Этапы проектирования медицинской техники: подробное руководство

Этапы проектирования медицинской техники включают в себя анализ потребностей пользователей, разработку концепции, создание прототипов, тестирование и внедрение на рынок. Каждый этап играет важную роль в обеспечении качества и безопасности медицинских устройств.

В следующих разделах статьи мы рассмотрим подробности каждого этапа проектирования медицинской техники, расскажем о том, как учитывать потребности пользователей, как создавать эффективный дизайн устройства, как проводить тестирование на безопасность и эффективность, а также о том, как подготовить продукт к успешному запуску на рынок.

Разработка электронных медицинских приборов и аппаратов

• Ознакомиться с материалом "Разработка электронных медицинских приборов и аппаратов"
• Скачать презентацию "Разработка электронных медицинских приборов и аппаратов"

1. Этапы создания конструкторской документации

Различные виды и стадии создания конструкторской документации. Основные шаги в проектировании новой техники. Разработка чертежей общих видов базовых элементов. Проведение экспериментальных исследований новых технических решений и компонентов, организация доработки.

Медицинские эндоскопы классифицируются и назначаются в зависимости от их структурной схемы и принципа построения, а также от характеристик наблюдательной и осветительной систем. Особенности габаритного расчета эндоскопов с линзовой оптикой учитываются при их разработке, а для трубок эндоскопов прямого наблюдения создаются модели объектива.

3. Ведется разработка единой системы конструкторской документации. Конструкторские документы классифицируются по стадии разработки, характеру использования и выполнения, виду. Межгосударственные стандарты используются для нормоконтроля и унификации конструкторской документации.

4. Оценка летательных аппаратов подразумевает классификацию и виды оценочной стоимости с учетом специфики данной техники. Рекомендуется проводить оценку летательных аппаратов в соответствии с определенным порядком и с использованием необходимого перечня документов. После анализа результатов, оценка стоимости должна быть оформлена соответствующим образом.

5. Разработка электрических схем с использованием разнообразных электрических и электронных аппаратов с последующим их графическим изображением. Исследование и анализ составленных на основе электрических аппаратов и машин схем. Выполнение расчетов и выбор необходимых электрических аппаратов.

6. Облегчение процесса расчета и проектирования химических аппаратов с мешалками благодаря рекомендациям по выбору и расчету компонентов корпуса аппарата, а также расчету и созданию перемешивающего механизма. Определение эскизного проекта, экспертные расчеты, а также проверка на пригодность.

7. Изучение мирового производства губчатого титана и его особенностей.

В России, Казахстане, США, Японии и Китае выпускают титановую губку. В мире ведутся исследования и тестирования титанового материала. В производственных процессах используется лом металла.

Различные виды научно-исследовательских работ проводятся в этой области. Исследования проходят в различных стадиях и включают различные компоненты, такие как информационное обеспечение и методы оценки результативности. Опытно-конструкторские работы включают несколько этапов и задач.

Жизненный цикл изделия состоит из нескольких этапов. Организация работы на предприятии подразумевает наличие структурной схемы. Разработка и подготовка конструкторской документации проходит в несколько стадий, включая технологические процессы, использование оборудования, оснастки, инструментов и средств измерения при испытаниях блока.

Конструирование приборов является важной частью всего процесса.

Общие понятия о редукторах. Метрология как наука, которая изучает измерения, методы и единицы физических величин. Международная система СИ и классификация ошибок измерений в зависимости от эксплуатации измерительных приборов и преобразователей.

11. Создание проектирования деталей машин

Конструкторские документы и их комплектность. Первоначальные стадии проектирования машин. Привод механизма поворота крана и электрическая схема лебедки. Создание кинематической схемы машинного агрегата.

Расчет ресурса приводного устройства.

Разработка технических решений для усовершенствования конструкций штрипсовых и пуклеванных рубашек емкостных аппаратов. Их технология производства и методика выполнения тепловых расчетов емкостных аппаратов. Производственное тестирование результатов работы.

13. Электронные и магнитные ингибиторы накипи

Исследование устройств, предотвращающих образование отложений на внутренних поверхностях систем и оценка влияния их работы. Описание магнитных аппаратов с неизменным магнитным полем, аппаратов радиоволновой электроники и аппаратов с импульсным электрическим полем.

Особенности процедуры анализа и оценки проектов научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на предприятиях, а также описание задач, связанных с этим процессом. Исследование проблем, связанных с проведением анализа и оценки проектов НИОКР и ограничений, влияющих на этот процесс.

Роль разработок в области научных исследований, опытного проектирования и технологии в сфере инновационного развития производства в различных отраслях экономики. Реализация стратегического и экономического потенциала результатов НИОКТР в космической промышленности РФ.

Технологии сварки и литья.

Качественные швы при сварке конструкций обеспечивают надежность соединения, а также эмалированные аппараты способны выдерживать тяжелые условия эксплуатации благодаря стальным отливкам. Сплавы цветных металлов и неметаллические материалы также используются для создания аппаратуры.

В производственной сфере РФ применяются различные электроизмерительные приборы, включая научные и конструкторско-технологические. Выход из строя таких приборов может быть вызван разными причинами, поэтому необходимо принимать меры для снижения вероятности их повреждения.

Для создания теплообменных аппаратов проектируются матричные и планарные модели с параметрами, превосходящими альтернативные прототипы. Геометрические параметры перфорированных пластин оптимизируются, а также производится проектный расчёт матричных теплообменных аппаратов.

19. Проведено исследование опытно-промышленного роторного вихревого аппарата. Описаны параметры, характеризующие условия эксплуатации установки, представлены результаты экспериментального исследования состава газообразных компонентов и эффективности их очистки. Проведена сравнительная характеристика аппаратов мокрой очистки.

20. Рассмотрены основные технологические процессы обслуживания бытовых машин и приборов. Описано назначение, конструкция и принцип работы посудомоечной машины. Рассмотрены типовые неисправности. Рассмотрено оборудование для ремонта бытовых холодильных приборов. Описаны основные неисправности пылесоса, тостера и предложены способы их устранения.

