств повышения эффективности системы магнитотерапевтического воздействия на пациента за счет оперативного управления биотропными параметрами во время сеанса магнитотерапии по результатам контроля состояния пациента.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- определить из множества показателей пациента набор достоверных, информативных и чувствительных к действию магнитного поля диагностических характеристик, которые возможно использовать для оценки состояния пациента в течение магнитотерапевтического воздействия и на протяжении всего курса лечения;

- создать аппаратные средства, пригодные для съема выбранных диагностических характеристик пациента в течение магнитотерапевтического сеанса;

- разработать методы обработки выбранной совокупности диагностических характеристик, формирования обобщенного критерия с целью оценки состояния пациента, используемого как показатель качества управления магнитотерапевтическим воздействием;

- провести анализ возможности управления значениями биотропных параметров магнитного поля, варьируемыми в течение магнитотерапевтического сеанса в соответствии с обобщенным критерием;

- разработать аппаратные и программные средства оперативного управления биотропными параметрами воздействующего магнитного поля как для лечебных целей, так и для исследовательских, направленных на получение и формирование оптимизированных методик магнитотерапевтического воздействия.

Научная новизна

- Впервые предложено и обосновано применение в качестве интегрального критерия управления в системе управления магнитотерапевтическим комплексом показателя активности регуляторных систем (ПАРС) по Баевскому.

- Определен минимизированный набор биотропных параметров магнитного поля, независимо варьируемых в течение лечебного сеанса, сформулированы требования к магнитотерапевтическому аппарату с расширенными возможностями по управлению биотропными параметрами.

- Составлена структурно-алгоритмическая модель магнитотерапевтического аппарата с возможностью оперативного управления биотропными параметрами 6 в течение магнитотерапевтического сеанса по результатам анализа обобщенного критерия состояния здоровья пациента и проведено ее имитационное моделирование.

- Предложены новые способы формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия1 с возможностью оперативного управления сигналами в течение магнитотерапевтического сеанса, оригинальность которых защищена тремя патентами РФ.

- Предложены структуры устройств для магнитотерапевтического воздействия с расширенными возможностями управления биотропными параметрами, оригинальность которых защищена двумя патентами РФ.

Практическая значимость

Применение предложенных методов управления биотропными параметрами магнитного поля в течение сеанса позволяет повысить результативность магнитотерапевтического воздействия за счет создания лечебных методик с более адекватным воздействием на пациента, с учетом его основного и сопутствующего заболеваний, дает возможность уточнять лечебные конфигурации поля в уже существующих методиках, индивидуализировать воздействие на конкретного больного в соответствии с его состоянием, что повышает терапевтический эффект. Сокращается время лечения пациента, в результате чего уменьшается общее время нетрудоспособности человека, и снижаются расходы на его лечение.

Разработаны новые средства для биотехнической обратной связи, которые внедрены в серийно выпускаемый магнитотерапевтический аппарат «МУЛЬТИМАГ М», что позволило расширить его функциональные возможности. Результаты разработок систем магнитотерапевтических комплексов с оперативным управлением биотропными параметрами внедрены в учебный процесс в ГОУВПО "Рязанская государственная радиотехническая академия". Полученные в диссертационной работе результаты использовались в научных разработках, связанных с созданием магнитотерапевтических комплексов с биотехнической обратной связью в ООО Научно производственная фирма «РРТИ-ИНТЕРКОМ», что позволило оптимизировать структуру комплекса.

Методы исследования

При решении поставленных задач применялся математический аппарат теории вероятностей и математической статистики, интегрального и дифференциального исчисления, методы кластерного анализа. Для решения задачи анализа структуры магнитотерапевтического аппарата с оперативным управлением применялось имитационное моделирование на ЭВМ.

Проведена экспериментальная проверка возможности применения ПАРС для # оценки состояния пациента в течение магнитотерапевтического сеанса с использованием магнитотерапевтического аппарата общего воздействия «АВРОРА МК — 01» и аппаратуры для измерения и расчета ПАРС « MY — BODY ».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих мероприятиях:

1. Всероссийской научной конференции "Электромагнитные поля в медицине и биологии" (Рязань, 1995);

2. Межвузовской научно-практической конференции "Здоровье студента как комплексная проблема: медицинские, экологические и социальные аспекты" щ (Тула, 1996);

3. Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" ( Рязань, 1996);

4. Всероссиской межведомственной выставке-семинаре «Учебная техника, технические средства обучения и жизнеобеспечения инвалидов» (Москва, 1997);

5. Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" (Рязань, 1998, 1999, 2000, 2001);

6. Научно-технической конференции «Медицинские информационные системы -МИС - 2000». (Таганрог 2000);

7. Межрегиональной научно-практической конференции-семинаре «Технологии || физиотерапии XXI века» (Рязань 2001).

