Автоматизированный контрольно-измерительный комплекс для установки общей гипертермии

Одна из самых актуальных задач в медицине — борьба со злокачест­венными новообразованиями. Повышенное внимание врачей привлече­но к гипертермии — лечению опухолей путем принудительного контро­лируемого нагревания тканей тела человека до температуры, превы­шающей нормальную температуру. Последние годы характеризуют­ся значительным прогрессом в области создания аппаратуры для ло­кального нагрева опухолей с использованием энергии электромагнитно­го излучения.

Длительное гипертермическое воздействие на ткани пациента осуще­ствляют, как правило, с помощью электромагнитного (ЭМ) излучения микроволнового и радиочастотного диапазонов. Вследствие зависи­мости глубины проникновения электромагнитного излучения от его час­тоты предпочтительным является разогрев тела пациента переменным электромагнитным полем с частотой (10…15) МГц.

Методика общей ЭМ-гипертермии в онкологии состоит в нагревании тканей пациента до температуры (41,5…42)°С и длительном удержании этой температуры. Это требует длительного непрерывного контроля мощности ЭМ-излучения и прецизионного контроля температуры раз­личных частей тела, что затруднительно без использования автоматизи­рованных электронных измерительных и регулирующих устройств.

Установка представляет собой кушетку для размещения больного, на которой имеется водяная подушка (болюс). Внутри кушетки находятся аппликатор (излучатель емкостного типа) и контур системы охлаждения спины пациента, замкнутый с болюсом. Для контроля температуры па­циента в нескольких характерных точках тела устанавливают термодат­чики. Температурный режим процедуры гипертермии состоит из нагре­вания пациента, поддержания «плато» температуры и остывания. Ско­рость разогрева — порядка 0,1 °С/мин, поскольку более быстрый разо­грев может вызвать проблемы со стороны сердечно-сосудистой системы. «Плато» (41,5…42 °С — по показаниям ректального датчика) является базовым лечебным режимом, длительность которого составляет 80…120 мин.

С учетом исходной модели, требований и специфики проведения се­анса общей гипертермии процедурная установка была разделена на сле­дующие составные части:

  • блок термометрии;
  • подсистема гидравлики;
  • блок индикации и управления;
  • генератор высокочастотного излучения.

Блок термометрии имеет несколько измерительных каналов и измеря­ет температуру тела пациента в различных точках и температуру воды в болюсе. В качестве чувствительных элементов используются термопре­образователи сопротивления, заключенные в защитную оболочку анато­мической формы.

Управляющий микрокон­троллер с AVR-архитектурой осуществляет постоянный опрос актуаль­ных результатов измерений от блока термометрии и отображает их на светодиодных семисегментных индикаторах для оперативного контроля медперсоналом. Дополнительно к этому на символьный жидкокристал­лический дисплей выводятся актуальные результаты измерений текущей мощности ЭМ-излучения, длительности процедуры, информации об этапе процедуры, настройках и режимах работы контура охлаждения. Блок также осуществляет хранение результатов во встроенной энергоне­зависимой памяти данных, управление режимами работы установки, контроль и управление значением выходной мощности генератора, обра­ботку интерфейса с клавиатурой оператора, индикацию и звуковую сиг­нализацию о нештатных ситуациях, произошедших в процессе работы. Встроенный контроллер Ethernet обеспечивает работу под управлением удаленного компьютера, подключенного по локальной сети.

Программное обеспечение управляющего контроллера реализовано на основе операционной системы реального времени jacOS, поскольку для контрольно-измерительного комплекса имеется ряд независимых и критичных по времени задач, выполнение которых должно осуществ­ляться параллельно.

 

В составе программного обеспечения управляющего контроллера бы­ло выделено шесть независимых задач:

  1. Сбор данных от блока термометрии — осуществляет обмен дан­ными с измерительным блоком по последовательному интерфейсу UART, получает актуальные значения температуры от измерительных каналов и производит калибровку температурных датчиков.
  2. Индикация — регулярно обновляет текущие значения температуры на индикаторах температурных каналов и служебных данных на дис­плее, выполняет звуковую сигнализацию при возникновении нештатных ситуаций; кроме того, выполняет синхронизацию со встроенными часа­ми реального времени и по данным измерительного модуля вычисляет градиенты температур по всем каналам.
  3. Опрос клавиатуры — обеспечивает взаимодействие оператора с комплексом; интерфейс с оператором выполнен в виде древовидного ие­рархического меню, предоставляющего выбор требуемого действия.
  4. Контроль сеанса — отслеживает время начала, окончания и дли­тельность процедуры, управляет устройствами подсистемы гидравлики (циркуляционный насос, вентиляторы охлаждения, ТЭН) в соответствии с выбранным режимом работы и измеренной температурой характерных точек тела пациента, включает высокое напряжение генератора, пере­ключает режимы работы установки, отслеживает превышение предуста­новленных температурных порогов; кроме того, регулярно записывает результаты измерений температуры, мощности и дополнительную ин­формацию о процедуре в энергонезависимую память комплекса.
  5. Управление мощностью — осуществляется по пропорционально-интегрально-дифференциальному закону регулирования с применением контроля текущего значения мощности по каналу обратной связи путем измерения эквивалентного напряжения на шунте индикатора мощности в составе высокочастотного генератора.
  6. Обмен данными с удаленным компьютером — осуществляет связь с удаленным компьютером по локальной сети. Программа мониторинга, запущенная на удаленном компьютере, позволяет управлять сеансом общей гипертермии дистанционно и автоматически создавать отчеты о проведенных процедурах.

Таким образом, разработанный контрольно-измерительный комплекс для установки общей гипертермии имеет встроенный AVR-процессор и работает под управлением оперативной системы реального времени. Он обеспечивает автоматизацию процесса измерения темпера­туры и контроля мощности электромагнитного излучения с возможно­стью удаленного мониторинга. Комплекс обеспечивает измерение тем­пературы одновременно по 8 каналам в диапазоне от 20 до 50 °С с раз­решением 0,1 °С; вывод результатов на дисплей, их регистрацию и до­кументирование на удаленном компьютере; управление мощностью ВЧ-генератора, гидравлическим контуром охлаждения и всеми режимами процедуры, а также сигнализацией о нештатных ситуациях.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.