21. Данный текст охватывает классификацию оборудования.

Использование аппаратов, в которых происходит превращение веществ. Классификация аппаратов, предназначенных для извлечения продуктов реакции. Определение основных плюсов и минусов непрерывных и круглых технологических процессов.

22. Создание моделей акустомагнитных аппаратов для применения в системах гидропоники

Разбор математических формул, описывающих акустические и электромагнитные поля акустомагнитного аппарата. Алгоритм установки критериев подобия для создания акустомагнитных аппаратов, используемых в системах гидропоники.

23. Восстановление автомобилей, механизмов и инвентаря

Технология восстановления деталей и ремонта узлов и приборов является важным этапом производственного процесса. Для облегчения этой задачи используют типизацию и стандартизацию технологических процессов, а также различные виды технологической документации. Важным этапом является методика проектирования технических процессов восстановления сломанных деталей.

Деталирование чертежа общего вида является неотъемлемой частью конструкторских документов. Оно включает в себя выполнение чертежа изделия общего вида, порядок выполнения работы по деталированию, а также формат бумаги и приемлемый масштаб изображений. Важным этапом является аксонометрический чертеж, а также использование прямоугольной изометрии.

Для облегчения процесса производства используется проектирование системы автоматизации технологических процессов. Это необходимо для оптимизации производственного процесса.

В рамках данной работы рассмотрена конструкция аппаратов и оборудования, используемых в автоматизации технологических процессов. Приведено описание систем контроля управления и приборов обеспечения качества производственных процессов. Описан порядок обоснования и составления чертежей блоков управления.

• Перейти на главную страницу
• Просмотреть другие работы по рубрикам в алфавитном порядке
• Вернуться к подобным работам
• Вернуться к началу страницы
• Ознакомиться с текстом работы
• Скачать работу можно по ссылке, предоставленной здесь
• Хотите узнать стоимость заказа? Обратитесь к нам!

Все работы представлены в архивах и оформлены в соответствии с требованиями ВУЗов: содержат рисунки, диаграммы, формулы и пр. PPT, PPTX и PDF-файлы также доступны только в архивах. Рекомендуем загрузить работу и оценить ее качество, просто кликнув на звездочку.

Расчет и проектирование узлов электронно-медицинской техники

Данное учебное пособие одобрено учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации, которое занимается развитием образования в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации. Книга является рекомендованным пособием для студентов высших учебных заведений, обучающихся в направлениях "Биомедицинская инженерия" (бакалавры и магистры) и "Биотехнические системы и технологии" (бакалавры).

Авторами учебника являются Белов А.В., Садыкова Е.В., Сергеев Т.В. В книге представлены данные и расчеты по проектированию узлов электронной медицинской техники. Издание вышло в 2011 году, издательством СПбГЭТУ "ЛЭТИ". В книге содержится 96 страниц.

В данной статье обсуждаются основные принципы построения автоанализаторов газового состава крови и гематологических узлов медицинского оборудования. Кроме того, здесь описывается уникальный способ представления эквивалентной схемы электронных усилительных устройств на основе управляемого резистивного делителя. Также представлен способ получения основных параметров и характеристик биполярных транзисторов с помощью программного схемотехнического моделирования Micro-Cap и предварительного расчета однокаскадного усилителя по схеме с общим эмиттером. Данный материал полезен для студентов, обучающихся по направлению 200300 «Биомедицинская инженерия», а также для инженерно-технических работников данной области знаний.

В качестве методических указаний для самостоятельной подготовки студентов, изучающих курс «Узлы и элементы медицинской техники» и «Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы», предлагается издание, подготовленное кафедрой медицинской радиоэлектроники ГОУ ВПО Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения и кандидатом биологических наук К. В. Константиновым (НИИЭМ СЗО РАМН). Редакционно-издательским советом университета было принято решение о выпуске данного пособия, которое способствует расширению и углублению базовых знаний в области клинико-лабораторной и электронно-медицинской техники. Пособие имеет универсальный характер и может быть использовано как при изучении биологических курсов, так и при изучении технических курсов, затрагивающих создание современного медицинского оборудования и приборов.

В первой части учебного пособия рассматриваются основы создания гематологических и газовых автоанализаторов на основе лекций доцента Е.В. Садыковой, которые читаются для бакалавров и магистров направления «Биомедицинская инженерия» по вопросам клинико-лабораторной техники.

В разделе, посвященном схемотехнике, автором использована часть лекций доцента А.В. Белова, которые на протяжении нескольких лет читались студентам кафедры биомедицинской электроники в СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Полупроводниковые усилители, которые являются основой современной микроэлектроники, рассматриваются в учебном пособии как основополагающий элемент, с которого начинается понимание работы электронных устройств. Основной задачей в данном разделе является ознакомление студентов с принципами и расчетом полупроводниковых усилителей с использованием программ схемотехнического моделирования.

В данном пособии основное внимание уделяется физическим основам работы электронных схем, что является отличием от стандартной учебной программы. Обычно учебники склонны уделять всего лишь небольшое внимание этому аспекту, и на первый план выдвигается математическое описание процессов, что не всегда полезно для будущих инженеров. Именно поэтому в данном пособии большой акцент делается на практической стороне информации, которая может оказаться необходимой в будущем трудовой деятельности инженера. Ведь такая информация сейчас находится в области схемотехники, которая содержит все основные правила и тонкости проектирования электронных схем.

Эта часть пособия посвящена введению в аналоговую схемотехнику на основе транзисторов. С одной стороны, авторы осознают, что невозможно охватить все аспекты разработки полупроводниковых усилителей в рамках этой работы. С другой стороны, отечественная литература по аналоговой схемотехнике имеет недостатки, такие как излишнее внимание к побочным деталям, что мешает студенту сосредоточиться на основных аспектах расчета и проектирования схем. Главной целью авторов является обучение аналоговой схемотехнике с акцентом на основные принципы, избегая излишних деталей в проектировании усилителей, и открывая суть этого процесса.

