Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра РТС
РЕФЕРАТ
На тему:
«Сучасні досягнення і тенденції розвитку приладів і апаратів для наукової та практичної дисципліни»
МІНСЬК, 2008
Складність виконання біомедичних вимірювань пов'язана також з порівняно малими значеннями амплітуд біологічних сигналів (у деяких випадках - одиниці мкВ) при високому рівні шумів (як за рахунок роботи інших підсистем - внутрішні шуми, так і за рахунок наводяться із зовнішнього середовища - зовнішні перешкоди), сумірних з амплітудами сигналів. Причому частотний спектр вихідних сигналів звичайно досить широкий: від області інфранизьких частот (соті, тисячні частки Гц) до сотень герц і більше. Ускладнено також отримання точних математичних залежностей між зареєстрованими параметрами і відповідними їм медико-біологічними показниками, так як ще недостатньо вивчені самі системи і не розроблено адекватний математичний апарат, придатний для їх опису.
Зазначені особливості відображаються на методиках застосування практично всього арсеналу технічних засобів медико-біологічних досліджень.
Система методів медико-біологічних досліджень
Інструментальні засоби медико-біологічних досліджень являють собою сукупність приладів, апаратів, систем, комплексів і пристосувань до них, в яких реалізуються фізичні і фізико-хімічні методи дослідження різних біологічних об'єктів. Виконання цих досліджень дозволяє отримати діагностичну інформацію про стан об'єкта у вигляді безлічі медико-біологічних показників (МБП) та записів фізіологічних процесів, на підставі аналізу яких будується діагностичне ув'язнення. Таким чином, надійність і достовірність висновків в значній мірі залежать від вибору діагностичного методу (або їх сукупності). Однак не завжди дослідник вільний у виборі методу дослідження.
На жаль, в медико-біологічної практиці відсутня універсальний метод, що дозволяє надати повний обсяг необхідної діагностичної інформації для всіх випадків формування діагностичних висновків. Навіть в простих ситуаціях потрібно одночасне використання декількох методів діагностики, проведення комплексних досліджень. У той же час не всі методи добре узгоджуються один з одним і можуть бути реалізовані одночасно. Крім того, годину-те застосування найбільш діагностично ефективних методів пов'язане з методичними прийомами, через які виникають технологічні обмеження, що не дозволяють їх використовувати в реальних умовах експерименту, чи їх застосування економічно не виправдане - пов'язано високими витратами коштів і праці обслуговуючого персоналу.
Отримана при цьому інформація може відставати від моменту часу, коли вона необхідна для прийняття рішень про лікувальні заходи. Доводиться шукати компромісне рішення, використовувати, може бути, і менш ефективні методи, які в сукупності дозволяють одержати інформацію за більш короткий термін обстеження.
Вибір оптимального набору методів для кожного завдання спрощується, якщо весь комплекс методів медико-біологічних досліджень представити 1% у вигляді «єдиної системи, між елементами якої існують специфічні форми взаємодії». Як будь-яка інша система, є що розвивається, характеризується властивими тільки їй системними властивостями, структурою та цільовими функціями. За рахунок технології виконання експериментів, а також технічної та технологічної бази виробництва технічних засобів удосконалюються методи, які добре зарекомендували себе на практиці.
Електрофізіологічні, фотометричні методи
Електрофізіологічні та фотометричні методи медико-біологічних досліджень відносяться до найбільш популярних, широко поширеним на практиці. Більше 60% випуску медичної електронної техніки складають прилади та системи, за допомогою яких реалізуються методи цих двох груп. Таке становище пояснюється широкими діагностичними можливостями електрофізіологічних та фотометричних методів, простотою і доступністю технічних засобів, що використовуються для виконання досліджень з їх допомогою.
Поширення цих методів пояснюється також і тим, що вони дозволяють як складні системи для найтоншого аналізу різних середовищ, так і прості, компактні і дешеві прилади, які вимірюють цілий ряд найважливіших медико-біологічних показників, що характеризують властивості, склад чи концентрацію окремих компонентів складних биосубстратов і рідин.
Великий арсенал розроблених і випускаються серійно радіоелектронної промисловістю різних елементів; випромінювачів променистої енергії та оптико-механічних пристроїв для направленої зміни характеристик випромінювань, фотоелектричних перетворювачів для аналогової та цифрової обробки сигналів - роблять проблему розробки фотометричних приладів і систем дуже перспективною.
Основні групи медичних електронних приладів і апаратів
Медичну електронну апаратуру можна розділити на два класи: медичні прилади та медичні апарати.
Медичний прилад - технічний пристрій, призначений для діагностичних або лікувальних вимірювань (медичний термометр, електрокардіограф та ін.)
Медичний апарат - технічний пристрій, що дозволяє створювати енергетичний вплив (часто дозоване) терапевтичного, хірургічного чи бактерицидного властивості (апарат УВЧ терапії, апарат штучної нирки та ін), а також забезпечити збереження певного складу деяких субстанцій.
Виділено такі основні групи приладів і апаратів, що використовуються для медико-біологічних цілей.
- Пристрій для отримання (знімання), передачі і реєстрації медико-біологічної інформації. З фізичної точки зору ці пристрої є генераторами різних електричних сигналів.
-Кібернетичні електронні пристрої. У ряді випадків електронний пристрій може поєднувати в собі різні групи приладів і апаратів.
Структурна схема знімання, передачі і реєстрації медико-біологічної інформації
Для того щоб отримати і зафіксувати інформацію про медико-біологічної системі, необхідно мати цілу сукупність пристроїв. Структурна схема складається з пристрою знімання (електрод або датчик), підсилювача, передавача, приймача, вимірювального приладу.
