Аннотация
Семисалов С.Я., Бакланов Н.А., Гурин А.Г., Тырса С.В. Программный комплекс диагностики заболевания позвоночника и спинного мозга на основе методов термометрии. Работа посвящена разработке программно-аппаратного комплекса, использующего методы и средства термометрии. На основе данного комплекса разработана новая методика диагностики заболеваний позвоночника и спинного мозга. Она позволяет оперативно снять показания температуры исследуемого места, проанализировать данные и вывести результаты диагностирования в графической и табличной форме.
Введение
На рубеже ХХ и ХХ1 веков в практику исследований заболеваний человека стали активно внедряться новейшие технические разработки, позволяющие во много раз повысить эффективность диагностики и лечения различных заболеваний.
Позвоночно-спинномозговая травма (ПСМТ) встречается в 0,7 - 4,0 % случаев среди всех травматических повреждений и составляет 6,3% травм костей скелета [1].
Одним из новых методов диагностики заболеваний позвоночника и спинного мозга является термометрия.
Следует отметить, что даже такой информативный метод диагностики как компьютерная магниторезонансная томография (МРТ) не позволяет полностью оценить характер и тяжесть изменений, вызванных травмой или заболеванием спинного мозга и позвоночника человека. Это обусловлено тем, что МРТ, являясь дорогостоящим методом обследования, не позволяет прибегать к частым повторным исследованиям и часто не дает возможности определить функциональное состояние изучаемого объекта.
Предложенный метод изучения температуры тела в проекции позвоночника, являясь безвредным, мобильным и достаточно недорогим методом исследования позволяет проводить изучение состояния области позвоночника и спинного мозга в динамике. К тому же метод термографии не требует особых навыков и доступен даже среднему медицинскому персоналу, обладающему знаниями пользователя компьютерной техникой.
Термография относится к методам так называемой «пассивной диагностики» – когда прибор никак не воздействует на объект, а только принимает от него информацию. Таких пассивных методов в медицине очень мало, разве что ЭКГ да ЭЭГ. Такая безопасность снимает все возможные ограничения для выполнения обследования. Термографию можно делать всем и в любом состоянии [2, 9].
Известны несколько технических решений определения температуры в проекции позвоночника и спинного мозга. К таким решениям относятся различные тепловизионные устройства (ТеМП – 79, ТеМП-82, ТеМП-91), а также методы регистрации температуры тела с помощью сложной радиотермометрической техники, позволяющей исследовать не только поверхностную температуру человека, но и изменения температуры в глубинных отделах.
Известен способ изучения поверхностной температуры молочных желез у женщин с помощью различного количества термодатчиков. Применение аналогичной аппаратуры при диагностике заболеваний позвоночника и спинного мозга ранее не было известно.
В данной статье рассматривается разработанный авторами аппаратно-программный комплекс для цифровой термометрии. Предлагаемый комплекс предназначен для построения температурной карты в проекции позвонков и спинного мозга с последующим компьютерным анализом.
Общая структура системы
Блок датчиков (см. рис. 1) представляет собой матрицу термоэлементов, которая контактирует с пациентом, и с помощью которой считываются значения температуры участка тела.
Рисунок 1 - Модуль датчиков
АЦП (аналого-цифровой преобразователь) обеспечивает преобразование данных в цифровой код. Контроллер обеспечивает считывание показаний датчиков и их передачу в компьютер. Также контроллер обеспечивает управление матрицей датчиков по командам от компьютера. Для связи с компьютером используются интерфейсы COM или USB.
Микроконтроллер (англ. MicroControllerUnit, MCU) — микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции процессора и периферийных устройств, может содержать ОЗУ и ПЗУ. По сути, это однокристальный компьютер, способный выполнять простые задачи [8]. В качестве микроконтроллера был выбран Atmega8 (см. рис. 2) [5, 6].
Рисунок 2 – Микроконтроллер Atmega8
Подключение контроллера к компьютеру осуществляется через COM-port. Для этого был написан драйвер, который и отвечает за саму связь. При написании драйвера мы руководствовались статьей об использовании COM-портов в языке C# [4, 7].
Общая структура разработанного аппаратного комплекса изображена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Общая структура системы
Программное обеспечение и его использование
Наша команда пришла к решению разрабатывать программное обеспечения для микроконтроллера на языке С#. В настоящее время язык программирования C# - один из самых мощных, быстроразвивающихся и востребованных языков в ИТ-отрасли, он используется для разработки различного типа приложений: от небольших standalone-приложения утилит до крупных веб-порталов и веб-сервисов, обслуживающих ежедневно миллионы пользователей [3].
Программа предназначена для измерения температуры спины и позвоночника. Кроме считывания температуры, она также может представлять визуализированную карту температуры на экране монитора, осуществлять расчет показателей (среднее значение, отклонение, асимметрия, равномерность и т.д.), выводить отчет на печать и сохраненять его на жеском диске или другом электронном носителе.
