1. У правление по отклонению

2. Управление по возмущению

3. Форпостное управление.

4. Комбинированное управление.

Функциональные характеристики схем

а) показатель эффективности;

б) качество управления;

в) надежность;

г) помехоустойчивость; помехозащищенность;

д) устойчивость;

е) степень сложности.

Интегральные и частные показатели

Запас прочности, ресурсы, стоимость выполнения задачи, отказы, запас устойчивости и т. п.

Основные этапы системного анализа.

1. Эволюционный аспект – изучение пути развития объекта, его происхождения и перспектив дальнейшего существования; формируется.

Генетико – прогностическое описание

1. Изучение систем организованности объекта сложной S. При этом анализируется элементный состав, связь, структура, конфигурация при фиксировании S в некоторый момент времени; формируется морфологическое и часть информационного описания.

2. Изучение законов функционирования в условиях реального существования, анализ погрешностей поведения, накопления ошибок; формируется функциональное и часть информационного описания.

Биологический объект как объект исследования.

Метод тройного параллелизма в фило-генетическом анализе:

• эмбриология ,

• сравнительная анатомия и физиология,

• палеонтология.

Организм – любая система, обладающая собственными целями и способностью (ресурсом) для их достижения, т. е. целенаправленными действиями. Отдельный индивид организм. Организменные особенности проявляют группы животных, т. е. популяция - это макроорганизм. Цели MS не тождествены, как правило, целям S. Более высокие уровни нельзя рассматривать, как организмы.

Пространственная шкала биологических объектов.

Клеточные элементы	Клетки	Совокуп –ность клеток	Группа клеток	Органы и системы	Целостностный организм
Ед. мкм	Десятки мкм	Мм	До см	См	Десятки см

Временная шкала физиологических процессов.

Гомеостатические механизмы				Процессы адаптации		Генетические эффекты
Нервные факторы 0,3с.	Хим. Обмен 3с.	Нейро Гумор 3м.	Гормональные 10м.	Кванты повед. 10дн.	Погр. Созр. 30дн.	Жизнен. Проц. 15л.	Порц. Деград. 70л.

Учение о функциональной схеме организма.

Общая схема функциональной системы.

Функциональный уровень организма – совокупность показателей, описывающих физико-химические свойства внутренней среды организма и его физические характеристики.

Уставка, показатель – опорный канал для каналов управления; он оказывается прямо или косвенно входным сигналом для всех функциональных систем организма.

Индивидуальный разброс показателей.

Уровни формирования управляющей информации.

Особенности биологических систем как объектов исследования.

1. сложность структуры, множество подсистем с многообразными и подвижными связями, функциями.

2. Множество состояний при одинаковом функциональном уровне.

3. Качественная неоднородность.

4. Множество факторов, активно воздействующих на организм (особо психофизические факторы)

5. Разнообразие одновременно протекающих физиологических, физических и химических процессов.

6. Невозможность фиксирования мгновенного состояния и структуры.

7. Неоднозначность реакции, ответа на воздействие.

8. Множество разнотипных медико-биологических показателей, одномоментно фиксировать которые невозможно.

9. Рефлекторное влияние одних систем организма на другие, из-за чего могут субъективные ощущения не соответствовать объективным данным.

10. Индивидуальный разброс, генетические факторы.

11. Необходимость выделения возрастных групп.

12. Отсутствие адекватных математических моделей и математического аппарата для описания функционирования биосистем.

13. Широкое распространение методов статистики, при этом огромные выборки, большие затраты времени, сложные законы распределений, индивидуальные вариации.

14. Затруднения при подключении измерительных преобразователей: ограничение подвижности, нарушения целостности организма, искажения при съеме сигналов.

15. Технические ограничения при съеме сигналов:

• малая амплитуда,

• широкий динамический диапазон,

• инфранизкочастотный спектр,

• широкий спектральный диапазон,

• высокий уровень помех, спектр которых совпадает со спектром сигналов.

Факторы, подтверждающие необходимость системного анализа комплекса ММБИ.

