Системный подход к решению задач медицинского обслуживания, системные исследования. Разновидности системного подхода: системный анализ и системный синтез, этапы системного анализа.

Системный подход к решению задач медицинского обслуживания, системные исследования. Разновидности системного подхода: системный анализ и системный синтез, этапы системного анализа.

Системный подход – это подход который предполагает выведение на первое место не проведение анализа отдельных элементов объекта исследования, а его характеристику как определенной цельной структуры и предполагает раскрытие механизмов и связей обеспечивающих его целостность.

Системный подход воплощается в теории систем, применение кот. не ограничивается только техническими системами, предполагает междисциплинарную научную концепцию кот. можно использовать для анализа систем любой природы в различных областях науки.

Под системными исследованиями следует понимать совокупность современных научных технических проблем, которые при всем их разнообразии сходны в понимании и рассмотрении исследуемых объектов, при этом исследуемый объект рассматривается как система, т.е. как множество взаимосвязанных элементов выступающих как единое целое.

Выделяют 2 разновидности системного подхода: 1) системный анализ – это анализ проблем с позиции системного подхода помогающий связать между собой все известные факты и взаимосвязи, которые составляют существо анализируемой проблемы и создают обобщенную модель отображающую эту проблему с максимальной степенью полноты; 2) системный синтез – это синтез с позиции системного подхода, позволяющий на основании исходных данных, знаний элементарной базы и опыта проектирования подобных систем предложить обобщенную модель системы, отвечающую поставленным задачам с максимальной степенью полноты.

СА помогает исследователю глубже понять организацию живого организма, а при разработке новых БТС в которых БО включается в качестве одного из звеньев, большое значение приобретает системный синтез, который обеспечивает согласованность всех звеньев системы независимо от их природы и единства информационной среды, в которой происходит взаимодействие разнородных звеньев.

СА состоит из следующих этапов:

1) постановка проблемы (глобальной, локальной независимо от ее величины);

2) формирование цели (для оценки реализации запланированной задачи прибегают к количественным оценкам или критериям которые должны как можно больше соответствовать цели поставленной задачи;

3) построение модели и оптимизация процесса.

 

Системообразующий фактор, развитие системы и управление системой, классификация систем в зависимости от способа управления. Принцип организованности, закон и алгоритм управления.

Любая с-ма способна изменять свое сост-ие. Эти изме-ия находят свое отображжение во всех описаниях с-ем, а сами изм-ия могут происходить в рез-те развития с-мы либо в процессе управ-ия ею.

Развитие с-мы – измен-ие ее стр-ры, расширение фун-ций, повышение эфек-сти проявления с-мы во внеш-й среде направленные на совершенствование с-мы. Управление – связано с формированием процессов определенное целенаправленное поведение с-мы в рамках имеющегося ресурса (запас энергии) и при неизменном элементной составе с-мы.

Развитие с-мы основывается на использовании системообразующегой фактора, который определяет элементный состав с-мы, функции выполняемые этой системой и возможности ее развития.

С-мы в зависимомти от способа упр-ия: с внеш.управл-ем, с внутр. упр-ем, с комбинир. упр-ем.

Принципы организованности систем. состоит в том, что система должна обладать определённой структурой, целесообразным составом элементов и наличием необходимых связей между ними.

Для сложных высоко организованных систем характерно информационное воздействие, которое содержит:

1 осведомительную информацию, необходимую для принятия решения.

2 управленческую информацию, содержащую команды, в соответствии с которыми осуществляется переход системы в новое состояние. Зависимость управляющего действия от состояния системы и среды определят закон управления. Закон управления задаёт способ достижения целевой функции и может быть законом внутреннего функционирования и законом внешнего функционирования.

Закон внутреннего функционирования характеризует поведения отдельных элементов из которых состоит система. Закон внешнего функционирования отражает поведение системы во внешней среде или рамках другой системы и эффективность выполнения ею своих функций.

Так как законы управления могут быть чрезвычайно сложными, применяют представление их последовательностью сравнительно простых единичных факторов. Эта последовательность определяет алгоритм управления, при этом время от поступления очередной порции информации до формирования управляющей команды называется длительностью цикла управления.

