Modern advances in biological and medical electronics

Abstract

One of the characteristic features of the science of our century is the formation of a number of new scientific disciplines bordering on the old fields of knowledge. These new disciplines include the rapidly developing biological and medical electronics, which is at the intersection of biology and medicine with technology. In recent years, the scope of its action has been determined, its tasks, development paths and significance for biology and medicine have been specified.

Full Text

Одной из характерных особенностей науки нашего столетия является оформление ряда новых научных дисциплин, пограничных со старыми областями знаний. К числу таких новых дисциплин относится бурно развивающаяся биологическая и медицинская электроника, находящаяся на стыке биологии и медицины с техникой. В последние годы определилась сфера ее действия, конкретизировались ее задачи, пути развития и значение для биологии и медицины.

Задачами биологической и медицинской электроники являются:

1. Разработка новых методов и приборов, построенных на принципах электроники, для сбора информации о структуре и функциях живых организмов.
2. Создание электронных устройств для автоматического анализа и обработки медико-биологической информации.
3. Разработка новых физико-технических методов воздействия на живой организм.
4. Электронное моделирование физиологических процессов.
5. Создание электронных устройств для управления деятельностью организма.
6. Разработка способов автоматизации трудоемких работ и средств связи в науч­ных и практических медицинских учреждениях.

Биологическая и медицинская электроника все шире вклинивается в самые раз­личные биологические и медицинские дисциплины, которые получают существенную помощь от применения электронной техники, ее методов и принципов.

Рассмотрим некоторые новые достижения биологической и медицинской электро­ники, показывающие характерные особенности современного этапа ее развития.

Прежде всего необходимо указать на стремление к миниатюризации и микроминиатюризации деталей и элементов электронных устройств и широкое внедрение полупроводников в производство биологических и медицинских приборов. Это позво­лило создать ряд сложных приборов относительно малых размеров, портативных, ко­торые можно применять как в палате у постели больного, непосредственно на дому, так и при оказании скорой помощи. Примером могут служить электрокардиографы и дефибрилляторы весом около 4—6 кг, малогабаритные стимуляторы и др.

Миниатюризация имеет не только чисто техническое, но и принципиальное значение для биологии и медицины, позволяя создать ряд приборов, которые могут импланти­роваться в организм, могут быть введены внутрь кровеносных сосудов, в полость сердца, протоки желез и т. д. Возможность вживления и введения в организм раз­личных электронных приборов стала реально осуществимой еще и потому, что разра­ботаны способы их покрытия некоторыми новыми материалами, индифферентными для организма, не вызывающими его реакций. Такими материалами являются силиконовые резины, териленовые пленки и некоторые другие.

При применении вводимых в организм устройств могут использоваться способы как проводной, так и беспроводной связи.

К числу уже не очень новых миниатюрных приборов, вводимых в сосуды или сердце, относятся индуктивные электроманометры, укрепленные на конце тонкого катетера, и датчики для внутрисердечной фонокардиографии. Б последнее время раз­работаны микроманометры с четырьмя миниатюрными, образующими мост Уитстона силиконовыми сопротивлениями, соединенными с мембраной диаметром около 1 мм, укрепленной на конце катетера. Такой микроманометр дает большой выходной сигнал, обладает высокой собственной частотой, температурной стабильностью и дает устойчивую нулевую линию. Достоинство таких микроманометров, вводимых в сосуды и полости сердца, в том, что при их применении отсутствуют артефакты от колебаний столба жидкости в катетере; кроме того, на записи давления нет временной задержки, зависящей от передачи давления вдоль столба жидкости в катетере. Применение внутрисердечных микрофонов для фонокардиографии в физиологическом эксперименте и в клинических исследованиях показало их преимущества перед старыми способами регистрации акустических проявлений сердечной деятельности. Новым и интересным достижением является разработка приборов для внутри­сердечной оксиметрии. Для этого применяется катетер с миниатюрным фотоэлементом и источником света на конце или прибор, построенный с использованием волоконной оптики. Такой прибор, описанный в 1964 г. выдающимся кардиологом А. Курнаном вместе с сотрудниками, представляет большой интерес. При пользовании этим прибо­ром в сердце вводится фторопластовый катетер диаметром около 2 мм, внутри кото­рого находится пучок из 80 стеклянных волокон. Свет от накаленной вольфрамовой нити фокусируется на конец части пучка этих волокон. Два вращающихся оптических фильтра, рассчитанных на длины волн 805 и 660 ммк, пересекают путь падающему свету приблизительно 40 раз в секунду. Отфильтрованный свет проходит вдоль части волокон и диффузно отражается эритроцитами. Отраженный свет по другой части волокон проходит к фотоэлектронному умножителю, подается на осциллограф и фо­тографируется. За время одного оборота фильтров на экране осциллографа появляются последовательно два выброса, амплитуда каждого из них пропорциональна интенсив­ности отраженного света соответствующей длины волны. Отношение этих амплитуд, получаемое 20 раз в секунду, линейно связано с насыщением крови кислородом. Та­кой отражательный оксиметр дает возможность производить большое число измере­ний без потерь крови и позволяет определять небольшие и быстрые изменения насы­щения крови кислородом. Можно улавливать эти изменения в течение одного дыхательного цикла. Чувствительность прибора такова, что он позволяет обнаружить раз­личия-в насыщении крови кислородом в пределах 0,5—1%. Этот метод, был с успехом применен для обнаружения дефектов межпредсердной и межжелудочковой перегородок и установления патологических сбросов крови. В отдельных случаях применение этого метода дало более точные диагностические данные, чем получаемые с помощью аппарата Бекмана. Одновременно с оксиметрией можно производить и определение давления, для чего тонкий катетер с волоконной оптикой вставляется в-более толстый катетер, соединенный с электроманометром. Волна давления передается по столбу жид­кости между наружной стенкой тонкого катетера и внутренней — толстого.

