Моделирование процесса колоноскопии

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РФ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Биомедицинская инженерия

КУРСОВАЯ РАБОТА

на тему: «Моделирование процесса колоноскопии»

по дисциплине: «Основы моделирования биологических процессов и систем»

Выполнил: ст-ка гр. 14ПБ1ба

Тряшкина Е.Н.

Проверил: к.т.н., доцент

Сидорова М.А.,

Пенза, 2017



РЕФЕРАТ

Пояснительная записка к курсовой работе на тему «Основы моделирования биологических процессов и систем» объёмом 23 страницы, содержит 9 рисунков, 5 источников литературы.

КОЛОНОСКОПИЯ, ПРОЦЕДУРА, РЕКТОСИГМОИДОСКОП, ПОКАЗАНИЯ, ЗАБОЛЕВАНИЯ, ПРОВЕДЕНИЕ, ПОДГОТОВКА, ВИДЕОКОЛОНОСКОПИЯ.

Актуальность темы: данная тема актуальна, так как для лучшей работоспособности медицинской техники, а в частности колоноскопа нужно проводить проверку, моделирование процесса проверки ускорит время и качество работы прибора.

Цель работы: изучить основные термины и определения, составить модель проверки работоспособности аппарата, путём использования графической среды имитационного моделирования.

Объектом разработки является среда Simulink.

Задачи: изучить теоретические основы по данной теме, создать модель, проверить её работоспособность.

Область применения: данная работа может использоваться в учебных заведениях.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. История колоноскопии

2. Оборудование для проведения колоноскопии

3. Видеоколоноскопия

4. Показания для колоноскопии

5. Результаты колоноскопии - норма

6. Заболевания, диагностируемые при помощи колоноскопии

7. Противопоказания к колоноскопии

8. Альтернатива колоноскопии

9. Подготовка к колоноскопии

10. Проведение колоноскопии

11. Электронная модель проверки работоспособности аппарата в среде «Simulink

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Одной из самых неприятных диагностических процедур является колоноскопия толстой кишки. Пациенту приходится мириться с дискомфортом в области заднего прохода на протяжении 40-50 минут, плюс определенное время занимается и подготовка к проведению процедуры. Однако если врач назначает диагностику, то ее нужно пройти в обязательном порядке.

На сегодняшний день колоноскопия кишечника активно применяется во всех ведущих клиниках мира. Она является очень эффективным методом исследования прямой кишки, выявления злокачественной опухоли, болезни Крона и других серьезных недугов. Заболевания кишечника тем более неприятны, что до последнего времени их было достаточно трудно диагностировать. Довольно долго единственным инструментом врача оставались его собственные руки. Плюс, естественно, полученные знания и накопленный опыт. Но, с развитием науки и медицинской техники, возможности диагностической медицины значительно расширились.



1. История колоноскопии

Раньше исследование толстого кишечника осуществлялось с помощью жестких ректосигмоидоскопов (рисунок 1). Данный метод диагностики позволял врачу осматривать кишку лишь на протяжении тридцати сантиметров.

Рисунок 1

Ректосигмоидоскоп содержит крышку 1 с окуляром, тубус 2, обтуратор 3, рукоятку 4, с упругой грушей 5 (помпой) с верхним 6 клапаном и нижним 7 клапаном, ампулы 8 с химическими реагентами и жесткие 9 вставки, образующие в совокупности автономный источник света, в данном случае химический (ХИС), размещенный на внутренний поверхности тубуса 2.

Для исследования всего толстого кишечника применялась рентгенография. Однако данный метод не позволял в полной мере диагностировать такие заболевания как полипы и рак кишечника, вследствие этого для более тщательного исследования приходилось прибегать к оперативному вмешательству. Операция заключалась в том, что в стенке кишечника производили пять - шесть разрезов небольшой величины, что позволяло осмотреть все отделы исследуемого органа. Однако данный метод не нашел широкого применения из-за высокого риска развития у пациентов различных осложнений во время или после операции.

