Εισαγωγή στην Βιοϊατρική Τεχνολογία

Transcript

1 Εισαγωγή στην Βιοϊατρική Τεχνολογία Νέες Τεχνολογίες και Υγεία ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΚΟΥΤΣΟΥΡΗΣ Καθηγητής ΕΜΠ 31/10/2002

2 Ένας ορισμός της υγείας Ένας ορισμός που προσεγγίζει την έννοια της υγείας είναι: Η κατάσταση τέλειας σωματικής, πνευματικής, ψυχικής και κοινωνικής λειτουργικότητας του ατόμου και όχι, απλώς η έλλειψη ασθένειας ή αναπηρίας 2

3 Η διάρκεια ζωής από το 1200 μ.χ. έως σήμερα, στις περισσότερο αναπτυγμένες περιοχές της γης Σχεδόν κατακόρυφη άνοδος του δείκτη υγείας τα τελευταία 150 περίπου χρόνια. Οφείλεται στη βελτίωση της ιατροφαρμακευτικής περίθαλψης στην περίοδο μετά τη βιομηχανική επανάσταση. 3

4 Η μέση διάρκεια ζωής συναρτήσει του αριθμού ιατρών Αξιοσημείωτη η σχεδόν κατακόρυφη άνοδος του δείκτη για αριθμό ιατρών μεταξύ 0 και 70 περίπου. Για αριθμό ιατρών μεγαλύτερο του 90 περίπου, η καμπύλη τείνει ασυμπτωτικά προς μία οριακή ηλικία γύρω στα 72 χρόνια. 4

5 Αντιπροσωπευτικά στοιχεία υγείας για το 1990 Περιοχή Μέση Βρεφική Τροφή Νερό Διάρκεια Ζωής Θνησιμότητα (χρόνια) (% των γεννήσεων) (% των (% του πληθυσμού απαιτούμενων με πρόσβαση σε θερμίδων) μη μολυσμένες πηγές) Παγκόσμιος 61 9, κοινωνία Περισσότερο αναπτυγμένες χώρες Λιγότερο 57 (1) αναπτυγμένες χώρες (1) Η μέση διάρκεια ζωής είναι κατά τόπους ακόμα χαμηλότερη. Για παράδειγμα στην Αφρική είναι 49 χρόνια και στη νότια Ασία 51 χρόνια. (2) Η βρεφική θνησιμότητα στις υπανάπτυκτες περιοχές κυμαίνεται μεταξύ 6% (Λατινική Αμερική) και 32% (Αφρική). 5

6 Επικρατέστερες παθήσεις από τις οποίες υποφέρουν οι πληθυσμοί των περισσότερο και λιγότερο αναπτυγμένων περιοχών Περισσότερο αναπτυγμένες Λιγότερο αναπτυγμένες περιοχές περιοχές Καρδιοπάθειες Αγγειοπάθειες Μολυσματικές Ασθένειες Καρκίνος (1) Διαβήτης Παρασιτικές Αρρώστιες Αναπνευστική Ανεπάρκεια Γενετικές Ανωμαλίες Ιώσεις του Αναπνευστικού Ψυχικές Αρρώστιες Συστήματος Αρθριτικά Παχυσαρκία Καχεξία (1) Από όλες τις μορφές νεοπλασίας, ο καρκίνος των πνευμόνων παρουσιάζει ανησυχητική έξαρση τα τελευταία 30 χρόνια. Περίπου 2 στους 3 θανάτους οφείλονται στα 3 πρώτα αίτια, ενώ για άτομα ηλικίας μεταξύ 1 και 44 χρόνων, περίπου 1 στους 3 θανάτους οφείλεται σε ατυχήματα. 6

7 Κοινωνικό περιβάλλον Διάγνωση Θεραπεία Επανένταξη Αιτιολογία Επιδημιολογία Αντιμετώπιση Πληροφοριακό περιβάλλον Διορθωτική Ιατρική Προληπτική Ιατρική Ανάγκες Προσδοκίες Προοπτικές Κατάσταση Οικονομίας & Προοπτικές Ιατρική Έρευνα Πορεία Στόχος (Έργο) Σχεδιασμός Οργάνωση Διεύθυνση Ιατρική Γνώση Ιατρική Τεχνολογία Έλεγχος Σχέση νοσοκομείου - περιβάλλοντος περιβάλλοντος 7