В книге используется подход, в котором понимание основ проектирования усилительных каскадов является центральной темой. При этом не рассматриваются такие вопросы, как гибридные h-параметры транзистора, эквивалентные схемы замещения транзистора, использование внешних генераторов сигналов в начальном проектировании, разделительные конденсаторы, нагрузочные элементы и динамические параметры усилителя. Это связано с возможностями современных программ схемотехнического моделирования, которые позволяют исключить необходимость ручного расчета паразитных емкостей схемы, таких как CКБ, CБЭ и др. Таким образом, особое внимание уделяется расчету усилительной схемы постоянным током (DC – постоянный ток), производимым разработчиком, в то время как динамические параметры каскада, вычисляемые по переменному току (AC – переменный ток), определяются программой схемотехнического моделирования, и разработчик не может влиять на эти параметры, которые зависят от свойств выбранного транзистора. Лишь выбор более высокочастотного транзистора может улучшить динамические характеристики усилителя.

Согласно мнению авторов, для обучения схемотехническому моделированию лучшей программой является Micro-Cap от американской компании Spectrum Soft. Программа выгодно отличается от EWB, Simulink, Proteus, Spice, PCad тем, что

• имеет бесплатные демоверсии с 5-ой по 10-ую версию;
• имеет максимально удобный и дружественный интерфейс, позволяющий быстро освоить ее;
• имеет множество указателей и средств локальной поддержки, а также большое количество встроенных примеров работы;
• позволяет производить структурное моделирование с использованием макросов, создаваемых пользователем;
• позволяет осуществлять математические операции с использованием переменных.

Micro-Cap — это программа для схемотехнического моделирования, которая предоставляет возможность визуализации и анализа большого количества переменных на графиках в линейном, полулогарифмическом и логарифмическом масштабах. Кроме того, легко переносить схемы и графики результатов моделирования в стандартный текстовый процессор Word в виде растровой или векторной графики.

Изучение программы Micro-Cap поможет студенту освоить создание новых схем и использование программ сквозного проектирования радиоэлектронных устройств.

Стоит отметить, что при работе с программой дальнейшее изучение будет проводиться с использованием логарифмического и полулогарифмического масштабов, что позволит анализировать изменение параметров транзистора в широком диапазоне.

По окончании изучения студент должен достичь следующих результатов:

Мы гарантируем знание физико-химических методов и принципов работы, которые лежат в основе автоанализаторов гематологического и газового состава крови.

Кроме того, мы имеем навыки рассчета схем одно- и многокаскадных усилителей по постоянному току и умеем оценивать работу схемы с помощью программы Micro-Cap.

Преимущества нашей компании

Для Вас мы составим проект в целом и обеспечим полное сопровождение на всех этапах строительства. Мы поможем в получении всех необходимых документов и гарантируем высокое качество наших услуг. Заказав у нас проектирование, Вы получите объект под ключ.

Проектирование медицинского оборудования

КБ ИнженерГрупп предлагает услуги по разработке медицинского оборудования с целью импортозамещения. Мы готовы выполнить проектирование по образцу или аналогу, а также провести реверс-инжиниринг готовой медицинской техники. Наши инженеры обладают необходимой квалификацией, чтобы реализовать Ваш проект.

Наша команда инженеров-конструкторов предоставит Вам проектирование медицинского оборудования, соответствующего всем Вашим требованиям. Доверьтесь нашему опыту и квалификации для достижения великолепных результатов!

Мы занимаемся обратным проектированием медицинского оборудования, разрабатывая конструкторскую документацию для улучшенных моделей аппаратов и создавая новые устройства. Мы используем 3D сканирование для более точного и эффективного проектирования.

Уникальные услуги по обратному проектированию медицинского оборудования

Восстановление медицинской техники

Конструкторское бюро «ИнженерГрупп» предлагает свои услуги на рынке уже давно, предоставляя разнообразные решения. Мы всегда готовы помочь нашим клиентам в различных задачах, однако недавно мы чаще всего получаем заказы на восстановление уже имеющегося оборудования или замену импортных аналогов.

Мы являемся лидерами на рынке разработки медицинского оборудования и в последнее время мы провели множество проектов в данной области. Мы с радостью предоставим Вам возможность ознакомиться с нашим портфолио на странице «Портфолио«. Некоторые из наших готовых проектов представлены в карусели выше.

Наша компания придумала способ ускорить обработку заявок и помочь в составлении ТЗ, создав опросный лист на реверс-инжиниринг. Доступ к заполнению формы онлайн можно получить на странице «Реверс-инжиниринг». Вы можете скачать опросный лист по ссылке, которую мы предоставляем выше этого текста.

Как сотрудничать с КБ "ИнженерГрупп"

У нас возросла потребность в замене импортного медицинского оборудования, поэтому мы расширяем свою команду и приглашаем на работу только опытных инженеров, специализирующихся на разработке такого оборудования. В нашей компании трудятся лучшие специалисты, которые грамотно и аккуратно выполняют свои обязанности, соблюдая все установленные нормы и ГОСТы. Заботимся о безопасности людей и учитываем даже мелочи. Тем, кто стремится к развитию и самосовершенствованию, мы предлагаем ознакомиться с разделом "Сотрудничество".

Разработка нового медицинского оборудования

Создание нового медицинского оборудования для нас не является проблемой, ведь у нас в распоряжении лучшие инженеры-конструкторы, которые с легкостью придумают новые и оригинальные идеи, чтобы удовлетворить потребности населения. Мы с радостью занимаемся созданием всего, что нужно, особенно если это направлено на улучшение здоровья – это одно из важнейших желаний любого человека. Поэтому, мы с удовольствием развиваемся в данной сфере, чтобы помогать всем нам.

Выпуск собственного медицинского оборудования

Ежедневно КБ «ИнженерГрупп» получает запросы на реверс-инжиниринг или обратную разработку медицинского оборудования. Это связано с тем, что вопрос о импортозамещении медицинской техники стоит очень остро. Компания успешно реализовала проект «Импортозамещение медицинского оборудования», который сегодня является одним из самых популярных запросов. Мы предоставляем комплект конструкторской документации по ГОСТ 2.102-2013, который позволит вам создать аналог оборудования у наших партнеров или в случае наличия собственного производства. Также мы можем порекомендовать стороннюю организацию, которая предоставляет услуги по производству.

