CC BY
22
Рис. 4 Аппаратно-программный комплекс «Малахит». Области применения: идентификация личности и контроль доступа, кодирование биометрической информации, медико-генетическое консультирование, профессиональная ориентация специалистов, спортивная медицина, судебно-медицинская экспертиза
— многоканальных методов картирования гемо-динамической, биоэлектрической, метаболической и биомагнитной активности органов и тканей;
— средств и методов формирования обратных биологических связей для оценки эффективности лечебно-диагностических воздействий;
3) создание технологий медицинского применения технических средств и программ подготовки, переподготовки и повышения квалификации инженерных кадров для сферы высокотехнологичной биомедицинской инженерии страны.
На рис. 1—4 приведены примеры новых разработок МГТУ для разных областей применения.
Данные подходы обладают признанным мировым приоритетом.
Факультет биомедицинской техники МГТУ им. Н. Э. Баумана включает три кафедры:
1) биомедицинских технических систем и устройств, которую возглавляет доктор технических наук, профессор И. Н. Спиридонов;
2) медико-технических информационных технологий, которую возглавляет доктор технических наук, профессор С. И. Щукин;
3) медико-технического менеджмента, которую возглавляет доктор медицинских наук, профессор А. П. Николаев.
На сегодняшний день МГТУ им. Н. Э. Баумана имеет уникальную для технических вузов страны инфраструктуру и потенциал, включающие профильные факультет и научно-исследовательский институт, а также медицинский центр как инновационную платформу определения вектора развития биомедицинской инженерии и внедрения в практическое здравоохранение.
Г. С. Евтушенко, д-р техн. наук,
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Я. С. Пеккер, канд. техн. наук,
Сибирский государственный медицинский университет
Биомедицинская инженерия в Томском политехническом университете
молодой ученый-физик, разработчик циклических ускорителей электронов — бетатронов Лев Мар-темьянович Ананьев. Созданные к тому времени бетатроны на 15 и 25 МэВ представляли собой серьезные габаритные электрофизические установки, требующие специальных помещений и средств защиты от ионизирующего излучения. Основное назначение этих установок помимо фундаментальных исследований — применение в промышленной интроскопии и медицине, прежде всего в онкологии, дерматологии и косметологии. В конце 50-х годов прошлого столетия впервые в мировой практике начали применять бетатрон в госпитальных клиниках Томского медицинского института. Это было осуществлено по инициативе академика А. Г. Са-
Заведующий кафедрой промышленной и медицинской электроники ТПУ профессор Г. С. Евтушенко
Все начиналось с бетатронов... В 1959 году в Томском политехническом была создана кафедра промышленной электроники, которую возглавил
№ 2 (20)/2012 |
биотехносфера
виных, а бетатрон был изготовлен в Томском политехническом при участии Л. М. Ананьева. Мечтой Льва Мартемьяновича было создание небольшого переносного ускорителя, как он говорил, «карманного» бетатрона, пригодного для использования в полевых условиях, на стапелях, на производстве или в больничных условиях, вплоть до лабораторий. Действительно, во многих случаях, особенно в медицине, не требуется высоких энергий и интенсивности генерируемого тормозного излучения. Тогда казалось маловероятным осуществление такого проекта — в мировой практике подобных разработок не было. Понятно было, что путем масштабирования такой цели не достичь, нужны новые подходы к конструированию ускорителя, потребуются серьезные фундаментальные экспериментальные исследования и технические решения. Многие серьезные физики скептически относились к этой затее. А уже в 1968 году Л. М. Ананьев вместе с группой своих учеников, молодых кандидатов наук В. Л. Чахловым, Ю. П. Ярушкиным, Я. С. Пек-кером, М. М. Штейном и Я. А. Шарашиным, получили 12 международных патентов, выданных США, Великобританией, Францией, Швейцарией и Чехословакией. Приоритет и высокий уровень разработок были признаны как отечественными учеными, так и за рубежом. Пошли многочисленные заказы на переносные малогабаритные бетатроны для дефектоскопии и медицинского применения. К 1972 году было организовано промышленное производство этих ускорителей. Забегая вперед, скажем, что в настоящее время Томский политехнический университет сохраняет лидирующее положение в мире по разработке малогабаритных бетатронов и систем с их использованием, эти «машины» работают во многих сферах, особый спрос существует на автоматизированные досмотровые системы, которые производятся по международной кооперации.