Внедрение результатов работы

Полученные в работе результаты внедрены при разработке аппаратно-программного комплекса «МУЛЬТИМАГ», серийно выпускаемого Касимовским приборным заводом, в учебный процесс в ГОУВПО "Рязанская государственная радиотехническая академия", использовались при разработке магнитотерапевтических комплексов "МУЛЬТИМАГ" в ООО Научно производственная фирма «РРТИ-ИНТЕРКОМ».

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 28 печатных работ, из них 4 - в ^ центральной печати, 2 - в межвузовских сборниках, 1 учебное пособие, 5 патентов РФ на изобретение.

Положения, выносимые на защиту

Способ использования комплексного показателя состояния пациента в виде ПАРС для организации оперативного управления биотропными параметрами магнитного поля в течение магнитотерапевтической процедуры.

Структуры варьирования лечебно-исследовательского магнитотерапевтического комплекса с биоэффективными методами оперативного управления биотропными параметрами магнитного поля в течение магнитотерапевтического сеанса.

Программно-алгоритмическая модель функционирования магнитотерапевтического комплекса с расширенными возможностями управления биотропными параметрами магнитного поля в течение магнитотерапевтического сеанса по результатам анализа комплексного показателя состояния пациента.

Бесконтактные технические средства для измерения параметров пульса и дыхания, основанные на оптическом локационном методе анализа колебаний грудной клетки пациента.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 69 наименований и 3 приложений. Диссертация содержит 151 страницу, в том числе 5 таблиц и 45 рисунков.

4.3 Выводы

1. Разработана модель магнитотерапевтического аппарата с возможностью оперативного управления биотропными параметрами в течение магнитотерапевтического сеанса по результатам анализа обобщенного критерия состояния здоровья пациента с учетом постоянной времени реакции пациента.

2. Создан алгоритм работы магнитотерапевтического аппарата с оперативным управлением биотропными параметрами на основе анализа изменения состояния пациента в течение магнитотерапевтического сеанса.

3. На основе разработанной модели МТА и алгоритма его работы создана имитационная модель структуры МТА с оперативным управлением биотропными параметрами в среде SIMULINK. Проведена проверка ее работы, получены графики, отражающее поведение предложенной модели для разных откликов пациента.

4. Разработаны устройства снятия пульса и дыхания, применяемые для организации биотехнической обратной связи в МТА, внедренные в серийное производство на Касимовском приборном заводе в составе КАП-МТ/8 «МУЛЬТИМАГ».

5. На основе материалов изложенных в диссертации разработан контроллер обеспечивающий оперативное управления биотропными параметрами магнитотерапевтического сеанса для КАП-МТ/8 «МУЛЬТИМАГ», освоенного в серийном выпуске на Касимовском приборном заводе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты:

1. Проведен анализ существующих магнитотерапевтических аппаратов с точки зрения возможностей по оперативному управлению биотропными параметрами магнитного поля, определен набор варьируемых параметров магнитного поля, при оперативном управлении в течение сеанса.

2. Исследованы основные узлы магнитотерапевтического аппарата, влияющие на диапазон регулировок биотропных параметров магнитотерапевтического сеанса и определены требования к ним для достижения расширенных возможностей варьирования этих характеристик в течение сеанса.

3. Составлена обобщенная адекватная модель оперативного управления биотропными параметрами магнитного поля применимая во время магнитотерапевтического сеанса. Разработана модель структуры магнитотерапевтического аппарата с возможностью . оперативного управления биотропными параметрами в течение магнитотерапевтического сеанса по результатам анализа обобщенного критерия состояния здоровья пациента, проведено ее имитационное моделирование, получены графики, отражающее поведение предложенной модели для разных откликов пациента.

4. Проанализированы способы формирования обобщенного критерия, характеризующего общее состояние пациента и применимого для формального описания течения магнитотерапевтической процедуры, на основе чего выбран и обоснован метод, использующий в качестве обобщенной характеристики ПАРС.

5. Получено экспериментальное подтверждение возможности применения ПАРС для определения состояния пациента в течение сеанса воздействия, и выявлена устойчивая связь между воздействием магнитотерапевтической методики и изменением значения ПАРС, определены численные характеристики этой зависимости.

6. Результат работы внедрен в серийно выпускаемые магнитотерапевтические аппараты «Аврора МК-01» и «МУЛЬТИМАГ», что повысило эффективность лечения.