Надежное проектирование медицинского оборудования

Если вам нужно создание медицинского оборудования «Под ключ», то мы можем предложить вам услуги нашей компании. У нас есть партнерские производственные компании, которые готовы реализовать ваш проект. Мы имеем большой опыт работы с ними и знакомы с их техническими и производственными возможностями.

Поддержка на этапе производства

Мы предоставляем конструкторскую поддержку при разработке медицинского оборудования и контролируем пуско-наладочные работы. Это недоступно каждой компании, занимающейся проектированием медицинской техники. Наша работа соответствует всем нормам проектирования и ГОСТам. Мы всегда готовы доказать это вам.

Наша компания предлагает конкурентоспособные цены на производство медицинского оборудования от наших партнеров. Важным этапом при создании проекта является разработка конструкторской документации, что непосредственно влияет на успешность проекта.

Моделирование и проектирование медицинского оборудования в 3D

Для наших специалистов проектирование медицинского оборудования является необходимым этапом, который занимает некоторое время. Наша компания имеет все необходимое оборудование для ускорения процесса, так как наша команда профессионалов успешно реализовывает проекты по реверс-инжинирингу.

Наши инженеры-разработчики осуществляют качественное сканирование изделий, оборудования и деталей в 3D формате. Более подробную информацию об оборудовании, которое мы используем для этого процесса, вы сможете найти на нашей странице "3D сканирование". Однако, мы всегда оставляем выбор за Вами в разработке Ваших проектов. Мы гарантируем отличное качество и соблюдение установленных сроков по договору, а также учитываем ваши пожелания при разработке проектов. Пример договора на реверс-инжиниринг медицинского оборудования можно найти ниже.

Участие в V Международной студенческой научной конференции "Студенческий научный форум — 2013"

Часто требования к будущему устройству, которые указываются в техническом задании, превосходят требования к уже существующим на рынке устройствам. Это сделано с целью обеспечить конкурентоспособность нового продукта на момент его выпуска. Это означает, что разработчик должен найти или создать новые методы получения информации о прототипах.

1. Разработчик должен определить конструкцию и выбрать функциональные блоки для прибора.

Прибор может быть выполнен как одним блоком вроде "StatFax", так и состоять из отдельных блоков, таких как анализатор, раскапывающая станция и арм лаборанта, как например Abbott Architect.

Рисунок 1 — иммунохимический анализатор Abbott Architect с рабочей станцией лаборанта (слева).

Автоматизированные приложения, такие как P-CAD, позволяют предварительно оценить эффективность работы схемы, а также настроить или откалибровать некоторые компоненты до начала производства. Это также, дает возможность указать элементы, которые нужно калибровать в соответствии с условиями лаборатории, и которые должны быть калиброваны в процессе использования.

1. Необходимо учесть возможные вопросы, которые могут возникнуть перед процессом производства прибора, например, порядок сборки, количество деталей, плат и сборочных единиц.
2. Также программист должен написать исходный код для "прошивки" инструмента и программного обеспечения АРМ лаборанта.

Программист создает прошивку в соответствии с интерфейсом, указанным в техническом задании для устройства. При наличии дисплея и клавиатуры на корпусе настольных приборов программное обеспечение, как правило, выбирается под ОС Windows CE или создается на ее базе. Если устроиство предусматривает работу с анализатором на персональном компьютере, то программа разрабатывается для операционных систем, таких как Gentoo или Windows 7, с удобным и понятным интерфейсом [1].

Рисунок 2 показывает микропланшетный фотометр Sunrise (производства Tecan) с сенсорным дисплеем, управляемым на ОС Windows CE.

Литература:

1. Горюнова В.В. "Автоматизированное проектирование процессов технического обслуживания". Информационные технологии в проектировании и производстве. — 2010. — №2. — С. 24-27.

Список рекомендуемых диссертаций по специальности "Системы автоматизации проектирования (по отраслям)", код ВАК 05.13.12

Разработка автоматизированной системы проектирования биомеханических объектов "кость-эндопротез" (2013 г.), Максим Владимирович Марков, кандидат технических наук

Система поддержки принятия решений для диагностики и лечения опорно-двигательного аппарата человека (2012 г.), Татьяна Александровна Патрина, кандидат технических наук

Разработка системы автоматизированного проектирования рыболовных орудий (2013 г.), Филипп Александрович Михеев, кандидат наук

Исследование и разработка программного и информационного обеспечения для схемотехнических систем автоматизированного проектирования с встроенным браузером Интернета (2010 г.), Дмитрий Александрович Ларистов, кандидат технических наук

Диссертация доктора технических наук Елены Александровны Чертковой "Рекуррентное метамоделирование в системных средах САПР 2008 года"

Автореферат диссертации на тему "Разработка системы автоматизированного проектирования механических изделий медицинской техники"

Нынешний этап расширения областей применения САПР отличается быстрым ростом. Создание новых, приспособленных к сложным объектам, систем проектирования направлено на решение многочисленных задач, связанных с автоматизированным проектированием. Кроме того, значительное значение имеет выпуск проблемно-ориентированных систем проектирования, специализированных на механических изделиях медицинской техники, предназначенных для коррекции и замещения функций органов и систем. Эти изделия, в том числе фиксаторы и эндопротезы, применяются для лечения переломов и заболеваний суставов, специализированные в травматологии и ортопедии.

Необходимость усовершенствования медицинской помощи для больных, которые столкнулись с травмами и заболеваниями опорно-двигательной системы (ОДС), является глобальной и актуальной в России, а В других странах мира. Этот феномен обусловлен социальными факторами: в соответствии со статистикой Всемирной организации здравоохранения, более 3,5 миллионов человек гибнут ежегодно в результате различных форм травм, а более 2 миллионов человек становятся инвалидами. Количество людей, нуждающихся в медицинской помощи, которые стали жертвами военных действий, на 100-150 раз меньше, чем количество пострадавших от травм. В Российской Федерации ежегодно около 13 миллионов человек страдают от несчастных случаев и травм.

