Измерительные медицинские системы. Источники погрешностей при аппаратурных измерениях в медицине

9. измерительные медицинские системы

9.1. Измерительные процедуры в медицине

Измерение представляет собой «...познавательный процесс, в результате которого можно получить описание исследуемого объекта в количественных терминах, т. е., модель объекта или связанные с нею отдельные характеристические свойства объекта». «Измеримость явлений, изучаемых наукой, характеризует меру ее точности и уровня развития» [16]..

Теория и практика создания медицинских систем – относительно молодое, обусловлено быстрым развитием компьютерной техники, направление. Такие разновидности систем искусственного интеллекта как системы распознавания образов, принятия решения, диагностики, получившие в последнее время особенно широкое распространение благодаря высокой их эффективности при выполнении ряда рутинных операций. Решение этих задач может рассматриваться как разновидность измерений.

Каждая точная наука как наиболее существенное свойство измерения выделяет ту его сторону, которая является для нее наиболее важной, и изучение этой стороны измерения приводит к появлению той или иной частной теории измерений (табл. 9.1).

Таблица 9.1. Различные подходы измерениям

Общая теория измерений, таким образом, является неким «сплавом» частных теорий. Подобно тому, как психические функции человека принято относить к «высокому уровню», а физические – к «низкому». В теории измерений различают два уровня изучения измерений: «фундаментальный» и «прикладной». Схема взаимоотношений между этими уровнями и точными науками представлена на рис. 9.1.

Рис. 9.1 – Схема взаимоотношений между науками

Согласно этой схеме, теория измерений является «первичной». Вместе с тем, об относительности «первичности» свидетельствует наличие обратных связей между уровнями, что в значительной степени должно снять идеологическую напряженность между представителями различных наук, рассматривающих данную схему.

Принято выделять два основных направления развития фундаментальной теории измерений: физическое и математическое. Упрощенная схема такого разделения приведена на рис. 9.2.

Причину такого разделения можно усмотреть в существовании двух «миров»: предметного физического и абстрактного математического. Противопоставляя эти миры, можно говорить о противоречивом характере измерения, которое является процедурой и физической, и математической: начинаясь как физический процесс, оно завершается как математический. Здесь, однако, вновь на передний план выступает проблема «первичности». Поэтому предпочтительно, по-видимому, говорить не столько о противоречивости, сколько о взаимно дополняемости этих двух направлений.

Так, математическое учение о величине является расширительным по отношению к учению о физической величине, допуская принципиальную измеримость «нефизических» величин, которые нельзя сравнить с эталонами в силу отсутствия таковых (эталоном именуют физическую модель – вещь вполне материальную). Действительно, нет эталонов для таких объектов как здоровье, интеллект, экономика и т.п. Этим обстоятельством можно пояснить важность места, занимаемого теорией шкал в математическом направлении фундаментальной теории измерений – оно аналогично месту, занимаемому проблемой эталонов в физическом направлении.

Рис. 9.2 – Схема разделения теории измерений

Наконец, конструктивную (алгоритмическую), теорию измерений можно рассматривать как расширение теории погрешностей, направленное на уравновешивание важного показателя эффективности в виде погрешности измерений другим, не менее важным показателем – временем измерений. Смысл такого уравновешивания прост – никому не нужны высокоточные результаты измерений тогда, когда в них уже отпала необходимость.

В настоящее время выделяют два основных направления фундаментальной теории измерений: физическое и математическое, им соответствуют два основных направления прикладной теории измерений: метрология и автометрия.

Метрология – наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Автометрия – научная дисциплина, занимающаяся разработкой и исследованием методов анализа и синтеза измерительных информационных систем в целом и важнейших функциональных узлов.

Оба направления взаимно дополняют друг друга и отражают два важнейших процесса, определяющих прогресс измерительной техники: «физикализм» (использование достижений физики для совершенствования средств измерений) и «кибернетизацию» (применение методов теории информации, теории статистических и спектральных измерений, методов и алгоритмов измерений, методов автоматической коррекции погрешностей измерительных устройств).