1. Системы комплексной электромагнитотерапии: учебное пособие для вузов/ Под ред. А. М. Беркутова, В. И. Жулева, Г. А. Кураева, Е. М. Прошина. -М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2000 г. 376 с.

2. Демецкий А. М., Жуков Б. Н., Цецохо А. В. Магнитные поля в практике здравоохранения. — НПО «Пульс» Самарского мед. института им. Д. И. Ульянова, 1991.-157 с.

3. Максимов А. В., Шиман А. Г. Лечебное применение магнитных полей. — Ленинград: Ленинградский государственный ордена Ленина и ордена Октябрьской революции институт усовершенствования врачей. — 1991. — 49с.

4. С. Г. Гуржин, Г. Г. Онищенко, Е. М. Прошин, Н. В. Щербинина Методы комплексного формирования биоэффективных частот и пространственно — скоростных параметров магнитотерапевтического воздействия. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2003, №7.

5. Гигиенические критерии состояния окружающей среды. Магнитные поля. — Женева: Изд-во ВОЗ Медицина, 1992.- 192 с.

6. А. Г. Борисов, Жулев В. И., Кирьяков О. В. Адаптивное управление в магнитотерапевтических системах на основе комплексной оценки состояния пациента. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2001, №7.

7. Дунаев А. А., Кирьяков О. В., Тупицын В. А. Возможности оперативного управления биотропными параметрами при магнитотерапевтическом воздействии на пациента. Российский медикобиологический вестник имени академика И. П. Павлова. №3-4, 2001г.

8. Ю.Баевский Р. М., Кириллов О.И., Клецкин С. М. Математический анализ изменения сердечного ритма при стрессе. М. : Наука, 1984. 220 с.

9. Патент № 2195974 С2. 10.01.2003. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления. Беркутов A.M., Борисов А.Г., Жулев В.И., Кирьяков О.В., Прошин Е.М.

10. А. Г. Борисов, Жулев В. И., Кирьяков О. В. Управление магнитотерапевтическим воздействием по показателю активности регуляторных систем. Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2001, № 10.

11. Демаков И. П. и др. Статистический анализ малого числа наблюдений. JL: Знание, 1973 28 с.

12. Патент РФ № 2153369 С1. 27.07.2000. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия. Беркутов А. М., Борисов А. Г., Волков И. В., Гуржин С. Г., Жулев В.И., Кирьяков О. В., Кряков В. Г., Морозов В. Н., Никитин С. В., Прошин Е. М.

13. Кирьяков О. В. Магнитотерапевтическая аппаратура с возможностью адаптации биотропных параметров. Тезисы межрегиональной научно-практической конференции-семинара «Технологии физиотерапии XXI века», Рязань, РГРТА, 2001, 64 с.

14. Патент РФ № 2200036 С2. 10.03.2003. Способ формирования магнитотерапевтического воздействия. Беркутов A.M., Гуржин С.Г., Жулев В.И., Кирьяков О.В., Кряков В.Г., Прошин Е.М.

15. Биологическая и медицинская кибернетика: Справочник. Киев, Наукова думка, 1986. 376 с.

16. Антомонов Ю. Г. Моделирование биологических систем: Справочник. -Киев: Наукова думка, 1976 г., 260 с.

17. Воробьев Е. И., Китов А. И. Введение в медицинскую кибернетику. М., Медицина, 1977. 288 с.

18. Александров А. Г. Оптимальные и адаптивные системы: Учеб. Пособие для вузов по спец. «Автоматика и упр. в техн. системах» . М., Высшая школа, 1989.-263 с.

19. Казакевич В. В. , Родов А. Б. Системы автоматической оптимизации. М., Энергия, 1977. 288с.

20. Хорафас Д. Н. Системы и моделирование. М.: Мир. 1967 - 420 с.

21. Уайлд Д. Дж. Методы поиска экстремума. М., 1967 г., 268 с.

22. Либерзон JI. М., Родов А. Б. Системы экстремального регулирования.— М.: Энергия, 1965. 160с.

23. Цыпкин Я. 3. Основы информационной теории идентификации- М.: Наука. 1984.-320 с.

24. Чернышев Ю. О. Методы оптимизации комбинаторных устройств. М.: Советское радио, 1977 г., 160 с.

25. Чураков Е. П. Адаптивные и экстремальные системы управления и 0 обработки информации. Рязань: РГРТА. 1980. - 80с.

26. ЗЗ.Асатурян В. И. Теория планирования эксперимента: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1983. - 248с.

