Современные технологии и производство
Энциклопедия
Техника медицины
С древнейших времен люди создавали приспособления и инструменты, помогающие врачам при лечении различных болезней. В раскопках Древнего Рима и Древнего Египта найдены инструменты для хирургических операций. Как правило, они делались из бронзы, были тяжелыми и, с современной точки зрения, неудобными; конечно, оперировать ими было нелегко.
Современные медицинские инструменты делают из нержавеющей стали или сплавов титана (титановые почти в 2 раза легче стальных и не ржавеют).
В наше время, когда на службу медицине поставлены достижения физики, химии, электроники, кибернетики и т. д., техника стала настоящим помощником врача.
Все технические средства, которые используют врачи, можно разделить на 2 большие группы. Одни помогают врачу определить характер заболевания, другие помогают лечить болезнь.
Медицинский инструмент, который остается в нашей памяти с раннего детства,- стетофонендоскоп. Он позволяет врачу прослушивать работу сердца и по характеру звуков (тонов) судить о его состоянии. Отсюда и название: "стетос" по-гречески - грудь, а "фоне" - звук.
Однако обследовать больного с помощью стетофо-нендоскопа довольно сложно. Врач должен обладать очень хорошим слухом, улавливать тончайшие оттенки сердечных звуков, иметь большой опыт работы, чтобы ясно представлять характер заболевания. Поэтому в помощь врачу создан прибор, позволяющий усиливать сердечные звуки,- фонокардиограф. Он воспринимает шумы сердца и преобразует их в электрические колебания, которые усиливаются и записываются на бумажной ленте. Анализируя запись, врач может определить нарушения в работе сердца.
Большую помощь врачу оказывают и электрофизиологические приборы.
В человеческом организме возникают чрезвычайно малые электрические токи. Биотоки каждого органа человека имеют свой особый характер. Кроме того, существует значительная разница в форме и размере силы биотоков здорового и больного органа. Таким образом, врач по характеру биотоков может судить о состоянии человека.
Для записи биотоков того или иного органа созданы различные приборы: электрокардиографы записывают биотоки сердца, электроэнцефалографы - биотоки мозга, электрогастрографы - биотоки желудка, электромиографы - биотоки мышц.
Древнеегипетские медицинские инструменты из бронзы.
Римские хирургические инструменты из бронзы.
Комплект современных медицинских инструментов для операций на сосудах головного мозга.
Схема телеэндоскопа. На экране цветного телевизора врачи видят исследуемый орган.
Приборы для записи биотоков выбирают нужные для врача электрические колебания, усиливают их до необходимой величины и записывают на бумажную или фотографическую ленту в виде графиков.
Электрокардиограф - прибор для записи биотоков сердца.
При проведении сложных хирургических операций врачу необходимо следить одновременно за работой нескольких органов больного. Для этого созданы специальные приборы - полиграфы, которые регистрируют на одну ленту работу сердца, частоту пульса, частоту дыхания, температуру тела, а также позволяют просматривать наблюдаемые процессы на экране электронного прибора - осциллографа. В больших клиниках в послеоперационных палатx на помощь врачу приходят автоматические системы наблюдения за больными. Если, скажем, у больного нарушится ритм работы сердца, на центральном пульте у врача тогда раздается сигнал тревоги и он может быстрее принять нужные меры. Если у больного плохо работает сердце, врач примеяет электростимулятор - прибор, который посылает электрические импульсы сердцу и помогает ему справиться с болезнью. Если произошло нарушение в работе легких, то помогает дыхательная аппаратура, которая автоматически подает в легкие больного кислород.
В ноябре 1971 г. отмечалась 75-я годовщина открытия лучей Рентгена, благодаря которым врачи впервые смогли заглянуть внутрь человеческого телa, не повреждая его.
Различные органы и ткани человеческого тела по-разному пропускают рентгеновские лучи, и на экране или фотопластинке (ее называют рентгеновским снимком) остается изображение внутренних органов и костей больного.
В настоящее время область применения в медицинe рентгеновской техники значительно расширилась. С ее помощью можно просмотреть почти все внутренние органы человека и даже мельчайшие кровеносные сосуды. При помощи электронно-оптических преобразователей черно-белые изображения рентгеновского снимка преобразуются в электрические сигналы и просматриваются на экране цветного телевизора, причем участки болезненного поражения окрашиваются в определенный цвет, и врач может сразу судить о размерах поражения. Ангио-графические (по-гречески "ангио" - сосуд) установки позволяют определять закупорку тончайших кровеносных сосудов головного мозга.
Иногда, чтобы обследовать внутренние органы человека, врач прибегает к помощи радиоизотопных устройств, основанных на свойстве радиоактивных частиц неравномерно распределяться в здоровых и пораженных болезнью тканях. В обследуемый орган вводится безвредная для здоровья доза радиоактивного вещества, а затем врач с помощью счетчика радиоактивных частиц смотрит, как это вещество распределяется в организме.
