Методические рекомендации для практических занятий тема: «Технические средства ввода медицинских данных в компьютер»


Скачать 97.04 Kb.
НазваниеМетодические рекомендации для практических занятий тема: «Технические средства ввода медицинских данных в компьютер»
Дата публикации22.03.2014
Размер97.04 Kb.
ТипМетодические рекомендации
referatdb.ru > Информатика > Методические рекомендации


Ф КГМУ 4/3-06/01

ИП №6 УМС при КазГМА


от 14 июня 2007 г.
КАРАГАНДИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра медицинской биофизики и информатики
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Тема: «Технические средства ввода медицинских данных в компьютер»
Специальность: 5 B130100 «Общая медицина»

Дисциплина: Информационные технологии в медицине

Курс: второй

Составители:

преподаватель Букеева А.С.


Караганда, 2010

Обсуждены и утверждены

на заседании кафедры

Протокол №_____ от «____»______ 200__ г.
Зав. кафедрой __________________ Койчубеков Б. К.

^ ТЕМА: «Технические средства ввода медицинских данных в компьютер»

ЦЕЛЬ: Ознакомиться с аппаратными средствами ввода и преобразования медицинских данных для дальнейшей обработки с помощью ЭВМ.

^ ЗАДАЧИ ОБУЧЕНИЯ:

В результате изучения темы студент должен:

  • Знать устройства, предназначенные для регистрации медико-биологических данных;

  • Знать устройства, предназначенные для преобразования медико-биологических данных в цифровой сигнал.


^ ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ:

  • Устройства, предназначенные для регистрации медико-биологических данных;

  • Устройства, предназначенные для преобразования медико-биологических данных в цифровой сигнал.


^ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ И ПРЕПОДАВАНИЯ:

Беседа.

Разбор материала по теме занятия.
ЛИТЕРАТУРА:

  1. Информатика: учебник для 10 – 11 классов общеобразовательной школы. Базовый курс / Н. Ермеков, Н. Стифутина, В. Криворучко, Л. Кафтункина. Алматы: Атамұра, 2003 – 432 с.

  2. Гельман В.Я. Медицинская информатика: практикум (2-е изд.). – СПб: Питер, 2002. – 480 с.

  3. 30 уроков по информатике. Экспериментальный учебник для старших классов общеобразовательных школ / Балафанов Е.К., Бурибаев Б., Даулеткулов А.Б. – Алматы: 1999 – 443с.: ил.

  4. Информатика. Базовый курс / Симонович В.Б. и др. – СПб: Пит2001- 640с.



КОНТРОЛЬ

    1. Тест-контроль исходного уровня знаний.

    2. Опрос по следующим вопросам:

  1. .Что входит в структуру медицинской приборно-компьютерной системы?

  2. Что такое аналогово-цифровой преобразователь?

  3. По какой схеме происходит ввод медико-биологической информации в компьютер?



    1. Практическое заданиие.

Нарисуйте схему простейшей медицинской приборно-компьютерной системы.


    1. Тест-контроль усвоенного материала.

Приложение 1.
^

Информационно-дидактический материал к занятию


Технические средства ввода медицинских данных в компьютер

Медицинское обеспечение любой медицинской системы - это комплекс медицинских предписаний, нормативов, методик и правил, обеспечивающих оказание медицинской помощи посредством этой системы. Применительно к МПКС медицинское обеспечение включает в себя способы реализации выбранного круга медицинских задач, решаемых в соответствии с возможностями аппаратной и программ­ной частей системы. К медицинскому обеспечению относятся наборы используемых методик, измеряемых физиологических параметров и методов их измерения (точность, пределы и т. д.), определение способов и допустимых границ воздействия системы на пациента. Другими словами, медицинское обеспечение включает в себя методические и метрологические вопросы.

Под аппаратным обеспечением понимают способы реализации технической части системы, включающей средства получения медико - биологической информации, средства осуществления лечебных воздействий и средства вычислительной техники. В самом общем виде блок-схема аппаратной части такой системы представлена на рис. 1.

В качестве вычислительного средства в МПКС используют как специализированные микропроцессорные устройства, так и универсальные ЭВМ. В обоих случаях принципы построения аппаратного обеспечения аналогичны. В то же время, включение в состав аппаратной части компьютеров, позволяет использовать стандартные программные продукты и стандартные средства хранения информации, такие как лазерные диски, накопители на жестких магнитных дисках, гибкие диски и прочее.

В простейшем типовом случае аппаратная часть системы включает медицинский диагностический прибор, устройство сопряжения и компьютер.

К программному обеспечению относят математические методы обработки медико - биологической информации, алгоритмы и собственно программы, реализующие функционирование всей системы.

Медицинское обеспечение разрабатывается постановщиками задач - врачами соответствующих специальностей, аппаратное - инженерами, специалистами по медицинской и вычислительной технике. Разработка специализированных микропроцессорных устройств ложится на специалистов по микроэлектронике. Программное обеспечение создается программистами или специалистами по компьютерным технологиям.