27. Зубов В. И. Математические методы исследования систем автоматического управления. JL: Машиностроение, 1974. 336 с.

28. Гришин В. К. Статистические методы анализа и планирования экспериментов. М.: Изд. МГУ, 1975 128 с.

29. Лиссенков А. Н. Математические методы планирования многофакторных медико-биологических экспериментов. М., Медицина, 1979. — 344с.

30. Жулев В. И., Кирьяков О. В. Применение К-сетей для анализа структур магнитотерапевтических комплексов. Вестник Рязанской радиотехнической академии. Выпуск 8. Рязань, 2001.-134с.

31. Цветков Э. И. Методические погрешности статистических измерений. JL: Энергоатомиздат, 1984 г. - 190 с.

32. Цветков Э. И. Основы теории статистических измерений. — JL: Энергоатомиздат, 1987 г. 257 с.

33. Цветков Э. И. Процессорные измерительные средства. — JI.: Энергоатомиздат, 1989 г. 224 с.

34. Каверкин И. Я., Цветков Э. И. Анализ и синтез измерительных цепей. JI.: Энергия, 1974 г. - 156с.

35. Использование сетей Петри для анализа и синтеза оптимальных модульных систем обработки данных. Препринт. М.: Институт проблем управления,1983.-42с.

36. Котов В. Е. Алгебра регулярных сетей Петри. Новосибирск, 1978.

37. Кристофидес Никое. Теория графов. М.: Мир, 1978 г.

38. Кувыркин П. П., Темников Ф. Е. Комбинаторные системы. М.: Энергия, 1975 г, 152 с.

39. Бодякшин А. И. Метод расчета магнитных полей. М. — Наука, 1968. - 56 с.

40. Кифер И. И. Характеристики ферромагнитных сердечников. — М.: Энергия, 1967-168 с.

41. Мишин Д. Д. Магнитные материалы: Учеб. пособие для вузов. — М.: Высш. шк., 1991.-384 с.

42. Немцов М. В. Справочник по расчету параметров катушек индуктивности. М., Энергоатомиздат, 1980. - 192 с.

43. Бойков В. Г. Конструирование переменных индуктивностей с механической и электронной перестройкой. Рязань, РРТИ, 1977 г., 50 с.

44. Алиевский Б. JL, Орлов В. JI. Расчет параметров магнитных полей осесимметричных катушек: Справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1983, 112 с.

45. Агаронянц Р. А. Динамика, синтез и расчет электромагнитов. — М.: Наука, 1968.-272 с.

46. Баев Е. Ф., Фоменко Л. А., Цымбалюк В. С. Индуктивные элементы с ферромагнитными сердечниками. М.: Советское радио, 1976 г., 320 с.

47. Бамдас А. М., Савиновский Ю. А. Дроссели переменного тока радиоэлектронной аппаратуры. М.: Советское радио, 1969 - 248 с.

48. Калантаров П. Л., Цейтлин Л. А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. Л., Энергоатомиздат., 1986. — 488с.

49. Юревич Е. И. Электромагнитные устройства автоматики. М.-Л. «Энергия», 1964,416 с.

50. Расчет обмоток электромагнитных механизмов. — М.: Информэлектро, 1970.-20 с.

51. Жулев В. И., Кирьяков О. В., Кряков В. Г. Основы проектирования магнитотерапевтической аппаратуры общего воздействия. Учебное пособие. РГРТА, Рязань, 1998.

52. Гуржин С. Г., Кирьяков О. В., Кряков В. Г. ШИМ модуляция интенсивности магнитного поля. Тез. докл. Всероссийской научной конференции "Электромагнитные поля в медицине и биологии" 28-З0.6.1995.-Рязань, 1995-С.34-35

53. Патент № 2205045 CI. 27.05.2003. Способ формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления. Борисов А.Г., Жулев В.И., Кирьяков О.В.

54. Кирьяков О. В., Кряков В. Г. Анализ полей управления магнитоскана. Тез. докл. Всероссийской научно-технической конференции "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы" 17-20.12. 1996. Рязань, 1996. с.48.

55. Патент № 2205046 С1. 27.05.2003. Устройство для формирования сигналов магнитотерапевтического воздействия. Борисов А.Г., Жулев В.И., Кирьяков О.В.

56. Потемкин В. Г. Система MATLAB. Справочное пособие. М.: ДИАЛОГ — МИФИ, 1997-350 с.

57. Гультяев А. К. MATLAB 5.2 Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. — СПб, КОРОНА принт, 1999. 288 с.