МЕДИЦИНСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
— научное направление в электронике, разрабатывающее электронные приборы и технику их применения для медико-биологических исследований и лечения человека. Мед. электронные приборы и устр-ва применяют: для сбора и регистрации; индикации и анализа мед. информации; лечебного воздействия на человека; управления некоторыми функциями человеческого организма; замены функций отдельных органов и систем человека; электронного моделирования процессов деятельности некоторых систем и органов человека.
Сбор мед. информации осуществляют с помощью датчиков, при помощи которых можно принимать и преобразовывать информацию о функциях органов и систем человека или окружающей среды. По характеру воспринимаемой информации датчики можно разделить следующим образом: фотоэлектрические приемники излучения (фотоэлементы, фотоумножители, фотосопротивления, полупроводниковые приемники), применяемые в оксигемометрах и оксигемографах, электрорентгенокимографах, фотоэлектрокалориметрах и т. п.: датчики, определяющие температурные колебания в организме или внешней среде (ртутностеклянные термометры, термопары, термисторы), применяемые в термостатах и электротермометрах для определения скорости кровотока и др.; датчики, определяющие влажность воздуха, одежды и пр. (гигрометры, в которых применяют термопары, герметизированные термисторы, электролитические пирометры); датчики, определяющие ионизирующее излучение (ионизационные камеры, счетчики Гейгера — Мюллера, пропорциональные счетчики, сцинтилляционные счетчики); датчики преобразования мех. величин в электр. Они делятся на динамические (пьезоэлектрические, электродинамические, электромагнитные и магнитоэлектрические) и статические (реостаты, жидкостные потенциометры, тензометрические, индуктивные и фотоэлектрические датчики, механотроны). В динамических датчиках выходной сигнал создается только при деформации или движении датчика. Они не требуют дополнительной энергии, тогда как статические не могут работать без нее, и механически управляют мощностью этого источника энергии. Управление осуществляется в их схемах через сопротивления, емкость и индуктивность. И динамические, и статические датчики получили широкое применение в кардиологии (баллистокардиографические приставки, сфигмодатчики, кинето- и сейсмодатчики и т. д.). Мех. датчики с круговым вращением (тахометры) преобразуют данные о величине поворота вала в электр. сигналы; датчики регистрации и измерения потенциалов (капиллярные микроэлектроды с жидкостными и металлическими проводниками), неполяризующиеся электроды (серебро, платина, цинк), простые металлические электроды, электроды для вживления в ткани, широко применяемые в электро- и векторкардиографии и электрофизиологии; датчики для измерения напряжения кислорода, водорода, 
и т. п., в тканях (с открытым и скрытым кольцом, металлические и стеклянные, радиопилюли и т. п.). Все датчики должны гарантировать требуемую точность измерения и быть по возможности небольших размеров, относительно простыми и надежными в пользовании.
Кроме датчиков для сбора информации необходимы электронные усилители и устр-ва для регистрации.
Электронные усилители применяют в большинстве случаев при сборе физиол. информации, так как датчик часто не имеет на выходе достаточного напряжения для того, чтобы регистрирующее устр-во могло записать эту информацию. Усилители биопотенциалов бывают низкой частоты — от 0-0,5 до 200— 250—500 гц. В приборах для сбора и регистрации физиол. информации может быть один или несколько каналов регистрации — соответственно числу датчиков. При последовательном опросе датчиков через определенные промежутки времени, канал регистрации может оставаться одним и тем же. Число усилителей при этом соответствует числу каналов регистрации. Снятая датчиком информация после предварительного усиления регистрируется с помощью электроннолучевых гальванометров, электромагнитных самописцев с чернильной записью или нагревом пера на
фото- или бумажную ленту. При длительной регистрации информации, напр., при записи кардиотопограмм используют киноленту. В последнее время информацию в виде цифровых или аналоговых характеристик все чаще записывают на магнитную ленту, анализируя ее впоследствии с помощью различных методов.