Визначення та основні категорії в РТС.
Радіотехнічної системою називають організовану сукупність пристроїв, призначених для вилучення, обробки, передачі інформації чи енергії з метою управління процесами або об'єктами з використанням радіохвиль. Розглянемо основні категорії, що увійшли до визначення РТС: інформація; вилучення інформації; обробка інформації; передача інформації; передача енергії; устрій, система; радіохвилі; керовані процеси і об'єкти; користування радіохвиль.
Інформація - сукупність відомостей:
- Про наявність або відсутність об'єктів у тому чи іншому ділянці простору спостереження;
- Про клас, тип спостережуваних об'єктів;
- Про геометричних і фізичних характеристиках і властивостях спостережуваних об'єктів;
- Про координати і параметри руху спостережуваних об'єктів;
- Про навігаційних координатах і параметрах переміщення повітряного морського, наземного об'єкта;
- Про будь-які характеристики об'єктів, суб'єктів, процесів, подій, явищ природи і суспільства, представлених у вигляді повідомлень, тобто сукупності деяких знаків і символів без обліку їх смислового (семантичного) змісту.
Витяг первинної інформації - процес формування одиничних рішень про наявність, класі і одиничних оцінок координат і параметрів руху об'єктів при обмеженому часі і просторі обмеженою спостереження, координатами об'єкта в сферичній системі є азимут, кут місця і дальність щодо пункту спостереження. Під параметрами руху об'єктів розуміються похідні змінюються координат за часом.
Первинна інформація про об'єкти спостереження міститься в тимчасових, просторових, поляризаційних характеристиках прийнятих сигналів (електромагнітних полів) і витягується з цих сигналів (полів) шляхом аналізу, тобто просторово-часової та поляризаційної обробки на тлі завад.
Обробка інформації - об'єднання первинної інформації (одиничних рішень і одиничних оцінок) за часом (вторинна обробка) і по простору (третинна обробка) з метою поліпшення характеристик виявлення, розпізнавання та вимірювання.
Передача інформації - транспортування будь-яких повідомлень з одного пункту простору в інший за допомогою радіохвиль, в основному, в інтересах об'єднання (обробки) інформації та управління поведінкою або переміщення об'єктів і процесів з використанням додаткових виконавчих ланок (рулів, пристроїв відтворення звуку, зображення, тексту і т.п.).
Передача енергії - транспортування енергії за допомогою електромагнітного поля в певне місце простору, в основному, в інтересах безпосереднього управління фізичними, хімічними та біологічними процесами на основі явищ взаємодії поля з речовиною на атомному, молекулярному і клітинному рівнях.
Радіохвилі різних частотних діапазонів мають свої особливості поширення, затухання та відображенні (розсіювання) при взаємодії з об'єктами спостереження, земною поверхнею, атмосферою, неоднорідними шарами тропосфери та іоносфери. Це багато в чому визначає можливості їх використання в РТС різного призначення.
Пристрій .. система. Два ієрархічних рівня радіотехнічних засобів: елемент, вузол, каскад, блок. устрій, система. комплекс.
Керовані об'єкти-рухомі і нерухомі; космічні, повітряні, морські і наземні; ергатичних (за участю людини) і автоматичні (без участі людини). Управління може бути пов'язано з необхідним переміщенням або з певною поведінкою об'єкта.
Керовані процеси - фізичні (управління на атомному рівні), хімічні (управління на молекулярному рівні), біологічні (управління на клітинному рівні), психологічні (управління на рівні індивідуального відчуття і свідомості), соціальні (управління на рівні колективної свідомості). Суть управління полягає у розвитку процесу в потрібному напрямку.
Використання радіохвиль мається на увазі не тільки на етапі видобування, обробки і передачі інформації, але і на етапі управління процесами або об'єктами. Справа в тому, що управління припускає, але користування не тільки інформації, але і енергії, яка може доставлятися до місця її споживання різними способами, в тому числі і за допомогою електромагнітного поля. Таким чином, у радіотехнічних системах електромагнітне поле використовується, в першу чергу, як інформаційне засіб, але воно може бути використане і як засіб безпосереднього енергетичного впливу на керовані об'єкти або процеси.
Склад і класифікація РТС і їх застосування.
Радіотехнічні системи з урахуванням особливостей їх функціонального призначення можна розділити на 4 групи:
- Радіолокаційні системи (РЛС);
- Радіонавігаційні системи (РНС);
- РТС передачі інформації (РТС ПІ);
- РТС передачі енергії (РТС ПЕ).
Радіолокаційна система в загальному випадку складається з одного або декількох радіопередавальних пристроїв, що забезпечують формування зондуючого сигналу (сигналу підсвітки), одного або декількох радіоприймальних пристроїв, що забезпечують або прийом розсіяного (відбитого) об'єктом спостереження зондуючого сигналу (сигналу підсвітки), або прийом власного радіовипромінювання об'єкта спостереження , і на подобу просторово-часової та поляризаційної обробки сигналу та добування інформації про об'єкт спостереження для деякого споживача.
Радіонавігаційна система в загальному випадку складається з однієї або декількох радіонавігаційних точок (РНТ) з апріорно відомими координатами й параметрами руху, випромінюючих узгоджені за часом, частоті і фазі деякі сигнали, радіоприймального обладнання об'єкта навігації і розташованого там же пристрої просторово-часової та поляризаційної обробки сигналів від різних РНТ вилучення інформації про навігаційні параметрах, координатах і параметри руху об'єкту навігації в інтересах управління його поведінкою і рухом.