Временная нетрудоспособность может иметь различные причины, но травмы занимают второе место по распространенности, уступая только острым респираторным и вирусным инфекциям. Однако, по количеству утраченных рабочих дней, травмы уже занимают лидирующую позицию. Если говорить об инвалидности, то травмы занимают лишь четвертое место, уступая болезням органов кровообращения, нервной системы, органным чувствам и злокачественным новообразованиям.

Смертность от травм занимает второе место после заболеваний органов кровообращения и составляет около 310-350 тысяч человек в год. Заболевания ОДС поражают более 8% населения России и количество больных постоянно возрастает. Среди причин временной утраты работоспособности заболевания ОДС занимают третье место после острых респираторных инфекций и травм, а в общей статистике инвалидности занимают только пятое место.

Для лечения серьезных повреждений костей и суставов, таких как переломы и их заболевания, часто необходимо проводить хирургическое лечение с применением фиксаторов и эндопротезов. Качество этих устройств существенно влияет на результаты лечения. Существующие подходы к разработке механических устройств для травматологии и ортопедии в основном основываются на долгосрочном субъективном наблюдении за пациентами, для которых эти устройства применяются. Это делает разработку таких устройств недостаточно эффективной и не всегда оправданной с экономической точки зрения.

Для разработки указанного класса механических изделий применяются все основные инструменты и технологии. Использование механических устройств в организме человека накладывает определенные ограничения. Многокритериальный характер проектирования медицинской техники требует активного участия инженеров и медиков на всех этапах процесса проектирования, включая этап диалогового определения задачи. Как существующие, так и перспективные потребности в развитии САПР предполагают разработку общесистемного программного обеспечения, которое будет адаптироваться к новым задачам проектирования механических изделий медицинской техники и позволит гибко настраивать диалоговый интерфейс в соответствии с квалификацией пользователя (инженера-проектировщика, медика). Проблемы получения достоверной информации о биологических объектах, таких как кости и суставы, и сложность создания соответствующих моделей требуют разработки централизованного банка моделей, который будет доступен различным коллективам проектировщиков и медиков.

Данная ситуация определила главные направления исследований, проведенных в рамках диссертации, которые неразрывно связаны с планами Научно-исследовательского института травматологии и ортопедии имени Р. Р. Вредена, Санкт-Петербургской государственной педиатрической медицинской академии и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета имени В. И. Ульянова (Ленина). Разработка систем автоматизированного проектирования (САПР) медицинского оборудования из механических деталей на данный момент является крайне актуальной задачей, решение которой имеет огромное значение для теории и практики.

Основное намерение диссертации заключается в изучении важнейших аспектов функционирования САПР механических изделий медицинской техники. В процессе исследования будут поставлены точки контакта различных подсистем и основана новая система BioMediCAD.

Проблемой, решаемой в ходе работы, является:

1. создание архитектуры программного обеспечения системы BioMediCAD;
2. определение и разработка инвариантного ядра системы, которое не зависит от проблемно-ориентированных подсистем;
3. разработка программной объектной модели для описания компонентов систем, относящихся к устройствам кости;
4. создание информационных и программных средств, необходимых для учета индивидуальных особенностей человеческого организма.

5. Были проведены исследования и разработаны механизмы хранения описания биомеханических систем в базе данных.

6. Были проведены исследования и разработаны лингвистические средства системы BioMediCAD.

Для решения поставленных задач использовались различные методы, включая систему автоматизированного проектирования, системное, модульное и объектно-ориентированное программирование, математическое моделирование и теорию реляционных баз данных.

В ходе исследований были получены новые научные результаты, в частности:

1. Была предложена архитектура программного обеспечения для САПР механических изделий медицинской техники, которая отличается наличием инвариантной части, обеспечивающей возможность внедрения новых задач проектирования путем добавления описаний моделей костей, суставов и механических конструкций.

2. Создано уникальное общесистемное ядро системы, которое управляет процессом проектирования и не зависит от используемых проблемно-ориентированных подсистем, а также имеет единый прикладной программный интерфейс.

3. Предложено оригинальное информационное обеспечение САПР, включающее программную объектную модель, которая описывает биомеханические системы и позволяет рассматривать объекты, такие как кости, мышцы и сухожилия, как механические объекты, учитывая характер их взаимодействия.

4. Создан централизованный банк моделей, который стал доступен для коллективов проектировщиков механических изделий. Банк включает базу данных моделей биомеханических систем и их компонентов, которая позволяет подстраивать параметры моделей, учитывая индивидуальные особенности человеческого организма. Механизм преобразования моделей, записанных в терминах базы данных, реализован в программную объектно-ориентированную форму.

5. Разработаны лингвистические средства САПР механических изделий медицинской техники, которые автоматически адаптируются к уровню знаний и квалификации пользователя (инженера-проектировщика, медика) и предусматривают возможность изменять операционную модель диалога.

Объем работы включает в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы из 106 источников и приложения. Основная часть работы составляет 115 страниц машинописного текста.

Развитие проектно-технологической платформы для управления процессами создания медицинской техники

Руководство страны придает стратегическое значение созданию отечественной конкурентоспособной медицинской диагностической техники и развитию медицинской промышленности, чтобы решить острые социально-экономические проблемы. Именно поэтому развитие в данном направлении является одним из приоритетных.

Одной из главных задач модернизации здравоохранения является снижение заболеваемости и смертности населения. Основными причинами этих проблем являются острые нарушения функционирования системы кровообращения: инсульты, инфаркты миокарда и внутренние кровотечения. Для решения этой системной проблемы необходимо оснастить медицинские учреждения мощными диагностическими комплексами и приборами, которые могут выявлять патологии и нарушения в системе кровообращения в режиме реального времени, а также качественно оценивать эффективность лечения.