Поставлен в последнее время на службу медицине и ультразвук. Применение его для диагностики основано на свойстве ультразвуковых волн отражаться от границ, разделяющих среды, имеющие даже очень небольшую разницу в плотности. Метод диагностики, основанный на ультразвуке, называется эхоэнцефалографией.
Ультразвуковые сигналы, используемые для диагностики, малы по мощности и не вызывают никаких нарушений в структуре мозга. Однако если сфокусировать несколько источников ультразвука в одной точке, то создается температура, разрушающая живые ткани. Это позволяет использовать ультразвук при лечении таких заболеваний, которые можно излечить, разрушив строго определенный участок мозга.
Некоторые заболевания внутренних органов человека, особенно в ранних стадиях, не всегда удается обнаружить с помощью всех этих способов. Иной раз необходимо обследовать непосредственно внутренние стенки органа. Врачи производят такое обследование с помощью эндоскопа.
В современном эндоскопе использованы возможности, которые дает исследователю волоконная оптика. Тонкий, гибкий световод, представляющий собой пучок стеклянных волокон из специального оптического стекла, вводится внутрь органа, например желудка. Световод выполняет одновременно 2 задачи - направляет свет для освещения внутренних стенок желудка и передает изображение исследуемого участка стенки желудка на фотокамеру или на приемную трубку телевизора. Применение телевизора позволяет получить значительное по размерам изображение, которое одновременно могут видеть несколько врачей, обследующих больного. Однако признаки, определяющие то или иное заболевание, порой очень схожи друг с другом. Из огромного числа одинаковых на первый взгляд признаков надо выделить только те, которые указывают именно на данную болезнь.
Чтобы облегчить работу врача и избавить его от ошибок, присущих человеческой памяти, в некоторых клиниках уже начинают применять электронные вычислительные машины.
ЭВМ ставит диагноз
Представьте себе такую картину. В одну из больниц поступил больной в очень тяжелом состоянии. Местные врачи затрудняются точно поставить диагноз. Симптомы, обнаруженные у больного, характерны для нескольких заболеваний, но одно из них требует срочного хирургического вмешательства. Чтобы точно поставить диагноз, нужна консультация специалистов.
После запроса по телетайпу, направленного в диагностический центр, в одной из лабораторий больницы как бы "оживает" электрическая пишущая машинка. На вложенном в нее листе бумаги появляется запрос. Это центр просит уточнить некоторые неясные вопросы: подробнее рассказать о состоянии больного, о его самочувствии, точнее передать признаки его заболевания. Ответ больницы снова уходит в центр.
Проходит несколько минут, и вот уже машинка отстукивает диагноз. Больного доставляют в операционную и оказывают ему необходимую помощь.
Казалось бы, в описанном нет ничего удивительного, если бы не одно обстоятельство: в диагностическом центре у телетайпа... не было врача. Консультацию давала сама электронная вычислительная' машина.
В памяти этой машины хранятся описания множества заболеваний в форме чисел, определяющих значимость отдельных симптомов для определенной болезни.
Для формирования такого машинного описания заболеваний были проанализированы сотни историй болезни, использован богатейший опыт ведущих хирургов нашей страны. Данные проверяли на сотнях больных, определяли, насколько правильно машина ставила диагноз. Таким образом происходило "обучение" машины.
Конечно, в настоящее время ЭВМ еще не может поставить диагноз по всем видам заболеваний, она пока только "учится", но перспективы ее применения огромны.
Техника помогает хирургу
Если раньше хирургическая операция была связана, как правило, с удалением того или иного органа или его части, то Сейчас она все чаще носит характер восстановительный. Чуткие руки хирурга как бы заново создают пораженные болезнью органы. Восстанавливаются кровеносные сосуды и участки кишечника, заменяются искусственными сердечные клапаны, почки.
Необыкновенно возросшая сложность хирургических операций определила и облик современной операционной. Заглянем в эту комнату, самую светлую и чистую в любой клинике или больнице.
Центральное место здесь занимают операционный стол и необычного вида светильник над ним. Название "стол" осталось от старых времен и мало подходит к этому сверкающему эмалью и никелем сложному устройству. С помощью гидравлической системы, управляемой педалями, рабочая поверхность стола может быть установлена на любой удобной для хирурга высоте. Система рукояток и маховичков наклоняет поверхность стола под любым углом, превращает его в кресло, опускает или поднимает отдельные его части в зависимости от характера предстоящей операции.
Проведение хирургической операции невозможно без хорошего освещения операционного поля, того небольшого участка тела больного, на котором хирург сделает разрез и проникнет к оперируемому органу.