Во вживляемых устройствах весьма существенным является использование миниа­тюрных и высокочувствительных преобразователей. Для этой цели в последние несколь­ко лег начали применять полупроводниковые преобразователи, которые наряду с функ­цией  датчика одновременно выполняют роль первого каскада усилителя и дают воз­можность создать схемы с высоким входным сопротивлением. Некоторые полупровод­никовые преобразователи имеют, диаметр всего несколько микрон и позволяют изме­рять температуру, давая сигнал от 2 до 3,5 мв на 1° С.

Для измерения температуры в некоторых вводимых в организм устройствах в ка­честве преобразователей используются миниатюрные температурно-зависимые керами­ческие конденсаторы — варпконды. Такой конденсатор применен в советской радио­пилюле, предназначенной для измерения температуры в пищеварительном тракте. Вольфом для этой же цели создан оригинальный датчик температуры, состоящий из тороидальной катушки с сердечником из железоникелевого сплава, магнитная про­ницаемость которого изменяется от температуры в пределах от 10 до 45° С. Катушка включена в резонансный контур генератора радиопилюли. Точность измерения дости­гает 0,05° С.

Полупроводниковые сопротивления весьма удобны для измерения механических величин, будучи в 100 раз чувствительнее проволочных тензометров. По данным Гровале (1963), без усиления эти сопротивления дают сигнал до 5.0 мв на 0,1 кг/см2 и позволяют измерять давление при следующей чувствительности: 1 дина/см² дает сигнал 63 мв при сопротивлении 100 ом. Полупроводниковые датчики из арсената галлия дают возможность определять линейные перемещения, равные 0,8 мк, из силиконата галлия—1,2 мк, из германия—1,5 мк, из сернистого свинца — 2,5 мк.

Вживляемые преобразователи использованы для определения давления в сосудах в опытах на животных. Такие датчики представляют собой силиконовые пленки, укрепляемые вокруг периферической артерии, или силиконовые пластинки, укреплен­ные на металлической раме, прилежащей к артерии.

Вживленные преобразователи с успехом применялись для регистрации двигатель­ной функции некоторых внутренних органов. Так, еще в 1959 г. 3. В. Кобахидзе демонстрировал на Всесоюзном съезде физиологов применение проволочных датчиков сопротивления для записи кишечных движений у собак. Аналогичная методика в 1963 п была описана в США Якоби и др.

Нильсен для этих же целей предложил силиконовые тензометры, которые обла­дают большой чувствительностью, дают возможность в эксперименте на животном регистрировать тонус, относительную силу и частоту сокращений кишечника и пери­стальтическую активность нескольких участков пищеварительного тракта.