8 Μέτρα Προστασίας Πληθυσμός Επισήμανση πληθυσμιακών ομάδων σε κίνδυνο Αξιοποίηση γενικής κατάστασης υγείας Προδιαγραφές επιδημιολογικού προτύπου Υποτιθέμενοι υγιείς Αιμοδοσία Άτομα με υπολανθάνουσες ασθένειες Διάγνωση Θεραπεία Νοσηλεία Άτομα με χρόνιες παθήσεις Διαφώτιση κοινού Εντοπισμός ασυμπτωματικών ασθενειών Άτομα με ειδικά προβλήματα υγείας Άτομα με μόνιμες αναπηρίες Αποκατάσταση Παρακολούθηση Περίθαλψη Έλεγχος υγείας πληθυσμού Οργάνωση Ιατροφαρμακευτικής Περίθαλψης 8

9 Ολοκληρωμένο σύστημα υγείας Ασθενής Ιατροί Ειδικότητας Τυπολογίες Διάγνωσης Οικογενειακός Ιατρός Τυπολογίες Συντήρησης Παρακολούθησης & Θεραπείας Φάρμακα Αίμα για μεταγγίσεις Νοσοκομειακή Νοσηλεία Οργανα για Μεταμοσχεύσεις Παραπομπή σε άσυλο Παρακολούθηση Περίθαλψη Ανόρθωση Επανόρθωση Κατ οίκον Περίθαλψη Διόρθωση ή Μετρίαση Αναπηρίας (Αποκατάσταση) 9

10 Βιοϊατρική Τεχνολογία Ορισμός: «Η Επιστήμη που εφαρμόζει αρχές και μεθόδους της τεχνολογίας, της μηχανικής και των θετικών βασικών επιστημών (φυσικής, χημείας και μαθηματικών) στην προσπάθεια διάγνωσης, θεραπείας, αλλά και κατανόησης των προβλημάτων που αναφαίνονται στη Βιολογία και την Ιατρική». 10

11 Βιοϊατρική Τεχνολογία & Γνωστικά Αντικείμενα Εμβιομηχανική: εφαρμογή των αντιλήψεων και θεωριών του μηχανικού προκειμένου να προσομοιωθούν βασικά βιολογικά συστήματα. Εμβιομηχανική Ιατρική Τεχνολογία: εφαρμογή τεχνολογιών για την ανάπτυξη νέων διαγνωστικών και θεραπευτικών μεθόδων, μηχανημάτων και συσκευών με εφαρμογή στα πεδία της Βιοϊατρικής και των Βιοϋλικών. Κλινική Μηχανική: ανάπτυξη νέων τεχνικών καθώς και τη διαχείριση των τεχνικών που ήδη εφαρμόζονται για τη βελτίωση της παροχής υπηρεσιών υγείας σε νοσοκομεία, κλινικές και κέντρα υγείας. Τεχνολογία Αποκατάστασης: χρήση τεχνολογίας με σκοπό τη βελτίωση των συνθηκών ζωής ατόμων με ειδικές ανάγκες καθώς και την έρευνα στον τομές των τεχνητών οργάνων. 11

12 Βιοϊατρική τεχνολογία και έρευνα Επιστήμη συστημάτων και ολοκληρωμένης βιολογίας Βιοϊατρική τεχνολογία σε καρδιαγγειακά συστήματα Βιοϋλικά Τεχνητά όργανα Όργανα μέτρησης Εφαρμογές υπολογιστών Επεξεργασία εικόνας Εφαρμογές τηλεματικής 12

13 Βιοϊατρική τεχνολογία και διαχείριση του βιοϊατρικού εξοπλισμού Μία απο τις βασικότερες υπηρεσίες που προσφέρει ο βιοϊατρικός μηχανικός, είναι η διαχείριση κάθε είδους μηχανήματος και συσκευής ή συστήματος που αφορά την ανθρώπινη υγεία Οι στόχοι της διαχείρισης Προστασία του εξοπλισμού (προληπτική συντήρηση) Επισκευή του εξοπλισμού σε πιθανή βλάβη Η αξιολόγηση του εξοπλισμού Η μελέτη της αξιοπιστίας Ο παράγοντας κόστους Η διαχείριση του εξοπλισμού Αποτελεσματικότητα και επιτυχής λειτουργία του εξοπλισμού Παραμέτροι εκτίμησης Μεθόδοι διαχείρισης Σύστημα πληροφοριών 13