Радіотехнічна система передачі інформації (РТС ПІ) у загальному випадку складається з пристрою об'єднання (ущільнення) повідомлень від декількох джерел, пристрої кодування, тобто перетворення групового повідомлення в сигнал, каналу зв'язку, що складається з радіосигнали і радіоопріемного пристроїв з антенами, середовища поширення радіохвиль, пристрої декодування, тобто перетворення прийнятого сигналу в групове повідомлення, і пристрої поділу повідомлень по каналах (адресатам або одержувачам повідомлень (рис. 0.3). Тут просторово-тимчасова і поляризаційна обробка сигналу з метою отримання інформації здійснюється в антені, РПрУ декодері і пристрої поділу каналів.
Радіотехнічна система передачі енергії (РТС ПЕ) у загальному випадку складається з сукупності радіоприймальних пристроїв - рецепторів, пристрої просторово-часової та поляризаційної обробки сигналу та добування інформації про координати джерела випромінювання йди розсіювання (відображення), сукупності радіпередающіх пристроїв і випромінювачів, що формують сигнал з амплітудно-фазовим розподілом, яке забезпечує когерентне додавання випромінюваних коливань, тобто фокусування НВЧ-енергії, в задану зону, що знаходиться в околиці джерела випромінювання або розсіювання (відображення).
Завдання РТС і принципи їх вирішення.
Незважаючи на різноманітність РТС, можна виділити спільні завдання, які вирішуються усіма РТС:
- Виявлення сигналу;
- Розпізнавання-розрізнення сигналів,
- Намір параметрів сигналу.
Виявлення сигналу полягає у встановленні факту наявності сигналу у певному елементі простору спостереження. Наявність або відсутність сигналу ототожнюється з наявністю або відсутністю символу повідомлення для РТС ПІ або об'єкта спостереження (випромінювання, розсіювання, відбиття) у певній ділянці простору спостереження для інших систем.
Розпізнавання-розрізнення сигналів полягає у встановленні приналежності виявленого сигналу до певного типу, виду із заданої множини. В основі класифікації сигналів лежать відмінності між ними: енергетичні, за формою, тимчасові, частотні (спектральні), просторові, поляризаційні, статистичні. Класифікація сигналів еквівалентна розпізнаванню об'єктів спостереження в РЛС, розрізненню повідомлень у багатоканальних РТС ПІ.
Вимірювання параметрів сигналу ототожнюється з визначенням координат і параметрів руху об'єктів спостереження для РЛС і РТС ПІ або з відтворенням переданого повідомлення для РТС ПІ. Вимірюваними параметрами сигналів є час запізнювання і доплеровское зсув частоти прийнятого сигналу щодо випроміненого, нахил і кривизна хвильового фронту прийнятого сигналу.
Основні технічні характеристики.
Основними показниками РТС є:
- Характеристики виявлення
- Характеристики розпізнавання - розрізнення
- Точності
- Роздільна здатність
- Дальність (зона) дії
- Перешкодозахищеність
-Електромагнітна сумісність
- Надійність
- Вартість
До характеристик виявлення відносяться умовні ймовірності прінімаесих рішень про наявність чи відсутність сигналі. Через дії перешкод, обмежених часу і простору спостереження, випадкового характеру сигналу прийняті рішення не можуть бути достовірними. Залишається лише прагнути до того, щоб ймовірності правильних рішень були ближче до одиниці, а ймовірності помилкових (помилкових) рішень були ближче до нуля.
До характеристик розпізнавання-розрізнення відносяться умовні ймовірності прийнятих рішень, пов'язаних з класифікацією сигналів. Тут, як і в задачі виявлення, ймовірності правильного розпізнавання-розрізнення повинні бути ближче до одиниці, а ймовірності помилкового розпізнавання-розрізнення ближче до нуля.
До точності відносяться помилки вимірювання та відтворення параметрів сигналів, що приймаються, які повинні бути мінімальними.
Під роздільної здатності РТС розуміють здатність розрізняти спостерігати (виявляти, розпізнавати - розрізняти, вимірювати параметри) декілька сигналів. Мірою дозволу є мінімальна різниця однойменних параметрів двох сигналів (часу запізнювання, доплерівського зсуву частоти, параметрів хвильового фронту), при якій вони спостерігаються роздільно за умови, що всі інші параметри цих сигналів однакові.
Кафедра РТС
РЕФЕРАТ
На тему:
«Сучасні досягнення і тенденції розвитку приладів і апаратів для наукової та практичної дисципліни»
МІНСЬК, 2008
Складність виконання біомедичних вимірювань пов'язана також з порівняно малими значеннями амплітуд біологічних сигналів (у деяких випадках - одиниці мкВ) при високому рівні шумів (як за рахунок роботи інших підсистем - внутрішні шуми, так і за рахунок наводяться із зовнішнього середовища - зовнішні перешкоди), сумірних з амплітудами сигналів. Причому частотний спектр вихідних сигналів звичайно досить широкий: від області інфранизьких частот (соті, тисячні частки Гц) до сотень герц і більше. Ускладнено також отримання точних математичних залежностей між зареєстрованими параметрами і відповідними їм медико-біологічними показниками, так як ще недостатньо вивчені самі системи і не розроблено адекватний математичний апарат, придатний для їх опису.
Зазначені особливості відображаються на методиках застосування практично всього арсеналу технічних засобів медико-біологічних досліджень.
Система методів медико-біологічних досліджень
Інструментальні засоби медико-біологічних досліджень являють собою сукупність приладів, апаратів, систем, комплексів і пристосувань до них, в яких реалізуються фізичні і фізико-хімічні методи дослідження різних біологічних об'єктів. Виконання цих досліджень дозволяє отримати діагностичну інформацію про стан об'єкта у вигляді безлічі медико-біологічних показників (МБП) та записів фізіологічних процесів, на підставі аналізу яких будується діагностичне ув'язнення. Таким чином, надійність і достовірність висновків в значній мірі залежать від вибору діагностичного методу (або їх сукупності). Однак не завжди дослідник вільний у виборі методу дослідження.