К числу вводимых в организм электронных устройств относятся интенсивно раз­рабатываемые с 1957 г. эндорадиозонды, или радиопилюли для радиотелеметрического исследования функций пищеварительного тракта. Эти устройства представляют собой радиопередатчики, позволяющие определять и измерять различные процессы, происхо­дящие в органах пищеварения. Применяемые в настоящее время эндорадиозонды разделяются на две группы: активные и пассивные. Первые снабжены автономным источником питания — обычно миниатюрным окисно-ртутным элементом, обеспечиваю­щим работу передатчика в течение 100 часов. Одной из особенностей эндорадиозондов для измерения температуры и давления является то, что в них отдельные элементы схемы совмещают разные функции, что позволяет создать более компактную конструк­цию. Например, вариконд, включенный в контур генератора в качестве емкости, является одновременно датчиком. Равным образом катушка индуктивности эндорадиозонда является одновременно элементом и датчика, и резонансного контура.

В СССР и за рубежом уже освоено производство эндорадиозондов для измере­ния температуры, давления и pH. В настоящее время ведутся разработки эндорадио­зондов для измерения и некоторых других параметров. Для клинической медицины большой практический интерес представляют эндорадиозонды для определения нали­чия крови в полости желудка и кишечника. Японские специалисты Кимото, Ватануки, Хора и др. разработали для этой цели эндорадиозонд, принцип конструкции которого состоит в следующем: датчик температуры миниатюрного эндорадиозонда погружен в маленькую камеру, заполненную 0,1 г пербората натрия (NaBO₂ • Н₂О₂ • 3Н₂О). Под влиянием каталазы крови перборат при расщеплении освобождает кислород, причем на каждую молекулу пербората освобождается 23,1 калории тепла. По изменению температуры судят о наличии крови. Чувствительность такой капсулы относительно невелика: введение в пищевод собаки 5 мл крови приводило к повышению темпера­туры в капсуле, находящейся в пищеварительном тракте, на 0,2° С.

Начиная с 1960 г. разработан ряд конструкций пассивных эндорадиозондов, источ­ник питания которых находится вне организма. Идея подобных эндорадиозондов была высказана еще в 1956 г. М. М. и М. Т. Маршаллами. Принцип их конструкции может быть различен; практическое применение нашли схемы с так называемым «звенящим» контуром. Такой пассивный эндорадиозонд включает датчик и резонансный контур, настроенный на частоту колебаний внешнего импульсного генератора. Регистрируется частота излучаемых резонансным контуром колебаний в перерывах между импуль­сами внешнего генератора. Частота генератора модулируется датчиком соответственно изменениям температуры, давления или pH. Преимуществом пассивных эндорадиозондов является непрерывный срок их работы, определяемый только старением элементов схемы. Такие пассивные эндорадиозонды разработаны различными группами авторов.

Зворыкиным и его сотрудниками, а также рядом других исследователей разрабо­таны имплантируемые приборы для усиления и телеметрической передачи ЭКГ. Разра­ботаны также имплантируемые приборы для радиотелеметрической передачи ЭЭГ, электромиограммый AD. Преимуществом подобного способа регистрации является отсутствие проводов от электродов или датчиков, выходящих из тела и идущих к ре­гистрирующему устройству. Этим устраняется опасность распространения инфекции по ходу проводов с поверхности в глубь организма. Мощность вживляемых передатчиков относительно невелика, вследствие чего антенна должна быть расположена или на самом животном, или на очень близком расстоянии.

Возможно создание ретрансляционных устройств, помещаемых на поверхности тела и передающих сигналы на расстояние в сотни метров. Разработка подобных при­боров в дальнейшем сделает возможным проведение физиологического эксперимента в условиях совершенно свободных движений животного, находящегося в естественной среде обитания. Системы ретрансляции сигналов эндорадиозондов, находящихся в пищеварительном тракте, целесообразно разработать и для исследований, проводимых на человеке. В том случае регистрация различных физиологических процессов смо­жет проводиться у человека, не стесненного в своих движениях, на расстоянии от приемно-анализирующего устройства.

Существенно важной стороной применения эндорадиозондов является разработка всенаправленных антенн, для чего используются антенны с электронной коммутацией, расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Такие антенны необхо­димы потому, что при приеме показаний эндорадиозонда однонаправленной антенной регистрируется много артефактов, зависящих от перемещения эндорадиозонда в пище­варительном тракте.

