Модели и алгоритмы биоуправления в компьютерной системе миллиметровой терапии с гексагональной схемой матричного излучателя и клиническая ее эффективности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат медицинских наук Швец, Максим Владимирович

• Швец, Максим Владимирович
• кандидат медицинских наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат медицинских наук Швец, Максим Владимирович

ВВЕДНИЕ.!•.

1. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИЙ ЛЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НИЗКОИНТЕНСИВНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ КРАЙНЕ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН.

1.1. Биотропные параметры миллиметровых волн и способы их рецепции биологическими объектами.*.

1.2. Аппаратные средства для генерации детерминированного и шумового спектра миллиметровых волн.

1.3.Способы оптимизации воздействия преформированными физическими факторами и методы оценки их эффективности.

1.4. Цель и задачи исследования.

2.СОСТАВ ИССЛЕДУЕМЫХ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ И ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

2.1. Модели патологических состояний эндометрия и миометрия на основе параболической зависимости симптомов. Формализация признаков для дифференциальной диагностики метроэндометрита, диффузной формы эндометриоза и фибромиомы.

2.2. Модель микроструктуры ритма сердца на основе информационного анализа. Модуль автоматического ввода в ЭВМ межпульсового интервала.

Выводы второй главы.

3. СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ РЕЦЕПЦИИ И РЕТРАНСЛЯЦИИ МИЛ

ЛИМИТРОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ. ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ МОДЕЛИ КОММУТАЦИИ ЛАВИННО-ПРОЛЕТНЫХ ДИОДОВ В ГЕКСОГОНАЛЬНОЙ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ МАТРИЦЕ. МОДЕЛИ МЕТРОНОМИЗИРОВАННОГО ДЫХА

3.1. Пространственная структура ДНК, реализующая эффект вращающегос электромагнитного поля.

3.2. Разработка кодифицированных моделей воздействия при помощи компью терной программно-управляемой миллиметровой терапии.6i

3.3. Модели сочетанного матричного миллиметрового воздействия на фон метрономизированного дыхания.6!

Выводы третьей главы.7!

4. ВЕРИФИКАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ АВ

ТОМАТИЗИРОВАННОЙ КЛАССИФИКАЦИИ И ПРОГРАММНО

УПРАВЛЯЕМОЙ МАТРИЧНОЙ МИЛЛИМЕТРОВОЙ ТЕРАПИИ НЕКОТО

РЫХ ГИНЕКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ.8(

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы биоуправления в компьютерной системе миллиметровой терапии с гексагональной схемой матричного излучателя и клиническая ее эффективности»

Актуальность темы. Рассматривая разработку аппаратных средств для КВЧ-терапии в историческом аспекте, следует выделить четыре основных направления. Первое связано с использованием детерминированного спектра частот в аппаратах на лампе обратной волны и диодов Ганна в аппаратах «Явь» московской школы [26] и «Электроника» киевской школы [24]. Второе направление привело к разработке устройств генерации шумоподобных сигналов в КВЧ-диапазоне на базе лавинопролетных диодов [95,16,37].

Третье направление работ связано с попыткой дополнительной модуляции шумового сигнала ритмами, связанными с биологическими процессами человека. Так, на базе данных идей [100] разработали миниатюрный информационно-терапевтический автогенератор, излучающий биомодулированный спектр частот в инфракрасном, красном и миллиметровом диапазоне длин волн (МИ-НИТАГ - Патент № 2156106) для лечения различных заболеваний.

В рамках третьего направления успешно развивается и такая его ветвь, как электромагнитная гомеопатия. Для ее аппаратной реализации был разработан новый тип твёрдотельного носителя информации — кристалл GaAs диода г | о

Ганна [20]. Сверхнизкие уровни (10 -10 ) Вт/см миллиметрового излучения выполняют синхронизирующую и корригирующую роль, восстанавливая физиологическое равновесие поражённых органов.

Четвертое направление основывается на фундаментальных принципах хронобиологии, учитывающих иерархию управления и цикличность процессов метаболизма в организме человека.