Светильник, освещающий операционное поле, должен обладать несколькими трудно совместимыми качествами. Он должен создавать яркую равномерную освещенность операционного поля и одновременно не давать тепла и тени, чтобы не перегревать тела оперируемого, а также головы и рук хирурга.
Этими качествами обладает один из лучших в мире советский бестеневой светильник "Свет-15". У него 13 мощных ламп, и каждая из них закрыта системой прозрачных теплозащитных фильтров. Дополнительные устройства, смонтированные в корпусе светильника, позволяют демонстрировать ход операции на экране телевизора, фотографировать и даже обеззараживать операционное поле и окружающий его воздух.
Дело в том, что светильник излучает ультрафиолетовые лучи, обладающие свойством убивать болезнетворные микробы.
Бестеневой светильник "Свет-15" ярко и равномерно освещает операционный стол.
Современный хирургический стоя.
Рядом с операционным столом располагаются аппараты, обеспечивающие нормальный ход операции, а в случае необходимости способные даже заменить на время работу сердца и легких больного. Аппарат искусственного кровообращения готов в любую минуту взять на себя обязанности слабеющего сердца. Аппарат "Искусственное легкое" обеспечит нормальную работу легких в случае прекращения у больного дыхания.
Универсальный аппарат для наркоза подает к органам дыхания больного наркотизирующие вещества.
Пользуясь его показаниями, врач-анестезиолог следит за глубиной наркоза и в случае отклонения его от нормы соответственно изменяет дозу наркотизирующего вещества.
Лазер на службе медицины
Создание лазера и изучение его возможностей (см. ст. "Свет работает (лазер)" привело к возникновению нового раздела медицины - лазерной хирургии.
При помощи лазера хирург имеет возможность удалять предраковые кожные опухоли. Этот метод основан на свойстве темной ткани поглощать свет, а светлой - отражать. Предраковые образования на коже больного имеют, как правило, более темный цвет, чем здоровая ткань; в необходимых случаях пораженную поверхность тела подкрашивают искусственно.
Направленный на пораженный болезнью участок, луч лазера мгновенно разрушает его, не затрагивая здоровые участки ткани. Замечательно, что перерезаемые во время подобной операции мелкие кровеносные сосуды не кровоточат. Луч лазера моментально спаивает окончания поврежденных сосудов.
Луч лазера становится помощником и глазного хирурга. С его помощью может быть устранено такое повреждение глаза, как отслоение светочувствительной сетчатки - тонкой оболочки, воспринимающей созданное хрусталиком изображение,- от другого слоя глазной ткани - сосудистой оболочки. Тончайшим лучом лазера оба слоя свариваются друг с другом, и зрение восстанавливается.
Заглянем в будущее
Мы рассказали о приборах и аппаратах, уже применяемых врачами в клиниках. А теперь попробуем заглянуть в лаборатории, где создается медицинская техника завтрашнего дня.
Здесь мы увидим миниатюрные электрические устройства, предназначенные для поддержания работы сердца, желудка и других органов человека. Такой миниатюрный приборчик вживляется непосредственно в тело человека и в течение нескольких лет своими электрическими импульсами поддерживает уставшее сердце, помогая ему не сбиться с четкого ритма. Некоторые из этих устройств уже применяются и в клиниках.
Покажут нам и искусственную электронную руку, выполняющую почти все движения живой руки. Если мы заглянем внутрь такой руки, то увидим там сложные электронные схемы, выполненные на микроэлементах, целую систему микромоторчиков. Управляется все это сложное устройство биотоками мышц предплечья, оставшимися после ампутации части руки. Такую искусственную руку, первую в мире, создали советские инженеры и ученые. Сейчас они работают над тем, чтобы эта рука была так же удобна и надежна, как естественная.
Многие ученые мира трудятся над созданием устройств, подобных живому локатору летучей мыши, который помогает ей определять направление движения в темноте. Такой приборчик позволил бы слепому свободно передвигаться без помощи посторонних.
Химики работают над созданием синтетических материалов, способных заменять живые ткани кровеносных сосудов и сердца. В результате этих интересных научных экспериментов врачи получат мощное оружие в борьбе с сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Эту искусственную руку приводит в движение миниатюрный блок питания, который реагирует на биотоки в организме человека.
Этот прибор - реаниматор. Он помогает врачам восстановить работу сердца и легких в случае, если сердце остановится.
Инженеры-связисты вместе со специалистами в области электронной вычислительной техники разрабатывают системы, которые позволят врачам вести с одного пульта постоянное наблюдение за несколькими хроническими больными.
Наше небольшое путешествие в будущее не фантазия. Все, о чем мы говорили, уже существует в исследовательских лабораториях.
2i.SU ©® 2015