Размещено на http://www.allbest.ru/

Роль ЭВМ в медицине

Электронная вычислительная техника эвм медицина биология

Электронная вычислительная техника -- электронные устройства, предназначенные для сбора, передачи, хранения, обработки и выдачи информации. Нередко термин «электронная вычислительная техника» отождествляют с другим -- «электронная вычислительная машина» (ЭВМ). По существу же, помимо ЭВМ, к устройствам электронной вычислительной техники можно отнести и электронные устройства, обеспечивающие передачу информации (различных данных) на расстояния. Эти устройства связи позволяют объединять несколько вычислительных машин в единый комплекс или вводить данные в ЭВМ с удаленных от нее пунктов, равно как и передавать на них результаты вычислений.

ЭВМ делятся на цифровые и аналоговые. В свою очередь цифровые ЭВМ делятся на универсальные и управляющие.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения задач (обработки информации), конкретный характер которых не конкретизируется при ее разработке. Универсальная ЭВМ состоит из набора устройств различного функционального назначения, соединенных между собой проводами. Конкретный набор устройств, комплектующий ЭВМ данного типа, целиком должен определяться характером задач, для решения которых эта машина предназначена. Принципиально все устройства ЭВМ можно отнести к одной из следующих групп: 1) входные устройства, предназначенные для ввода информации и программы в ЭВМ; 2) запоминающие устройства, хранящие информацию; 3) арифметическое устройство, обрабатывающее информацию в соответствии с заданной программой; 4) выходные устройства, обеспечивающие выдачу результатов; 5) управляющие устройства, координирующие и управляющие работой как отдельных устройств, так и ЭВМ в целом.

Запоминающие устройства ЭВМ делятся на оперативное и внешние. Оперативное -- быстродействующее, относительно малой емкости; в нем хранятся данные, используемые на данном шаге вычислений; вся остальная информация хранится во внешней памяти -- относительно медленно действующей и большой емкости. В современных ЭВМ принято (конструктивно так и оформляется) оперативную память и арифметическое устройство объединять в единый блок--центральный вычислитель (процессор), к которому с помощью специальных устройств каналов, входящих в центральный вычислитель, подсоединяются остальные устройства, которые принято называть периферийными. Современная ЭВМ представляет сложный комплекс, управление работой которого входом вычислительного процесса) автоматизировано с помощью специальных управляющих программ, входящих в математическое обеспечение ЭВМ.

Управляющие ЭВМ предназначаются для управления процессами в самых различных областях. Информация, вводимая в них, представляет собой данные о ходе того или иного процесса, получаемые с датчиков. Результаты обработки (вычислений) реализуются через устройства, обеспечивающие требуемое протекание управляемого процесса. Аналоговые вычислительные машины (АВМ) предназначаются для решения уравнений, электронного моделирования различных процессов.

В настоящее время ЭВМ широко используются в медицине для целей машинной диагностики, построения автоматизированных систем управления (АСУ).

Электронные вычислительные машины (ЭВМ). Основными схемными элементами ЭВМ являются электронные приборы -- электронные лампы или транзисторы (см. Электронные усилители). ЭВМ по сравнению с другими типами вычислительных машин (арифмометр, клавишная электромеханическая машина) являются более быстродействующими, универсальными и надежными в работе, а главное -- более автоматизированными. Перед началом работы в ЭВМ вводятся программа вычислений и исходные данные для решения задачи, после чего вычисления производятся автоматически до получения конечного результата. Кроме обычных математических и логических операций по заданной программе, ЭВМ могут производить операции условного перехода, изменяющие программу вычислений в зависимости от промежуточных результатов или от других дополнительных условий. Эта особенность ЭВМ (самоуправляемость) при большом быстродействии (до 1 000 000 операций в секунду) позволяет выполнять весьма сложные вычисления, управлять технологическими процессами, производить логическую и математическую обработку результатов опыта или клинического анализа непрерывно в ходе исследования (см. Кибернетика).