В 1970 году была произведена первая сигмоидокамера, которая позволяла обследовать прямую, а также сигмовидную кишку до перехода в нее нисходящей.

Для более обширного исследования толстого кишечника в 1963 году был предложен метод проведения сигмоидокамеры по специальному проводнику. Данный способ заключался в том, что пациент проглатывал поливинилхлоридную трубку, которая через определенное время доходила до прямой кишки. Проглоченная трубка в итоге служила проводником для камеры, однако слепое фотографирование толстого кишечника не приносило должных результатов, поэтому данный способ исследования вскоре был заменен на более современные методы диагностики.

В 1964 - 1965 году были созданы фиброколоноскопы с изгибающимся и управляемым концом, благодаря чему можно было эффективно исследовать толстый кишечник. А в 1966 году была создана новая модель колоноскопа, которая позволяла не только осматривать обследуемый орган, но и фиксировать изображение на фотографиях. Также данный аппарат во время проведения процедуры позволял брать кусочек ткани на гистологическое исследование.

2. Оборудование для проведения колоноскопии

По своему техническому исполнению колоноскопия относится к сложным методам эндоскопического исследования. Методика проведения хорошо разработана, но индивидуальные особенности толстой кишки, а особенно патологические процессы в ней, создают трудности при обследовании. Поэтому важно, чтобы эта процедура проводилась специалистами высокого уровня на современном оборудовании.

Колоноскопия производится при помощи тонкого, мягкого и гибкого фиброколоноскопа (рисунок 2) или оптического зонда. Гибкость прибора позволяет при исследовании безболезненно проходить все анатомические изгибы кишечника.

Рисунок 2

Прибор оснащен миниатюрной видеокамерой, изображение передается на экран монитора в многократном увеличении, благодаря чему врач может детально рассмотреть кишечник пациента (поэтому часто ее называют видеоколоноскопией). При этом колоноскоп обладает источником холодного света, что исключает ожог слизистой оболочки при обследовании кишечника.Во многих клиниках колоноскопия проводится на современном эндоскопическом оборудовании производителя Pentax Medical (Япония). Отличие этого колоноскопа состоит в его минимальном диаметре и высокотехнологичной оптике (ОнКлиник). Тонкий и гибкий зонд существенно снижает дискомфорт пациента при проведении исследования. Качественная оптика позволяет опытному врачу гарантированно поставить точный диагноз и определить заболевание на ранних стадиях, а также провести процедуру без осложнений.

Другое оборудование высшего (экспертного) класса от компании Olympus (Япония) с возможностью цифрового увеличения и осмотра в узком спектре света, позволяющими увидеть ранний рак площадью от 1мм. Аппаратура обрабатывается после каждого пациента в специальных моечных машинах (также производства Olympus), что полностью исключает возможность передачи инфекции от одного пациента другому. Обработка в моечной машине считается золотым стандартом обработки эндоскопов, но приводит к повышению себестоимости исследования. Однако, ведущие клиники не экономят на безопасности пациентов (ЦКБ).

3. Видеоколоноскопия

Видеоколоноскопия (рисунок 3) является наиболее информативным и точным методом диагностики заболеваний толстого кишечника. Она позволяет изучить тонус и сократительную способность кишок. Ее главное отличие от традиционной колоноскопии состоит в том, что видеодатчик, применяемый при исследовании, позволяет врачу рассматривать обследуемые участки на экране монитора. Любую область кишечника при изучении можно значительно увеличить, что значительно упрощает постановку диагноза и дает возможность как можно раньше начать лечение.

Рисунок 3

Тщательное исследование слизистой кишечника при проведении видеоколоноскопии позволяет врачу замечать малейшие отклонения от нормы и обнаруживать патологические новообразования размером от 1мм. В случае необходимости в ходе проведения видеоколоноскопии можно взять вызывающие подозрения ткани на биопсию. Гистологическое исследование полученных образцов ткани (с применением многократно увеличивающего микроскопа) дополнительно поможет поставить правильный диагноз как можно быстрее.