На жаль, в медико-біологічної практиці відсутня універсальний метод, що дозволяє надати повний обсяг необхідної діагностичної інформації для всіх випадків формування діагностичних висновків. Навіть в простих ситуаціях потрібно одночасне використання декількох методів діагностики, проведення комплексних досліджень. У той же час не всі методи добре узгоджуються один з одним і можуть бути реалізовані одночасно. Крім того, годину-те застосування найбільш діагностично ефективних методів пов'язане з методичними прийомами, через які виникають технологічні обмеження, що не дозволяють їх використовувати в реальних умовах експерименту, чи їх застосування економічно не виправдане - пов'язано високими витратами коштів і праці обслуговуючого персоналу.
Отримана при цьому інформація може відставати від моменту часу, коли вона необхідна для прийняття рішень про лікувальні заходи. Доводиться шукати компромісне рішення, використовувати, може бути, і менш ефективні методи, які в сукупності дозволяють одержати інформацію за більш короткий термін обстеження.
Вибір оптимального набору методів для кожного завдання спрощується, якщо весь комплекс методів медико-біологічних досліджень представити 1% у вигляді «єдиної системи, між елементами якої існують специфічні форми взаємодії». Як будь-яка інша система, є що розвивається, характеризується властивими тільки їй системними властивостями, структурою та цільовими функціями. За рахунок технології виконання експериментів, а також технічної та технологічної бази виробництва технічних засобів удосконалюються методи, які добре зарекомендували себе на практиці.
Електрофізіологічні, фотометричні методи
Електрофізіологічні та фотометричні методи медико-біологічних досліджень відносяться до найбільш популярних, широко поширеним на практиці. Більше 60% випуску медичної електронної техніки складають прилади та системи, за допомогою яких реалізуються методи цих двох груп. Таке становище пояснюється широкими діагностичними можливостями електрофізіологічних та фотометричних методів, простотою і доступністю технічних засобів, що використовуються для виконання досліджень з їх допомогою.
Поширення цих методів пояснюється також і тим, що вони дозволяють як складні системи для найтоншого аналізу різних середовищ, так і прості, компактні і дешеві прилади, які вимірюють цілий ряд найважливіших медико-біологічних показників, що характеризують властивості, склад чи концентрацію окремих компонентів складних биосубстратов і рідин.
Великий арсенал розроблених і випускаються серійно радіоелектронної промисловістю різних елементів; випромінювачів променистої енергії та оптико-механічних пристроїв для направленої зміни характеристик випромінювань, фотоелектричних перетворювачів для аналогової та цифрової обробки сигналів - роблять проблему розробки фотометричних приладів і систем дуже перспективною.
Основні групи медичних електронних приладів і апаратів
Медичну електронну апаратуру можна розділити на два класи: медичні прилади та медичні апарати.
Медичний прилад - технічний пристрій, призначений для діагностичних або лікувальних вимірювань (медичний термометр, електрокардіограф та ін.)
Медичний апарат - технічний пристрій, що дозволяє створювати енергетичний вплив (часто дозоване) терапевтичного, хірургічного чи бактерицидного властивості (апарат УВЧ терапії, апарат штучної нирки та ін), а також забезпечити збереження певного складу деяких субстанцій.
Виділено такі основні групи приладів і апаратів, що використовуються для медико-біологічних цілей.
- Пристрій для отримання (знімання), передачі і реєстрації медико-біологічної інформації. З фізичної точки зору ці пристрої є генераторами різних електричних сигналів.
-Кібернетичні електронні пристрої. У ряді випадків електронний пристрій може поєднувати в собі різні групи приладів і апаратів.
Структурна схема знімання, передачі і реєстрації медико-біологічної інформації
Для того щоб отримати і зафіксувати інформацію про медико-біологічної системі, необхідно мати цілу сукупність пристроїв. Структурна схема складається з пристрою знімання (електрод або датчик), підсилювача, передавача, приймача, вимірювального приладу.
Визначення та основні категорії в РТС.
Радіотехнічної системою називають організовану сукупність пристроїв, призначених для вилучення, обробки, передачі інформації чи енергії з метою управління процесами або об'єктами з використанням радіохвиль. Розглянемо основні категорії, що увійшли до визначення РТС: інформація; вилучення інформації; обробка інформації; передача інформації; передача енергії; устрій, система; радіохвилі; керовані процеси і об'єкти; користування радіохвиль.
Інформація - сукупність відомостей:
- Про наявність або відсутність об'єктів у тому чи іншому ділянці простору спостереження;
- Про клас, тип спостережуваних об'єктів;
- Про геометричних і фізичних характеристиках і властивостях спостережуваних об'єктів;
- Про координати і параметри руху спостережуваних об'єктів;
- Про навігаційних координатах і параметрах переміщення повітряного морського, наземного об'єкта;
- Про будь-які характеристики об'єктів, суб'єктів, процесів, подій, явищ природи і суспільства, представлених у вигляді повідомлень, тобто сукупності деяких знаків і символів без обліку їх смислового (семантичного) змісту.
Витяг первинної інформації - процес формування одиничних рішень про наявність, класі і одиничних оцінок координат і параметрів руху об'єктів при обмеженому часі і просторі обмеженою спостереження, координатами об'єкта в сферичній системі є азимут, кут місця і дальність щодо пункту спостереження. Під параметрами руху об'єктів розуміються похідні змінюються координат за часом.