В зависимости от варианта поведения систем их делят на группы, характеризующие поведение управляемой системы:

- реакция - представляет собой простой механизм поведения, включающийся после изменения выходной функции;

- стереотипы - поведение системы строится по заранее определенной программе, которая является для нее стандартной;

- моделирование – поведение, при котором каждый поведенческий акт системы учитывает ее текущее состояние и параметры, и преследуемые цели.

 

Адаптивная БТС эргатического типа: основные контуры управления и составляющие их элементы, внутренняя и внешняя адаптивность, функционирование адаптивной БТС-Э, логические фильтры-преобразователи в информационных и управляющих цепях БТС.

Адаптивность – способность системы приспосабливаться к изменяющимся условиям внешней среды, самой оптимизировать свое поведение и структуру в условиях воздействия случайноизменяющихся факторов.

В основу их синтеза положен бионический подход.

Блок схема адаптивной системы: 1- основной контур управления в кот-м осущ-ся внеш-я адаптация; 2 - это контур управления адаптацией технических элементов к состоянию оператора (контур внутренней адаптации); 3 - контур управления нормализацией состояния оператора; 4- контур адаптивного изменения передаточных характеристик системы и психофизиологических параметров оператора.

Внутренней адаптивностью БТС – Э обладает благодаря наличию контура управления адаптациями технических элементов и состоянием оператора (2 контур). В данном случае возможна фильтрация и преобразование входной технической информации для ее оптимального согласования с сенсорными биологическими системами оператора. При необходимости нормализации состояния оператора путем вещественного, энергетического или информационного управления реализуется специальная программа, заложенная в контур управления нормализацией состояния (3 контур). 1 контур обеспечивает способность БТС-Э к внешней адаптации при возможных изменениях задачи, ставившейся перед оператором и условий ее управления. Характеристики технической части системы и психофизиологические параметры оператора сравниваются с установленными предельными значениями и фиксируют их адаптивное изменение с использованием контура 4.

В БТС-Э ЛФП выполняют роль блока согласования органов человека и внешней среды. ЛФП 1 - это информационный ЛФП, который может работать в 3 режимах.

1 режим – режим реализации жестких программ, как преобразователь информации, поступающей с технических устройств в форму, наиболее удобную для восприятия рецепторов оператора. Кроме преобразования они осуществляют и фильтрацию информации, защищая мозг оператора от потока избыточной информации.

2 режим: ЛФП могут работать в режиме нескольких жестких программ, выбор и переключение которых осуществляет метосистема по результатам анализа ситуации и анализа состояния оператора.

3 режим: могут действовать в режиме адаптации к изменениям состояния оператора, а кроме этого к изменению характера его деятельности.

ЛФП 2 – управляющий ЛФП, предназначенный для адаптивного изменения передаточных характеристик систем и ее функций в зависимости от ситуации и психофизиологического состояния оператора. Адекватность функционирования ЛФП2 обеспечивается его постоянной адаптацией к психофизиологическому состоянию оператора, которое оценивается автоматически метосистемой и которая осуществляет управление режимами работы ЛФП2. Метасистема производит классификацию ситуаций и осуществляет автоматический контроль за деятельностью оператора и принимаемыми им решениями. В случае, если оператор принял неправильное решение, метасистема через ЛФП2 включает соответствующую индикацию и запрещает реализацию ошибочного решения.

В случае потери оператором трудоспособности метасистема осуществляет мероприятия по нормализации состояния оператора.

13 Исследовательские БТС-М, структурная схема и функционирование. Медленно изменяющиеся и быстро изменяющиеся физиологические процессы в живом организме. Особенности их преобразования, отображения и регистрации.

Для современных диагностических медицинских и исследовательских БТС характерна следующая структурная схема Вся медико-биологическая информация о медленно изменяющихся процессах в организме поступает в виде электрических сигналов от датчиков преобразователей первичной информации (ДПИ МИП). которые усиливаются в блоке усиления (БУ) и преобразуются в цифровую форму в блоке преобразования (БП) обычно в двоично-десятичный код для ввода в автоматический анализатор состоянии (ААС), а также для регистрации (БР) и демонстрации на специальном табло илн экране

дисплея системы отображения информации (СОИ)

Измерительные каналы быстро изменяющихся процессов отличаются от каналов для медленных процессов наличием блоков сжатия информации (БСИ) и блоков выделения информативных признаков (БВИП), Эти блоки в современных БТС реализуются на микропроцессорах с соответствующими жесткими программами или на специальных вычислителях.

