Біологічні науки. 11.Біоінженерія і біоінформатика

Злепко С.М., Данильчук М.М.

Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця

Фундаментальні та прикладні медико-технічні дослідження на кафедрі проектування медико-біологічної апаратури Вінницького національного технічного університету

Медико-технічна наука бере свій початок з ХХ століття [1], коли в 1954 році наш співвітчизник В.К. Зворикін заснував в США Міжнародну федерацію медичної і біологічної техніки і став її першим президентом. Він же вніс значний вклад в становлення і розвиток Міжнародного товариства ІЕЕЕ Engineering in Medicine and Biology Society [2].

В 1962 році видатний радянський вчений А.І. Берг ініціював створення першої кафедри електронно-медичної апаратури в Ленінградському електротехнічному інституті. В найближчі роки спеціальність електронно-медична апаратура була відкрита в ВНЗ Москви, Ленінграда, Томська, Тбілісі, Фергани.

1980 рік – професор, лауреат Ленінської премії В.М. Ахутін запропонував трансформувати спеціальність “Електронно-медична апаратура” в “Біотехнічні та медичні апарати і системи”.

В 1982 році – вперше в Україні спеціальність “Біотехнічні та медичні апарати і системи” була відкрита професором М.М. Биковим в Харківському інституті радіоелектроніки.

1993 рік став знаменним в цьому аспекті і для Вінницького політехнічного інституту, коли з ініціативи його ректора, академіка АПНУ Мокіна Б.І. і професора Злепка С.М. спеціальність “Біотехнічні та медичні апарати і системи” була відкрита на кафедрі конструювання і виробництва радіоелектронної апаратури.

Після багатьох організаційних трансформацій підготовка тепер уже бакалаврів, спеціалістів і магістрів зі спеціальності „Біотехнічні та медичні апарати і системи”, починаючи з 2002 року, здійснюється на Кафедрі проектування медико-біологічної апаратури (завідувач кафедри професор Злепко С.М.), що входить до складу Факультету медико-біологічного та електронного приладобудування Інституту радіотехніки, зв’язку та приладобудування Вінницького національного технічного університету.

Невід’ємною частиною підготовки спеціалістів на кафедрі проектування медико-біологічної апаратури (ПМБА) є проведення наукових досліджень по головних, закріплених за кафедрою, наукових напрямках, в яких беруть участь викладачі, навчально-допоміжний склад, аспіранти, магістранти і студенти.

В останні роки, інтеграція фундаментальних та прикладних медико-технічних досліджень, що проводяться на кафедрі ПМБА об’єднує такі напрямки:

1. Розробка та впровадження методів діагностики, біомедичної апаратури та технологій для підвищення якості лікувально-діагностичного процесу (науковий керівник – д.т.н., професор Злепко С.М.).

2. Методи та засоби побудови апаратно-програмних комплексів для психофізіологічного контролю і оцінки стану людини в нормальних та екстремальних умовах (науковий керівник – д.т.н., професор Злепко С.М.).

3. Математичні методи обробки та аналізу біосигналів (науковий керівник – к.т.н., доцент Данильчук М.М.).

Перед тим, як перейти до наукових результатів, отриманих по вищезазначених напрямках, є сенс зробити маленький історичний екскурс по роботах, які були виконані під науковим керівництвом доктора технічних наук, професора Злепка С.М. та кандидата технічних наук, доцента Данильчука М.М., починаючи з 1982 року. Загальна кількість науково-дослідних, дослідно-конструкторських робіт, фундаментальних і прикладних досліджень, що виконані під науковим керівництвом професора Злепка С.М. за період з 1982 по 2005 рік становить 21 роботу. Серед Замовників цих робіт були такі як: АН УРСР, Держкомітет з науки і техніки СРСР, Рада Міністрів СРСР, Міністерство охорони здоров’я і Міністерство оборони СРСР, Державний інноваційний фонд України, об’єднання „Вінницяенерго”, санаторно-клінічні заклади України, Росії, Білорусі. До найбільш значних і вагомих робіт можна віднести такі: "Дослідження взаємодії людини-оператора зі складними системними комплексами"; Програма ДКНТ СРСР та Президії Ради Міністрів СРСР "Розробити і впровадити ефективні методи і засоби профілактики, діагностики, лікування основних захворювань серцево-судинної системи", "Розробити автоматизовані системи диспансеризації кардіологічних хворих і впровадити їх у лікувально-профілактичні установи різних регіонів країни"; "Мікропроцесорна система моделювання хімічного складу харчових раціонів для контролю програм дозування лікувальних засобів"; "Мікропроцесорна діагностична система забезпечення лікарської терапії для серцево-судинних хворих"; "Мікропроцесорний комплекс масових профілактичних оглядів населення "Пацієнт-А"; "Електроенцефалограф мікропроцесорний 9-ти канальний МУАН-9"; "Моніторно-комп’ютерний комплекс для автомобілів швидкої допомоги"; "Електроенцефалокартограф головного мозку"; "Розробка нових діагностичних критеріїв ЦНС і створення багатофункціонального діагностичного комплексу для оцінки стану головного мозку, центральної і периферичної нервової системи"; "Розробка комп’ютерно-діагностичної керуючої системи для фармакоенцефалографії"; "Система комплексної підготовки, відбору, контролю стану і реабілітації технічного персоналу в КЕО «Вінницяенерго»; "Дослідження й обґрунтування механізмів виникнення, розробка методів та апаратури контролю, моніторингу і прогнозування відновлення екстрапірамідної нервової системи"; "Розробка і впровадження інтегрованих технологій моніторингу та керування санаторно-курортними установами"; "Дослідження механізму виникнення, розробка методів і апаратури для реєстрації надслабких біосигналів організму людини".