Говоря об эндорадиозондах, необходимо указать на разработанные в последние годы в СССР А. М. Сориным, Ю. С. Жуковым с сотрудниками и в Швеции Б. Якоб­соном системы радиопеленгирования эндорадиозондов. Эти системы позволяют определить местоположение и скорость перемещения эндорадиозонда в пищеварительном тракте. Получаемые данные регистрируются на диаграммном листе бумаги, показы­вая путь следования эндорадиозондй в желудке и кишечнике. Уже первые результаты применения этого метода дали Якобсону и нам некоторые ценные физиологические сведения.

Новым в применении эндорадиозондов является разработка так называемого эндо- мотбрзонда. Этот прибор представляет собой капсулу с чувствительной к давлению мембраной и двумя металлическими электродами для регистрации pH. Внутри капсулы находится электрический микромотор, который через редуктор вращает зубчатое колесо, передвигающее капсулу вдоль «рельса» — тонкой нейлоновой нити диаметром 0,26 мм с углублениями, соответствующими выступам на зубчатом колесе. Капсула в зависимости от полярности тока, питающего мотор, может двигаться в одну или дру­гую сторону вдоль нити. Капсула соединена с регистрирующим устройством и источ­ником питания проводами, проходящими в тонкой трубке диаметром около 1 мм. За несколько часов до применения капсулы испытуемому человеку вводят нейлоновую нить с грузиком на одном конце. После того как нить проходит определенное рас­стояние вдоль кишечника, конец нити, обрезанный у рта, пропускается через капсулу и закрепляется. Включается мотор, и капсула вдоль нити проходит через пищевод в желудок и кишечник. По окончании исследования изменяют полярность тока, питаю­щего мотор, и капсула возвращается в рот. Вес капсулы 2,2 г, диаметр 8 мм, длина 21 мм. Эндомоторзонд в принципе может быть применен для извлечения содержимого из определенных отделов кишечника, для введения в него небольших эндоскопов, устройств для биопсии, а также для введения в кишечник лекарственных веществ.

Разработаны миниатюрные приборы, состоящие из небольшого постоянного магни­та, заключенного в химически инертный корпус диаметром около 1 мм и длиной около 4 мм. Такой прибор, укрепленный на конце нейлоновой нити, может вводиться в кровеносные сосуды или пищеварительный тракт. Управление движением прибора, как поступательным, так и вращательным, осуществляется с помощью внешнего маг­нитного поля. С помощью прибора можно вводить небольшое количество концентри­рованного лекарства в необходимое место, получать образцы жидкостей или тканей из различных внутренних органов. Такого типа приборы пока весьма примитивны, но, возможно, при дальнейшем усовершенствовании они могут быть полезны для различ­ных, в том числе хирургических операций.

Применение имплантируемых устройств в последние годы приобрело практическое значение в клинике и в физиологическом эксперименте для целей электрической стиму­ляции. Здесь в первую очередь необходимо указать на применение кардиостимулято­ров. В СССР и за рубежом разработаны и выпускаются промышленностью кардио­стимуляторы для постоянной в течение нескольких лет стимуляции сердца и норма­лизации его ритма при атриовентрикулярных блокадах, а также для предупреждения опасных для жизни приступов Эдемс-Стокса.

Большинство выпускаемых промышленностью кардиостимуляторов выдают им­пульсы постоянной частоты 60—70 в минуту, однако разработаны способы управления частотой вживленного стимулятора внешним устройством. Для этого Кантровичем в США предложена сложная радиочастотная схема. Советскими специалистами А. А. Рих­тером и В. Е. Бельговым создан стимулятор, частота которого регулируется наружным источником света, действующим на вживленное под кожу фотосопротивление, вклю­ченное в схему блокинг-генератора.

Стимуляция желудочков сердца при полной атриовентрикулярной блокаде позво­ляет нормализовать ритм сердечной деятельности. Однако при этом не достигается полной синхронизации работы предсердий и желудочков и отсутствует контроль сер­дечной деятельности со стороны нервных и гуморальных регуляторных механизмов. Восстановление такого контроля над сокращением желудочков и синхронизация их работы с работой предсердий являются реально достижимыми. Для этой цели уже несколько лет назад предложено вживлять усилители импульсов предсердий, передаю­щие эти импульсы с соответствующей задержкой для стимуляции желудочков (Фолькмен и Уэткинс, Е. Б. Бабский с сотр.). В настоящее время разработаны устройства (Нэтэн и др.), в которых усиленный потенциал предсердий запускает кардиостимулятор, соединенный электродами с желудочком. Подобные приборы уже применяются в клинической практике.