Рис структурная схема измерительно-информационной МТС-М

Информационные биотехнические системы, в которых осуществляется только параметрический контроль без комплексной обработки данных не имеют блока автомат. Анализа состоян. На рис. БТС позв. Проводить текущую диагностику состояний организма в реальном масштабе времени с помощью комплексной обработки данных медленно и быстро меняющихся пр-в. в блоке автоматич. анализатора состояний, представл. собой микропроц, или мини-машину. На СОИ высвеч. аналоговая форма сигнала быстрых пр-в и цифровая или уровневая медленных.

Врач (В) или исследователь могут через дисплей обратиться в н блок долговременной (ДП) или оперативной памяти (ОП) где, хранятся архивные или оперативно регистрируемые данные. Информация. поступающая к врачу, который также является элементом БТС-М, должна быть достаточно полной для построения концептуальной модели состояния пациента (П) и принятия решения о методе лечения и выборе лечебных средств (ЛС)

Это требование является решающим для построения математ. модели пространства состояний н состава днагностнч. Признаков, а также разработки алгоритмов обработки ннформ. в блоках выделения информативных признаков и автома. анализа состояний. Средства отображения и др. элементы БТС-М, с которыми непосредст. соприк. врач, должны также отвечать основным принципам синтеза БТС

подобные БТС, применяются не только в медицинских лечебных учреждениях, но также используются о качестве подсистем для измерения и регистрации динамики изменения психофизиологических сост. организма оператора, находящегося в экстремальных усл.

Быстро изменяющиеся физиологические процессы – это главным образом электрофизиологические процессы, характеризуемые изменением электрических потенциалов на поверхности кожи или на отдельных локальных участках организма под кожей. Частотный диапазон БИП ограничен частотами 0,1 – 1000 Гц. Примерами могут служить электрокардиограмма, Электроэнцефалограмма, электромиограмма. Медленно изменяющиеся физиологические процессы – процессы, частота изменения которых ниже 1 Гц, а мгновенные значения могут быть выражены цифрой. Примером могут служить температура тела, частота дыхания, ЧСС.

 

Конфигурация многоканальных МС: с центральной, периферийной, смешанной и комбинированной обработкой информации. Принципы управления МС, интерактивный режим. Взаимодействие медицинского персонала с техническими средствами.

Распределение этапов обработки информация между разными частями системы определяет ее конфигурацию. На рис 4 возможных конфигурации многоканальных МС с центральной(а), периферийной (б) смешанной (в) комбинированной (г) обработкой инф.

Отметим, что многоканальность можно понимать н как некоторое количество процессов, регистрируемых у пациента.

Мониторные системы с центральной обработкой информации, как правило, строятся па базе ЭВМ, берущей на себя все задачи обработки. Положительным качеством такой сист. является минимум оборудования требуемого для ее реализации, недостатком же - последовательный характер обработки всей входной информации н однопроцессорной ЭВМ, дающий и возможным распараллеливание обработки и предъявляющий поэтому жесткие требования к быстродействию и надежности машины.

Конфигурация МС с периферийной обработкой характерна для инструментальных систем, выполненных строго по автономному принципу: каждый процесс обрабатывается только в своем канале. При этом в центральном посту (ЦП) могут быть установлены блоки Аз, дублирующие аналогичные блока прикроватной части. Смешанная обработка (в) предполагает распределение функций обработки информации между блоками А2 каждого канала с общим блоком А2 таким образом; чтобы при min общих затратах на оборудование удовлетворялись бы требования к быстродействию всех блоков. Такая конфигурация МС получается при реализации прикроватной части (ПЧ) в виде аналоговой и дискретной аппаратуры обработки, которая через интерфейс, соединена с центральным постом, выполнена на базе ЭВМ. В этом случае элементы А2. называются, блоками переработки.