Мікропроцесорний комплекс масових профілактичних оглядів населення “Пацієнт-А” в 1986 році отримав Золоту медаль і Диплом Лейпцигського ярмарку, і на сьогоднішній день це єдина серед навчальних закладів колишнього СРСР нагорода за медичний прилад, що отримана у Лейпцигу.

Результати по напрямку: “Розробка та впровадження методів діагностики, біомедичної апаратури та технологій для підвищення якості лікувально-діагностичного процесу”.

Розроблені критерії оцінки стану головного мозку в нормі і патології, центральної та периферичної нервових систем для хворих, що перенесли інсульт мозку. Створено комп’ютерний комплекс для діагностики і лікування вищезазначеної категорії хворих.

Розроблена і пройшла клінічні дослідження комп’ютерно-діагностична система для фармакоенцефалографії, яка забезпечує: оцінку стану ЦНС у кількісних і якісних показниках; вибір медикаментозних засобів та оцінку їх взаємодії з іншими ліками з урахуванням індивідуальних особливостей організму пацієнта; формування прогнозу розвитку захворювання та інше.

Визначені та обґрунтовані механізми виникнення порушень центральної і периферичної нервових систем. Розроблені і пройшли клінічні дослідження методи і апаратура для реєстрації, моніторингу та прогнозування параметрів екстрапірамідної нервової системи.

Вперше розроблена і впроваджена інтегрована технологія моніторингу та управління санаторно-курортними закладами різного профілю діяльності.

Зроблена спроба дослідити та описати механізм виникнення надслабких біосигналів організму людини в світлі теорії поля, що випромінює біологічний об’єкт (дослідження продовжуються).

Розроблено електроенцефалокартограф головного мозку, який забезпечує реєстрацію, комп’ютерний аналіз, обробку і представлення результатів як в класичному вигляді, так і у вигляді Берг-Фур’є перетворення, картограм спонтанної та викликаної активності і т.д., що дозволило суттєво підвищити якість діагностики та лікування хворих в неврологічний клініці.

Розроблена і впроваджена система моделювання хімічного складу харчових раціонів для програм дозування лікарських засобів, яка забезпечує контроль рівня цукру в крові хворих на цукровий діабет, після чого система виконує вибір індивідуальних дієт, моделювання і розрахунок часу і доз інсулінових ін’єкцій з урахуванням вибраної дієти, ступеня важкості захворювання, типу інсуліну. Система формує прогноз зміни глікемічного профілю на інтервалі 24 години, що оптимізує введення інсуліну і виключає можливість виникнення діабетичної коми.

Результати по напрямку: “Методи та засоби побудови апаратно-програмних комплексів для психофізіологічного контролю і оцінки стану людини в нормальних та екстремальних умовах”.

Вперше розроблена комплексна математична модель процесу психофізіологічного тестування у вигляді матриць відповідності та системи диференційних рівнянь, яка відображає процес прийняття рішення особою, що тестується, як об’єктом контролю і керування.

Розроблено метод контролю якості процесу психофізіологічного тестування на основі гіпотези двох порогів та принципу «нормальної піраміди» при побудові тестових структур. Це дозволяє здійснювати контроль якості за допомогою суб’єктивної складової (шкала відвертості) та об’єктивної, яка, в свою чергу, забезпечується «керовано-контрольованим» режимом контролю фізіологічної компоненти і вперше запропонованим, «некеровано-контрольованим» режимом її контролю.

Досліджений та отримав подальший розвиток критерій оцінки взаємодії фізіологічної та психічної компонент з урахуванням індивідуально-типологічних особливостей організму особи, яка тестується, що дозволило сформулювати нові критерії, такі як, коефіцієнт психологічної сумісності, коефіцієнт впевненості, коефіцієнт емоційності та інші.

Створено інтегральний автоматизований психодіагностичний комплекс, який забезпечує по результатах тестування оцінку відповідності кандидата, як суб’єкта професійної діяльності, відповідним вимогам професіограм. Розроблена методика застосування ІАПДК.

Створено сучасну технологію психофізіологічного тестування і відбору персоналу на основі ІАПДК, показників індивідуальної та адаптивної норми особи, що тестується, кореляційної взаємодії фізіологічної та психічної компонент, адаптованого варіанту тесту Дж. Олдхема і Л. Моріса «Визначення типу особистості».

Результати по напрямку: “Математичні методи обробки та аналізу біосигналів”.

Розроблений математичний апарат для обробки і аналізу біосигалів різного походження з використанням методів, заснованих на апроксимації ортогональними системами степеневих поліномів. Вивчені можливості використання як класичних систем поліномів, так і систем поліномів ортогональних, на дискретних сітках з довільним кроком дискретизації. Сформульовані вимоги і обмеження для кроку дискретизації. Розроблений апарат конструювання ортогональних поліномів на дискретних множинах точок.

Розроблена програма для обробки електрокадіосигналів для задач згладжування, фільтрування, стабілізації ізолінії. Вивчені спектри в степеневих базисах.

Отримані практичні результати обробки реальних електрокардіосигналів.

Вивчені можливості для виявлення характерних елементів електрокардіосигналу з метою їх аналізу і виявлення параметрів, що характеризують відхилення від норми.

Таким чином, результати багаторічних наукових досліджень, що проводяться на кафедрі ПМБА, підтверджують той факт, що прогрес науки в будь-якій галузі може бути досягнуто тільки за рахунок балансу та інтеграції фундаментальних та прикладних досліджень.

Література

1. Викторов В.А. // Вестник РАМН. – 2001. - №5. – с.3-7

2. Nebeker F. // IEEE Eng. Med. Biol. Magazine. – 2002. – vol.21, №3 – Р. 17-47.