Однако, прежде чем перейти к более подробному изучению программного и аппаратного обеспечения, необходимо познакомиться с некоторыми сведениями из курса вычислительной техники.
^

Некоторые элементы вычислительной техники


Аналого-цифровой преобразователь. В аппаратуре съема медико - биологической информации осуществляется преобразование физических характеристик состояния пациента в форму аналоговых электрических сигналов. Под аналоговым сигналом понимают непрерывный электрический сигнал, один из параметров которого (например, напряжение) соответствует интенсивности биофизической характеристики (например, температуре тела, органа, ткани).

В то же время компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в числовой форме. Вся другая информация (например, биосигналы) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Поэтому аналоговые сигналы, получаемые аппаратурой съема медико-биологической информации, для ввода в компьютер должны быть преобразованы в цифровую форму.





^ Рис. 2. Принцип действия аналого-цифрового преобразователя.

Одним из стандартных устройств преобразования непрерывного электрического сигнала в серию отдельных цифровых сигналов для ввода информации в компьютер или микропроцессорное устройство, воспринимающее только цифровую информацию, служит аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) (рис. 2). Под цифровой формой - здесь понимается представление сигнала в двоичной системе счисления, где наличие электрического сигнала соответствует цифре 1, а отсутствие цифре 0.

На вход АЦП подается аналоговый сигнал, на выходе получаем цифровой. Рассмотрим пример. Пусть имеется двухразрядный АЦП и аналоговый входной сигнал линейно возрастает от нулевого до максимального значения. Изменения выходного сигнала представлены на рис. 3.

Рис. 3. График зависимости цифрового выхода двухразрядного АЦП при линейно возрастающем аналоговом входном сигнале.

Наиболее важными характеристиками АЦП являются разрядность и быстродействие. С разрядностью связана точность преобразования сигнала. В нашем примере максимальная ошибка преобразования - 25% (1/4). Если возьмем 8-разрядный (1 байт) преобразователь АЦП, то в этом случае будет 256 градаций выходного сигнала и погрешность уже будет около 0,5% и т.д.

С быстродействием связана возможность передачи быстроизменяющихся сигналов. Рассмотрим частотное представление аналогового сигнала. Любой сигнал может быть представлен набором определенного количества синусоид. И чем быстрее изменяется сигнал, тем больше синусоид требуется для адекватного представления сигнала. Представление сигнала в виде набора синусоид называется спектром сигнала. Принято говорить о максимальной частоте спектра сигнала. АЦП должен работать с частотой, вдвое превышающей максимальную частоту спектра сигнала.

Например, принято считать, что для электрокардиограммы максимальная частота спектра 100 Гц. Следовательно, для удовлетворительного представления непрерывного кардиосигнала в дискретном виде отсчеты должны быть, по крайней мере, вдвое чаще, чем максимальная частота спектра, т. е. в нашем примере 200 отсчетов в секунду (200 Гц). На практике используют еще более высокую частоту дискретизации. Обычно принято при дискретном представлении ЭКГ брать 400 отсчетов в секунду. Тогда ЭКГ передается практически без искажений.

Подключение внешних устройств к компьютеру осуществляется через порты и разъемы расширения. Порты служат для ввода данных, представленных в определенном виде, т. е. поддерживают определенный интерфейс. Под интерфейсом понимают технические средства и протоколы взаимодействия, предназначенные для стыковки и сопряжения всех составных частей системы. В компьютерах используются так называемые малые интерфейсы периферийного оборудования: последовательный (RS-232C) и параллельный (Centronics).

Последовательный порт поддерживает интерфейс RS-232C. В этом случае передача данных осуществляется последовательно во времени поразрядно (бит за битом). Преимуществом последовательного интерфейса является возможность передачи данных на большие расстояния (до нескольких километров). Недостатком является относительно низкое быстродействие. Он применяется для связи с медицинской аппаратурой, другими компьютерами и т. д.

Параллельный порт поддерживает интерфейс Centronics. В этом случае передача данных осуществляется сразу по целому байту (8 разрядов) по параллельным проводам. Преимуществом параллельного интерфейса является быстродействие, недостатком - возможность передачи только на малые расстояния (до нескольких метров). Обычно применяется для связи с принтерами.

Разъемы расширения используются для непосредственного подключения внешних устройств к шине компьютера, т.е. используется машинный интерфейс. Это самый быстродействующий интерфейс, но и расстояние его минимально, т. е. само устройство должно располагаться непосредственно в корпусе системного блока.
Аппаратная часть системы включает в себя медицинскую аппаратуру, средства связи и компьютер (рис. 1.). Для ввода в компьютер аналоговых сигналов медицинской аппаратуры их необходимо не только преобразовать в цифровую форму, но и привести в соответствие с некоторыми интерфейсами. Для этого необходимо устройство связи - УС (рис. 4.).



Рис. 4. Общая схема ввода медико-биологической информации в компьютер.