По принципу действия ЭВМ разделяют на аналоговые и цифровые. В аналоговых ЭВМ цифры или процессы, подлежащие математической или логической обработке, заменяются соответствующими непрерывными значениями электрических токов или напряжений, с которыми и производят необходимые операции. Точность вычислений определяется погрешностями измерений и лежит в пределах 10--0,1%. Аналоговые ЭВМ преимущественно применяют для решения интегральных и дифференциальных уравнений, моделирования и управления процессами в реальном масштабе времени, особенно если не требуется большой точности.
В цифровых ЭВМ вычисления производятся с помощью элементов, находящихся в конечном числе дискретных состояний (обычно в двух, десяти). Поэтому перед вводом непрерывные процессы должны быть представлены в цифровой форме, что осуществляется с помощью специальных преобразователей «аналог-код». Точность вычислений определяется разрядностью -- числом цифр (разрядов) в одной ячейке «памяти» (обычно 7--10 десятичных цифр). Практически на цифровых ЭВМ с помощью программы может быть достигнута любая необходимая точность.

Современная ЭВМ состоит из следующих основных узлов.

1. Арифметическое устройство, где производятся основные операции.

2. Запоминающее устройство (различают долговременное и оперативное). В долговременном запоминающем устройстве данные хранятся на магнитных дисках, барабанах, лентах или перфокартах. Время хранения информации и объем долговременного запоминающего устройства практически не ограничены, однако скорость обращения тем меньше, чем больше объем. Оперативное запоминающее устройство осуществляется обычно на ферромагнитных элементах, электроннолучевых трубках или на электронных лампах. Время поиска информации в оперативном запоминающем устройстве порядка миллионных долей секунды, однако объем его всегда ограничен.

3. Устройство ввода данных.

4. Устройство вывода данных. Ввод осуществляется с перфоленты, перфокарт, магнитных лент. Вывод в большинстве случаев выполняется буквопечатающим устройством (в современных ЭВМ ввод и вывод данных -- наиболее медленные операции).

5. Управляющее устройство обеспечивает автоматическую работу всех устройств ЭВМ в соответствии с программой.

Типовые современные ЭВМ средней мощности требуют помещения в 40--60 м2, 5-- 20 человек обслуживающего персонала, питание 10--20 кет.

Основные области применения ЭВМ в медицине и биологии следующие.

1. Диагностика заболеваний, определение прогноза и выбор оптимального варианта лечения, классификация биологических объектов.

2. Автоматическая обработка экспериментальных и клинических данных (выделение регулярных составляющих в электроэнцефалограммах и неврограммах, спектральный и корреляционный анализ биологических процессов, подсчет и классификация клеток крови или гистологических препаратов, анализ данных радиографии, обработка данных рентгенологического обследования).

3. Реализация математических и физических моделей (моделирование нервных сетей, поведения, обмена в организме или отдельных клетках, отдельных органах или системах организма, поведения популяций животных).

4. Стереотаксические расчеты во время операций на головном мозге человека.

5. Автоматизация обработки медицинских архивных материалов.

6. Предсказание фармакологических свойств веществ по их физико-химическим характеристикам.

7. Автоматическое управление искусственным дыханием и кровообращением во время операций и при наблюдении за больными в тяжелом состоянии.

8. Планирование и автоматизация длительных и дорогостоящих экспериментов. Имеется тенденция к дальнейшему расширению областей применения ЭВМ в биологии и медицине.

Наша современная жизнь проходит под знаком прогресса науки и техники и, особенно, компьютерных технологий. Сегодня трудно назвать отрасль знаний, производства или услуг, где бы не использовались компьютерные технологии. Не прошло это и мимо медицины, которая традиционно является довольно консервативной сферой, где новшества приживаются с трудом.

Однако без компьютерных технологий современная медицина уже существовать не может. Это и компьютерные томографы, и ультразвуковые сканеры с компьютерной обработкой и устройства для слежения за параметрами пациента в реанимации, да и просто компьютеры для ведения медицинской информации, которой всегда было очень много, и традиционно она велась в бумажной форме.

Применение компьютеров предусматривает использование развитой периферии, в том числе различных печатающих устройств. Для их нормальной работы периодически нужно заряжать или менять картриджи различных моделей. Хороший выбор картриджей можно найти на сервисном портале http://сервис-картридж.рф, где предлагаются картриджи и расходные материалы для струйных и лазерных принтеров различных моделей.