14 Βιοϊατρική τεχνολογία και προληπτική διαχείριση νοσοκομειακού εξοπλισμού απο τον μηχανικό 14

15 Βιοϊατρική τεχνολογία και θέματα ασφάλειας Η αντίσταση του δέρματος μειώνεται σκόπιμα στις θέσεις σύνδεσης των ηλεκτροδίων των βιοηλεκτρικών μετρήσεων Η χρησιμοποίηση ενδοφλέβιων υγρών ή καθετήρων επηρεάζει τη διαδρομή του ρεύματος στο δέρμα Η <ηλεκτρική ευαισθησία> του ασθενούς επηρεάζεται απο τη συνεχή παροχή φαρμάκων, καθώς και αρκετούς κλινικούς και ψυχολογικούς παράγοντες όπως το βάρος του σώματος και η αυξημένη θερμοκρασία του σώματος. 15

16 Βιοϊατρική τεχνολογία και θέματα ασφάλειας Τιμή Ρεύματος Αποτελέσματα 1mA Όριο που γίνεται αντιληπτό 16mA Σύσπαση μυών 50mA Σε ορισμένες περιπτώσεις απώλεια αισθήσεων, τραυματισμός κανονική λειτουργία της καρδιάς και της αναπνοής ma Κοιλιακός ινιδισμός 5A Κοιλιακός ινιδισμός, διακοπή της λειτουργίας της καρδιάς, εγκαύματα Αποτελέσματα της ηλεκτροπληξίας του υγιούς ανθρώπινου οργανισμού από το εναλλασσόμενο ρεύμα συχνότητας 50Hz Hz. Κοιλιακός ινιδισμός: μία σειρά από ταχύτατες συσπάσεις του μυοκαρδίου οι οποίες είναι ανεπαρκείς για την άντληση του αίματος. 16

17 Η σχέση του βιοϊατρικού μηχανικού των νοσοκομείων με το υπόλοιπο προσωπικό Διοίκηση Τεχνικές Υπηρεσίες Ερευνητές Βιοϊατρικός Μηχανικός Βιομηχανία Ιατροί Ασθενείς Ο Βιοϊατρικός Μηχανικός και οι συνεργάτες του Άτομα με διαφορετική παιδεία, εκπαίδευση και γενικά τρόπο σκέψης 17

18 Μαθηματικά Στατιστική Φυσικές Επιστήμες Ηλεκτρονική Βιοϊατρικός Μηχανικός Νομικά Οικονομικά Πληροφορική Ιατρική Ο Βιοϊατρικός Μηχανικός και οι γνώσεις του 18

19 Εργαστήρια Ιατρο- χειρουργική Απεικόνιση Βιοϊατρικός Μηχανικός Ηλεκτρο- ιατρική Προσαρμογή Επικοινωνία Ο Βιοϊατρικός Μηχανικός και τα πεδία εφαρμογών του 19

20 Συντήρηση Διαχείριση Υλικού Μελέτη Έρευνα Αγορά Συμβόλαια Συντήρησης Βιοϊατρικός Μηχανικός Εκτίμηση Προϋπολογισμοί Εκπαίδευση Χρηστών Προσαρμογή Επικοινωνία Ο Βιοϊατρικός Μηχανικός και τα καθήκοντά του 20

21 Βιοϊατρική Τεχνολογία Εμβιο- μηχανική Ιατρική Τεχνολογία Ιατροτεχνολογικά Προϊόντα Τεχνολογία Αποκατάστασης Κλινική Μηχανική Ιατρική Απεικόνιση Βιο- ϋλικά Προσθετικές Συσκευές & Τεχνητά Όργανα Ιατρική Πληροφορική Βιο- τεχνολογία Βιο- αισθητήρες Κλινικές & Βιολογικές Αναλύσεις Φυσιολογικά Μοντέλα Προσομοίωση & Έλεγχος Τα γνωστικά πεδία της Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 21