К регистрирующим приборам относят электроннолучевые трубки с различной длительностью послесвечения. По этому принципу в Киевском политехническом ин-те создан «запоминающий вектор-кардиоскоп». С помощью приборов такого рода можно вести наблюдения за функциями сердца и мозга в процессе операции, физической нагрузки и т. п., так как по желанию исследователя в различных участках кинескопа могут сохраняться ранее записанные кривые. Регистрация информации С помощью голографии, по-видимому, один из наиболее перспективных методов сбора и регистрации объемной информации мед. характера, напр., запись человека в различных позах в процессе движения до и после заболевания и т. п. Для сбора, передачи и регистрации информации применяют метод биотелеметрии. Для этого разработаны спец. телеэлектрокардиографы, телефонокардиографы и др. устр-ва. Индикаторами информации могут быть приборы, которые отклонением стрелки (стрелочные приборы) или в виде последовательности цифр на световом табло (цифровые приборы) показывают изменения, происходящие в организме. При индикации выявляются одна или две осн. характеристики изучаемого процесса. Напр., хирурга, проводящего операцию на сердце, интересует число сердечных сокращений за одну минуту и степень гипоксии миокарда. Для этого к электрокардиографу следует подключить счетно-решающее устр-во, которое после преобразования сигнала подсчитывает число зубцов R электрокардиограммы за минуту и выдает его на стрелочный индикатор или на световое табло. После преобразования информации вычисл. блок определяет отклонение от заданных пределов интервала 
и показывает это в числах на световом табло. То же самое можно сделать, преобразуя информацию с помощью индикаторного устр-ва, при регистрации кривой давления плечевой артерии или кривой венозного давления.
В последние годы в М. э. большое внимание уделяют созданию анализаторов, в которые мед. информацию вводят с магнитных лент спец. или бытовых магнитофонов, анализируют ее, получая в результате гистограммы и кривые авто- и кросскорреляционной функции, по которым врач может судить о состоянии организма больного и его отдельных органов и систем. Такие устр-ва могут действовать автономно или в комплексе с ЭЦВМ, во внешнем ЗУ которой запоминаются результаты анализа диагностики состояний (напр., определение по энцефалограмме уровня бодрствования, появления ошибочных реакций, оценки умственной активности и т. п.). Создан прибор для определения взаимной дисперсии данных различных энцефалографических отведений, который отличает уменьшение взаимных дисперсий на фоне нарастающей гипоксии во время наркоза, что очень важно знать анестезиологу. Создан цифровой измеритель скорости пульсовой волны, выполненный в виде небольшой приставки к многоканальному электрокардиографу, на котором записываются кривые пульса и электрокардиограмма. Прибор позволяет определить время распространения пульсовой волны с точностью до ±0,001 сек.
Наряду с простыми приборами создаются сложные информационно-измерительные системы с несколькими программами обработки информации. Так в США разработаны специализированные мед. машины «Mediae», «АТАС-501-10», «АТАС-501-20» и др. Создана информационная система по векторному анализу электр. поля сердца СВЭК (стереовек-торэлектрокардиограф), которая позволяет определить азимут, угол подъема и модуль моментного вектора, угловую и линейную скорость формирования пространственных петель QRS и Р. Разработан векторкардиоскоп с записью информации на магнитную ленту и передачей информации по телефонным каналам непосредственно в ЭВМ, которая не только вычисляет параметры, но и ставит диагноз осн. заболеваний сердца.
Наметилось направление, разрабатывающее мед. диагностические устр-ва, напр., диагностическая релейная машина, созданная в Ин-те математики АН УССР, специализированное диагностическое устр-во для определения степени недостаточности кровообращения, разработанное в Ин-те хирургии им. А. В. Вишневского.
Разрабатываются киберн. комплексы для измерения и диагностики состояния человека, находящегося в центре реанимации. Все приборы такого комплекса состыковываются со средними или малымй ЭВМ. Каждый больной, поступивший в центр реанимации, подлежит наблюдению в комплексе, в систему оценок которого входят показатели: электрокардиограммы, температуры тела, центрального и периферического пульса, дыхания, кровяного давления. Такого рода прикроватный блок мед. приборов позволит врачу или медсестре постоянно следить за характером изменений органов и систем реанимированного больного. При изменении состояния больного к нему вызывается, с помощью аварийной сигнализации, врач. Такие устройства уже функционируют в СССР, США, Франции. ФРГ, Швеции.