Особую роль компьютеры играют в диагностике, которая традиционно считается одним из узких мест в медицине. Благодаря компьютерам процесс диагностики стал более легким и достоверным. Диагностирование осуществляется почти без ошибок. Главное заключается в том, чтобы ввести в компьютер параметры многочисленных исследований, а уже на основании введенных данных и большой базы признаков различных заболеваний, компьютер выдаст несколько вариантов наиболее вероятных заболеваний. Врачу остается выбрать наиболее подходящий из предложенных.

Как видим, сфера применения компьютеров в медицине довольно обширная. Есть надежда, что она будет расширяться вплоть до создания роботов для проведения стандартных операций. Но это вопрос будущего, хотя и недалекого.

Компьютер и врачи, компьютеры в медицине

О компьютерной технике, применяемой в медицине, сказаны миллионы слов. Единственное, о чем говорилось очень мало, так это о "личностных" взаимоотношениях врачей и компьютеров. Отношения эти явно не сложились и, словно у разведенных супругов, по-прежнему остаются холодными, в то время как большинство профессий уже не мыслит себя без компьютера. Попробуйте сегодня юриста лишить помощи программы "Консультант - плюс", а бухгалтера -"1С-бухгалтерия"... Что касается врачей, то они остались бедными родственниками, не вкусившими пирога компьютеризации. Быть может, со мной кто-то не согласится, но давайте обратимся к фактам. И для начала совершим краткий экскурс в новейшую историю.

Год 1980

В стране под названием СССР стало модным слово "автоматизация", которое касалось буквально всех отраслей производства. Не избежала модных веяний и медицина. АСУ появились и в этой отрасли, правда, чем именно они занимались, вряд ли кто мог объяснить доходчиво. В то время ведомственной больницей МПС был приобретен уникальный вычислительный медицинский комплекс, который был разработан во Франции и позволял делать рентген внутренних органов, после чего шла обработка на ЭВМ, и на экране монитора появлялся результат проведенного обследования. В то время об "ЭХО" никто не слышал, и техника, закупленная на валюту, производила впечатление чуда. Одна лишь "закавыка" - работать на этой чудо-технике, приобретенной на золотой запас страны, никто не мог. Просто не умел. Освоили комплекс по личным связям и для личных целей... физики Курчатовского института, где была создана медицинская лаборатория, а врач-рентгенолог больницы, хороший знакомый физиков, обучался работать у них, что для больницы оказалось очень выгодным.

Год 1985

Импортная техника еще не хлынула в страну на волне созданных кооперативов, и на отечественном рынке медицинской промышленности появились первые наметки наработок собственных технологий. Но самое удивительное, что разработки эти вновь велись не медиками, а инженерами. Одной из первых появилась лаборатория в МВТУ, которая стала заниматься подобного рода исследованиями. Чуть позже, в 90-е годы, на горизонте замаячили медицинские технологии, разрабатываемые предприятиями ВПК. Так, был разработан неплохой диагностический комплекс по иридодиагностике, с помощью которого проводилось обследование радужной оболочки глаза для выявления заболеваний человека. Однако этот замысел не нашел в России ни своего врача, ни своего пациента. То же самое произошло с другими отечественными разработками. Битву за рынок страны выиграла импортная техника, ввозимая из-за рубежа. Но насколько это решило проблему компьютеризации медицинской отрасли?

Год 2000

"У вас сексуальные проблемы? Не волнуйтесь. Все ваши проблемы станут нашими. Только у нас в клинике вам поставят точный диагноз, назначат правильное лечение, и вы снова обретете уверенность в жизни. Наши специалисты и передовые компьютерные технологии помогут вам в этом." Такую или схожую рекламу каждый из нас может наблюдать ежедневно. И невольно возникает вопрос: почему в разговоре на тему об использовании компьютеров в медицине, как правило, речь идет лишь о диагностике? Насколько важна диагностика заболевания, понятно всем. Но, во-первых, одна диагностика - далеко не компьютеризация всей отрасли.