Стимуляция сердца, нервов, мозга, скелетных и гладких мышц может произво­диться и с помощью радиочастотных стимуляторов (Гленн и Мауро, Е. Б. Бабский, А. Л. Барановский и др.). В этом случае вживляется в тело приемная катушка с выпрямительным диодом на выходе. Передача стимулов осуществляется антенной (передающей катушкой), приложенной к телу или расположенной на расстоянии. В последнем случае требуется значительно большая мощность передатчика. Такой способ может получить практическое применение в клинике для целей управления функциями мочевого пузыря при его параличе, вызванном спинальной травмой. В этом случае к поверхности мочевого пузыря подшивают несколько электродов и периоди­ческой стимуляцией вызывают сокращение гладкой мускулатуры и опорожнение моче­вого пузыря.

В последнее время описаны эксперименты, в которых достигалось снижение уровня АД при искусственно созданной гипертонии у собак электрической стимуляцией рецеп­торов каротидного синуса от вживленного стимулятора.

Таким образом, применение вживляемых устройств позволяет создать искусствен­ные системы управления различными функциями организма.

Важной проблемой при использовании вживляемых стимуляторов или радиопере­датчиков для телеметрической регистрации функций является создание малогабарит­ного и надежно работающего источника питания с большим сроком службы. Эта проблема до настоящего времени не решена полностью. В этой связи большой инте­рес представляют устройства, работающие за счет энергии живого организма. Уже проведены успешные эксперименты по применению электронного стимулятора сердца, работающего за счет части энергии выброса крови из сердца. Для этой цели к аорте подшивают пьезокристаллы из титаната бария, преобразующие энергию растяжения стенок аорты в период изгнания крови из желудочков в электрическую энергию, кото­рая используется для питания генератора, стимулирующего желудочки сердца. В дру­гом устройстве биологическим источником питания служит мышца диафрагмы, меха­ническая энергия сокращения которой при вдохе преобразуется в электрическую и накапливается в конденсаторе. Следует отметить, что, кроме механической энергии работы мышц, в качестве источников питания могут быть использованы химическая энергия процессов, происходящих в организме, и разность температур между тканями с разной энергетической активностью.

Использование биологических источников питания различных устройств, вживляе­мых в организм, открывает и для физиологии и для медицинской электроники совер­шенно новые перспективы.

Одной из важных задач, которые позволяет решить современная электроника, является разработка приборов, с помощью которых без непосредственного контакта с организмом можно регистрировать его функции. Это дает возможность проводить исследования, совершенно не нарушая состояния пациента, что особенно важно при психофизиологических экспериментах. Уже относительно давно разработан ряд при­боров с воспринимающими устройствами, вмонтированными в кровать, на которой ле­жит пациент, или в стул, на котором он сидит. Таким образом, возможно регистриро­вать некоторые механические проявления сердечной деятельности и дыхательные дви­жения. В последние годы предложено применять для физиологических и медицинских целей датчики, находящиеся на расстоянии от человека (бесконтактные датчики). Так, температура может быть определена на расстоянии приборами инфракрасной техники или другими болометрическими методами. Дыхание можно контролировать по отраженному от грудной клетки ультразвуковому сигналу, частота которого моду­лируется благодаря эффекту Допплера. Кожно-гальванический рефлекс можно реги­стрировать по измерению слоя пота на поверхности кожи посредством сверхвысоко­частотных волн, поглощаемых водой. Биопотенциалы сердца в принципе можно реги­стрировать с помощью катушки индуктивности, расположенной вблизи от пациента. Венный пульс регистрируют посредством специального емкостного датчика, не требую­щего соприкосновения с кожным покровом; таков, например, дистантный флебограф А. Ковача. Подобные методы должны получить широкое применение для различных физиологических и медицинских целей.