1. Распространенность инструментальных методов.

2. Необходимость соответствующего методического обеспечения для применения конкретных методов Б. О.

3. Учет конкретной медицинской задачи.

4. Учет условий применения технических средств.

5. Наличие старых и появление новых инструментальных методов, согласование методов, проведение комплексных исследованийю

6. Согласование методов и проведение количественного исследования.

Комплекс ММБИ – система, между элементами которой есть специфические формы воздействия.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №1.

.

Основные функции БО в МБИ.

1. Источник измерительной информации: МБП и Физиол. Пр.;

2. Объект приложения воздействий для управления его состоянием;

3. Анализ исследовательской информации, интерпретация, оценка;

4. Принятие решений;

5. Комбинация функций.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №6.

Группы технических средств:

Регистрации физиологических процессов	РФП,
Биоизмерительные средства	БИТ,
Аналитико-измерительные	АИТ,
Обычные методы обследования	ОМО
Обычные методы лечения	ОМЛ
Средства терапевтического воздействия	СТВ
Операционная техника	ОТ
Функциональная дозировка воздействия	ФДВ
Анализ и регистрация ответных реакций	РАО
Средства обработки информации	СОИ
Экстракорпоральные	ЭТУ
Имплантируемые	ИТУ
Б ольничная техника	БТ

БО – исследуемый биообъект; ИП – измерительный преобразователь; У – усилитель; УПО – устройство первичной обработки; ЛБ – логический блок; РИ – регистратор информации.

Схема погрешностей диагностики S.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №9.

Методические погрешности:			Аппаратные погрешности
Взаимодействия		Прибор-	Воспроизведения;
		-объект
			Апроксимации;
		Объект-
		-прибор;
			Помехи.
Индивидуальные свойства; внутренние шумы.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №10.

Характеристика МБП и Физиол. Пр.

Качественные показатели:

I рода – без применения технических средств;

II рода - зарегестрированные по электрическим сигналам,

Количественные показатели:

I рода – не имеющие физической интерпретации;

II рода – совпадающие с физическими характеристиками.

Алгоритм анализа сигналов, класс величин, биометрия,

Медленно		Изменяющиеся процессы
Быстро

Тема: Система методов медико-биологических исследований №11.

Роль измерительного преобразователя.

1. Измерительный преобразователь,

2. Первичный преобразователь,

3. Вторичный преобразователь,

4. Формы энергии: механическая, акустическая, тепловая, электрическая, магнитная, электромагнитная, химическая,

5. Физический принцип работы преобразователя.

Требования к измерительному преобразователю:

Минимальное вмешательство ;

Отсутствие травмирования и токсической реакции;

Простота в обращении№

Экономичность;

Взаимозаменяемость.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №12.

Физические явления, применяемые в измерительный преобразователь:

Электромагнитная индукция,

Фотоэлектрический эффект,

Термоэлектрический эффект,

Люминесценция,

Пьезокристаллический эффект,

Электрохимические явления,

Механические эффекты.

. Цепь преобразований :

V  P  l  q  U

Взаимосвязь медико-биологических показателей на примере системы кровообращения.

Теория упругого резервуара.

W (t) – производительность сердца; V (t) – объем аорты;

P (t) – давление; R – периферическое сопротивление P/Q;

Q (t) – мгновенная скорость кровотока.

.

P_B – верхнее, систолическое давление; Боковое P_б и

P_Н – нижнее, диастолическое давление; концевое P_k давления.

P = P_B – P_H – пульсовое давление;

P_С – среднее давление : Р_С = (Р_В + Р_Н)/2

- среднединамической давление :

-функция производительности сердца

Т _с –систола; Т _д – диастола ; Т ₀ = Т _с + Т _д ;

- объемная упругость аорты;

Линейная модель :

V _{у -} ударный объем: объем крови за одно сокращение;

V _м - минутный объем кровообращеня;

Динамика модели - ;

;

;

Е – модуль упругости стенки;

С – скорость распространения пульсовой волны;

- начальная толщина сосуда.

