Автоматизация медицинской установки для лазерной терапии

Автоматизация медицинской установки для лазерной терапии

Отрасли, категории, применение: Медицина и биотехнологии

Краткое описание:

Цель проведенного исследования -   автоматизация устройства для лазерной терапии. Решались следующие задачи: разработка  методики управления лазерным излучением  для терапии; разработка  системы управления световым излучением для медицинских установок, применяемых в физиотерапии; создание  модели управления световым потоком для управляемой лазерной терапии. При решении поставленных задач использовалась теория взаимодействия оптического излучения с биологической средой организма. Экспериментальные исследования базировались на применении методов измерительной техники, оптоэлектронных приборов и средств компьютерного программирования. Программирование и математические расчеты проводились с помощью высокоуровневой среды  графического программирования   NI LabVIEW  компании National Instruments. В результате проведенного исследования автоматизирована установка для лазерной терапии, которая позволит обеспечить возможность оперативного контроля   и  коррекции состояния пациента, диагностики кровотока до, во время и после сеанса лазерной терапии.

Организация

ТюмГНГУ

Описание решения

Постановка задачи

В современных условиях возрастает интерес к лазерной терапии. Шире применяются принципы управления медицинской техникой и биосистемой для улучшения результатов лечения болезней человека [1,2,3]. Использование лазерных устройств с биоуправлением и биосинхронизацией позволяет снизить энергетическую нагрузку на организм больного и повысить эффективность физиотерапии. Благодаря синхронизации изменений интенсивности лазерного воздействия и изменений кровенаполнения тканей расширяется диапазон положительных реакций клеток и уменьшается вероятность передозировки лазерного воздействия [4]. Согласование путем перестройки местного кровотока в области патологии с центральным кровотоком усиливает взаимосвязь и интегральную целостность всего организма. В последние годы становится актуальной разработка теоретических моделей процессов лазерного возбуждения сигналов в жидких средах, которые можно применить в физиотерапии и использовать лазерные сигналы для управления кровотоком.

Цель исследования - автоматизация устройства для лазерной терапии. Для достижения цели были поставлены следующие задачи: разработка методики управления лазерным излучением для терапии; разработка системы управления световым излучением для медицинских установок, применяемых в физиотерапии; создание модели управления световым потоком для биоуправляемой лазерной терапии.

Используемое оборудование и программное обеспечение

Экспериментальные исследования базировались на применении методов измерительной техники, оптоэлектронных приборов и средств компьютерного программирования. Программирование и математические расчеты проводились с помощью высокоуровневой среды графического программирования NI LabVIEV 7.0 с аппаратным модулем DIN-50S и контроллером реального времени PCI «Match Maker».

Решение

В ходе численного эксперимента время моделирования составляло 30 секунд. Амплитуда нарушенных сигналов в начальный момент времени была в 1,5 меньше амплитуды эталонной реограммы. Постоянная времени моделирования составляло 1 миллисекунду. На представленных ниже графиках показан пример формирования управляющего сигнала для некоторых нарушений кровотока в биоткани (рис. 1). На представленных рисунках, для лучшей различимости сигналов, более подробно отображен начальный временной отрезок длительностью 1 секунду. (100 миллисекунд).

Разработанный метод управления лазерной установкой основан на синхронизации фаз притока (анакроты) и оттока крови (катакроты) в области патологического очага с фазами сужающегося и расширяющегося лазерного пятна на проекции данного патологического очага. Предполагается, что сужающееся на проекции патологического очага пятно лазерного луча будет активировать приток крови к центру пятна (рис. 2а), а расширяющееся (рис. 2б) – положительно влиять на отток крови в направлении от центра пятна к его периферии.

В настоящем эксперименте вопрос синхронизации эталонного и измеренного сигнала является ключевым и представляет собой предмет дальнейших исследований. Метод управления дает возможность оперативного контроля состояния пациента и диагностики кровотока до, во время и после сеанса лазерной терапии. Разработка обеспечивает возможность адаптивной индивидуальной коррекции и оптимизации параметров воздействия в ходе сеанса и курса лечения. Для реализации метода управления лазерным излучением разработано устройство для физиотерапии.

Как показано на рис. 3, данное устройство состоит из: 1- корпуса; 2 - направляющей трубки; 3 - внутреннего световода с градациями от 0 до 10 для фиксации проксимального конца толкателя - 4, 5 - узла фиксации проксимального конца внутреннего световода; 6 - узла фиксации дистального конца внешнего световода; 7 - диафрагмы, 8 - оптической системы; 9 - диска с отверстиями для различной фиксации проксимального конца толкателя - 10 и с отверстиями для фиксации диафрагмы на диаметрально противоположную сторону-11; 12 - толкателя; 13 - электродвигателя; 14 - реостата; 15 - тахометра; 16 - выключателя; 17 - ремня; 18 - ручки, 19 - провода источника питания; 20 - сменной насадки из оптически прозрачного материала. Таким образом, в результате проведенного исследования автоматизирована установка для лазерной терапии, которая позволит обеспечить возможность оперативного контроля и коррекции состояния пациента, диагностики кровотока до, во время и после сеанса лазерной терапии. Полученный управляющий сигнал в режиме реального времени может быть преобразован в токовый сигнал, управляющий позиционированием и мощностью лазера.

Список литературы

1. Баранов В.Н. Повышение эффективности применения лазерного терапевтического аппарата «АГИН-01» в гинекологии с использованием метода пальцевой фотоплетизмографии / В.Н. Баранов, Е.Л. Малиновский, В.А. Новиков, Т.В. Баимова, Р.А. Хизбуллин // Казанский медицинский журнал. – 2010. - Т.ХСI (№4)
2. Баранов В.Н. Особенности управления излучением лазера в терапевтическом биоуправляющем устройстве / В.Н. Баранов// Материалы Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященной 50-летию ТИИ-ТюмГНГУ. Тюмень, 2013.
3. Серов В.Н. Лазеротерапия в ранней реабилитации родильниц / В.Н. Серов, Ю.В. Кубицкая // Материалы IY съезда акушеров-гинекологов России. - Москва, 2008.
4. Хлынов М.А. Принципы построения и аппаратурная реализация многофункциональных терапевтических устройств / М.А. Хлынов, В.Н. Баранов, Р.Р. Рашев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2011. - №4 (20)

 

 

 

Решения опубликованы на основании докладов из сборников трудов ежегодной конференции "Инженерные , научные и образовательные приложения на базе технологий National Instruments" с 2011 по 2014 гг.



 

© 2017 National Instruments Russia. All rights reserved.
Яндекс.Метрика