Во-вторых, диагностические центры, как правило, платные, а следовательно, могут обслужить лишь обеспеченную часть населения. Дело порой доходит до абсурда. В аптеке стоит коммерческая компьютерная установка, определяющая заболевания человека путем исследования ушной раковины. А рядом в поликлинике - один компьютер на всё учреждение, и то находящийся в отдаленной комнате. В разговоре о компьютеризации медицины многие могут со мной не согласиться и возразить: "Современные компьютерные технологии в российской медицине применяются давно и успешно". Действительно, сегодня ни одно серьезное обследование не проходит без компьютерной томографии или компьютерного "эха". Сложнейшая вычислительная техника используется во время тяжелых операций, при лечении отдельных заболеваний.

Но... речь идет не об этом, а о самом подходе. Не о применении компьютеров в тех или иных случаях, а о постоянном их использовании. Если в поликлинике заболел специалист, делающий "эхо", заменить его некем - другие работе с компьютером не обучены. Да и много ли компьютеров вы видели в наших поликлиниках?

А за "бугром"?

Чтобы представить, как должна быть компьютеризирована медицинская отрасль, приведем выдержки из публикации Константина Осадчего, клинического ординатора Академии им. Сеченова, проходившего стажировку в Америке. "Основным местом работы врача здесь является так называемая сестринская станция (nursing station), совершенно не напоминающая наши зажатые в узких проходах сестринские посты. Все сестринские станции в госпиталях оборудованы двумя-тремя круглосуточно работающими компьютерами, подключенными к сети.

Стандартное оснащение каждого сестринского поста дополняет лазерный принтер и иногда копировальный аппарат, а также 5-6 многоканальных телефонных аппаратов. Именно здесь, за барьером nursing station, и проводит большую часть времени врач, а комнаты, в противоположность нашим ординаторским, используются для проведения рабочих конференций, отдыха и ленча. Блоки интенсивной терапии и реанимации помимо стандартного оснащения дополнительно оборудованы еще одним-тремя компьютерами, телекамерами и телемониторами.

Кроме того, в некоторых блоках около каждой койки установлен терминал в виде дисплея и клавиатуры с трекболом, позволяющий персоналу осуществлять доступ к той или иной информации, не отходя от больного. В отличие от российских клиник лабораторные анализы выполняются за пару часов, и результаты тотчас же заносятся в компьютерную систему: врач в любой момент может, не дожидаясь прихода бланков, получить результаты тестов и сравнить их с предыдущими.

Кроме того, в соответствующие разделы заносятся отчеты и протоколы всех инструментальных методов исследования и операций. Итак, создается своеобразный компьютерный образ, или профиль, пациента, позволяющий быстро составить мнение о его состоянии и проводимом лечении".

Краткий постскриптум

Тянуться за загнивающими - дело бесперспективное. У каждого свой путь развития. У нас - он "особый". Мы продолжаем жить по "остаточному" принципу, когда "спасение утопающих - дело рук самих утопающих", хотя речь идет о здоровье нации. Вопрос в другом: почему это происходит? Сошлюсь на мнение все того же клинициста Константина Осадчего: "...Почему в нашей стране, обладающей достаточно высоким интеллектуальным потенциалом, подобные интегрированные системы не находят широкого применения? На мой взгляд, это связано не только с непростой экономической ситуацией, но и с известной косностью мышления наших врачей и чиновников от медицины...

Компьютеризация нашей медицины способна открыть новые горизонты познания и совершенствования технологии оказания медицинской помощи. Это действительно технология, а что за технология в наше время без компьютера?"

Какую роль играют компьютеры в медицине

Компьютеризация проникла во все области человеческой деятельности. Не осталась в стороне и медицина. Насколько проще стала жизнь врача, стоило лишь учреждению купить компьютер . Первое, за что медики оценили умную машину - в разы возрос показатель постановки правильных диагнозов. Процессор все помнит и никогда не ошибается. К примеру, врач вводит в программу результаты анализов пациента и нажимает Enter. После этого ему лишь остается, глядя в ЖК монитор , сопоставить свой предварительный диагноз с мнением машины.