22 Προβλήματα που ανακύπτουν από τη χρήση και ραγδαία εξέλιξη της Βιοϊατρικής Τεχνολογίας Εκπαίδευση (Μηχανικών, Φυσικών, Ιατρών, Τεχνικών, κ.λ.π.) Ανθρωποδυναμικό Υλικό Θέματα Ασφαλείας, Συντήρησης, Διαχείρισης, Χρήσης (Κλινική, Μηχανική) Ποιοτικός Έλεγχος, Αξιολόγηση Τεχνολογίας 22

23 Ιατρική Τεχνολογική Υποδομή: Ιατροτεχνολογικά Όργανα & Συσκευές ➊ Διαγνωστική Απεικόνιση ➋ Εξοπλισμός Κλινικού Εργαστηρίου ➌ Συσκευές Παρακολούθησης & Παθοφυσιολογίας ➍ Θεραπευτικές Συσκευές ➎ Τεχνητά Όργανα & Προσθετικές Συσκευές ➏ Αποκατάσταση & Βοηθήματα για Άτομα με Ειδικές Ανάγκες 23

24 Διαγνωστική Απεικόνιση (Ι) Ο τομέας περιλαμβάνει τις ακόλουθες περιοχές: Συμβατική Ακτινοδιάγνωση Υπολογιστική Ακτινογραφία Πυρηνικός Μαγνητικός Συντονισμός (N.M.R.) Τεχνικές Υπερήχων Πυρηνική Ιατρική Ψηφιακή Ακτινογραφία 24

25 Διαγνωστική Απεικόνιση (ΙΙ) Βιομαγνητισμός Ενδοσκόπηση Τομογραφία Εκπομπής Ποζιτρονίων (P.E.T.) Τεχνικές Φασματοσκοπίας in vitro για Ανάπτυξη Τεχνικών Υφής σε M.R.I. Εικόνες για Χαρακτηρισμό Ιστών 25

26 Διαγνωστική Απεικόνιση (ΙΙΙ) Αντικατάσταση Συμβατικής Τεχνολογίας με Ψηφιακά Συστήματα Τεχνικές Επεξεργασίας Εικόνων σε Συνεργασία με Συστήματα Αρχειοθέτησης Εικόνας και Επικοινωνίας (PACS, IMACS) Έμφαση σε Τεχνικές Συμπίεσης και Υψηλής Ταχύτητας Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Τηλεϊατρική 26

27 Εξοπλισμός Κλινικού Εργαστηρίου (Ι) Αυτόματοι Αναλυτές (Τεχνικές Ενζυμικών Ανοσοαντιδράσεων, Βιοχημικής Φωταύγειας ή Νεφελομετρίας) Αυτόματοι Διαφορικοί Μετρητές N.M.R. για «in«vivo»» ή «in«vitro»» Βιολογικά Συστήματα Εφαρμογές Βιοτεχνολογίας σε Ειδικές Διαγνωστικές Τεχνικές 27

28 Εξοπλισμός Κλινικού Εργαστηρίου (ΙΙ) Τεχνικές Αερίου Χρωματογραφίας (Gas( Chromatography) Τεχνικές Υγρής Χρωματογραφίας Υψηλών Πιέσεων (H.P.L.C.)( Φασματοσκοπία Υπέρυθρου με Μετασχηματισμό Fourier (F.T.I.R.) Ελάττωση Χρήσης Τεχνικών Ακτινοανοσοαντιδράσεων και Ελαχιστοποίηση Χρήσης Ραδιοϊσοτόπων 28

29 Εξοπλισμός Κλινικού Εργαστηρίου (ΙΙΙ) Έμφαση Ανάπτυξης Λογισμικού (βασισμένου στην αναγνώριση προτύπων) για διαγνωστικό screening Ανάπτυξη Ολοκληρωμένων Υπολογιστικών Ρομποτικών Συστημάτων Αυτόματη Προετοιμασία Δειγμάτων Διαχείριση Εργαστηρίων Αποθήκευση Αποτελεσμάτων Έλεγχος Ποιότητας 29

30 Εξοπλισμός Κλινικού Εργαστηρίου (ΙV) Υπολογισμός Δεικτών Decision Support Systems (D.S.S.) για Διαγνωστική Ανάλυση 30