Выше мы уже упомянули о некоторых новых методах биорадиотелеметрии, а имен­но, о применении вживляемых радиопередатчиков. Крупным достижением в этой области является создание малогабаритных телеметрических устройств, укрепляемых на человеке. В этом отношении достигнуты значительные успехи рядом исследовате­лей, в частности Свердловской группой специалистов, возглавляемой В. В. Розенблатом. В последние 2—3 года они сконструировали и усовершенствовали ряд приборов для исследования ЭКГ, пульса и дыхания, что позволило им регистрировать сердеч­ную деятельность во время конькобежных соревнований, при прыжках с трамплина и т. д. Благодаря этим достижениям медицинской электроники удалось реализовать давнишнее желание физиологов изучать функции организма в самых различных усло­виях деятельности человека не только в лаборатории, но и на заводе, стадионе и т. д. Малогабаритные радиотелеметрические устройства, укрепленные на животных, позво­лили провести такие физиологические исследования, сама возможность которых еще недавно казалась недостижимой. Так, радиотелеметрический передатчик весом (вместе с источником питания) около 35 г и дальностью действия до 800 м укреплялся на спине голубя и позволял регистрировать при свободном полете ЭКГ, ЭЭГ и дыхание.

Мы не останавливаемся на применении радиотелеметрии в космической медицине, где достигнуты общеизвестные выдающиеся успехи.

В последние годы продолжалась успешная разработка новых методов исследова­ния различных функций. В этой связи заслуживают быть отмеченными новые методы исследования скорости кровотока и размеров сердца.

В. С. Синяковым разработан метод исследования размеров сердца с помощью ультразвука. К сердцу подшивают два пьезокристалла, из которых один (передающий) осуществляет преобразование электрических колебаний в ультразвуковые, а второй (приемный) осуществляет преобразование ультразвуковых колебаний в электрические. Сигнал с приемного пьезокристалла-датчика усиливается, детектируется и подается на триггер, который запускается импульсом передатчика и управляет работой генера­тора пилообразного напряжения. Длительность последнего соответствует времени прохождения ультразвуковой волны от передающего к приемному пьезокристаллу. Чувствительность прибора такова, что выходной сигнал в 1 в соответствует расстоя­нию между кристаллами в 1 мм. Этим методом можно регистрировать продольные или поперечные размеры левого желудочка сердца.

Рашмером, Ван-Ситерсом и Франклином разработан способ исследования скорости кровотока в неповрежденных сосудах с помощью ультразвукового флоуметра. Для этой цели по ходу кровеносного сосуда укрепляются два пьезокерамических датчика, передающий и приемный, с помощью которых определяется время прохождения ультразвука по направлению и против направления тока крови. Зная это время, рас­стояние между датчиками и скорость распространения ультразвука в неподвижной крови, может быть рассчитана средняя скорость кровотока. Франклином с сотр. разра­ботан и другой метод определения скорости кровотока, основанный на эффекте Допплера, т. е. на определении изменения частоты ультразвуковых колебаний при прохождении этих колебаний через движущийся поток жидкости. При этом методе дат­чики укрепляются по обеим сторонам сосуда напротив друг друга. Изменения частоты пропорциональны скорости кровотока.

Продолжали развиваться ультразвуковые методы визуализации внутренних орга­нов. При этом в серийное производство вошли приборы трехмерного сканирования. Как показали советские и* зарубежные исследователи, ультразвуковая визуализация безусловно полезна для диагностики и определения локализации опухолей и инород­ных тел. Представляют интерес ультразвуковой метод исследования сердечной дея­тельности (эхоэлектрокардиография), позволяющий производить непрерывную реги­страцию движений сердца и даже всех четырех сердечных клапанов. Предложен эхоэнцефалограф, дающий возможность определять внутричерепное кровоизлияние.

Заслуживают внимания полярографические исследования содержания кислорода в крови и тканях с помощью платиновых электродов. В настоящее время уже опи­саны платиновые микроэлектроды со стеклянной изоляцией для исследования содер­жания кислорода в Отдельных клетках.

Одним из новых методов исследования сердечной деятельности является регистра­ция магнитного поля, возникающего при работе сердца. Вокруг тела человека уста­навливается тороидальный соленоид, изолированный силастиком. Наведенная в соле­ноиде ЭДС усиливается с помощью усилителя с дифференциальным входом и полосой пропускания от 0,1 до 2000 гц. Форма магнитохардиографической кривой близка к форме первой производной ЭКГ. При этом методе отсутствует непосредственный кон­такт с телом человека. Методика магнитокардиографии требует глубокого анализа для выяснения генеза колебаний магнитного поля.