Группы параметров S кровообращения

Размеры: Объем:

Время: Скорость:

Давление: Мех. Свойства:

Проблемы организации МБИ:

Научно обоснованная система единиц измерений МБП;

Система мер и воспроизведения;

Эталоны, стандартные образцы, эквиваленты, имитаторы;

Поверочные схемы, методы, образцовые средства испытаний и поверок;

Организация системы государственной поверки, испытаний, аттестации;

Метрологическая экспертиза проектов и разработок;

Разработка и внедрение стандартов в область мед. измерений;

Работы в области международной стандартизации и метрологии.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №14.

Особенности проведения МБИ.

1. Сложность взаимосвязи Физ. П.  МБП, Физиол. Пр.;

2. Трудности учета посторонних факторов, психофизиологические факторы;

3. Большинство методов измерений – косвенные;

4. Индивидуальный разброс, внутригрупповая изменчивость;

5. Подвижность объекта;

6. Затруднения измерений без нарушения целостности;

7. Влияние преобразователя на исследуемые процессы;

8. Источники внутренних шумов и помех;

9. Необходимость многократных измерений и статическая обработка результатов;

10. Малые значение измеряемых показателей при большом уровне внешних помех;

11. Широта спектра частот от области инфранизких частот до десятков и сотен кГц.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №16а.

Виды измерений в медицине:

При диагностике,

При терапии,

В гигиенической практике.

Четыре группы параметров:

Медико-биологические показатели органов и систем;

Биофизические и биохимические параметры биопроб;

Параметры искусственных воздействий;

Параметры естественных воздействий.

Тема: Система методов медико-биологических исследований №16б.

Виды измерений в МБИ:

Линейные измерения,

Измерения расхода и вместимости,

Механические измерения, в том числе акустические измерения,

Электрические измерения,

Магнитные измерения,

Теплофизические измерения,

Оптические измерения,

Физико-химические измерения,

Измерения параметров излучений,

Психофизические измерения.

Классификация методов исследований:

I – механические проявления жизнедеятельности;

II – электрические проявления жизнедеятельности;

III – оптические проявления жизнедеятельности;

IV – теплофизические проявления жизнедеятельности;

V – индикаторные методы;

VI – психологические исследования;

VII – биоинтроскопия;

VIII – магнитные проявления;

IX – физико-механические методы;

X – физико-химические методы;

XI – атомно-физические методы.

Изучение методов медико-биологических исследований:

• определение;

• физические основы метода;

• типы измерительных преобразователей;

• форма сигналов и медико-биологические показатели;

• источники погрешностей;

• области применения;

• перспективность совершенствования.

I. Механические методы.

Механические процессы жизнедеятельности являются простейшими из совокупности процессов в организме.

Механические проявления изучаются для различных систем организма:

Кровообращения I_кр;

Дыхание I_д;

Желудочно-кишечного тракта I_жкт;

Мышечной системы I_мс.

Механокардиография (I_кр) – группа методов исследований механических проявлений функционирования системы кровообращения (сердечно – сосудистая система):

Перемещение стенок сосудов;

Параметры движения тела;

Смещение центра тяжести грудной клетки;

Изменение объема органов;

Параметры движения грудной клетки;

И т.д.

I_КР Методы механокардиографии:

• сфигмография I_КР¹;

• флебография I_КР²;

• баллистокардиография I_КР³;

• динамокардиография I_КР⁴;

• апексокардиография I_КР⁵;

• кинетокардиография I_КР⁶;

• фонокардиография I_КР⁷;

• поликардиография I_КР⁸;

• плетизмокардиография I_КР⁹.

I_КР¹. Сфигмография (СфГ) - регистрация движения артериальной стенки, возникающего, под влиянием волны давления крови при каждом сокращении сердца.

Датчик – пьезокристаллический, тензометрический, емкостной , фотометрический и т. п. – воспринимает движение и преобразует механические колебания стенки в электрические сигналы.

Сегментарная объемная сфигмография (ОСфГ) – отражает изменения объема участков конечности, находящихся под манжетой.