Первинна інформація про об'єкти спостереження міститься в тимчасових, просторових, поляризаційних характеристиках прийнятих сигналів (електромагнітних полів) і витягується з цих сигналів (полів) шляхом аналізу, тобто просторово-часової та поляризаційної обробки на тлі завад.
Обробка інформації - об'єднання первинної інформації (одиничних рішень і одиничних оцінок) за часом (вторинна обробка) і по простору (третинна обробка) з метою поліпшення характеристик виявлення, розпізнавання та вимірювання.
Передача інформації - транспортування будь-яких повідомлень з одного пункту простору в інший за допомогою радіохвиль, в основному, в інтересах об'єднання (обробки) інформації та управління поведінкою або переміщення об'єктів і процесів з використанням додаткових виконавчих ланок (рулів, пристроїв відтворення звуку, зображення, тексту і т.п.).
Передача енергії - транспортування енергії за допомогою електромагнітного поля в певне місце простору, в основному, в інтересах безпосереднього управління фізичними, хімічними та біологічними процесами на основі явищ взаємодії поля з речовиною на атомному, молекулярному і клітинному рівнях.
Радіохвилі різних частотних діапазонів мають свої особливості поширення, затухання та відображенні (розсіювання) при взаємодії з об'єктами спостереження, земною поверхнею, атмосферою, неоднорідними шарами тропосфери та іоносфери. Це багато в чому визначає можливості їх використання в РТС різного призначення.
Пристрій .. система. Два ієрархічних рівня радіотехнічних засобів: елемент, вузол, каскад, блок. устрій, система. комплекс.
Керовані об'єкти-рухомі і нерухомі; космічні, повітряні, морські і наземні; ергатичних (за участю людини) і автоматичні (без участі людини). Управління може бути пов'язано з необхідним переміщенням або з певною поведінкою об'єкта.
Керовані процеси - фізичні (управління на атомному рівні), хімічні (управління на молекулярному рівні), біологічні (управління на клітинному рівні), психологічні (управління на рівні індивідуального відчуття і свідомості), соціальні (управління на рівні колективної свідомості). Суть управління полягає у розвитку процесу в потрібному напрямку.
Використання радіохвиль мається на увазі не тільки на етапі видобування, обробки і передачі інформації, але і на етапі управління процесами або об'єктами. Справа в тому, що управління припускає, але користування не тільки інформації, але і енергії, яка може доставлятися до місця її споживання різними способами, в тому числі і за допомогою електромагнітного поля. Таким чином, у радіотехнічних системах електромагнітне поле використовується, в першу чергу, як інформаційне засіб, але воно може бути використане і як засіб безпосереднього енергетичного впливу на керовані об'єкти або процеси.
Склад і класифікація РТС і їх застосування.
Радіотехнічні системи з урахуванням особливостей їх функціонального призначення можна розділити на 4 групи:
- Радіолокаційні системи (РЛС);
- Радіонавігаційні системи (РНС);
- РТС передачі інформації (РТС ПІ);
- РТС передачі енергії (РТС ПЕ).
Радіолокаційна система в загальному випадку складається з одного або декількох радіопередавальних пристроїв, що забезпечують формування зондуючого сигналу (сигналу підсвітки), одного або декількох радіоприймальних пристроїв, що забезпечують або прийом розсіяного (відбитого) об'єктом спостереження зондуючого сигналу (сигналу підсвітки), або прийом власного радіовипромінювання об'єкта спостереження , і на подобу просторово-часової та поляризаційної обробки сигналу та добування інформації про об'єкт спостереження для деякого споживача.
Радіонавігаційна система в загальному випадку складається з однієї або декількох радіонавігаційних точок (РНТ) з апріорно відомими координатами й параметрами руху, випромінюючих узгоджені за часом, частоті і фазі деякі сигнали, радіоприймального обладнання об'єкта навігації і розташованого там же пристрої просторово-часової та поляризаційної обробки сигналів від різних РНТ вилучення інформації про навігаційні параметрах, координатах і параметри руху об'єкту навігації в інтересах управління його поведінкою і рухом.
Радіотехнічна система передачі інформації (РТС ПІ) у загальному випадку складається з пристрою об'єднання (ущільнення) повідомлень від декількох джерел, пристрої кодування, тобто перетворення групового повідомлення в сигнал, каналу зв'язку, що складається з радіосигнали і радіоопріемного пристроїв з антенами, середовища поширення радіохвиль, пристрої декодування, тобто перетворення прийнятого сигналу в групове повідомлення, і пристрої поділу повідомлень по каналах (адресатам або одержувачам повідомлень (рис. 0.3). Тут просторово-тимчасова і поляризаційна обробка сигналу з метою отримання інформації здійснюється в антені, РПрУ декодері і пристрої поділу каналів.
Радіотехнічна система передачі енергії (РТС ПЕ) у загальному випадку складається з сукупності радіоприймальних пристроїв - рецепторів, пристрої просторово-часової та поляризаційної обробки сигналу та добування інформації про координати джерела випромінювання йди розсіювання (відображення), сукупності радіпередающіх пристроїв і випромінювачів, що формують сигнал з амплітудно-фазовим розподілом, яке забезпечує когерентне додавання випромінюваних коливань, тобто фокусування НВЧ-енергії, в задану зону, що знаходиться в околиці джерела випромінювання або розсіювання (відображення).
Завдання РТС і принципи їх вирішення.
Незважаючи на різноманітність РТС, можна виділити спільні завдання, які вирішуються усіма РТС:
- Виявлення сигналу;
- Розпізнавання-розрізнення сигналів,
- Намір параметрів сигналу.