В литературе по экспериментальным исследованиям описаны попытки модуляции миллиметрового воздействия пульсовым выбросом конкретного пациента и «чужими биоритмами», предварительно записанными на магнитную ленту [55,102].

Однако синхронизация воздействия с одним лишь важным параметром гемодинамики не может полностью решить проблему оптимизации физиотерапевтического воздействия. Это стало известно из работ, в которых было показано, что биологические коды являются многочастотными, а эффективность их зависит от определенного соотношения в сложно модулированном суммарном сигнале [40]:

Еще в 1993- г. исследователи [75] впервые разработали, а впоследствии запатентовали биотехническую-систему [76], работающую на принципах- биологической обратной связи и предназначенную для автоматического выбора резонансной частоты в КВЧ-диапазоне. Необходимо подчеркнуть, что в этой работе также впервые, было продемонстрировано успешное применение, как широкополосной частотной, так и амплитудной модуляции несущего КВЧ-сигнала биоритмами пациента. Клиническое подтверждение рассмотренных выше идей было получено при лечении осложненной-язвенной болезни при помощи биоуправляемого способа миллиметровой терапии [70, 1Г4].

В 1996- г. [72] рассмотрели и запатентовали принципы биоуправления при использовании лавинопролетных диодов в биотехнической системе «Син-хропульсар - ММ» для КВЧ-терапии. В этой системе биологическая обратная связь включает дыхательную и сердечно-сосудистую систему, датчик дыхания и пульса, сумматор, широко импульсный модулятор (ШИМ), волновод с излучателем антенной.

Биоуправление изменением воздействия ЭМИ- заключается в циклических колебаниях постоянного напряжения (U = IR) в диапазоне 0,5 - 15,0 В в блоке ШИМ, создаваемых суммарным сигналом, пульса- и дыхания. В апреле 1997 года, разработанная авторами биоуправляемая система для КВЧ-терапии экспонировалась на- международной выставке в Женеве и была отмечена дипломом и награждена серебряной медалью [131]. Способ оказался высокоэффективным для коррекции реологических свойств крови у больных гипертонической болезнью [73].

Рассмотрен и матричный способ реализации миллиметрового воздействия на основе трех лавинопролетных диодов [43,115]. Способ был основан на хронобиологических принципах модуляции с использованием параметров биологической обратной связи. В разработанной авторами системе эффективно функционировали всего только три программы воздействия, предназначенные для коррекции иммунологических и реологических нарушений у больных сахарным диабетом. Эти ограничения были связаны с аппаратной системой реализации миллиметрового излучения и использованием в ней ПЗУ. Следовательно, актуальным является разработка компьютерных программно-управляемых систем миллиметровой терапии, основанных на матричном способе их реализации.

Работа выполнена в соответствии с планами проблемной комиссии по хронобиологии и хрономедицине РАМН, а также с одним из основных научных направлений БелГУ: «Разработка универсальных методологических приемов хронодиагностики и биоуправления на основе биоциклических моделей и алгоритмов с использованием параметров биологической обратной связи».

Цели и задачи исследования: разработка системных приемов биоуправления, направленных на индивидуализацию и усиление эффективности воздействия, связанных с созданием и использованием матричного специализированного устройства в компьютерной программно-управляемой системе для миллиметровой терапии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ перспективных направлений, связанных с решением усиления эффективности лечебных технологий с использованием матричного миллиметрового воздействия, реализованного на принципах компьютерного биоуправления; создать вероятностные модели патологических состояний, относящихся к гинекологическим заболеваниям и предназначенных для классификации мет-роэндометрита, эндометриоза и диффузной формы фибромиомы; разработать общие структурные модели рецепции миллиметровых волн на основе гексагональной схемы матричного излучателя; сформировать модели и алгоритмы программного управления интенсивностью воздействия, основанные на избирательном использовании шести матричных излучателей электромагнитных полей КВЧ-диапазона посредством синхронизации их с параметрами биологической обратной связи; провести клиническую оценку результатов исследований по влиянию электромагнитного излучения крайне высокой частоты миллиметрового диапазона длин волн на основе гексагональной схемы матричного излучателя на динамику патологического процесса при некоторых гинекологических заболеваниях.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, моделирования, математической статистики, методы регистрации и анализа электрофизиологической информации в виде вариабельности ритма сердца (ВРС- HRV), информационный анализ HRV и ЭЭГ.