Оборудование экспертного уровня позволит выявить возможную патологию и как можно скорее начать лечение без необходимости дорогостоящих дополнительных исследований.

После проведения исследования пациент получает на руки результаты видеоколоноскопии в цифровом виде.

4. Показания для колоноскопии

Данная процедура имеет строгий перечень показаний. Однако, учитывая опыт западных стран, здоровым людям старше 50 лет следует ежегодно проходить данное обследование, особенно, если у близких родственников имелись проблемы с толстым кишечником, особенно онкопатология. Ежегодно колоноскопия проводится людям, состоящим в группе риска (с болезнью Крона, язвенным колитом), а также тем пациентам, которые ранее были оперированы по поводу заболевания кишечника.

Колоноскопия назначается при наличии следующей симптоматики:

- частые и сильные запоры;

- частые боли в области толстого кишечника;

- выделения слизистого или кровянистого вида из прямой кишки;

- частые вздутия живота; резкая потеря веса;

- подозрение на заболевание толстого кишечника;

-подготовка к некоторым гинекологическим операциям (удаление опухоли матки, яичника и др).

Основная цель колоноскопии - это ранняя диагностика различных патологий, что особенно актуально в случае раковых новообразований.



5. Результаты колоноскопии - норма

Метод позволяет объективно оценить состояние слизистой оболочки толстого кишечника на всем его протяжении. Достоверными эндоскопическими признаками неизмененной слизистой толстого кишечника являются следующие показатели:

1. Цвет - в норме слизистая кишечника имеет бледно-розовую или бледно-желтую окраску. Эрозии, воспаления и др. патологии изменяют цвет слизистой.

2. Блеск - в норме слизистая отражает свет, что и определяет ее блеск. Матовость слизистой говорит о недостаточном продуцировании слизи, что характерно для патологических изменений.

3. Характер поверхности - поверхность должна быть гладкой и слегка исчерченной, без изъязвлений, выпячивания и бугорков.

4. Сосудистый рисунок - должен быть равномерным без участков усиления или отсутствия сосудов. Наложения слизистой оболочки - связаны со скоплениями слизи и имеют вид светлых комочков, без уплотнений, примесей фибрина, гноя или некротических масс.

Любые отклонения от описанных вариантов нормы свидетельствуют об определенном заболевании.

6. Заболевания, которые диагностируют при помощи колоноскопии

1. Полип толстого кишечника;

2. Онкологическая патология;

3. Неспецифический язвенный колит;

4. Дивертикулы кишечника;

5. Болезнь Крона;

6. Туберкулез кишечника.

7. Противопоказания к колоноскопии

Состояния, при которых данная процедура противопоказана, можно разделить на абсолютные и относительные. При абсолютных показаниях исследование исключено, при относительных - может быть проведено по жизненным показаниям.

Абсолютные противопоказания:

1. Перитонит - тяжелое состояние, требующее экстренного хирургического лечения.

2. Терминальные стадии легочной и сердечной недостаточности - тяжелые состояния, протекающие с серьезными нарушениями кровообращения.

3. Острый инфаркт миокарда - острая ишемия сердечной мышцы, угрожающая смертью.

4. Прободение кишечной стенки - состояние, сопровождаемое внутренним кровотечением и требующее экстренной операции.

5. Тяжелые формы язвенного и ишемического колита, при которых возможна перфорация кишечника во время процедуры.

6. Беременность - процедура может привести к преждевременным родам.

Относительные противопоказания:

1. Плохая подготовка с исследованию, когда пациент не соблюдал рекомендации врача - результативность колоноскопии ухудшается.

2. Кишечные кровотечения. Незначительные кровотечения в 90 % останавливают при помощи колоноскопа, но оценить массивность кровотечений не всегда возможно.

3. Тяжелое состояние пациента. В данном случае невозможно проведение общего наркоза, который порой является необходимым условием для нормальной диагностики.