Способы организации связи с объектом исследования. Типичный вариант интерфейса для связи между медико-биологическими измерительными и исполнительными устройствами с компьютером представлен на рис. 5. В этом случае устройства сопряжения включают в себя, как минимум, аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи. Аналоговый мультиплексор - устройство, предназначенное для поочередного подключения каналов съема информации к входу АЦП. Цифроаналоговый преобразователь служит для преобразования цифровых сигналов компьютера в аналоговую форму.


^ Рис. 5. Блок-схема устройства связи компьютера и медицинской аппаратуры.
Система работает следующим образом. Значения входных сигналов (например, температуры тела, артериального давления и частоты сердечных сокращений) преобразуются датчиками в электрические сигналы. Эти электрические сигналы нормируются с учетом рабочих диапазонов аналогового мультиплексора и аналого-цифрового преобразователя. Аналоговый мультиплексор в каждый момент времени последовательно выбирает один из входных сигналов и передает его в АЦП. Данные, полученные через интерфейс АЦП, обрабатываются компьютером и затем пересылаются в форме двоичного кода в интерфейс ЦАП. Последний преобразует двоичные сигналы в аналоговые для обеспечения управления соответствующими физиологическими параметрами организма (температура тела, артериальное давление, частота сердечных сокращений), например, путем введения необходимых лекарственных средств, что позволяет осуществить систему управления с обратной связью.

Основными путями реализации интерфейсов в рассматриваемом типовом случае являются следующие:

  • Использование малых интерфейсов периферийного оборудования и устройств общего пользования компьютера.

  • Непосредственное использование машинных интерфейсов компьютера.

Наиболее частым вариантом реализации взаимодействия компьютер - внешняя среда в МПКС является использование типовых малых интерфейсов периферийного оборудования. В компьютерах типа IBM PC, как указывалось выше, в качестве малых интерфейсов используются последовательный интерфейс RS-232C и параллельный интерфейс Centronics. Рассмотрим вариант использования последовательного интерфейса RS-232C (рис. 6).



^ Рис. 6. Подключение медицинской аппаратуры к компьютеру через порт.

В этом случае значения аналоговых сигналов подаются на мультиплексор и АЦП, управляемые микропроцессором, который является составной частью средств сопряжения и выполняет роль специализированного вычислительного устройства нижней ступени в иерархической системе автоматизации лечебно-диагностического процесса. Микропроцессор позволяет также осуществить предварительный анализ биосигналов, что уменьшает объем передаваемой информации. Использование типовых малых интерфейсов ЭВМ представляется особенно перспективным при совершенствовании полифизиографических и мониторных систем. Поэтому значительная часть современной медицинской аппаратуры снабжена выходом для подключения к последовательному порту компьютера.

Другим путем решения задачи взаимодействия компьютера с внешней средой является использование собственно машинных интерфейсов. Этот путь стал возможным благодаря повышению уровня интеграции больших интегральных схем (БИС). Уже созданы одноплатные устройства сопряжения, содержащие и мультиплексор, и АЦП (ЦАП). Они обладают высокими возможностями по таким важнейшим характеристикам как быстродействие, точность и число обслуживаемых каналов. Плата помещается в стандартный разъем расширения современного компьютера. В этом случае при наличии соответствующих драйверов (вспомогательной программы для управления устройством сопряжения) управление вводом - выводом медико - биологических сигналов не составляет трудности.

Важным преимуществом использования машинных интерфейсов является достижение максимально возможного быстродействия, определяемого уже характеристиками самой ЭВМ.



Похожие рефераты:

Методические рекомендации для занятий (практических, семинарских,...
Рабочая программа составлена проф. Рамазановой Б. А., доцентом Мустафиной К. К. на основании Типовой программы по микробиологии для...
Учебно-методический комплекс методические рекомендации для практических...
Тема 2: Суставной синдром в практике врача общей практики. Остеопороз. Нарушения функции суставов
Методические рекомендации для практических занятий методические рекомендации...
...
Методические рекомендации для практических занятий Тема: «Сегментирование...
Цель: сформировать профессиональные знания и умения по проведению сегментирования рынка медицинских услуг лпу
Методические рекомендации для практических занятий Тема: «Сегментирование...
Цель: сформировать профессиональные знания и умения по проведению сегментирования рынка медицинских услуг лпу
Методические рекомендации для практических занятий Тема: Менингококковая инфекция
Значение эпидемиологических данных в распознавании локализованных и субклинических форм
Методические рекомендации методические рекомендации для практических...
Методические рекомендации для практических занятий обсуждены и утверждены на заседании кафедры акушерства и гинекологии №2, протокол...
Методические рекомендации методические рекомендации для практических...
Методические рекомендации для практических занятий составлены ассистентом Оспановой С. Т., обсуждены и утверждены на заседании кафедры...
Методические рекомендации для практических занятий кредит 4 Тема 1
Цель занятия: формирование знаний и навыков по основным принципам эффективного инфекционного контроля в медицинских учреждениях
Методические рекомендации для практических занятий факультет: лечебный...
Тема 1: Острая ревматическая лихорадка. Хроническая ревматическая болезнь сердца. Приобретенные пороки сердца

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза