Исследование приборного ряда регуляторов температуры для биомедицинских приложений

вариабельности сердечного ритма и перспективы его развития // Компьютерная электрокардиография на рубеже столетий. Международный симпозиум. - М:. 1999.

3. Зарубин Ф.Е. Вариабельность сердечного ритма: стандарты измерения, показатели, особенности метода // Вестник аритмологии. - 1998. Вып 10.

4. Елисеева И.И., Юзбашев М.М. Общая теория статистики. -М.: Финансы и статистика, 2002.

О.Л. Ахремчик

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИБОРНОГО РЯДА РЕГУЛЯТОРОВ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ БИОМЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ

Современные биомедицинские приборы и аппараты характеризуются широкой номенклатурой средств и систем управления режимами их работы. Использование технических средств различных производителей определяет значительные трудности при эксплуатации приборов, объединению их в программно-технические комплексы, а также при подготовке специалистов по техническому обслуживанию. В то же время имеется большой перечень аппаратов биомедицинского назначения, где применение специализированных технических средств недостаточно оправдано. В качестве примера следует рассматривать аппараты, в которых необходимо поддержание заданных температурно-влажностных режимов: медицинские стерилизаторы, сушильные шкафы, инкубаторы для новорожденных, аппараты искусственной вентиляции легких, оборудование для поддержания микроклимата в ожоговых отделениях. Рациональным в подобных биомедицинских системах является применение регулирующих приборов общепромышленного применения.

В статье представляются результаты исследования приборного ряда регуляторов температуры для медицинских стерилизаторов, позволяющие оценить процесс выбора обобщенных показателей общепромышленных приборов при проектировании систем управления аппаратами биомедицинского назначения и формирования модели регулятора, используемой при подготовке персонала, занимающегося эксплуатацией и обслуживанием стерилизаторов.

Современные медицинские стерилизаторы включают в свой состав систему управления, обеспечивающую контроль и поддержание в установленных пределах температуры и давления в стерилизационной камере, уровня воды в парогенераторе. Диапазон рабочих температур в зависимости от вида стерилизуемых материалов и режима стерилизации колеблется от 120 до 150 оС с точностью 1- 2 оС в зависимости от режима.

Формально рассмотрение регулятора температуры как составляющей стерилизатора (аппарата биомедицинского назначения) определяется:

Рг е Ар,

где Рг - множество типов регулирующих приборов, Ар - множество типов стерилизаторов.

Обзор выпускаемых отечественными производителями (ООО "Автомедтехни-ка", г. Пенза, ОАО "Тюменский завод медицинского оборудования и инструментов" и др.) медицинских стерилизаторов показал, что системы управления строятся на различной элементной базе. Можно определить четыре вида элементной базы, используемой для построения систем управления стерилизаторами: релейная техника, электронные компоненты, специализированные микроЭВМ, общепромышленные регуляторы. Релейная техника и электронные регуляторы применяются в эксплуатируемых аппаратах и при проектировании современных медицинских стерилизаторов и систем управления ими не используются.

Раздел II

Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии

Применение специализированных микроЭВМ затрудняет объединение разнотипного оборудования в рамках единой информационной системы лечебнопрофилактического учреждения в связи с отсутствием правил и стандартов взаимодействия приборов биомедицинского назначения различных изготовителей.

В процедуре выбора проектного решения при построении системы управления аппаратом биомедицинского назначения одной из основных является задача генерации полного множества вариантов проектного решения. При этом необходимо минимизировать среднее время, необходимое для выбора оптимального по многим критериям решения. Наиболее предпочтительным в этих условиях является использование серийно выпускаемых отечественными производителями приборов. Предлагаемый подход позволит снизить издержки при проектировании оборудования биомедицинского назначения.

Диапазон функциональных возможностей общепромышленных регуляторов для биомедицинских приложений определяется обеспечением: программного

регулирования параметров в установленном диапазоне с заданной точностью, сигнализации и аварийной защиты оборудования при выходе параметров за допустимые пределы, сбора и регистрации данных об изменении контролируемых и регулируемых параметров, обмена информацией внутри медицинской информационной системы.

После генерации множества вариантов производится уменьшение избыточности: снижение размерности оцениваемых данных или уменьшение их разнообразия при той же размерности. При этом проектировщик системы управления учитывает доминирующие факторы, описывающие оцениваемый вариант или приборы для его реализации.