Разработка и создание бетатронов как научное направление послужило хорошей базой для развития смежных направлений, прежде всего исследований в области взаимодействия физических полей с окружающей средой, веществом, в том числе с биологическими объектами и средами, а также в медицинском приборостроении, вакуумной технике, системах управления и информационных технологиях.
В начале 1970-х годов на кафедре наблюдается повышенный интерес к медицинской электронике, во-первых, потому, что кафедре поручено осуществлять подготовку специалистов по специальности «Бионика», во-вторых, развивается плодотворное сотрудничество с Томским медицинским институтом, а также с кафедрами биомедицинской электроники и охраны среды ЛЭТИ и биотехнических систем МВТУ им. Н. Э. Баумана. Это сотрудничество оказало решающее влияние на развитие медицинского приборостроения за Уралом и становление кафедры
Заведующий кафедрой медицинской кибернетики СибГМУ профессор Я. С. Пеккер
промышленной и медицинской электроники в Томском политехническом, которая стала называться так с 1970 года. И большая заслуга в этом принадлежала тогдашним лидерам кафедр — В. М. Ахутину, В. И. Лощилову и Л. М. Ананьеву.
На кафедре появились направления, связанные с созданием источников питания и преобразовательной техники, электронно-медицинской аппаратуры, ультразвуковой техники для промышленного и медицинского применения, исследования взаимодействия различных физических полей с биологическими структурами, обработки информации, в том числе медицинской. Кафедра стала проводить ежегодные конференции по промышленной и медицинской электронике, были созданы и внедрены более двух десятков приборов и систем медицинского назначения: диктофонные центры и системы автоматизированного заполнения историй болезни для ряда ЛПУ; электронный стимулятор для ускорения сращивания костной ткани (особенно эффективен при лечении «ложных» суставов); прибор для электросудорожной терапии (впоследствии единственный в то время серийно производившийся прибор для этих целей); прибор для автоматизированного анализа ЭКГ в динамике; имитатор биосигналов; ультразвуковой диссектор; исследования воздействия электромагнитных полей миллиметрового диапазона на живой организм (которые позволили создать новое структурное подразделение — лабораторию в НИИ ядерной физики при ТПИ). Кафедра активно взаимодействовала с ведущими научными коллективами в области медицинской техники, медицинского приборостроения и медицинской кибернетики. В 1978 году в Томском политехническом институте был открыт набор студентов на специальность «Медицинское приборостроение», ранее подготовка специалистов осуществлялась в рамках специализации по направлению «Промышленная электроника».
В 1983 году на базе кафедры ПМЭ была проведена Вторая всесоюзная конференция «Проблемы техники в медицине», которая собрала более 150 представителей ведущих кафедр, НИИ и КБ — разработчиков приборов и систем медицинского назначения. Это стало событием, которое послужило стимулом выхода кафедры на качественно новый уровень разработок и научных исследований.
биотехносфера
| № 2 (20)/202
Были созданы в рамках НИР с рядом заказчиков автоматизированный комплекс для исследования сердечно-сосудистой системы и дыхания (выпущено на приборном заводе в г. Томске более 400 систем), автоматизированный гематологический комплекс, осмометр, портативный комплекс для психофизиологических исследований и др.
К концу 1980-х годов на кафедре под руководством Л. М. Ананьева и его учеников было защищено более 60 диссертаций, более 20 из которых по направлению, связанному с медицинским приборостроением, биотехническими системами и медицинской кибернетикой, получено более 100 авторских свидетельств и патентов.