При расширении ф-ий обработки блоков А2’ Инф-я с их выводов может быть значимой для врача. Подключение к А2’ дает комбинированную конфигурацию МС (г). Это наиболее гибкая коф-я. Дает возможность вести наблуюдение за сост пациента как у постели так и на ЦП.

В приведенных конф-яхне рассматр. специфика ф-ий управл-я сист Обычн управление осущ. Врачем через А3. Для вычислит. Микорпроцессорных МС возможны разные варианты упр-я. Могут быть выполнены по принципу «ведущий-ведомый», упр-е может осуществляться как через А3 соотв канала так и через А3’ЦП. по принципу «ведущий-ведущий», упр-е может осуществляться от любой кровати и с ЦП. (распределенный ЦП) Пример Olli – 7000.Работа может быть организована в интерактивном режиме.

 

17 Инструментальная и вычислительная мониторная система на примере одного канала, пассивное и активное управление. Примеры МС обоих типов.

Для выяснения различий между инструментальной и вычислительной МС рассмотрим их структуру, рис для 1 канала. Физиологический процесс от больного Б через датчик Д пост в преобразователь П, к-й включает в себя усилитель, фильтр и др цепи преобразования, выделяющие интересующую врача В информацию из входного сигнала и подготавливающие ее для отображения, записи и анализа.

Рис Блок-схема для инструментальной и вычислительной МС.

Информация о пациенте П поступает через датчики Д в преобразователь Пр, который включает в себя усилитель, фильтры и др. цепи преобразования, в том числе цепи защиты. В этом блоке происходит выделение интересующей информации, ее фильтрация от различных помех и подготовка для отображения записи и анализа. В инструментальной мониторной системе данные из преобразователя поступают в логический блок ЛБ, а через него в устройство регистрации и отображения УРО. ЛБ это устройство, которое используется для сравнения сигнала с заданным уровнем, или для проведения более сложных вычислений (Напр. Для расчета сердечного выбросаю. ЭКГ, параметров дыхания).В результате анализов в ЛБ вырабатывается сигнал тревоги Т, который поступает вУРО и используется для управления. Сигнал Т – подается звуковым или световым сигналом, при этом В пытается вернуть пациента в исходное состояние. Кроме этого к врачу поступает информация об текущем состоянии пациента, для чего он использует выход УРО С (сигнал). Вернуть параметры физиологического состояния пациента в норму врач может по средствам прямых и косвенных воздействий на организм, т. е. путем введения лекарств разными способами, электрошока и др. воздействий. Т. о. осуществляется пассивное управление реализующееся в мониторной системе через обратные связи, включая действия врача. При активном управлении рассмотренная БТС замыкается и вводится ОС между ЛБ и электро-механическим контроллером ЭмК. Применении инструментальной мониторной с-ы ограничено числом контролируемых пациентов и возможностью сопряжения мониторной с-ы с более высоко организованной системой управления(Пр. с-а управления всей больницей). В вычислительной мониторной с-е роль ЛБ выполняет ЭВМ, куда данные с выхода Пр поступают через АЦП, где они преобразуются в цифровую форму. Наличие ЭВМ позволяет реализовать более сложные алгоритмы обработки физиологических сигналов с вычислением сложных вторичных показателей состояния пациента и анализа ЭЭГ, ЭКГ и т. д. Наличие периферийного ПУ устройства связанного с ЭВМ позволяет собирать и накапливать данные в мониторной с-е, кроме этого прводить вывод информации на дисплей, печатное устройство, а т. ж. формируются сигналы управления служащие рекомендацией для врача при пассивном управлении, управляющим воздействием при активном.

 

Понятие “обратная связь”, преимущества введения в систему обратных связей, особенность биологической обратной связи. Биотехническая система для восстановления функции мышц с биологической обратной связью.

Обратная связь – это воздействие результатов функционирования какой-либо системы (объекта) на характер этого функционирования. Если влияние обратной связи усиливает результаты функционирования, то такая обратная связь называется положительной; если ослабляет – отрицательной. Обратная связь обеспечивает передачу информации о протекании процесса, на основе которой вырабатывается то или иное управляющее воздействие. Биологическая обратная связь в широком смысле представляет собой передачу человеку дополнительной, не предусмотренной природой информации о состоянии его органов и систем в доступной и наглядной форме. На основании этой информации человек способен включать механизмы саморегуляции и целенаправленно использовать огромные функциональные возможности организма.