4. Пониженная свертываемость крови - незначительные повреждения слизистой при обследовании могут привести к кишечному кровотечению.

8. Альтернатива колоноскопии

Безболезненной и безопасной альтернативой колоноскопии (а также ФГДС) является капсульное обследование, при котором пациент проглатывает специальную эндокапсулу с встроенной видеокамерой, она проходит через весь ЖКТ и выходит естественным путем через анальное отверстие. Данный вид обследования проводится только на платной основе (достаточно дорого) и не всегда дает полную картину. Более того, при обнаружении патологических изменений в кишечнике для подтверждения диагноза пациенту все равно придется пройти через процедуру колоноскопии. Несмотря на специфику проведения и некий психологических и физический дискомфорт во время колоноскопии, этот вид диагностики является самым достоверным для оценки состояния толстого кишечника.

9. Подготовка к процедуре

Подготовка к колоноскопии кишечника, выполненная в строгом соответствии с рекомендациями врача, является залогом стопроцентной достоверности исследования. Как подготовиться к колоноскопии за 3 суток до процедуры:

Этапы подготовки:

- Предварительная подготовка;

- Специальная диета;

- Очищение кишечника.

Предварительная подготовка - 2 суток

При склонности пациента к запорам одних только препаратов, назначаемых для очищения кишечника, может быть недостаточно. Для этого предварительно могут быть назначены: прием касторового масла внутрь (при отсутствии аллергии) или проведение клизмы. Количество масла рассчитывается в зависимости от массы тела человека: на вес 70 кг достаточно принять 60 гр масла на ночь. При результативном опорожнении кишечника с утра следует повторно провести данную процедуру на следующий вечер. Очистительная клизма показана в случае тяжелых запоров у пациента. Для домашней постановки клизмы необходима кружка Эсмарха (продается в аптеке) и полтора литра воды комнатной температуры (см. как правильно сделать клизму).

В кружку с закрытым зажимом наливают полтора литра воды;

Аккуратно снимают зажим и выпускают воздух, закрывают зажим;

Человек укладывается на застеленный клеенкой диван на левый бок с выдвинутой вперед и согнутой в колене правой ногой;

Кружку Эсмарха обязательно подвешивают на 1-1,5 м выше уровня дивана; Наконечник смазывают вазелином и вводят в заднепроходное отверстие на глубину 7 см;

Снимают зажим с клизмы;

После вытекания всего объема воды наконечник извлекают;

Человек должен встать и походит 5-10 минут, задерживая дефекацию, затем можно опорожнить кишечник. Рекомендуется произвести клизму дважды (по 1 разу 2 вечера подряд).

После 2 суток успешной предварительной подготовки назначается метод непосредственной подготовки к исследованию в виде слабительных препаратов и диеты.

Диета 2-3 суток

За 2-3 дня до диагностики назначается бесшлаковая диета, позволяющая эффективно очистить кишечник. Обращаем внимание на нее тех, кто является поклонником всякого рода очищения организма - диета такого плана, соблюдаемая 2-3 дня один раз в месяц, является безопасным и эффективным способом очищения кишечника. Вечером накануне диагностики от ужина следует отказаться совсем. В день процедуры до ее проведения также исключается прием пищи.

Запрещенные продукты:

1. Свежие овощи: капуста, свекла, редис, чеснок, морковь, лук, редька, горох, фасоль

2. Свежие фрукты: виноград, яблоки, персики, апельсины, абрикосы, бананы, мандарины

3. Черный хлеб

4. Зеленые овощи - шпинат и щавель

5. Копчености (колбаса, сыр, мясо, рыба)

6. Соленья и маринады

7. Перловая, геркулесовая и пшенная каши

8. Шоколад, арахис, чипсы, семечки

9. Молоко, кофе, алкоголь, газировка

Разрешенные продукты:

1. Овощи в отварном виде

2. Кисломолочная продукция: простокваша, ряженка, сметана, йогурт, творог, кефир

3. Супы овощные жидкие

4. Сухарики из белого хлеба, вчерашний белый хлеб, крекеры

5. Отварные яйца

6. Нежирные мясо и рыба в отварном, паровом виде (курица, телятина, кролик, говядина, хек, судак)

7. Масло, сыр Желе, мед Компоты, слабый чай, негазированная вода и разбавленные соки

Для очищения кишечника в индивидуальном порядке назначаются специальные слабительные препараты, которые назначаются врачом. Выбирать самостоятельно препараты нельзя.