С 1989 года кафедру возглавил профессор Борис Антонович Багинский. Под его руководством были разработаны учебные планы подготовки бакалавров, инженеров и магистров в рамках специальностей «Промышленная электроника» и «Биотехнические и медицинские аппараты и системы», на кафедре организованы новые учебные лаборатории: медицинской интроскопии, микропроцессорных управляющих и информационных устройств, автоматизированного проектирования. В числе первых в университете на кафедре организована локальная вычислительная сеть на базе современных компьютеров и обеспечена непрерывная подготовка студентов по применению ЭВМ в профессиональной деятельности. С 1991 года на кафедре внедрена рейтинговая система при изучении всех дисциплин. С участием фирмы «Philips» организован Центр по переподготовке специалистов в области современной медицинской рентгеновской техники — «Сибрентгенцентр», в котором прошли обучение и переподготовку сотни инженеров Сибири и Дальнего Востока.
В этот период на кафедре активно проводились научные исследования в области силовой электроники. Получило развитие новое научное направление «Формирование тока с помощью индуктивно-ключевых структур», исследовались новые типы генераторов для создания магнитных полей, преобразователи переменного напряжения в постоянное, устройства для заряда емкостных накопителей, формирователи тока для электротехнологий, которые нашли широкое практическое применение. Так, тиристорные генераторы для импульсного возбуждения электромагнитов входят в состав всех выпускаемых бетатронов, в том числе малогабаритных. Формирователи тока используются в системах очистки воды, установках индукционного нагрева, мощных магнетронных распылительных системах; зарядные устройства — в системах питания импуль-сно-периодических лазеров и т. д.
Таким образом, в тяжелые 90-е годы кафедре удалось сохранить свое лицо, основные научные направления, поддерживать высокий уровень подготовки специалистов.
После организации кафедры медицинской и биологической кибернетики в Сибирском государственном медицинском университете, первоначальный
состав которой был сформирован из сотрудников и аспирантов кафедры промышленной и медицинской электроники ТПУ (зав. кафедрой профессор Яков Семенович Пеккер), удалось интегрировать учебные процессы двух кафедр, объединив научные ресурсы для выполнения совместных НИР, организации НИРС, и поставить учебные курсы в соответствии с современными требованиями. Подготовлены и реализованы учебные программы и курсы «Компьютерные технологии в медико-биологических исследованиях», «Моделирование биологических систем», «Методы анализа и обработки медико-биологической информации», «3Б моделирование и прототипирование в медицине», «Цифровые методы обработки информации в медико-биологических исследованиях», «Суперкомпьютерные технологии в медицине» и ряд других, что стало возможным благодаря содружеству двух кафедр. Создана программа подготовки магистров по направлению «Биотехнические системы и технологии», которая осуществляется совместно с Сибирским государственным медицинским университетом (СибГМУ) в рамках магистратуры Томского политехнического университета так, что один семестр магистры обучаются на кафедре медицинской и биологической кибернетики СибГМУ, получая подготовку по медико-биологическому блоку дисциплин и применению информационных технологий в медицине.
С 2001 года кафедру возглавил доктор технических наук, профессор Геннадий Сергеевич Евтушенко. Сохраняя традиции кафедры, в настоящее время активно развивается направление, связанное с разработкой и применением лазеров на парах металлов в различных отраслях науки, промышленности и медицине.
В настоящее время основными направлениями научных исследований кафедры являются:
— физика, техника и применение импульсных газовых лазеров — Научная школа ТПУ;
— биотехнические системы экспресс-диагностики состояния здоровья и коррекции функциональных отклонений;
— разработка и исследование высокоэффективных вторичных источников питания для электротехнологических установок;
— акустическая локация с цифровой обработкой эхо-сигналов и микропроцессорные СУ сложных объектов.
За последние пять лет сотрудниками кафедры защищено 12 диссертаций, в том числе три докторских, издано восемь монографий, 26 учебных пособий, в том числе 11 — с грифом УМО; опубликовано 110 статей в журналах; получено 33 патента на изобретение и выполнено НИР на сумму около 40 млн рублей (в рамках хоздоговоров и грантов различного уровня).
За время существования кафедрой подготовлено около 3000 специалистов в области промышленной и медицинской электроники, более 100 кандидатов и 12 докторов наук.
№ 2 (20)/2012 |
биотехносфера