В условиях широко распределенной географии и недостатка квалифицированных медицинских кадров в отдаленных населенных пунктах, одной из проблем является создание и внедрение общедоступной медицинской помощи высокого качества. Эта проблема может быть решена через интенсивное развитие телемедицинских услуг.

Одним из ключевых решений для модернизации здравоохранения является использование универсальной и специализированной высокопроизводительной технологии и современных информационно-коммуникационных технологий. Развитие этих направлений является приоритетным в программе модернизации экономики страны и в формировании инновационной инфраструктуры.

Для успешного развития медицинской промышленности и создания конкурентоспособной медицинской техники необходимо применять информационные технологии, учитывая множество факторов, имеющих междисциплинарный характер. Обеспечение конкурентоспособности медицинской техники требует вовлечения квалифицированных специалистов и ученых, обладающих глубокими знаниями в различных областях.

Для обеспечения высокой конкурентоспособности разрабатываемой медицинской техники необходимо обращать внимание на показатели ее качества. Они определяются диагностическими возможностями прибора или комплекса, который проектируется. Поэтому важно, чтобы ученые и специалисты в области физико-технических методов регистрации и обработки сигналов, медицины, биологии и технологий визуализации изображений принимали активное участие уже на этапе предпроектных исследований. Это позволит отображать диагностическую информацию в реальном времени и в масштабе, необходимом для быстрой и точной диагностики.

В России доступная цена, обучение медицинского персонала и сервисное обслуживание также являются важными факторами конкурентоспособности медицинской техники. Для достижения конкурентоспособной цены требуется снизить затраты на проектирование и обеспечить невысокую себестоимость изготовления за счет стандартизации и унификации ключевых технических решений. Кроме того, важно использовать возможности импортозамещения дорогостоящих и труднодоступных компонентов.

Наконец, одним из ключевых факторов, определяющих уровень конкурентоспособности разрабатываемой инновационной продукции в условиях изменчивой рыночной среды, является сокращение времени создания изделия от идеи до коммерческого использования. Для преодоления данной проблемы высшим руководством отечественной сферы медицины предусмотрено создание инновационных центров медицинской техники, основанных на кластерном подходе. Кластер должен представлять собой комплекс, объединяющий научно-исследовательские лаборатории, конструкторские бюро, факультеты ведущих университетов, где готовятся специалисты в данной области, а также производственную базу с различными формами собственности.

В данной статье изучаются особенности создаваемой в «ИНЭУМ им. И.С. Брука» проектно-технологической платформы, которая обеспечивает эффективное управление процессами исследования, разработки и использования инновационной медицинской техники, а также перспективы ее развития с привлечением научных, образовательных и производственных субъектов различных профилей. В последние годы в ИНЭУМ были разработаны базовая технология и экспериментальный образец комплекса аппаратно-программных средств, обеспечивающих автоматизированное проектирование радиоэлектронного оборудования для изучения сложных биологических объектов с применением методов и инструментов моделирования параллельных процессов. По предварительным оценкам разрабатываемая платформа позволяет ускорить процессы разработки и внедрения конкурентоспособной инновационной продукции двойного назначения, включая медицинскую технику, соответствующую мировым стандартам и созданную в основном на отечественной электронной базе компонентов, в 2-4 раза.

Мы имеем большой опыт в области междисциплинарных исследований, создания и внедрения высокотехнологичного компьютеризованного медицинского оборудования для диагностики различных заболеваний.

ОАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука» в сотрудничестве с Научно-методическим центром Министерства здравоохранения России «Ультразвуковые и тепловизионные методы в неврологии» и кафедрой нервных болезней Московского государственного медико-стоматологического университета (МГМСУ) занимается исследованиями и разработками компьютеризованных ультразвуковых диагностических приборов, которые доступны в учреждениях здравоохранения России и позволяют обнаруживать признаки и симптомы серьезных сосудистых заболеваний в ранней стадии. К концу 1990-х годов были проведены исследования и опытные разработки по созданию нескольких актуальных диагностических режимов, которые позволяют выявлять заболевания и последствия травм головного мозга, магистральных и периферийных сосудов, а также гайморовых и фронтальных пазух.

С 2001 по 2007 годы были созданы новые модели портативных ультразвуковых комплексов, которые используются для диагностики нарушений в системе мозгового кровообращения. Эти модели прошли сертификацию и поставляются в многие медицинские учреждения по всей стране, используя режимы одноканального и двухканального ультразвукового сканирования.

С 2003 по 2008 годы основное внимание уделялось развитию технологических возможностей серийных диагностических ультразвуковых приборов. Было заранее предусмотрено:

• уменьшение материалоемкости, массы и энергопотребления приборов;
• расширение диагностических возможностей ультразвуковых приборов;
• разнообразие функциональных и конструктивных вариантов диагностических приборов в зависимости от особенностей их применения.

В процессе работы были проведены научные и практические исследования, направленные на создание новых методов и технологий цифровой обработки сигналов в режиме реального времени и улучшения методологии проектирования.

В ИНЭУМ был выполнен проект, связанный с разработкой базовой технологии проектирования помощью многоканального ультразвукового сканирования сложных биологических объектов.

В 2008-2010 гг был создан опытный образец комплекса аппаратно-программных средств (КАПЭ), который управляет всеми процессами исследований и разработок медицинской техники в интегрированной проектно-технологической среде на всех этапах жизненного цикла.

Опытный образец комплекса аппаратных средств включает:

• Сервер для информационно-аналитического обеспечения;
• Сервер для управления проектами;
• Автоматизированные рабочие станции;
• Испытательный стенд.

Данный сервер для информационно-аналитического обеспечения предназначен для сбора, хранения и анализа медицинской информации, которая необходима для предпроектного исследования и строительства медицинской техники, диагностических установок или дистрибьютивных диагностических систем.

Сервер для управления проектами служит для систематического хранения технической, организационной и другой проектной документации, а также для обеспечения ее быстрого доступа и поиска. Управление проектированием соответствует ГОСТ Р ИСО 9001 — 2008.

Автоматизированные рабочие станции призваны обеспечивать эффективное проведение проектных работ на всех этапах их выполнения, включая создание технического задания, имитационное программное моделирование, составление конструкторской, программной и другой проектной документации.