Научная новизна результатов исследования. В работе получены следующие научные результаты, характеризующиеся новизной: система квантования параметров в совокупности представляющая кодифицированные модели, реализующие эффекты вращающегося электромагнитного поля, отличающаяся гексагональным расположением излучателей в подводящей матрице; хронодиагностические алгоритмы для компьютерной программно-управляемой миллиметровой терапии, отличающиеся биоциклическим принципом управления воздействием крайне высоко частотного излучения в гексагональной матрице; структура моделей и алгоритмов компьютерного управления интенсивностью воздействия, направленная на оптимизацию лечебного воздействия, отличающаяся дифференцированным использованием гексагональной излучающей матрицы, синхронизированной параметрами биологической обратной связи; структура и алгоритмы анализа и обработки клинической информации в виде автоматизированного модуля, направленные на, распознавание метроэн-дометрита, эндометриоза и диффузного фиброматоза и отличающиеся способом кодирования информации в форме параболической зависимости симптомов.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основе проведенных исследований решена задача синхронизации воздействующего физического фактора шести КВЧ-генераторов с параметрами артериальной и венозной составляющей капиллярного кровотока. Подобный подход' обеспечивает увеличение эффективности лечебного воздействия за счет использования мульти-параметрической обратной связи, включающей ритмы пульса и дыхания, ритмы элонгации и перераспределения кровотока.

Реализованные алгоритмы управления скважностью несущего терапевтического сигнала, процедурой циклического функционирования с паузами работы и отдыха, соответствующие пятиминутным биоритмам перераспределения кровотока, позволили снизить общую дозу воздействия.

Разработанные модели и алгоритмы измерения циклов воздействия по биологическим интервалам пациента, а не по физическим секундам обеспечили индивидуализацию физиотерапевтического лечения.

Разработанные алгоритмы разграничения метроэндометрита, эндомет-риоза, диффузного фиброматоза повысили эффективность отбора больных для проведения лечения.

Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры пропедевтики внутренних болезней Белгородского государственного университета, в лечебную практику физиотерапевтического отделения муниципальной городской клинической больницы №1.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Международной научно-практической конференции «Хрономедицина-Практике» 18-19 декабря, Белгород, 2003. На Международной научно-технической конференции «Компьютерное моделирование 2004», Санкт-Петербург. 28 июня-3 июля. 2004. На V международной научно-практической конференции «Здоровье и образование в XXI веке» - Москва. РУДН. 22-23 октября 2004. На международной конференции «Современные наукоемкие технологии» 12-19 июня 2005 г. в гор.Тунисе. На XII-м Международном конгрессе по реабилитации в медицине и иммунореабилитации. (Современные медицинские и информационные технологии). Таиланд. 5-9 декабря 2007 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 1 в изданиях, по перечню ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 114 страницах машинописи и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (116 отечественных и 25 иностранных авторов) и приложения. Диссертация иллюстрирована таблицами (18), рисунками (16).

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Швец, Максим Владимирович

Выводы четвертой главы:

1. Осуществлена клиническая верификация эффективности разработанных вероятностных моделей классификации гинекологических заболеваний, основанных на параболической зависимости симптомов, направленных на распознавание метроэндометрита, эндометриоза и диффузного фиброматоза и отличающихся низким уровнем ошибок первого (5,1%) и второго (7,3%%) рода и высоким уровнем,точности (87,6%), чувствительности (91,5%) и специфичности (81,8%).

2. Показана, по сравнению с плацебо режимом воздействия, высокая эффективность программно-управляемого матричного режима реализации миллиметровой терапии. Эффекты воздействия основаны на купировании болевого синдрома, снижении симпатической активности регуляции сердечного ритма, трансформации структуры ЭЭГ и, как следствие, модификации функционального состояния пациенток.