Накожный датчик регистрирует биоэлектрический сигнал, превращая его в амплитуду сокращения мыш­цы. Чем сильнее и продолжительнее ее сокращение, тем выше она отклоняется от нулевой отметки. Далее биоэлектрический сигнал передается на устройство БОС и преобразуется в световой (амплитуда светового столбца на экране) и звуковой (тональный) сигналы, т.е человек начинает видеть и слышать как сокращается его мышца. Цепочка БОС замыкается для реализации необходимы еще два условия: инструкция и мотивация для выполнения заданий инструктора, т.е необходимо дать четкую словесную инструкции; второе условие заключается в создании сильной побудительной причины к прав. выполнению данного упражнения для повышения эффективности тренировки. Функциональная блок-схема аппарата, реализующего представленный метод представлена на рис. Аппарат предназначен для повышения или восстановления функции мышц и может быть использован в мед. реабилитации пациентов с двигательными нарушениями различной этиологии. Он обеспечивает управление амплитудой сокращения одной мышцы по трем алгоритмам: непрерывному, пропорционально-дискретному и пороговому. Электрод накладывается на двигательную точку тренируемой мышцы пациента, а на его контактную поверхность электропроводная паста. При непрерывном режиме изменения амплитуды интегрированной ЭМГ, полученное в формирователе, приводит к плавному изменению тональности звукового сигнала обратной связи и соответствует перемещению светящейся метки по линейно-дискретной шкале блока зрительной обратной связи либо изменению звука. При пропорционально-дикскретном режиме изменение амплитуды мышечного сокращения, т.е амплитуды интегрированной ЭМГ сопровождается ступенчатым изменением тональности звукового сигнала и скачкообразным перемещением светового по линейно-дискретной шкале. При пороговом режиме (в) амплитуда мышечных сокращений поддерживается такой, что светящаяся метка не должна покидать заданного межпорогового промежутка, а звуковой сигнал появляется в моменты превышения установленных границ.

Таким образом, аппарат биологической обратной связи по элек-тромиограмме отражает изменение амплитуды сокращения одной мышечной группы в световом и звуковом сигналах обратной связи.

Применение метода БОС безболезненно для пациента; аппаратура БОС регистрирует сигналы организма (частоту дыхательных циклов, пульса, ритмы головного мозга, биоэлектрические сигналы, исходящие от мышц), не оказывая на человека непосредственного воздействия.

Применительно к БТС введение биологических обратных связейпозволяет проводить коррекцию оказываемого на пациента воздействия с учетом его состояния до и во время процедуры, осуществляя тем самым биологическое управление системой.

 

БТС управления поведением целостного организма и популяциями биологических организмов (БТС-У): функциональные особенности данного типа БТС, целевая функция, стимуляция различных зон мозга с целью получения определенных результатов. Контроль за состоянием управляемого биологического объекта.

Особенностью БТС-У является то, что они управляют поведением целостного БО, кот-й явл-ся неотемлемой частью процесса упр-ия поведением БО. В основе функц-ия с-м данной группы лежат эксперемен-ые исслед-я, кот-е позволили уточнить хар-р струк-р мозга и параметры его стимуляции.

СКП – система контроля поведением (телевизюкамера); ДПИ – датчики первичной информации; МИП, БИП – медленно и быстро изменяющиеся процессы; БПО – блок предварительной обработки; 1 – комплекс контролируемых состояний, поступающий на ЭВМ через систему ввода информации; Отоб – отображение режима; ПУ – пульт управления; БР – блок регистрации; СУС – система управления состоянием животного; Бст – блок стимуляции; ПК – приемник команд; О – оператор; СФПП – система формирования параметров поведения; МП - моторное поле; УВМ – управляющая ЭВМ.

Целевая функция – перемещение животного из стартовой в конечную зону по заданному маршруту, кот-й заранее задается с определенной скоростью при перемещении от одной до другой координаты.