Виявлення сигналу полягає у встановленні факту наявності сигналу у певному елементі простору спостереження. Наявність або відсутність сигналу ототожнюється з наявністю або відсутністю символу повідомлення для РТС ПІ або об'єкта спостереження (випромінювання, розсіювання, відбиття) у певній ділянці простору спостереження для інших систем.
Розпізнавання-розрізнення сигналів полягає у встановленні приналежності виявленого сигналу до певного типу, виду із заданої множини. В основі класифікації сигналів лежать відмінності між ними: енергетичні, за формою, тимчасові, частотні (спектральні), просторові, поляризаційні, статистичні. Класифікація сигналів еквівалентна розпізнаванню об'єктів спостереження в РЛС, розрізненню повідомлень у багатоканальних РТС ПІ.
Вимірювання параметрів сигналу ототожнюється з визначенням координат і параметрів руху об'єктів спостереження для РЛС і РТС ПІ або з відтворенням переданого повідомлення для РТС ПІ. Вимірюваними параметрами сигналів є час запізнювання і доплеровское зсув частоти прийнятого сигналу щодо випроміненого, нахил і кривизна хвильового фронту прийнятого сигналу.
Основні технічні характеристики.
Основними показниками РТС є:
- Характеристики виявлення
- Характеристики розпізнавання - розрізнення
- Точності
- Роздільна здатність
- Дальність (зона) дії
- Перешкодозахищеність
-Електромагнітна сумісність
- Надійність
- Вартість
До характеристик виявлення відносяться умовні ймовірності прінімаесих рішень про наявність чи відсутність сигналі. Через дії перешкод, обмежених часу і простору спостереження, випадкового характеру сигналу прийняті рішення не можуть бути достовірними. Залишається лише прагнути до того, щоб ймовірності правильних рішень були ближче до одиниці, а ймовірності помилкових (помилкових) рішень були ближче до нуля.
До характеристик розпізнавання-розрізнення відносяться умовні ймовірності прийнятих рішень, пов'язаних з класифікацією сигналів. Тут, як і в задачі виявлення, ймовірності правильного розпізнавання-розрізнення повинні бути ближче до одиниці, а ймовірності помилкового розпізнавання-розрізнення ближче до нуля.
До точності відносяться помилки вимірювання та відтворення параметрів сигналів, що приймаються, які повинні бути мінімальними.
Під роздільної здатності РТС розуміють здатність розрізняти спостерігати (виявляти, розпізнавати - розрізняти, вимірювати параметри) декілька сигналів. Мірою дозволу є мінімальна різниця однойменних параметрів двох сигналів (часу запізнювання, доплерівського зсуву частоти, параметрів хвильового фронту), при якій вони спостерігаються роздільно за умови, що всі інші параметри цих сигналів однакові.
Під електромагнітної сумісності розуміється здатність РТС виконувати свої функції з заданою якістю в умовах ненавмисних перешкод з боку радіоелектронних засобів, що входять в цю РТС і в навколишні її РТС.
Сучасні тенденції у розвитку приладів і апаратів для наукових і клінічних досліджень базуються як на фундаментальних знаннях біологічної і медичної науки, так і на широкому використанні досягнень фізики, хімії, інформаційної техніки, мікроелектронної технології, нових матеріалів. Наукові основи медичного приладобудування охоплюють великий комплекс міждисциплінарних знань і методів від мікро-нано-механіки; до рекордно тонких аналітичних методів, засобів сприйняття та комп'ютерної математичної обробки біологічних сигналів на граничному енергетичному рівні.
При загальних високих темпах зростання (у 5-6 разів більше за останні 10 років) обсягу продажів у світі медичної апаратури і розширенні номенклатури цих виробів особливо швидкий ріст спостерігається в галузі наукомістких високотехнологічних виробів. Це забезпечується за рахунок вдосконалення нових моделей традиційного призначення і за рахунок приладів, що реалізують нові дослідницькі та клінічні методики. Таким чином, можна говорити про появу на широкому ринку в практиці клінічного використання в короткі терміни (змінюваність кожні 3-5 років) нових поколінь приладів з усіх важливих клінічним напрямках.
Вітчизняною промисловістю, за даними за 2000/2005 р., випускається більше 1600 типів вироби (без інструментарію і лікарняного обладнання), які представляють усі найважливіші групи медичних приладів і апаратів різного клінічного призначення. В останні роки в оснащенні лікувальних установ істотно зросла частка імпортної техніки, що перевищила у вартісному вираженні обсяги вітчизняного виробництва (табл. 1).
Тенденції розвитку медичного приладобудування найбільш повно проявляються в наступних групах приладів та апаратів, що забезпечують реалізацію найбільш ефективних лікувальних і діагностичних медичних методик з використанням сучасних досягнень у різних галузях технічних наук і технологій:
I. Системи і апаратура топічної діагностики.
II.Автоматізірованние системи і прилади функціональної діагностики та багатопараметричного моніторингу.
III.Техніческіе засоби життєзабезпечення організму та заміщення внутрішніх органів, хірургічна апаратура.
IV. Апарати й комплекси для терапії. V. Прилади й системи лабораторної діагностики.
Системи і апаратура топічної діагностики
Не викликає сумнівів, що швидка та точна діагностика захворювань є не лише медичною, але і економічною категорією.
Застосування високоінформативних, неінвазивних методів діагностики, в тому числі на догоспітальному періоді, дозволяє скоротити перебування хворого на ліжку і раніше повернути його до активного трудового життя.
За даними ВООЗ, понад 75% діагнозів встановлюється променевими методами, іншими словами, методами топічної діагностики (класична рентгенологія, комп'ютерна рентгенівська магнітно-резонансна томографія, УЗД, радіонуклідна діагностика).