В последние годы широко развернуты исследования ЭКГ и ФКГ плода в матке, имеющие несомненное практическое значение. В разработке этого метода большие заслуги имеет С. Ларке. В СССР ряд интересных фактов получен В. Л. Карпманом, И. В. Ильиным и Г. М. Савельевой.

В практику работы медицинских учреждений в последние годы начало внедряться одно из крупнейших достижений радиоэлектроники — телевизионная техника. С ее по­мощью разработаны способы непрерывного наблюдения за состоянием больных в усло­виях даже мало освещенных помещений. Можно производить наблюдения даже при сумеречном свете с помощью специальных приемных трубок. Телевизионная техника позволила создать рентген-телевизоры, телевизионные микроскопы, телевизионные эн­доскопические аппараты.

Рентген-телевизоры имеют преимущества перед обычными рентгеновскими аппа­ратами, позволяя вести наблюдения на значительном расстоянии от рентгеновского кабинета, не требуя затемненных помещений, со значительно большими контрастностью; яркостью и размерами изображения. Осуществлена передача даже на расстоянии в десятки километров. При применении рентген-телевизоров может быть снижена доза облучения пациента. В качестве приемной трубки применяются как ортиконы и види­коны, так и новая трубка — «пламбикон», в которой используется диафрагма с авто­матическим выбором размеров поля. Пламбикон обладает наименьшей инерционностью по сравнению с другими трубками. В рентген-телевизорах оптическое усиление и кон­трастирование дополняются электронными.

Упомянув рентген-телевизоры, укажем также на некоторые другие достижения радиоэлектроники, преобразующие технику рентгенологических исследований. К числу таких уже не новых, но, к сожалению, до сих пор не освоенных нашей промышлен­ностью достижений относятся электронно-оптические преобразователи. Их большое преимущество заключается в возможности резкого уменьшения дозы облучения па­циента. По-видимому, перспективны новые способы рентгенографии с заменой фоторе­гистрации электрографическими или ксерографическими способами.

Телевизионный микроскоп облегчает наблюдение за поведением живых микрообъек­тов, причем возможно использование ультрафиолетового микроскопа и цветного' телевидения, что позволяет преобразовывать ультрафиолетовое изображение в видимое цветное в соответствии с неодинаковым поглощением разными частями клетки ультра­фиолетовых лучей с различной длиной волны. Г. С. Литвиным в Казани разработаны телевизионные капилляроскоп и офтальмоскоп. Большое практическое значение могут иметь телевизионные эндоскопические аппараты, в особенности когда будут разрабо­таны малогабаритные телевизионные передающие трубки.

Медицинская электроника постоянно использует для своих целей все основные достижения радиотехники и электроники. В качестве примера можно указать на при­менение в физиологических и медицинских приборах параметрических усилителей и магнитной записи. Параметрические усилители низких и инфранизких частот отли­чаются большой стабильностью, что является их несомненным достоинством. Преимуще­ством широко внедряемой магнитной записи является возможность воспроизведения исследуемого процесса практически неограниченное число раз и возможность относи­тельно простого преобразования этой записи из аналоговой в дискретную форму для последующего ввода в вычислительную машину. В- самом начале мы указали на применение электронных методов обработки и ана­лиза информации о функциях живого организма. Следует отметить, что эта область применения электроники в медицине особенно быстро развивалась в последние годы, и ей безусловно принадлежит большое будущее.

Из числа электронных методов обработай данных следует отметить такие, как электронное интегрирование, электронное дифференцирование, векторный, частотный и авто- и кросскорреляционный анализ, способы автоматического построения гистограмм, т. е. графического изображения статистического распределения амплитуд или частот. Для этих целей создано большое количество приборов различной сложности и полу­чен обширный материал. Ряд интересных работ проведен советскими специалистами. Заслуживают внимания работы Л. Н. Мишина и P. С. Персон по корреляционному анализу электромиограмм, работы С. К. Лисицына по автоматическому гистографическому анализу ЭЭГ и др.

Наряду с приборами для такой относительно простой обработки данных созданы специальные, более сложные устройства для автоматического анализа кривых. К числу таких устройств, использующих методы и принципы электронной вычислительной тех­ники, относятся приборы для автоматического анализа ЭКГ, выдающие в цифровой форме все интересующие врача элементы этой кривой. Разработан прибор для авто­матического анализа кривой разведения красителя, который основан на электрическом моделировании эталонной кривой и сравнении с этой моделью исследуемой кривой путем оптического совмещения изображений их обеих на экране электронно-лучевой трубки и регистрации в цифровой форме отклонений последней от первой.