Внедрение компьютерной техники в диагностическое оборудование весьма облегчило рутинный труд общих специалистов. Сколько нужно времени терапевту, чтобы расшифровать целый свиток электрокардиограммы? А машина делает это за считанные минуты. Если же процессор напрямую встроен в электрокардиограф, то врачу остается только просмотреть готовые результаты. Никого теперь не удивишь и компьютерным томографом (CAT scanner), который не только покажет на экране внутренние органы больного, но и подсветит очаги патологии.

Незаменимы процессоры в реанимационных палатах. Они следят за состоянием тяжелого больного, при ухудшениях передавая критические данные и сигнал тревоги на сестринский пункт. Существует и множество других областей применения компьютеров в медицине. Вот некоторые из них.

* Базы данных позволяют врачам быть в курсе последних мировых разработок и достижений.

* Специалисты при помощи компьютеров составляют карты распространения эпидемий, вычисляют влияние плохой экологии на заболеваемость.

* Умная техника выступает в качестве больного при обучении студентов и медработников. Программа выдает комплекс симптомов, по которым экзаменуемый должен поставить диагноз и определить порядок лечения. В случае ошибки машина укажет на нее и выведет на экран варианты выхода из ситуации.

* Локальные компьютерные сети позволяют быстро сообщать о наличии донорских органов для трансплантации, посылать врачу изображения рентгенологических снимков и другую информацию о больном. Зачастую врач решает купить ноутбук , чтобы держать под рукой все необходимые сведения.

Благодаря умным программам, в последнее время процессоры в состоянии вычислить тяжесть черепно-мозговой травмы, степень повреждения позвоночника, последствия сильного удара. Быстрая обработка данных такого рода становится решающей при чрезвычайных ситуациях, позволяя спасти жизни большего числа.

Компьютерная аппаратура широко используется при постановке диагноза, проведении обследований и профилактических осмотров

Примеры компьютерных устройств и методов лечения и диагностики

§ компьютерная томография и ядерная медицинская диагностика -- дают точные послойные изображения структур внутренних органов;

§ ультразвуковая диагностика и зондирование -- используя эффекты взаимодействия падающих и отраженных ультразвуковых волн, открывает бесчисленные возможности для получения изображений внутренних органов и исследования их состояния;

§ микрокомпьютерные технологии рентгеновских исследований -- запомненные в цифровой форме рентгеновские снимки могут быть быстро и качественно обработаны, воспроизведены и занесены в архив для сравнения с последующими снимками этого пациента;

§ задатчик (водитель) сердечного ритма;

§ устройства дыхания и наркоза;

§ лучевая терапия с микропроцессорным управлением -- обеспечивает возможность применения более надежных и щадящих методов облучения;

§ устройства диагностики и локализации почечных и желчных камней, а также контроля процесса их разрушения при помощи наружных ударных волн (литотрипсия);

§ лечение зубов и протезирование с помощью компьютера;

§ системы с микрокомпьютерным управлением для интенсивного медицинского контроля пациента

Компьютерные сети используются для пересылки сообщений о донорских органах, в которых нуждаются больные, ожидающие операции трансплантации.

Банки медицинских данных позволяют медикам быть в курсе последних научных и практических достижений.

Компьютеры позволяют установить, как влияет загрязненность воздуха на заболеваемость населения данного района. Кроме того, с их помощью можно изучать влияние ударов на различные части тела, в частности, последствия удара при автомобильной катастрофе для черепа и позвоночника человека.

Рис 1. Организация работы в компьютеризированном
отделении лечебного учреждения

Компьютерная техника используется для обучения медицинских работников практическим навыкам. На этот раз компьютер выступает в роли больного, которому требуется немедленная помощь. На основании симптомов, выданных компьютером, обучающийся должен определить курс лечения. Если он ошибся, компьютер сразу показывает это. Компьютеры используются для создания карт, показывающих скорость распространения эпидемий. Компьютеры хранят в своей памяти истории болезней пациентов, что освобождает врачей от бумажной работы, на которую уходит много времени, и позволяет больше времени уделять самим больным. На риcунках показано, как организуется работа в полностью компьютеризированном отделении лечебного учреждения. Применение компьютеров переводит медицину на иной, более высокий качественный уровень и способствует дальнейшему повышению уровня и качества жизни.

Рис. 2 Роль ЭВМ в медицине

Размещено на Allbest.ru