Возможна работа в режиме телемедицины (удаленного исследования). В этом режиме программное обеспечение для считывания данных устанавливается на переносных мобильных компьютерах, а результаты исследования передаются через сеть Интернет на сервер, где происходит их обработка с последующим занесением в базу данных.
Перед началом использования программы нужно выполнит настройку и калибровку датчиков. Для этого в главном окне программы надо выбрать настройки (см. рис. 4). В настройке можно сразу указать данные о враче, чтобы не вводить их в дальнейшем при каждом обследовании. Тут же указывается директория по умолчанию, в которой будут храниться отчеты исследований. Можно также указать ширину и высоту сетки по умолчанию и временной интервал, в течение котрого проводится измерение. Здесь же осуществляется выбор порта, к которому подключено устройство. После успешного нахождения порта можно выполнить калибровку. После настройки программы можно начинать обследования.
Стоит заметить, что настройку достаточно выполнить один раз при подключении устройства, вместе с тем при каждом новом подключении устройства можно выполнить повторную настройку.
Рисунок 4 – Форма настроек
Во время начала обследования программа запросит данные пациента и врача, который проводит осмотр (см. рис. 5). Кроме этого следует указать данные о текущих температурах окружающей среды, спины, вес и рост пациента. Для врача есть возможность ввода предварительного диагноза. Затем можно приступить к настройке обследования: выбор уровня позвоночника время замера.
Рисунок 5 – Форма начала обследования
Программа реагирует на нажатие кнопки на модуле датчиков. При нажатии начнется замер температуры, после пройденного времени, введенного ранее, программа выдаст визуализацию полигона температур с возможностью просмотра температуры на отдельном взятом участке полигона. В конце всей процедуры программа создаст отчет о проделанной работе. На рис. 6 представлен пример сформированного программой отчета на основе проведенных измерений температуры.
Рисунок 6 - Пример отчета
Технические характеристики разработанного аппаратно-программного комплекса
Состав системы:
- блок датчиков температуры;
- блок обработки данных;
- контроллер + программное обеспечение.
Возможности:
- 36 датчиков температуры (-55…+125 С);
- связь с компьютером по последовательному интерфейсу (COM, USB);
- считывание показаний в ручном и автоматическом режиме;
- визуализация карты температур;
- расчет показателей асимметрии температур;
- сохранение результатов в файл и базу данных;
- печать отчета;
- кроссплатформенность (работает под управлением любой операционной системы).
Заключение
Был разработан и изготовлен аппаратно-программный комплекс для цифровой термометрии. Внедрение и эксплуатацию данного комплекса может позволить себе каждая клиника, по причине легко доступных компонентов. Разработанный комплекс термометрии вполне пригоден для практической эксплуатации в условиях клиники, причем возможна дальнейшая доработка (при возникновении необходимости) программного обеспечения и математического аппарата, применяемого при анализе данных. Предлагаемый комплекс поможет облегчить и ускорить получение данных о состоянии обследуемого.
Список использованной литературы
- Перльмуттер О.А. Травма позвоночника и спинного мозга. Н. Новгород. — 2000. — 144 с.
- Термография в медицине. Положительные стороны. Информационно-справочный портал «Здравия желаю!». – 2012. Режим доступа: http://dockozlovsky.ru/meditsinskayatermografiya/medizinckay-termografia/termografiya-v-meditsine-polozhitelnyie-storonyi
- Введение в C#. Информационно-справочный портал. – 2015. Режим доступа: http://metanit.com/sharp/tutorial/1.1.php
- VisualStudioC#: работа с последовательным портом. Информационно-справочный портал. – 2013. Режим доступа: http://microsin.net/programming/pc/visual-studio-sharp-dot-net-com-port.html
- Микроконтроллер Atmega8 Datasheet (Описание PDF). Радиоточка. Информационно-справочный портал «Сайт о радиосхемах». – 2011. Режим доступа: http://radio-point.narod.ru/datasheet/a1/atmega8.html
- Datasheet на микроконтроллер ATmega8 (RUS) – Микросхемы-Даташиты (Datasheet). Сайт радиолюбителя. Инф.-справочный портал «Собери свою радиосхему!». – 2015. Режим доступа: http://cxema21.ru/load/datashity_datasheet/mikroskhemy/datasheet_na_mikrokontroller_atmega8_rus/25-1-0-33
- Пример работы с SerialPort в C# / Язык программирования C#. Информационно-справочный портал «КБ СОФТ СТУДИЯ». – 2013. Режим доступа: http://kbss.ru/blog/lang_c_sharp/11.html
- Описание микроконтроллера, купить ATmega8 и программатор. Информационно-справочный портал «ATMega8». – 2013. URL: http://www.atmega8.ru/
- Термография в медицине. Отрицательные стороны. Информационно-справочный портал «Здравия желаю!». – 2012. Режим доступа: http://dockozlovsky.ru/meditsinskaya-termografiya/medizinckaytermografia/termografiya-v-meditsine-otritsatelnyie-storonyi