На принципе сопоставления исследуемой кривой с заложенными в память маши­ны стандартами нормы основан специальный экспресс-анализатор ЭКГ, разработанный инженером И. Д. Пупко. Этот прибор в случае, если регистрируемая ЭКГ не дает отклонений от нормальных стандартов, отвечает «да»; это означает, что кривая нор­мальна. Если же имеются отклонения от нормы, то прибор отвечает «нет», что говорит о наличии какой-то патологии и необходимости проведения дополнительных исследо­ваний. Такой экспресс-анализатор может быть полезен для массовых профилактиче­ских обследований.

Все большее значение приобретает применение универсальных аналоговых и циф­ровых вычислительных машин. Им уже сегодня поручают обработку данных с целью выдачи заключений о состоянии больного или о форме заболевания.

На протяжении последних лет в СССР и за рубежом достигнуты большие успехи в применении математических методов и электронных вычислительных машин для диагностики различных заболеваний. Здесь следует отметить работы А. А. Вишнев­ского и М. Л. Быховского, использовавших электронные цифровые вычислительные машины для диагностики врожденных пороков сердца и заболеваний печени. Возмож­ности диагностических машин таковы, что уже сегодня из 200 случаев машинной диагностики врожденных пороков в 90% был поставлен правильный диагноз. Учиты­вая трудность определения формы порока сердца и малый опыт применения машин для диагностики, полученные результаты нужно считать чрезвычайно обнадеживаю­щими. Заслуживает быть отмеченной быстрота, с которой машина устанавливает диаг­ноз после того, как в нее заложены необходимые сведения.

Если машина не может установить диагноз, она подсказывает врачу, какие до­полнительные исследования необходимо провести. Не заменяя врача, электронные вы­числительные машины могут стать надежными его помощниками в постановке диаг­ноза, особенно когда врач встречается с так называемыми «запутанными» случаями.

Наряду с диагностикой заболеваний машины могут иметь значение и для диаг­ностики состояний, т. е. для сигнализации врачу об изменении состояния больного в частности о наступлении угрожающего жизни состояния. К числу новых приборов, предназначенных для этой цели, относятся электронный индикатор стадий наркоза, разработанный Н. И. Рабиновичем во ВНИИМИО, и устройство для диагностики гипоксии, созданное В. Б. Малкиным и P. С. Дадашевым.

Большой интерес представляют методы и приборы, предназначенные для управ­ления функциями организма. Укажем, что все большее распространение получают способы биоэлектрического управления. В этом отношении заслуживают внимания работы А. Н. Меделяновского, И. К. Табаровского, В. С. Гурфинкеля, М. Л. Цетлина и др. Разработанный ими метод биоэлектрического управления приборами от зубца R ЭКГ позволяет наносить раздражения в любую фазу сердечного цикла, регистриро­вать рентгенограмму в разные моменты систолы и диастолы, вводить в коронарные сосуды различные вещества, например фибринолизин при инфарктах миокарда, и, наконец, замораживать ткань сердца в эксперименте на животном для ее дальнейшего химического исследования с целью изучения динамики химических превращений.

Электронные методы получили применение и для радикальных вмешательств в жизнедеятельность организма. Так, разработаны способы ультразвуковых хирургиче­ских операций, позволяющие без вскрытия черепа разрушать патологические очаги в головном мозгу. Для этой цели ограниченный участок мозга объемом до 1 мм³ под­вергают облучению от нескольких ультразвуковых головок так, чтобы в этом участке: фокусировать колебания облучателей. Для этой же цели применяют и новейшее достижение радиоэлектроники — лазеры, с помощью которых уже производят опера­ции в случае отслойки сетчатки глаза и бескровное удаление опухолей на поверх­ности кожи и в костях.

Заканчивая краткое изложение некоторых современных достижений медицинской электроники, мы считаем необходимым подчеркнуть, что сегодня нет такой области медицины, которая не могла бы использовать методы электроники. И нет сейчас та­ких достижений электронной техники, включая одно из последних — квантовую элек­тронику, которые не могли бы быть использованы для гуманных целей медицины.