Испытательный стенд разработан для полунатурного моделирования и отладки процессов параллельной обработки эхо-сигналов, получаемых сразу от нескольких ультразвуковых датчиков сканирования с рабочими частотами от 1 МГц до 16 МГц. Он предоставляет возможность подключения специализированных модулей генерации и обработки сигналов, до 8-ми ультразвуковых зондов и не менее двух ультразвуковых фантомов, а также специализированного измерительного оборудования.

Управление КАПЭ проще и удобнее благодаря использованию одинаковых конструкций и документации для всех его составных частей. Для восстановления работоспособности составляющих частей КАПЭ необходимо заменить отказавшие устройства и сменяемые элементы.

ПО для КАПЭ включает в себя несколько программных комплексов:

• системы, которые моделируют работу устройств;
• система управления базами данных;
• информационно-аналитическая система;
• система управления проектами;
• система управления испытаниями.

Системы моделирования позволяют:

• создавать имитационные модели многоканальных схем (не менее 8 каналов) управления мощностью сигналов
• разрабатывать имитационные модели процессов регулирования динамического диапазона (до 120 дБ)
• производить имитационную работу по усилению приемных сигналов

Одной из возможностей, которую предоставляет имитационное моделирование, является спектральный анализ допплеровских сигналов, который позволяет оценить скорость кровотока в сосудах в интервале от 2,5 до 300 см/сек. Это особенно эффективно при одновременном сканировании и отображении в real-time информации о биологических объектах.

Имитационное моделирование также может применяться для оптимизации архитектурных решений с использованием многоядерных микропроцессорных платформ и оптимизирующих компиляторов с автоматическим распараллеливанием программ на уровне операций, процессов и процессорных ядер. Важно иметь возможность моделирования логики событий, состояний и переходов для достижения максимальной эффективности.

Наконец, имитационное моделирование может использоваться для диагностических процедур, что позволяет автоматически вычислять диагностические индексы и параллельно визуализировать результаты эхо-сканирования для до 8-ми сложных биологических объектов в многооконном режиме.

Каждая из данных возможностей может оказаться полезной для решения специфических задач, связанных с биологическими объектами, в том числе и с целью диагностики их состояния.

• Создание структурных схем с помощью графического ввода и имитационного моделирования, используя стандартные библиотечные модули;
• Имитационное моделирование сложных биологических объектов.

Технология автоматизированного проектирования систем многоканального эхо-сканирования включает следующие функциональные возможности:

• Возможность интерактивного ввода проектной информации с помощью графических и языковых средств на любом этапе проектирования;
• Обеспечение единой сетевой среды, в которую можно подключить не менее 10 автоматизированных рабочих мест для исследовательского, технического и административного персонала;
• Возможность настройки автоматизированных рабочих мест для исследовательского, технического и административного персонала;
• Реализация прикладных программ в рамках стандартной операционной среды, поддерживающих специальные модули многоканального сканирования в реальном времени, с возможностью управления и отладки;
• Управление библиотеками значимых моделей, а также процедурами архивации, обновления, поиска и документирования проектной информации.

Интегрированная среда для планирования и реализации проектов

Применение типовых технологических карт процесса проектирования, типовых форматов хранения, архивации и обновления проектных данных, а также типовых процедур взаимодействия исполнителей проекта обеспечивается интегрированной проектно-технологической средой КАПЭ. Эффективная реализация сквозного цикла при создании инновационной медицинской диагностической техники, начиная с этапов предпроектных и маркетинговых исследований и заканчивая лицензированием, сертификацией, промышленным внедрением и продвижением на рынок, обеспечивается базовой технологией автоматизированного проектирования систем многоканального эхо-сканирования и опытным образцом КАПЭ.

Представляемая продукция в рамках ОКР может заинтересовать организации, занимающиеся медицинским диагностическим оборудованием и медицинскими услугами, а также медицинские учреждения и лаборатории.

• Компании, работающие под эгидой Минпромторга России и занимающиеся разработкой, производством и продвижением передовой медицинской диагностической техники.
• Учебные и научно-исследовательские учреждения в медико-технической области.
• Предприятия, подведомственные Минздравсоцразвития РФ, которые нацелены на реализацию приоритетных проектов по созданию собственной медицинской техники.
• Организации любого типа собственности, оказывающие услуги в области передовой медицинской помощи населению и бизнесу.

В работе представлена концептуальная модель, направленная на структуризацию проблемно-информационного пространства и разработку стратегии деятельности институтов развития. Модель описывает процессы трансформации научных знаний в инновационные технологии и представлена в двухмерном временном пространстве таблицей 1, состоящей из взаимодействующих эволюционных и технологических циклов управления процессами в проблемно-информационном пространстве. В работе представлено проектирование электронной медицинской аппаратуры для диагностики и лечения от Н.А Кореневского.

В первой главе книги, посвященной медтехнике, рассматриваются методы получения диагностической информации о биологических объектах. Биологический объект представлен как объект исследования, обладающий морфологической и функциональной сложностью, а также многообразием параметров, описывающих процессы жизнедеятельности. Сложность измерения параметров состояния организма, а также трудности контроля всех внутренних и внешних факторов, влияющих на тело, ставят перед исследователем значительные задачи. Для получения полной информации необходимы комплексные исследования, а выполнение медико-биологических экспериментов является сложным процессом, требующим учета разнообразных физических факторов, влияющих на результаты исследования.

Информация о состоянии биообъекта передается с помощью сигналов разной физической природы, которые являются биологическими сигналами 1.2. Существует система методов медико-биологических исследований 1.3., основанная на электрофизиологических и фотометрических методах. Глава 2 содержит обобщенные структуры электрофизиологической и фотометрической аппаратуры, на примере которой демонстрируются целевые функции медицинских технологий и обобщенные схемы исследований 2.1. и 2.2.1. соответственно. Глава 3 посвящена сьему электрофизиологической информации 3.1., где рассматриваются электрические явления в живом организме 3.2.