Также подготовка к процедуре включает следующие рекомендации: прекратить прием железосодержащих и противодиарейных лекарственных средств; увеличить употребление жидкости; строго соблюдать все рекомендации врача.

10. Проведение колоноскопии

Процедура колоноскопии (рисунок 4) осуществляется в специализированном для этого кабинете. Пациент раздевается ниже пояса, укладывается на кушетку на левый бок. Ноги необходимо согнуть в коленях и придвинуть к животу.

Рисунок 4

Процедура может проводится под местным или под общим обезболиванием, а также под седацией.

Местная анестезия - как правило, предлагается местная анестезия с использованием одного из препаратов на основе лидокаина: луан гель, дикаиновая мазь, ксилокаин гель и др. При нанесении на слизистые и смазывании препаратом наконечника колоноскопа достигается местный обезболивающий эффект, при этом пациент пребывает в полном сознании. Местная анестезия может быть достигнута и внутривенным введением анестетика.

Седация - второй вариант, при котором человек находится в состоянии наподобие сна, не чувствует боли и дискомфорта, однако сознание не выключено. Используются препараты мидазолам, пропофол и другие.

Общий наркоз предполагает введение препаратов, погружающих пациента в глубокий сон с полным выключением сознания пациента. Несмотря на уровень развития медицины, общий наркоз несет определенные риски, имеет противопоказания и требует некоего времени для восстановления пациента.

Колоноскопия под наркозом показана при обследовании детей до 12 лет, пациентов с психическими заболеваниями, людей с высоким порогом болевой чувствительности и в ряде других случаев.

После обезболивания врач вводит колоноскоп в анальное отверстие и последовательно осматривает стенки толстого кишечника, продвигая зонд вперед и пальпаторно по поверхности живота контролируя продвижение трубки по изгибам кишечника. Чтобы картина была объективнее, кишечник расширяется при помощи подаваемого воздуха. Попадание воздуха сопровождается вздутием живота и дискомфортом для пациента, плюс ко всему во время исследования нельзя делать каких-либо движений, именно поэтому пациенты предпочитают общий наркоз или седацию на период исследования. Процедура длится 15-30 минут. Ведется видеозапись продвижения колоноскопа по кишечнику. При необходимости берется биопсия тканей, удаляются полипы. По окончании исследования через специальный канал колоноскопа удаляется газ и зонд аккуратно извлекается из кишечника. После процедуры врач оформляет протокол обследования, дает рекомендации пациенту и направляет его к узкому специалисту. Если обезболивание было местным, сразу после процедуры можно отправляться домой. Общий наркоз требует наблюдения в течение определенного времени, пока пациент полностью не придет в себя. После обследования можно кушать и пить. В случае, если сохраняется переполненность кишечника газами, можно принять 10 таблеток растолченного активированного угля и запить его водой. Также поможет массаж живота.

Возможные осложнения колоноскопии:

Перфорация кишечной стенки (частота 1 %);

Вздутие кишечника, которое проходит самостоятельно;

Кровотечение в кишечнике (0,1 %);

Остановка дыхания во время общего наркоза (0,5 %);

Боли в животе и гипертермия до 37,5 С в течение 2-3 дней, если проводилось удаление полипов.

Если после колоноскопии возникли следующие явления, следует немедленно обратиться к врачу: слабость; упадок сил; головокружение; боль в животе; тошнота и рвота; жидкий стул с кровью; гипертермия выше 38 С.