Висока ефективність цих методів призвела в останні два десятиліття до бурхливого розвитку технічних засобів топічної діагностики.
Світовий ринок систем і комплексів цього класу апаратури досяг у 1996 р . 12 млрд. доларів, ринок США - 3,6 млрд. доларів.
Зміни в продажах у групах виробів топічної діагностики, наприклад, в США і в Росії за 10 років характеризуються показниками, наведеними на рисунку. Необхідно відзначити, що всі вище перераховані групи технічних засобів топічної діагностики зберігають свої позиції з точки зору потреби медицини, хоча має місце явно виражений зростання у напрямку УЗ - апаратури.
Тенденції до розвитку систем і апаратів топічної діагностики можна коротко охарактеризувати наступним чином:
Таблиця 1
Укрупненная характеристика промисловості медичного приладобудування в Росії (2000/2005 р.)
- В області рентгенодіагностичної апаратури (РДА) - перехід до "безплівкової" технології, "оцифровки" зображення на ранній стадії, тобто перетворення енергії рентгенівського випромінювання в електронну інформацію замість плівкових касет. Це дозволяє не тільки підвищити інформативність зображення, але й істотно знизити променеве навантаження;
- Поява, на ринку комп'ютерних: рентгенівських томографів (КРТ) зі спіральним розгорткою зображення з надшвидким отриманням кадру зображення (аж до 0,05 с), що дозволило з високим ступенем достовірності діагностувати на ранній стадії серцево-судинні та легеневі аномалії, більш Широко використовувати КРТ для функціональних досліджень;
- Подальше удосконалення магнітно-резонансних томографів (МРТ) зі "середнім" і "низьким" значенням напруженості магнітного поля. Багато фірм перейшли на конструкцію з постійними магнітами, поліпшені швидкодію і роздільна здатність; впроваджені пристрої для забезпечення візуалізації з малим полем зору. МР томографи стали використовуватися також і для функціональних досліджень серця, головного мозку і інших органів для магнітно-резонансної спектроскопії тканин;
- Значні технологічні удосконалення в області ультразвукової (УЗ) медичної техніки - колірне кодування УЗ-доплерівської інформації та картування, впровадження апаратури з високошвидкісними процесами. За прогнозами західних фахівців розвиток УЗ-апаратури та обсяги її продажів у найближчі 2-3 роки будуть відбуватися випереджаючими темпами;
- Продовжує утримувати свої позиції в променевій діагностиці ядерна медицина (ЯМ) (радіонуклідна діагностика). Це обумовлено подальшим вдосконаленням радіодіагностичної апаратури і створенням нових радіофармпрепаратів. Конструювання емісійних томографів з прямокутними детекторами 1-3 на одному штативі, більш досконалі методи обробки сигналів і пр. дозволили медикам отримувати діагностичну інформацію, недоступну іншим технічним способам; про функціональний стан і метаболізмі серця, головного мозку, нирок, печінки і, інших органів;
- Автоматизовані робочі місця (АРМ), системи архівації і передачі зображення (РАС5) (внутрішньо-і міжлікарняні), телерадіології - всі ці медико-технологічні новації викликають все більший інтерес у променевих діагностів.
- Визнання усіма, провідними фірмами стандарту DICOM 3.0 дозволило об'єднати в єдині мережі продукцію різних фірм. Останнім часом все більша увага приділяється взаємодії РАCS з загальнолікарняній інформаційною системою.
ЛІТЕРАТУРА
1. В.С. Камишніков. Довідник з клініко-біохімічної лабораторній діагностиці. М. "Білорусь" 2007.
2. Довідник з функціональної діагностики. Під заг. ред. І.А. Кассирський. Вид. "Медицина". М.2000.
3. Системи комплексної електромагнітотерапіі. Під ред. А.М. Беркутова, В. І. Жулев, Г.А. Кураєва, Є.М. Прошина. М. Біном 2005.
Сучасні тенденції у розвитку приладів і апаратів для наукових і клінічних досліджень базуються як на фундаментальних знаннях біологічної і медичної науки, так і на широкому використанні досягнень фізики, хімії, інформаційної техніки, мікроелектронної технології, нових матеріалів. Наукові основи медичного приладобудування охоплюють великий комплекс міждисциплінарних знань і методів від мікро-нано-механіки; до рекордно тонких аналітичних методів, засобів сприйняття та комп'ютерної математичної обробки біологічних сигналів на граничному енергетичному рівні.
При загальних високих темпах зростання (у 5-6 разів більше за останні 10 років) обсягу продажів у світі медичної апаратури і розширенні номенклатури цих виробів особливо швидкий ріст спостерігається в галузі наукомістких високотехнологічних виробів. Це забезпечується за рахунок вдосконалення нових моделей традиційного призначення і за рахунок приладів, що реалізують нові дослідницькі та клінічні методики. Таким чином, можна говорити про появу на широкому ринку в практиці клінічного використання в короткі терміни (змінюваність кожні 3-5 років) нових поколінь приладів з усіх важливих клінічним напрямках.
Вітчизняною промисловістю, за даними за 2000/2005 р., випускається більше 1600 типів вироби (без інструментарію і лікарняного обладнання), які представляють усі найважливіші групи медичних приладів і апаратів різного клінічного призначення. В останні роки в оснащенні лікувальних установ істотно зросла частка імпортної техніки, що перевищила у вартісному вираженні обсяги вітчизняного виробництва (табл. 1).
