Кібернетика в медицині - Медична енциклопедія - все про здоров’я серця
Тому стала вельми поширеною у До. отримав метод так званого простору станів, у якому система представлена як входом і виходом, а трьома характеристиками — входом, станом, виходом (див. Математичні методи). Збереження незмінності стану системи під час обурення називається гомеостазом. Найбільш широко поняття гомеостазу застосовується під час аналізу фізіологічних систем. На відміну від звичайної стійкості (повернення системи до вихідного стану після зняття обурення), гомеостаз означає збереження вихідного (або близького до нього) стану системи і під час дії факторів, що обурюють. Однією з найважливіших функцій систем управління. Цілями управління можуть бути збереження структури, підтримання гомеостазу, реалізація різноманітних програм. При синтезі систем в До. використовуються й інші терміни, за змістом близькі до поняття управління, наприклад, регуляції (зокрема, фізіологічна) та регулювання (прості форми управління, в основному в технічних системах). Управління може здійснюватися або повністю без участі людини – автоматичне, або людиною з використанням технічних засобів (наприклад, обчислювальної техніки) – автоматизоване (див. Автоматизовані системи управління). Загальні властивості керованих систем, зокрема. та автоматичних систем управління, вивчаються методами теорії управління.
Провідним поняттям До., що широко використовується в медицині та біології, є зворотний зв'язок. Якщо у системі вдається виділити напрям «прямий» передачі сигналу, тобто. від входу системи до її виходу, будь-яка передача сигналів у протилежному напрямку (від виходу до входу) називається зворотним зв'язком. У біологічних та медичних системах, як правило, можнавиділити безліч прямих та зворотних зв'язків. Тому з метою спрощення в системі аналізують лише головний (іноді розглядається як єдиний) ланцюг зворотного зв'язку. Зворотний зв'язок може бути позитивним (коли сигнал, що надходить назад з виходу на вхід, збільшує ефект вхідного впливу) або негативним (коли цей ефект зменшується). Позитивний зворотний зв'язок зазвичай сприяє втраті стійкості в системі, а негативний підвищує стійкість і забезпечує підтримку гомеостазу. У біологічних системах, зокрема в організмі, негативний зворотний зв'язок зустрічається в різних формах, а механізми її реалізації мають різну природу - гуморальну, нервову та ін. Найпростішою формою негативного зворотного зв'язку в До. є зворотний зв'язок з неузгодженості. Прямий канал представлений ланцюжком вхід - регулятор - об'єкт - вихід, зворотний зв'язок - передача вихідного сигналу V від виходу системи до входу.
Якщо вхідний сигнал дорівнює Х (будь-яке постійне значення вхідного сигналу називається установкою), а вихідний сигнал Y йому не дорівнює, то в системі виникає сигнал неузгодженості S = Х - Y. Цей сигнал посилюється регулятором і перетворюється на сигнал управління Ц, який надходить на вхід об'єкта, змінюючи його стан до того часу, поки неузгодження не зникне. У цьому випадку досягається бажане співвідношення Y - X. Якщо на систему діє обурення V, то це співвідношення порушиться, і механізм зворотного зв'язку знову запрацює, повертаючи значення, що змінилося до заданого рівня. Прикладом аналізу управління із застосуванням негативного зворотного зв'язку в організмі може бути процес прицілювання у стрільця (X – положення центру мішені, Y – положення мушки, регулятор – ц.н.с., об'єкт управління – рука стрілка зі зброєю). Такі чи подібні до нихнегативні зворотні зв'язку характерні управління рухом взагалі. Іншою поширеною формою негативного зворотного зв'язку в системах будь-якої природи є параметричний зворотний зв'язок, коли вихідний сигнал змінює будь-які властивості (параметри) однієї з ланок прямого каналу - регулятора.
Термін «моделювання» використовується в До. для опису двох пов'язаних між собою областей дослідження систем. Під моделюванням розуміється процес розробки математичного опису об'єкта. Відомі, наприклад, моделі системи кровообігу Гайтона, модель терморегуляції Столвійка та ін. Створено моделі практично всіх фізіологічних систем організму, багатьох патологічних процесів, моделі екологічних систем, поведінки людських популяцій та систем охорони здоров'я. З іншого боку, термін «моделювання» означає процес дослідження системи з допомогою математичних моделей (еквівалентним змістом є поняття обчислювального експерименту). Сутність обчислювального експерименту полягає в тому, що за допомогою ЕОМ багаторазово вирішують математичні рівняння, що описують властивості біологічного об'єкта в різних умовах та його реакції на зовнішні впливи, а результати різних варіантів рішення подаються у зручному для дослідника вигляді. Отримані в результаті обчислювальних експериментів дані аналізуються фахівцями так само, як і результати звичайних медико-біологічних експериментів. Цілями моделювання є формулювання та обґрунтування припущень про властивості біологічних об'єктів (висунуті гіпотези надалі можуть перевірятися експериментально); прогноз та оцінка дії різних зовнішніх та внутрішніх факторів на біологічні системи (прогноз дії ліків, оцінка ефективності застосування гіпотетичних абореальних технічних засобів, наприклад, штучних органів); відпрацювання моделей для включення до комп'ютеризованих систем медичного призначення (наприклад, побудова математичної моделі певних фізичних процесів у тканинах при дії випромінювання для використання в комп'ютерних томографах).
