什么是医疗控制系统?

[拼音]：yiliao kongzhi xitong

[外文]：medical control systems

基于物理学方法，以计算机为核心的综合性医疗系统。医疗控制系统的作用在于：对生物体系统进行分析、辩识和建模；对生物体信号进行检测、提取和处理；实现常规医疗步骤的机械化和自动化；实现自动诊断和监护医疗；提供人工器官和实施康复工程。医疗控制系统能为人类疾病的预防和治疗提供新的方法和手段。

医疗控制系统与一般控制系统不同。生物体内的控制系统十分复杂，传递信息的载体多种多样，信息处理方式也各自不同，因此控制系统的结构在本质上是非线性的，而且是多级控制的大系统。运用已有的控制系统理论和方法研究生物医学中局部控制系统的机制或估计模型参数非常困难，需要从十分复杂的系统中合理地孤立出一个可以定量分析的局部系统（寻找能简化与体内其他局部系统间联系的条件），建立一定条件下的简化模型，这需要有十分精巧的实验设计，要求把控制系统的知识同已有的生物系统的生理、解剖等知识结合起来。另外，根据刺激(即系统的输入)、反应（即系统的输出）资料来估计模型的生理参数时，必须首先研究在这种既定的输入输出条件下的可辨识性问题。如果可能测出的资料过少,则往往无法合理地估定参数,也就不能解决实际问题。然而在人体系统研究中难于无损伤地直接测出系统中信号传递的中间过程，这大大增加了系统辨识的难度。

20世纪40年代以前，医学主要是以描述为主的静态实验性科学。40年代以后，开始用信息与控制方法，解释生物体系统的现象及其工作状况的关系，并建立一些数学模型和物理模型。例如，反馈控制的概念补充了过去认为神经系统只是以反射弧的方式对刺激作出反应的说法，正确地解释了脊髓痨引起的运动失调是由于报告下肢准确位置的反馈联系中断；弄清了目的震颤疾病是由于调节外界刺激应答的小脑机能障碍；用反馈的概念正确解释了人体在外部环境较大变化情况下能保持内稳态和肢体能进行各种有目的行为的机理；用经典控制理论的方法对体内各类系统建立定量数学模型的研究，阐明和验证了系统由稳定转向不稳定(即出现病态)的条件和机理。70年代初，为血液循环系统建立了包括18个子系统、354 个元件的血压调节系统模型,在大型计算机上进行仿真运算,为研究循环系统的功能和机理提供了大量有用的定量信息。系统分析已逐渐成为各门医学基础学科中不可缺少的重要内容。

这是使医疗客观化、定量化和自动化的必要步骤，也是有效控制的必要前提。人们已能对医疗上大多数有用的指标进行测量，表达成物理量，其准确度、速度和精度已达到颇为理想的程度，并能实时地输入电子计算机作进一步分析和处理。例如手术期间监测装置可随时把病人的心率、血压的变化和呼吸器官的参数显示给医生或护士，以便对病人采取措施，从而大大提高手术的成功率和抢救危重病人的效果。

病人各种检查结果可通过计算机迅速记录在病历中，供医生随时调用。目前，采用计算机、自动多通道化学分析仪器和其他先进仪表，使一个门诊部每天能处理数千病人的检查和化验，使检验的成本费大大降低，为对大片居民区进行体检提供了方便，有利于社会中疾病的有效控制(见医院信息系统)。

采用电子计算机对检测、化验等数据进行处理分析、诊断病情，提供医疗方案。目前已研制出各种辅助诊断设备和自动诊断系统。如 X射线计算机层析摄影(CT)已能无损伤地揭示体内深部的肿瘤，使癌症得到早期确诊。70年代以来，又开始把医生看病的经验知识装入计算机，研制出各种用于医疗诊断的专家系统。如MYCIN系统、中医计算机诊断系统等，已能对某些疾病进行诊断并开出药方。

用以对病人的生理和病理条件实行控制。80年代初，美国已研制出抢救危重病人的计算机自动化系统。这个系统能对病人各种血、尿、电生理等指标的自动测量、化验、分析、处理，还能对病人进行全面监护，根据病人的情况控制给药和采取各种护理、治疗措施，如自动输液、排气和其他相应的处理。这种系统具有解释显示病情动态和预先发出警报等功能。

对丧失正常功能的人体器官进行替换和代偿。人工器官种类很多，对各种感官、内脏器官、骨骼、假肢等都已有研究成果，不少已应用于临床。例如人工视觉是对大脑皮层视区功能正常的盲人，用与外界信息有关的脉冲电流直接刺激其皮层视区，信号由计算机处理后，就能使盲人“看”到图像。80年代初，这种人工视觉装置已在盲人头部安装试用，取得了较好的效果。此外在为病人植入永久型人工心脏，研制用人造肢体和主动装置的肌电反馈控制器，以及研究调节血糖的人造胰脏等，也都取得了相当的进展。

医疗控制系统研究中的困难在于对生命现象的解释还缺乏一种适当的分析基础，这就限制了有效的控制算法的综合。此外，大部分已有的数学和逻辑学的理论和方法，还远不适用于表达生命系统的巨大复杂性。例如为制造人工脏器还需要设计各种与生命机体相互作用的控制器。这些问题的解决尚有待于控制理论和技术上的新突破。

参考书目

维纳著，郝季仁译：《控制论》（第二版），科学出版社,北京,1963。(N.Wiener,Cybernetics or Control and Communication in the Animal and the Machine，2nd ed. The M.I.T.Press and John Wiley & Sons,New York,1961.)M.吉伯尔迪、D.佩里尔著,朱家壁译:《药物动力学》，科学出版社，北京，1981。(M.Gibaldi and D.Perrier,Pharmacokinetics, Marcel Dekker, New York,1975.)W.Swan,Applications of Optimal Control Theory in Biomedicine, Marcel Dekker, New York, basel,1984.