Предисловие. 
Биотехнические системы медицинского назначения

Единый комплекс, в котором целенаправленно реализуются взаимодействия технического устройства с биологическим объектом, называют биотехнической системой (БТС). Таким образом, техника для медицины (медицинская техника) и биотехнологии (биотехника) — составные части разнообразных БТС.

В настоящее время известно много разновидностей медицинской техники, приборов и аппаратов. Каталог медицинской техники, составленный в соответствии с Общероссийским классификатором Минздрава, включает в себя более 12 тыс. наименований.

Активное внедрение достижений техники в теорию и практику исследования функций живых организмов и биологических систем — отличительная черта современных медицины, ветеринарии, агрономии, экологии и биологии. В связи с этим особую роль в обучении инженера, работающего в перечисленных областях, приобретают знания основ биофизики, биохимии и системного анализа. Эти знания служат фундаментом последующего изучения методов проектирования биомедицинской техники.

Существует множество научных работ по БТС, в том числе монографий, обзоров и оригинальных статей, однако учебная литература по данному направлению представлена слабо. Изданы лишь различные методические разработки, малодоступные для студентов.

В настоящем учебнике изложены вопросы проектирования биомедицинской техники в пределах программ по медицинской инженерии для студентов высших учебных заведений, обучающихся по инженерно-техническим направлениям, которые ранее не изучали основ теории взаимодействия технических систем с биологическими объектами. Учебник предназначен для студентов старших курсов медико-технических, биотехнологических, ветеринарных и агрономических вузов, приступающих к проектированию различных биотехнических систем (БТС). При этом возникает необходимость использования информации по теоретическим дисциплинам, пройденным на младших курсах.

Большая часть издания посвящена общим принципам проектирования биомедицинской техники и их применению к конкрет;

б ным БТС: диагностическим, терапевтическим, хирургическим и к искусственным органам и системам жизнеобеспечения. Применительно к биообъектам изложены основные методы количественного описания биологических объектов.

При проектировании и эксплуатации медицинской техники и биотехники особенно важна количественная сторона рассматриваемых закономерностей. С этой целью в тексте приведены графики и таблицы, чтобы студенты при изучении курса получили представление о величинах и их изменениях в зависимости от условий. Иллюстрации и примеры носят медико-биологический характер.

Основная цель учебника — научить студента ориентироваться в современных методах анализа и синтеза БТС и разрабатывать методы диагностики (контроля), терапии, хирургии и жизнеобеспечения для управления состоянием организма в норме и при патологии с использованием моделирования процессов, протекающих в биологических и технических компонентах БТС.

В результате усвоения материалов учебника студенты должны:

знать

• • свойства различных биологических объектов (БО);
• • основы теоретического анализа и синтеза изучаемых объектов;

уметь

• • формировать базу медико-биологических данных о свойствах БО и проводить анализ этих данных;
• • формулировать компоненты теории О, S, С, Т, L, I заданного БО;
• • разрабатывать и активно использовать вербальные, физические, аналоговые, математические модели биологических и технических компонент БТС;
• • формировать критерии эффективного функционирования БТС и оптимизировать их параметры на основе этих критериев;
• • проводить классификацию БТС, но таким признакам, как медицинское назначение, тип структурной схемы, физико-химические эффекты и технические решения, лежащие в основе функционирования подсистем;
• • осуществлять анализ научно-технической информации, обобщать отечественный и зарубежный опыт в области БТС медицинского назначения;
• • проводить выбор, оценку и расчет параметров БТС;
• • проводить сравнительный анализ технических решений, обеспечивающих работоспособность БТС в заданном диапазоне значений параметров;

владеть

• • навыками разработки требований к перечню, диапазону изменения и точности измерения контролируемых параметров
• (диагностическая БТС), к механизмам воздействия и к перечню и диапазону изменения параметров воздействия на БО (терапевтическая и хирургическая БТС);
• • методами количественного описания компонент теории О, S, С, Т, L, I заданного БО.

Учебник состоит из двух частей. В части 1 (гл. 1 — 10) в сжатой форме изложены основы количественных методов описания биологических объектов разных уровней сложности. Часть 2 (гл. 11—15) посвящена теоретическим основам проектирования биомедицинской техники различных классов: диагностической, терапевтической, хирургической и искусственных органов и систем жизнеобеспечения. Приведены примеры использования методов системного анализа для решения конкретных задач создания медицинской техники и биотехники. С позиций современной теории биологических систем проанализированы результаты многочисленных исследований и использования техники в практической, экспериментальной медицине и фармации. Показаны пути оптимизации традиционных методов и возможности применения новых технических методов в диагностике, клинической аналитике, терапии, хирургии и системах жизнеобеспечения. Рассмотрены задачи прикладной биотехнологии и фармации, а также возможности решения этих задач с помощью современной техники.

Авторы выражают благодарность доктору фармацевтических наук, академику РАО, профессору В. А. Попкову и доктору технических наук, профессору И. II. Спиридонову, преподавателям, аспирантам и студентам МГТУ им. Н. Э. Баумана, а также доктору технических наук, профессору Р. И. Бурлакову и кандидату технических наук, доценту А. В. Самородову, любезно предоставившим материалы, которые были использованы при подготовке учебника к изданию.

Светлой памяти Владимира Ивановича Лощилова — друга и учителя.