Создаются электронные анализаторы для клинико-диагностических и биохимических лабораторий, позволяющие выполнять за один час до 100—200 анализов с выпечатыванием результатов анализа в виде бланка заключения и передачей его содержания по телетайпу в клиники, из которых прибыл для анализа материал. Разработаны информационно-измерительные системы, совмещающие в себе электронный микроскоп и ЭВМ. Эти системы
позволяют определить форменные элементы крови, анализировать гистологические срезы и т. п. Делаются попытки анализировать на ЭВМ гемодинамику с помощью ангиокардиограммы, электро- и фонокардиограммы на основе спец. матем. моделей и внеш. устр-в, создающих объемное изображение сердца и сосудов. Созданы сложные рентгенодиагностические устр-ва с биол. управлением от зубцов электрокардиограммы, с возможностью сбора информации в разные фазы систолы и диастолы сердца.
Создаются и внедряются в клиническую практику экспресс-анализаторы, позволяющие анализировать по нескольким показателям большие потоки людей. В этом отношении очень перспективны разработки автоматизированных флюорографических, теплографических, радиографических и кардиометрических анализаторов, совмещенных со счетно-решающими и диагностическими устр-вами. Такие анализаторы нужны для создания систем диспансеризации в больших производственных коллективах.
Аппаратура для лечебного воздействия на человека охватывает, в основном, два класса приборов: приборы, действующие при помощи электр. тока через контактно наложенные электроды, и приборы, действующие с помощью электр., магн. и электромагн. полей без контактного наложения электродов. В области применения этой аппаратуры сложным остается выбор соответствующих доз и времени действия лечебного фактора. Они, несмотря на появление специально разработанных дозиметров, во многих случаях остаются эмпирическими, основанными на опыте врача. Разработан дозатор постоянного и импульсного действия для регуляции состояния сердечнососудистой системы животного. Ведутся работы по созданию дозаторов для регулирования углеводного обмена у больного сахарным диабетом, для расчета дозы радиоактивного иода при лечении больного тиреотоксикозом, для определения дозы радиорентгенологической терапии при лечении злокачественных опухолей. При создании таких дозаторов необходимо, чтобы они учитывали действие проведенного ранее лечения, контролировали дозу при проведении терапии в зависимости от изменения показателя эффективности назначенного лечения. Таким образом, в медицинскую электронику проникают идеи теории автоматического регулирования.
Некоторые устр-ва основаны на использовании биоэлектрического управления. Их можно разделить на два класса. 1) Устр-ва, воздействующие на организм с помощью биол. процессов, записанных от здорового донора на магнитную ленту или другой носитель информации, напр., устр-ва «Миотон-1»и «Миотон-2»; подобное действие оказывают и электростимуляторы мышечной активности, кардиостимуляторы и др.; 2) устр-ва, в которых для управления применяют биол. процессы, протекающие в самом человеке. Это, напр., водители сердечного ритма, усиливающие сигнал от предсердия больного и подающие его на миокард желудочков того же человека, при полной атриовентрикулярной блокаде сердца. Система биоуправления искусственным дыханием, разработанная во Всесоюзном ин-те приборостроения, обрабатывает информацию о содержании 
в выдыхаемом воздухе, а также биотоки дыхательных мышц. На основе этого определяются характеристики дыхательного цикла. Устр-во имеет импульсный исполнительный механизм и обратную связь, которая реализуется по скорости потока воздуха, автоматически изменяя частоту и дыхательный объем потока. Созданы приборы, автоматически регулирующие кровяное давление человека во время операции. Существуют приборы и устр-ва, управляющие ф-циями человека без биол. управления, напр., «Электросон», «Электронаркоз», разработанные в Ин-те кибернетики АН УССР, а также дефибрилляторы и т. п. Разрабатываются устр-ва и приборы для замены некоторых органов и систем человека.
М. э. разрабатывает и создает спец. устр-ва, позволяющие моделировать деятельность отдельных органов и систем; электр. активность сердца; динамические отношения между сердцем и телом и т. п.
М. э. находится на стыке с кибернетикой биологической, кибернетикой медицинской и бионикой.
Лит.: Амосов Н. М., Шкабара Б. А. Опыт постановки диагноза при помощи диагностических машин. «Экспериментальная хирургия и анестезиология», 1961, № 4; Ливенцев Н. М. Электромедицинская аппаратура. М., 1964; Сидоренко Г. И. Кибернетика и терапия. М., 1970 [библиогр. с. 191—210]; Ахутин В. М. [и др.]. Кибернетический комплекс для центра реанимации. В кн.: Автоматизация. Организация. Диагностика, ч. 2. М., 1971; Дональдсон П. Электронные приборы в биологии и медицине. Пер. с англ. М., 1963.
А. А. Попов.