При этом животное должно находится в нормальном работоспособном состоянии, которое определяется нормальными психофизическими показателями. M min и Мmax – совокупность значений измеренных МИП и БИП, которые характеризует дополнительные изменения состояния животного. Во время эксперимента животным управляют с помощью стимулирующего воздействия, которое направлено либо на поощрение, либо на порицание его действий. При этом управляющий сигнал – функция информационных потоков.

1. Информационный поток, характеризующий деятельность животного, который определяется текущими координатами его положения. DА=Аопт – Ареал

2. Характеризующий состояние животного и основан на информации, базирующейся на ЭКГ, энцефалограмме, температуре и т.д.

Контроль за состоянием осущ-ся с помощью системы контроля поведения (СКП) (телевизионной системы).Определение положение животного в выбранной системе координат проводят либо с помощью магнитного датчика, либо с помощью устройства определения координат. Контроль физиологических параметров осуществляет ДПИ, позволяющий отслеживать данные о МИП и БИП. Далее информация поступает в блок1. Далее информация поступает на пульт управления, где регистрируется и отображается в БР, а далее в систему управления и состояния животного. Эта система представляет собой процесс обеспечения непрерывного анализа физической информации При появлении пат. состояния процессор выдает воздействие, представляющее алгоритм управления. Кроме этого вся информация поступает в управляющую ЭВМ, где отслеживается состояние животного и его деятельность. В задачи оператора входит слежение за БО вне автоматического эксперимента с ПУ.

Рассмотренная БТС-У синтезирована методом поэтапного моделирования с учетом принципа адекватности и идентификации информационной среды.

Эксперименты доказали, что допустимо рассмотрение целостного организма как поведенчески детерминированного звена БТС. Эта детерменнированность (закон по которому должно вести себя животное) достигается во-первых обучением биообъекта, а также эффектом от использования соответствующих внешних воздействий. При этом ЦНС и вегетативная система неперестают работать в нормальном режиме, поэтому животное само без внешних воздействий, благодаря предварительному обучению может выполнить ту или иную задачу, хотя момент начала движения, скорости и порядок поворота могут быть побсказанны с помощью технических устройств.

Системный подход к решению задач медицинского обслуживания, системные исследования. Разновидности системного подхода: системный анализ и системный синтез, этапы системного анализа.

Системный подход – это подход который предполагает выведение на первое место не проведение анализа отдельных элементов объекта исследования, а его характеристику как определенной цельной структуры и предполагает раскрытие механизмов и связей обеспечивающих его целостность.

Системный подход воплощается в теории систем, применение кот. не ограничивается только техническими системами, предполагает междисциплинарную научную концепцию кот. можно использовать для анализа систем любой природы в различных областях науки.

Под системными исследованиями следует понимать совокупность современных научных технических проблем, которые при всем их разнообразии сходны в понимании и рассмотрении исследуемых объектов, при этом исследуемый объект рассматривается как система, т.е. как множество взаимосвязанных элементов выступающих как единое целое.

Выделяют 2 разновидности системного подхода: 1) системный анализ – это анализ проблем с позиции системного подхода помогающий связать между собой все известные факты и взаимосвязи, которые составляют существо анализируемой проблемы и создают обобщенную модель отображающую эту проблему с максимальной степенью полноты; 2) системный синтез – это синтез с позиции системного подхода, позволяющий на основании исходных данных, знаний элементарной базы и опыта проектирования подобных систем предложить обобщенную модель системы, отвечающую поставленным задачам с максимальной степенью полноты.

СА помогает исследователю глубже понять организацию живого организма, а при разработке новых БТС в которых БО включается в качестве одного из звеньев, большое значение приобретает системный синтез, который обеспечивает согласованность всех звеньев системы независимо от их природы и единства информационной среды, в которой происходит взаимодействие разнородных звеньев.

СА состоит из следующих этапов:

1) постановка проблемы (глобальной, локальной независимо от ее величины);

2) формирование цели (для оценки реализации запланированной задачи прибегают к количественным оценкам или критериям которые должны как можно больше соответствовать цели поставленной задачи;

3) построение модели и оптимизация процесса.