Тенденції розвитку медичного приладобудування найбільш повно проявляються в наступних групах приладів та апаратів, що забезпечують реалізацію найбільш ефективних лікувальних і діагностичних медичних методик з використанням сучасних досягнень у різних галузях технічних наук і технологій:
I. Системи і апаратура топічної діагностики.
II.Автоматізірованние системи і прилади функціональної діагностики та багатопараметричного моніторингу.
III.Техніческіе засоби життєзабезпечення організму та заміщення внутрішніх органів, хірургічна апаратура.
IV. Апарати й комплекси для терапії. V. Прилади й системи лабораторної діагностики.
Системи і апаратура топічної діагностики
Не викликає сумнівів, що швидка та точна діагностика захворювань є не лише медичною, але і економічною категорією.
Застосування високоінформативних, неінвазивних методів діагностики, в тому числі на догоспітальному періоді, дозволяє скоротити перебування хворого на ліжку і раніше повернути його до активного трудового життя.
За даними ВООЗ, понад 75% діагнозів встановлюється променевими методами, іншими словами, методами топічної діагностики (класична рентгенологія, комп'ютерна рентгенівська магнітно-резонансна томографія, УЗД, радіонуклідна діагностика).
Висока ефективність цих методів призвела в останні два десятиліття до бурхливого розвитку технічних засобів топічної діагностики.
Світовий ринок систем і комплексів цього класу апаратури досяг у
Зміни в продажах у групах виробів топічної діагностики, наприклад, в США і в Росії за 10 років характеризуються показниками, наведеними на рисунку. Необхідно відзначити, що всі вище перераховані групи технічних засобів топічної діагностики зберігають свої позиції з точки зору потреби медицини, хоча має місце явно виражений зростання у напрямку УЗ - апаратури.
Тенденції до розвитку систем і апаратів топічної діагностики можна коротко охарактеризувати наступним чином:
Таблиця 1
Укрупненная характеристика промисловості медичного приладобудування в Росії (2000/2005 р.)
| Група виробів | Кіль-під під-приємств | Количест-во виробів | Обсяг про-виробництва | Світовий обсяг продажів | ||||||||||||
| абс. | % | абс. | % | млрд руб. | % | млрд дол | % | |||||||||
| Топічна діаг- | ||||||||||||||||
| ностика | 86 | 17 | 300 | 19 | 120 | 15 | 12,0 | 40 | ||||||||
| Функціональна | ||||||||||||||||
| діагностика | 113 | 23 | 230 | 14 | 200 | 25 | 4,0 | 14 | ||||||||
| Життєзабезпечення- | ||||||||||||||||
| ня, реанімаційних- | ||||||||||||||||
| ція, хірургія | 60 | 12 | 220 | 14 | 120 | 15 | 4,0 | 13 | ||||||||
| Терапія | 186 | 37 | 710 | 44 | 320 | 40 | 4,0 | 13 | ||||||||
| Лабораторна ді- | ||||||||||||||||
| агностика | 55 | 11, | 140. | 9 | 40 | 5 | 6,0 | 20 | ||||||||
| Всього ... | 500 | 100 | 1600 | 100 | 800 | 100 | 30,0 | 100 | ||||||||
- Поява, на ринку комп'ютерних: рентгенівських томографів (КРТ) зі спіральним розгорткою зображення з надшвидким отриманням кадру зображення (аж до 0,05 с), що дозволило з високим ступенем достовірності діагностувати на ранній стадії серцево-судинні та легеневі аномалії, більш Широко використовувати КРТ для функціональних досліджень;
- Подальше удосконалення магнітно-резонансних томографів (МРТ) зі "середнім" і "низьким" значенням напруженості магнітного поля. Багато фірм перейшли на конструкцію з постійними магнітами, поліпшені швидкодію і роздільна здатність; впроваджені пристрої для забезпечення візуалізації з малим полем зору. МР томографи стали використовуватися також і для функціональних досліджень серця, головного мозку і інших органів для магнітно-резонансної спектроскопії тканин;
- Значні технологічні удосконалення в області ультразвукової (УЗ) медичної техніки - колірне кодування УЗ-доплерівської інформації та картування, впровадження апаратури з високошвидкісними процесами. За прогнозами західних фахівців розвиток УЗ-апаратури та обсяги її продажів у найближчі 2-3 роки будуть відбуватися випереджаючими темпами;
- Продовжує утримувати свої позиції в променевій діагностиці ядерна медицина (ЯМ) (радіонуклідна діагностика). Це обумовлено подальшим вдосконаленням радіодіагностичної апаратури і створенням нових радіофармпрепаратів. Конструювання емісійних томографів з прямокутними детекторами 1-3 на одному штативі, більш досконалі методи обробки сигналів і пр. дозволили медикам отримувати діагностичну інформацію, недоступну іншим технічним способам; про функціональний стан і метаболізмі серця, головного мозку, нирок, печінки і, інших органів;
- Автоматизовані робочі місця (АРМ), системи архівації і передачі зображення (РАС5) (внутрішньо-і міжлікарняні), телерадіології - всі ці медико-технологічні новації викликають все більший інтерес у променевих діагностів.
- Визнання усіма, провідними фірмами стандарту DICOM 3.0 дозволило об'єднати в єдині мережі продукцію різних фірм. Останнім часом все більша увага приділяється взаємодії РАCS з загальнолікарняній інформаційною системою.
ЛІТЕРАТУРА
1. В.С. Камишніков. Довідник з клініко-біохімічної лабораторній діагностиці. М. "Білорусь" 2007.
2. Довідник з функціональної діагностики. Під заг. ред. І.А. Кассирський. Вид. "Медицина". М.2000.
3. Системи комплексної електромагнітотерапіі. Під ред. А.М. Беркутова, В. І. Жулев, Г.А. Кураєва, Є.М. Прошина. М. Біном 2005.