Проблемы создания медицинских систем и комплексов

2. ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ медицинских СИСТЕМ и комплексОВ

Появление биотехнических систем – систем, в которых биологические и технические компоненты взаимодействуют для достижения единой цели, породило на стыке технических и биологических дисциплин целый ряд научных направлений. Например, комплексы инженерной психологии, применяемые для решения задач психологически обоснованного включения человека-оператора в информационный контур технической системы [3]. В идейном плане тесно примыкают к биотехническим системам и такие новые направления, как биотехнология и генная инженерия. В биотехнологических системах техника используется для создания управляемой среды обитания популяций микроорганизмов, а в генной инженерии – для изменения с помощью технических средств наследственных свойств организма.

Большое распространение в последние годы получили исследования по обеспечению работы человека–оператора. Среди возникающих проблем наряду с общей задачей контроля и управления в человеко-машинных системах можно выделить разработку средств и методов представления информации человеку, создание вспомогательных систем для облегчения процессов принятия решений, контроля состояния человека-оператора, анализ различных режимов работы человека в комплексе с машиной (режим управления, режим супервизора и т. д.). Во всех этих случаях человек включением некоторых своих систем выполняет функции одного из блоков машины, а «работающая часть» организма представляет собой его высший кибернетический уровень (ЦНС, рецепторные и эффекторные системы). С другой стороны, для биотехнических комплексов медицинского назначения целью взаимодействия может быть диагностика состояния биообъекта, его лечение или, наконец, компенсация ослабленных либо утраченных функций.

Наиболее интересны, с точки зрения управленческих задач, те БТС, в которых биологический компонент включен в общий замкнутый контур управления с техническим компонентом. В медицинских применениях такие БТС представлены искусственными внутренними органами (искусственное сердце, легкие, почки и т. д.). Биологическим компонентом является здесь «поврежденный» комплекс физиологических систем организма. В задачах жизнеобеспечения организма человека (под водой, в космосе, в экстремальных производственных условиях) также требуются контроль за состоянием организма и управление техническими средствами обеспечения. В этих случаях в качестве биологического компонента выступает весь нормальный комплекс физиологических систем организма и метаболическая система – «нижний уровень» структур организма, получающий помощь от технических средств, входящих в БТС.

Таким образом, можно условно выделить два основных направления и организации взаимодействия биологического (организм) и технического (машина) компонентов в биотехнических системах: человек для техники и техника для человека.

В первом случае мы имеем дело с так называемыми эргатическими системами. В таких системах организм участвует своим кибернетическим блоком «рецепторы – ЦНС – эффекторы», который играет в системе, прежде всего роль управляющего устройства или его части. Качество БТС в этом случае определяется уровнем работы технического компонента системы, т. е. внешними по отношению к организму показателями. Например, эффективность человеко-машинной системы (человек-машина) по устранению неполадок на электростанции зависит от того, как быстро человек-оператор находит правильное решение и нормализует работу станции.

Во втором случае БТС можно охарактеризовать как инженерно-физиологическую систему. В такой системе организм представлен своим физиологическим уровнем – механизмами доставки, переработки и удаления различных веществ и энергии. Он играет роль управляемого объекта (впрочем, обладающего и своими внутренними механизмами управления). Качество такой БТС определяется степенью близости достигаемого состояния организма человека к норме или показателями эффективности выполнения им своих жизненных (физиологических) функций. Так, эффективность работы искусственного сердца оценивается по его способности обеспечить адекватное кровоснабжение и, следовательно, адекватный транспорт веществ в организме. Качество протезов органов движения определяется по тому, насколько хорошо восстанавливается двигательная активность организма.

В последнее время системы «техника для человека» применяются и для кибернетического, верхнего уровня структур организма. К этому типу надо отнести, в частности, все системы обучения и тренировки с использованием биологической обратной связи – biofeedback.

Схема включения кибернетических блоков организма в состав эргатической БТС приведена на рис. 2.1. Показатель качества такой БТС определяется тем, насколько хорошо функционирует его Технический компонент.

.

Рис. 2.1 – Организм как элемент эргатической системы