31 Συσκευές Παρακολούθησης & Παθοφυσιολογίας (Ι) Συσκευές Καρδιολογίας Συσκευές Νευρολογίας Συσκευές Πνευμονικής Παθοφυσιολογίας Συσκευές Παρακολούθησης Συσκευές Φορητές Πρώτων Βοηθειών 31

32 Συσκευές Παρακολούθησης & Παθοφυσιολογίας (ΙΙ) Ολική ασφάλεια λόγω Συνεχούς Επαφής με τον Ασθενή για την Ανίχνευση Σημάτων Ικανότητα Επεξεργασίας Σήματος σε Πραγματικό Χρόνο Τηλεμετάδοση Πληροφορίας Υπολογιστική Ανάλυση Δεδομένων 32

33 Θεραπευτικές Συσκευές (Ι) Εξοπλισμός Χειρουργείου Εξοπλισμός Ανάνηψης & Αναισθησίας Εξοπλισμός Ακτινοθεραπείας Τεχνικές Ακτινοβόλησης 33

34 Θεραπευτικές Συσκευές (ΙΙ) Λιθοτριψία Χειρουργεία με Laser υποστηριζόμενο από Ηλεκτρονικό Υπολογιστή Συνεργατικές Τεχνικές Ακτινοθεραπείας (Μείωση Ιονιζουσών Ακτινοβολιών - Μικροκυματική Ακτινοβολία) Μη Επεμβατικές Λαπαροσκοπικές Τεχνικές 34

35 Τεχνητά Όργανα & Προσθετικές Συσκευές (Ι) Καρδιοαγγειακές Παθήσεις Ηλεκτρικές Συσκευές (Βηματοδότης) Μηχανικές Συσκευές (Ενδοαρτηριακή Αντλία, Τεχνητή Καρδιά) Ορθοπεδικές Προθέσεις Συστήματα Αποτοξίνωσης (Detoxification) Θέματα Νεφρικής Λειτουργίας (Αιμοδιάλυση) 35

36 Τεχνητά Όργανα & Προσθετικές Συσκευές (ΙΙ) Βιοσυμβατά Υλικά Μηχανικές Συσκευές για Προσωρινή ή Μακροχρόνια Αντικατάσταση Καρδιακών Λειτουργιών: Συσταλτά Τεχνητά Πολυμερή, Συστήματα Αντλίας Ανάπτυξη Συστημάτων (Ανιχνευτές, Λογισμικό) για Ανάλυση Πραγματικού Χρόνου & Παρακολούθηση Φυσιολογικών Παραμέτρων του Ασθενή για Έλεγχο Αιμοδιάλυσης Τεχνικές Τηλεπαρακολούθησης για Αιμοδιάλυση κατ οίκον 36

37 Αποκατάσταση & Βοηθήματα για Άτομα με Ειδικές Ανάγκες (Ι) Αναπηρίες Κίνησης Αναπηρίες Επικοινωνίας (Φωνή, Γραφή) Αναπηρίες Όρασης Αναπηρίες Ακοής 37

38 Αποκατάσταση & Βοηθήματα για Άτομα με Ειδικές Ανάγκες (ΙΙ) Συσκευές Ακοής με απευθείας Διέγερση του Ακουστικού Νεύρου Συσκευές Αυτόματης Αναγνώρισης Χαρακτήρων και Μεταφοράς Γραφικών Πληροφοριών Τεχνικές Αποκατάστασης στην Παιδική Ηλικία Αυτόνομη Κίνηση Εφαρμογές Τεχνικών Αναγνώρισης Φωνής - Φωνητική Σύνθεση - και Γραφής Braille Αυτόματα Συστήματα Ανάγνωσης 38

39 Τεχνολογία στην Οδοντιατρική CAT Scan Μικροκάμερες Video με Οπτική Ίνα CAD - CAM με Δυνατότητες Κοπής, Αποκατάστασης, αποφεύγοντας τα σφάλματα από την Αποτύπωση, Κατασκευαστική Διαδικασία στο Εργαστήριο και Εφαρμογή Προθέσεως στο Στόμα Excimer Laser για Κοπή Οδοντικών Ουσιών 39