Комплексные показатели в СфГ (для сосудистой системы)

Сфигмография, СфГ, I_КР¹.

Сосуды эластического и мышечного типов.

C _э = L _э /  t _{э ;} 450 – 800 см/с; С _м ; С _р ; С _н ;

С _н / С _р 1,3; С _м / С _э 1,1-1,3; К = С_э² * ;

Е = С ² / 310 r ^* ; Е _э = С / 74; Е _м = С / 112;

Коэффициент эластичности по Франку:

Е = 2С / S t .

Комплексные показатели В СфГ.

I_КР² . Флебография (ФлГ) – регистрация движения стенки югулярной вены, возникающего при изменении ее кровенаполнения.

Датчики - по принципу действия совпадают с датчиками для СфГ.

I_КР³. Баллистокардиография (БКГ) – метод регистрации параметров движения тела относительно неподвижной опоры, на которую оно помещается, либо параметров совместного движения подвижной опоры и тела, возникающих за счет реактивных сил, которых обусловлены механической активностью сердца и пульсирующим перераспределением масс крови в сосудистой системе.

Параметры движения: величина перемещения, скорость и ускорения.

Сагитальный разрез грудной клетки.

m – масса; R – затухание; C – жесткость;

x – перемещение; f _B (t) – вынуждающая сила.

I_КР³ . Баллистокардиография.

I Высокочастотная БКГ (ВЧ БКГ).

Рис 89 R ₂ = R ₃ = 0; C ₂ = C ₃  ; m = m ₁ + m ₂ + m ₃ ;

q = f _m / m; ; ;

; ;

при p >>  _В

p  60Гц при нагрузке 80 кг  p  31 Гц.

I_КР³ . Баллистокардиография.

II Ультранизкочастотная БКГ (УНЧ БКГ).

С ₁ << С ₂ ;

R ₂ = R ₃ = 0 ;

m = m ₁ + m ₂ + m ₃ ;

; q = f _m / m; ;

;

при р <<  _{H ;}

р  0,25 – 0,5 Гц .

I_КР³ . III Прямая БКГ (Пр БКГ)

C ₁  ; C ₃  ; m = m ₁ + m ₂ + m ₃ ; ; ;

С ₂ + 40-50 кг / см; R ₂ = 0,15-0,25 кг / см _* с ;

Вариаты БКГ

ВиКГ – виброгардиография – метод регистрации вибрации тела за счет выброса крови в периферию.

То БКГ – торсионная баллистокардиография – метод регистрации колебаний тела относительно продольной оси, вызываемых вращающим моментом, который возникает при выбросе крови из сердца и смещении центра тяжести.

Се КГ – сейсмокардиография – метод регистрации сейсмоволн, возникающих в теле при выбросе крови из сердца в периферию.

Ло БКГ – локальная баллистокардиография - метод регистрации параметров движения отдельных сегментов тела.

Факторы, влияющие на точность БКГ.

а) физиологические: положение сердца в грудной клетке; угол поворота генератора сердечной Э. Д. С.;

б) методические: неточность установки ИП; способ фиксации ИП; значение динамического коэффициента; приближенность модели взаимодействующих масс;

в) внешние: упругость пружин; трение; механические помехи и т. д.

I_КР⁴ Динамокардиография(ДКГ) – регистрация перемещений центра тяжести грудной клетки и ударных компонентов кинематике сердца, вызываемых выбросам крови; осуществляется моментно-силовой анализ механических процессов, связанных с сердечным сокращением.

Регистрируется продольная и поперечная динамокардиограммы, по которым можно построить векторкардиограмму.

Измерительная платформа для ДКГ

;

Измерительная схема для ДКГ

Уравнения динамокадиографа

1. U _вых = K (1 / L) F l ^/

2. U _вых = K (1 / L) F cos  l

. 3. U _вых = K (1 / L) F cos  l cos 

R ₁ / R ₃ = R ₄ / R ₂ .

Регестрируемые сигналы и МБП в ДКГ.