11. Электронная модель проверки работоспособности аппарата в среде «Simulink»

Simulink - это графическая среда имитационного моделирования, позволяющая при помощи блок-диаграмм в виде направленных графов, строить динамические модели.

Колоноскоп состоит из следующих компонентов которые представлены на рисунке 5.

Рисунок 5

В своей модели проверки колоноскопа к готовности, я разделила его на четыре блока.

· Блок света

· Блок линз

· Блок воздухоподачи

· Блок управления

У меня получилась такая схема (рисунок 6).



Рисунок 6

В схеме сначала идёт блок подающий сигнал, в нашем случае это константное число единица, затем, активация сигнала исполняемая ключом, и в завершение через блок логического выражения, если сигнал больше единицы, то он проходит, если нет, то он остаётся нулевым. Результат выводится на дисплей.

Устройство сможет работать, если все дисплеи будут показывать единицы, если будет хоть один ноль (рисунок 7), то оно не функционирует в полном объеме.



Рисунок 7

колоноскопия имитационный моделирование

В данной схеме показано, что не работает «Блок подачи воздуха», так как в дисплее на всех блоках стоят единицы, а у третьего ноль. Если стоят все нули (рисунок 7), то нет рабочих блоков.



Рисунок 8

Аппарат полностью готов к работе, если все экраны датчика показывают единицы, как на рисунке 9.



Рисунок 9



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

До настоящего времени данный вид диагностики является самым достоверным в определении состояния и заболеваний толстого кишечника. Помимо визуального осмотра, колоноскопия позволяет проводить диагностическую биопсию тканей и удалять полипы со стенки кишки. Фиброколоноскоп или оптический зонд представляет собой тонкий, мягкий и гибкий прибор, который позволяет проходить все естественные анатомические изгибы кишечника без риска травматизации и боли для пациента.

Длина прибора составляет 160 см. На конце зонда имеется миникамера, передающая изображение на экран монитора с многократным увеличением картинки. Зонд оборудован источником холодного света, что полностью исключает возможность ожога слизистой кишки.

Возможности колоноскопии: извлечение инородных тел; восстановление проходимости кишечника при его сужении; удаление полипов и опухолей; остановка кишечного кровотечения; взятие материала на гистологическое исследование. Все большее распространение после изобретения гибких эндоскопов получила колоноскопия -- то есть исследование состояния слизистой оболочки толстой кишки под контролем зрения. Сообщения о создании и успешном использовании первых приборов для этой процедуры -- фиброколоноскопов -- появились в 60-х годах XX века. В современных приборах используется волоконная оптика и «холодные» источники света, так что риска ожога слизистой во время колоноскопии просто не существует.

Колоноскопия - это специальное медицинское обследование, во время которого врачи осматривают внутреннюю поверхность толстого кишечника с помощью специального зонда.

В настоящее время, колоноскопия является самым безопасным и информативным методом обследования толстого кишечника. Эта процедура позволяет выявить такие заболевания.

Из всех методов обследования, которые применяются в колопроктологии, колоноскопия кишечника заслуживает особого внимания. Ведь эта диагностическая процедура позволяет за считанные минуты оценить состояние толстого кишечника практически на всём его протяжении, а это ни много, ни мало почти 1,5 метра.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. БелГУ ; В.Ф. Куликовский, Н.В. Олейник, И.Е Пархоменко, Ю.И. Афанасьев ; Рец.: Ю.В. Плотников, В.Р. Вебер: Колоноскопия в практике врача. - Белгород: БелГУ, 2008

2. Под ред. В.Д. Федорова: Эндоскопия при заболеваниях прямой и ободочной кишки. - М.: Медицина, 2010

3. http://www.sitemedical.ru/content

4. http://zdravotvet.ru/podgotovka-k-kolonoskopii-kishechnika-pokazaniya-protivopokazaniya-rezultaty-procedury-pod-narkozom/

5. Под ред. д-ра мед. наук Ю.Ю. Елисеева: Заболевания желудка и кишечника. - М.: Эксмо, 2009

Размещено на Allbest.ru