При проектировании системы управления стерилизатором в качестве учитываемых признаков рассматриваются основные показатели регуляторов температуры: число каналов, вид входных сигналов, закон регулирования, вид выходных сигналов, надежность, стоимость, интерфейс связи с ЭВМ, необходимость включения в состав системы на базе рассматриваемого прибора дополнительных технических средств и их характеристики, свойства программного обеспечения для настройки и работы прибора.

Постановка задачи исследования приборного ряда регулирующих приборов основана на применении принципов Шеннона и Парето, указывающих на наличие жизненно важных факторов среди указанного разнообразия. Параметры, характеризующие технические средства, оцениваются в количественных и номинальных шкалах. Большинство используемых шкал - номинальные - с числом градаций шкалы от двух (наличие встроенного таймера) до пятнадцати (вид входного сигнала). Это значительно затрудняет этап сравнительного анализа приборов в силу невозможности использования параметрических мер (среднего, дисперсии, коэффициентов корреляции).

Исследование терморегуляторов как составляющих медицинских стерилизаторов (1) показывает, что важнейшим фактором, характеризующим современные общепромышленные регуляторы температуры, является необходимость их программирования. Применительно к медицинским стерилизаторам характерно использование языков панели оператора при программировании. Сущность программирования сводится к конфигурации прибора для работы в составе разрабатываемой системы управления посредством выполнения набора последовательностей клавиш на лицевой панели. Особенностью методик настройки и калибровки систем, разработанных на базе общепромышленных регуляторов температуры, является доведение до уровня стройной логической схемы последовательных элементарных операций контрольных, наладочных и регулировочных процедур с ис-

пользованием языков панели оператора. Это позволяет выполнять их персоналу стерилизационных отделений без привлечения специалистов объединений "Мед-техника" и заводов-изготовителей, что значительно снижает эксплуатационные затраты.

Исследование набора регуляторов отечественного производства (типов Мета-кон, Термодат, ТРМ) показало, что программирование прибора основано на нескольких обобщенных блоках операций.

Первый блок содержит набор операций по установке задания регулятору по температуре (требуемого значения). Данный набор периодически повторяется при изменении режима работы установки. Второй блок содержит набор операций для настройки сетевого адреса прибора. Этот блок предназначен для обеспечения связи между уровнями системы управления с использованием протоколов ММЬиБ. Обычно сетевой адрес, присваиваемый прибору в рамках одной системы, не меняется и поэтому операции данного блока выполняются однократно. Если в системе используется несколько приборов, то сетевые адреса их должны быть различны. Третий блок операций предусматривает установку типа входа прибора. В связи с возможностью подключения большого числа измерительных преобразователей для работы в составе конкретной системы на основании перечня элементов к принципиальной электрической схемы выбирается тип измерительного преобразователя и его модификация, которая кодируется определенным номером в таблице входов регулятора. Этот индивидуальный номер и присваивается соответствующему входу. Четвертый блок операций предназначен для установления разрешения по температуре (0,1оС или 1оС). Пятый блок операций используется для конфигурации выходов. Число выходов не столь многочисленно, как число входов и определяется модификацией используемого прибора. Шестой блок операций предназначен для выбора и настройки параметров алгоритма регулирования. Особенностью данного режима является наличие для ПИД закона еще нескольких параметров настройки (например, зоны действия интегральной и дифференциальной составляющей закона регулирования в приборах Термодат). Седьмой блок операций предусматривает задание уставки аварийного реле при работе устройств световой и звуковой сигнализации.

Возможно использование дополнительных блоков операций для активизации дополнительных функций (например, работа с архивом, фильтрация входного сигнала).

Выделение блоков операций по программированию общепромышленных регуляторов в составе оборудования биомедицинского назначения равносильно введению частичной упорядоченности номинальной шкалы для измерения признака «свойства программного обеспечения для настройки и работы прибора» при оценке сложности работы с системой управления на базе рассматриваемого регулятора. Однако данная упорядоченность еще не делает шкалу классификационной, на базе которой производится формальный выбор регулятора.

Таким образом, в ряде биомедицинских приложений функции, выполняемые рядом приборов определенного вида характерны для типовых практических применений (в области химической и пищевой промышленности, энергетики). Это позволяет трансформировать наработанные типовые технические решения в область биомедицинского оборудования с минимальными издержками. Возникающее при преобразовании требование изоморфизма приборного ряда и построенных на его основе систем показывает, что структура систем, функциональное назначение приборов и свойства программного обеспечения для их настройки являются инвариантными к области практического применения.