Амплитудный и временной анализ, графический расчет вектординамокардиограммы, амплитуды зубцов, длительности отрезков, инейная и угловая скорости перемещения вектора и т.п.

I_КР⁵ . Апексокардиография (АпКГ) – регистрация низкочастотных колебаний грудной клетки в области верхушечного толчка, вызванного работой сердца, информирует об изменениях объема и давления, происходящих в процессе сердечной деятельности.

Датчики: пьезокристаллический, электромагнитный. Амплитудный и временной анализ фазовой структуры сердечного цикла.

.

I_КР⁶. Кинетокардиография (ККГ)- регистрация инфразвуковых (менее 30 Гц) низкочастотных вибраций грудной клетки, обусленных сердечной деятельностью. Различают ККГ перемещения, скорости, ускорения. Тензометрический преобразователь в мостовой схеме, емкостной, электромеханический датчики. Сопоставление записей, фазовый анализ, расчет МЬП, направление среднего АД в легочной артерии.

I_КР⁷ . Фонокардиография (ФКГ) – регистрация звуков, возникающих при работе сердца; колебания звукового давления как функция времени. Регистрация призводится с различной степенью отфильтровывания низких частот, т. е. фильтрационная ФКГ.

Датчик – специальный микрофон.

Система Мааса и Вебера для фильтрации ФКГ:

Низкочастотные ФКГ до 70 Гц; 40180Гц;

Аускультативная ФКГ 100400Гц;

Высокочастотная ФКГ 140400Гц; 250650Гц; 4001000Гц.

I_КР⁷.

Область слухового восприятия, звуки сердца и механического колебания инфразвуковой частоты, сопровождающие работу сердца.

Тоны сердца.

.

Частотный анализ: временной анализ (последовательность, продолжительность, конфигурация тонов, наличие и длительность интервалов между ними); фазовый анализ.

Внутриполостная ФКГ.

I_КР⁸ . Фазовый анализ сердечного цикла (хронокардиография).

.

Поликардиография (ПКГ)- синхронная регистрация процессов: ЭКГ; ФКГ; СфГ центрального пульса. Расчет фазовой структуры сердечного цикла – 9 исходных показателей, по который рассчитываются относительные межфазовые показатели.

I_КР⁹ . Механическая плетизмография (МПГ) метод регистрации измерений объема органа или части тела, связанных с изменениями его кровенаполнения, при помещении их в герметизированный рецептор и нагнетании в нем дополнительного давления до 20 мм рт. ст.

Оценивается окклюзионный прирост объема, по которому определяется объемная скорость кровотока. Используется для функциональной диагностики, оценки тонуса сосудов и т. п.

I_КР⁹ . Измерение давления крови.

Уровень артериального давления зависит от: количества и вязкости крови, емкости сосудистой системы, интенсивности оттока через прекапиллярное русло, упругого напряжения стенок артериальных сосудов и др.

Р_Д – давление к концу диастолического периода;

- выражает энергию непрерывного движения крови (такой же гемодинамический эффект непрерывного движения, как и у пульсирующего ); расчетные соотношения:

= Р_П/3 + Р_Д; = 0,42Р_П + Р_Д; = (Р_бТ_С+Р_ДТ_Д)/Т₀

Измерение артериального давления.

Р _МАКС (Р _с)- 100-140; Р _БОК - 90-100; Р _УД - 7-20; Р _СР - 85-115; Р _ДИН  Р _СР ; Р _ПУЛЬС - 30-75;

Р _МИН (Р _д) - 70-90;

Р_С = Р_б+Р_У – отражает весь запас потенциальной и кинетичекой энергий, которой обладает движущая масса крови на данном участке сосудистой системы;

Р_б – давление ( боковое ) на боковую стенку артерии в период системы;

Р_у – ударное давление (гемодинамический удар) 1020мм рт. ст.;

Р_П = Р_б – Р_Д - пульсовое давление.

Прямые и косвенные методы измерений Р.

Прямые – артериопункция: катетер (до 90115см) с манометром; «обратное зондирование».