До біокібернетики примикає ряд наукових напрямів: біоніка - наука, що досліджує властивості організмів з метою їхнього відтворення в технічних системах; інженерна психологія, що займається створенням технічних систем, найкраще узгоджених з психологічними здібностями та можливостями людини, яка керує ними; інженерна фізіологія, що має на меті створення технічних систем для підтримки життєдіяльності та працездатності організму або окремих фізіологічних систем. Медична К. займається розробкою та використанням систем управління з медицини та охорони здоров'я. У її рамках створюються методи діагностики та корекції життєвих процесів в організмі (комп'ютерна діагностика та лікування, способи управління апаратами та пристроями медичної техніки), ведуться розробка та реалізація методів контролю та управління станом здоров'я на популяційному рівні (управління профілактичними та протиепідемічними заходами), ставляться та вирішуються організаційні проблеми охорони здоров'я населення та завдання управління охороною здоров'я. Одним із шляхів використання кібернетичних методів у медицині є розробка автоматизованих систем управління (АСУ). Автоматизовані системи медичного призначення підвищують результативність та ефективність роботи лікарів та іншого медперсоналу. Набувають поширення комп'ютеризовані системи долікарського огляду та опитування населення, методи комп'ютерної діагностики, ведення журналів надходженняхворих та обліку ліжкового фонду медичних установ, розробляються та впроваджуються системи автоматизованого ведення історій хвороби.
Завдяки впровадженню АСУ медичні заклади (лікарні, поліклініки, лікувальні центри) переходять на нові інформаційні технології: вся обробка медичної інформації в межах закладу проводиться у безпаперовій формі. Медперсонал безпосередньо зі своїх робочих місць вводить інформацію в ЕОМ, отримує на екрані дисплея результати її обробки, маючи доступ до загальної бази даних. На папір (отримання так званих твердих копій) інформація виводиться лише у необхідних випадках, наприклад при видачі на руки хворому на виписки або документи, для складання деяких форм звітності. Робоче місце медпрацівника, на якому встановлено персональну ЕОМ або термінал єдиної мережі ЕОМ, що дозволяє отримувати доступ до інформаційних баз даних та працювати з ними, називається автоматизованим робочим місцем (АРМ) лікаря. Розробка АРМ орієнтується створення інтелектуального помічника лікаря, тому ЕОМ виступає як засіб зберігання та виведення потрібної інформації, а й перебирає багато функції, покладалися раніше на людини (наприклад, виписка рецептів з автоматичною перевіркою сумісності ліків). Для складніших ситуацій існують спеціальні системи, які використовують знання та досвід експертів. Експертні системи дозволяють отримувати лікарські рекомендації та логічні висновки навіть у тому випадку, коли алгоритм розв'язання задачі невідомий, а за потреби пояснюють причини прийняття рішень та рекомендацій мовою, зрозумілою користувачеві. Перспективи. Основним засобом впровадження кібернетичних методів у медицину є ЕОМ та відповідне програмне забезпечення. Розвиток та здешевлення засобів обчислювальної техніки,підвищення їх надійності, поширення персональних комп'ютерів, зростаюча складність засобів і методів, що застосовуються в медичній практиці, є причинами алгоритмізації багатьох областей медицини та використання в них ЕОМ. Комп'ютеризовані методи широко застосовуються у низці науково-дослідних та клінічних центрів Москви, Ленінграда, Києва, Барнаула та інших міст.
Бібліогр.: Воробйов Є.І. та Кітов А.І. Медична кібернетика, М., 1983; Інженерна фізіологія та моделювання систем організму, під ред. В.М. Новосельцева, Новосибірськ, 1987; Новосільцев В.М. Теорія управління та біосистеми, М., 1978; Основи інженерної психології, за ред. Б.Ф. Ломова, М., 1986; Тихонов А.М., Арсенін В.Я. та Тімонов А.А. Математичні завдання комп'ютерної томографії, М., 1987.