В главе 3 рассматриваются различные методы измерения электрических процессов, связанных с кожно-электродным контактом, включая измерение импеданса биотканей, электроемкостные методы физиологических исследований, регистрацию биоэлектрических потенциалов и системы отведения биопотенциалов, такие как системы отведений для ЭКГ, ЭЭГ, электромиографии и электроокулографии. В главе 3 также рассматриваются диагностические показатели, получаемые с помощью электрофизиологических методов. Глава 4 посвящена устройствам соединения электрофизиологической аппаратуры с организмом, включая эквивалентные схемы кожно-электродного контакта и классификацию накожных и подкожных электродов.

В разделе «Артефакты электродных систем» рассматриваются вопросы, связанные с кожно-электродным импедансом, комбинированным методом исследования погрешностей электрофизиологических методов, типовыми конструкциями электродов для электрофизиологических исследований, а также схемами поверки параметров электродов.

В подразделе «Входные цепи устройств регистрации биопотенциалов» рассматриваются характеристики источников биопотенциалов, параметры усилителей биопотенциалов, эквивалентные схемы входной цепи усилителей биопотенциалов, а Вопросы, связанные с экранированием входа усилителей биопотенциалов и использованием электродных усилителей в качестве входных узлов усилителей биопотенциалов.

При разработке усилителей биопотенциалов необходимо учитывать многие особенности. В частности, следует использовать обобщенные функциональные схемы, а также измерительные преобразователи разных типов: преобразователи сопротивлений в напряжение, преобразователи тока в напряжение и преобразователи заряда в напряжение.

Не менее важным является подавление помех, включая синфазные и дифференциальные помехи. Для этого можно использовать схемы подавления синфазных помех, а также активные фильтры. В процессе проектирования усилителей биопотенциалов также следует обратить внимание на входные каскады. В главе 5 рассматриваются вопросы устройств сопряжения фотометрических систем с организмом, включая оптико-электрические измерительные преобразователи, в том числе преобразователи однолучевых фотометров.

В разделе 5.1.3 описываются преобразователи, работающие с разнесенными и совмещенными потоками, а В разделе 5.1.4 — преобразователи, использующие амплитудную шкалу преобразования. В разделе 5.1.5 описываются преобразователи, содержащие оптико-электрический контур обратной связи, а в разделе 5.1.6 — преобразователи, функциональное управление которых позволяет регулировать интенсивность излучения. Раздел 5.2 описывает двухволновые преобразователи оптико-электрических измерительных систем.

В разделе 5.2.1 описываются оптические элементы фотометров, а в разделе 5.2.2 — источники излучения. Раздел 5.2.3 описывает преобразователи, осуществляющие преобразование параметров лучистого потока в электрический сигнал. Глава 6 посвящена проектированию устройств обработки сигналов, включая устройства первичной и вторичной обработки сигналов.

Проектирование приборов с учетом безопасности обслуживания предусматривает применение методов и алгоритмов обработки электрофизиологических сигналов (6.3), а также использование устройств вычисления фотометрических параметров (6.4). Синтез устройств обработки биомедицинской информации (6.5) и создание электрофизиологической аппаратуры на основе структурно-функционального подхода (6.6) также являются важными этапами. Для фотометрических исследований необходимо использовать соответствующие технические средства (6.8), а при создании устройств обработки часто применяют типовые схемы включения микропроцессоров (6.9). Обмен информацией между устройствами и персональными компьютерами осуществляется через системную магистраль ПЭВМ (6.9.1) и порты ввода-вывода ПЭВМ типа IBM PC (6.9.2-6.9.3).

9.4), параллельные Centronix (6.9.5) и системную шину ПЭВМ (6.9.5.1), а В режиме прерывания (6.9.5.2). Также описываются примеры организации ввода/вывода данных из ПЭВМ (6.10).

В главе 7 рассматриваются примеры использования микропроцессоров и ПЭВМ в медицинской практике. Описываются аппаратные средства отображения информации на экране ЭЛТ (7.1), принципы построения современных видеомониторов на ЭЛТ (7.2.1) и узел управления ВМ (7.2.2), входные устройства (7.2.3) и схемы подключения ЭЛТ (7.2.4).

Восьмая глава книги посвящена дисплеям на жидких кристаллах. Девятая глава рассматривает особенности проектирования кардиомониторов, а десятая глава посвящена проектированию приборов для биоимпедансных исследований. Дополнительно, в десятой главе представлены различные виды аппаратуры для традиционной электротерапии, включая аппараты для терапии постоянным током, аппараты для терапии постоянным электрическим полем, аппараты для терапии модулированными и непрерывными последовательностями токов, электротерапевтическая высокочастотная аппаратура и аппаратура для электростимуляции и анестезии. Кроме того, в десятой главе представлены общие положения, а также описания конкретных видов аппаратуры, такой как аппаратуры УВЧ-терапии, аппаратуры для дециметровой и микроволновой терапии.

В 11 главе рассматривается вопрос о методах и средствах информационного воздействия на биологические объекты посредством использования электромагнитных полей КВЧ диапазона. Особое внимание уделяется волновой природе биологических полей и передачи генной информации, а также особенностям воздействия низкой интенсивности электромагнитных волн КВЧ на живые клетки. В главе также рассматривается схемотехника медицинской аппаратуры для работы с КВЧ. В 12 главе описывается аппаратура для магнитотерапии, включая идуктометрическую аппаратуру и воздействие низкочастотных магнитных полей на организм человека.

В главе 13 описывается аппаратура для проведения низкочастотной магнитотерапии, а также применение ультразвука в хирургии. Раздел 13.1 посвящен взаимодействию ультразвука с биообъектами, а раздел 13.2 содержит обобщенную структуру аппарата для ультразвуковой терапии. Глава 14 рассматривает средства лазерной терапии, включая принципы получения лазерного излучения и механизмы его взаимодействия с биообъектом. В разделе 14.2 описаны терапевтические лазерные приборы, а в разделе 14.3 — хирургические лазерные приборы. Глава 15 посвящена технологии комбинированного физиотерапевтического воздействия.