Ошибки (погрешности) измерения.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ г. СЕМЕЙ

 

 

Методическое пособие по теме:

 

 

Источники погрешностей

При регистрации медицинских показателей

 

 

СОСТАВИТЕЛИ: Дихамбеков Ж.К.

Крылова Л.А.

Ковалева Л.В.

Специфика и классификация физических измерений в медицине.

Большинство измерений в медицине являются измерениями физических и физико-химических величин. В количественной диагностике используются давление крови, временная зависимость биопотенциалов, оптическая сила глаза и др.

При проведении лабораторных анализов определяют вязкость крови, концентрацию сахара в моче и др. При лечении больных по различным методикам важно знать дозу ионизирующего излучения, силу тока при гальванизации, интенсивность ультразвука и т.д. Отсутствие какой-либо информации подобного рода может не только снизить лечебный эффект, но и оказать вред. Количественная оценка параметров среды, окружающей человека (влажность воздуха, температура, атмосферное давление), является необходимым условием профилактики заболеваний, климатического лечения.

Наряду с общими метрологическими требованиями измерения в медицинских целях имеют ряд особенностей. В измерениях может быть недостаточная информация о связи между непосредственно измеряемой физической величиной и соответствующими медико-биологическими параметрами. Так, например, при клиническом (бескровном) методе измерения давления крови допускается, что давление воздуха внутри манжеты приблизительно равно давлению крови в плечевой артерии. На самом деле эта связь не слишком простая и зависит от ряда факторов, в том числе и от степени расслабления мускулатуры. Лабораторные измерения (in vitro) могут отличаться от значений соответствующего параметра в условиях организма (in vivo). В процессе измерения медико-биологические параметры могут изменяться. В практике физико-технических измерений стремятся сделать несколько отсчетов для исключения (учета) случайных погрешностей, это целесообразно в тех случаях, когда есть уверенность в неизменности физического параметра в процессе измерения. Параметры биологической системы могут значительно измениться при длительных измерениях вследствие психофизиологических факторов и воздействия окружающей обстановки: перемещения измерительного прибора, персонала и др. Подвижность органов или самого объекта также может приводить к разным результатам измерений. Всевозможные физические медико-биологические измерения могут быть классифицированы либо по функциональному признаку, либо по принадлежности к соответствующему разделу физики.

Физическая классификация:

Механические измерения: измерение антропометрических параметров тела, перемещения, скорости и ускорения частей тела, крови, воздуха, акустические измерения, давление крови, жидкостей в организме, в воздухе, в окружающей среде, измерение вибраций и др.

Теплофизические измерения: температура органов, частей тела и окружающей среды, колориметрические измерения биологических объектов, продуктов питания и др.

Электрические и магнитные измерения: биопотенциалы, индукция магнитного поля сердца, измерение импеданса биологических объектов с диагностической целью, параметров электромагнитных полей, измерение значения концентрации ионов в лечебных растворах и др.

Оптические измерения: фотоколориметрические измерения, измерения оптических характеристик глазных сред с диагностической целью, спектральные измерения для диагностики и судебно-медицинского исследования, измерение характеристик ультрафиолетового, инфракрасного и видимого света для лечебных и гигиенических целей и др.

Атомные и ядерные измерения: измерение дозы ионизирующих излучений (дозиметрия) и

Физико-химические измерения: количественное определение состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха, газовый состав крови, РН крови и других биологических сред и т.д. Важно отметить, что во всех этих измерениях используются или могут использоваться электроизмерительные приборы.

Функциональный принцип классификации методом медико-биологических измерений можно проиллюстрировать на изменении параметров сердечно-сосудистой системы. Здесь встречаются механические (баллистокардиография, фонокардиография, измерение давления крови), электрические и магнитные (электрокардиография, магнитокардиография), оптические измерении (оксигемометрия). Возможно применение и других физических методов. Так, например, методом ядерного магнитного резонанса определяют скорость кровотока и другие параметры.

Ошибки (погрешности) измерения.

Целью любого исследования является установление связи между различными явлениями и параметрами. Количественная зависимость между исследуемыми величинами определяется в результате измерений. Измерение – это сравнение физической величины с некоторой другой величиной, принятой за единицу. Результат измерения выражается числом, показывающим, сколько используемых единиц или долей содержится в измеряемой величине.

Очевидно, что никакое измерение не может быть выполнено точно. Вследствие различных причин в ходе измерений неизбежно возникают погрешности. В результате этого получают не истинное значение измеряемой величины, а значения, в той или иной мере отличающиеся от него. В задачу измерений входит не только определение самой величины, но также и оценка допущенных погрешностей. Для этой цели производят серию измерений. Измерения делятся на прямые и косвенные. При прямом измерении числовые значения искомой величины получают либо непосредственным сравнением ее с мерой, либо с помощью приборов, проградуированных в единицах измеряемой величины. Косвенные измерения сводятся к прямым измерениям величин, связанных с искомой величиной некоторой количественной зависимостью, т.е. значения измеряемой величины получают в результате вычисления по формуле.

Различают четыре типа погрешностей:

1. грубые (промахи),

2. систематические,

3. и нструментальные,

4. случайные.

Промахи – (грубые погрешности) представляют собой результаты измерений, резко отличающиеся от других результатов. Обычно промахи исключают из результатов измерений.

Систематические погрешности характерны тем, что они остаются неизменными по величине во всех измерениях. Такие погрешности можно устранить путем введения разных поправок. Для того чтобы заранее исключить систематические погрешности, следует тщательно проанализировать метод измерения.

Инструментальные погрешности (или погрешности измерительных приборов) возникают из-за несовершенства средств измерений. Эти погрешности определяются классом точности приборов, и, как правило, наибольшая величина их известна.

Случайные погрешности являются следствием действия таких факторов, влияние которых невозможно учесть. Таких факторов много и роль их при каждом измерении не одинакова. Эти погрешности отличаются друг от друга в отдельных измерениях. Грубые и систематические погрешности можно учесть и исключить их влияние на результат измерения. Исключить влияние на результат измерения инструментальных и случайных погрешностей невозможно, их можно только оценить и определить наиболее вероятное значение измеряемой величины.

Особенностью медицинских средств измерений является наличие большого количества биосигналов (БС), излучаемых различными органами и тканями биообъекта, которые в зависимости от конкретных задач могут рассматриваться как информативные сигналы или как неинформативные процессы. Существует необходимость, разработки специальной систематизации помех как источников погрешностей СМИ. В научно –технической литературе существует классификация помех, возникающих при медико-биологических исследованиях (МБИ), однако они либо подходят только для конкретных БС, либо недостаточно согласуются с классической теорией измерений. Прежде всего, по источнику возникновения следует выделить помехи внешние и внутренние. Внешние помехи по их происхождению подразделяются на технические (промышленные) и естественные, которые при исследовании МСИ необходимо классифицировать на помехи окружающей биосреды и помехи, обязанные своим происхождение изучаемому биообъекту. Особый класс помех при МБИ составляют так называемые внутренние помехи. Они создаются непосредственно внутри МСИ и их можно подразделить на помехи вследствие несовершенства элементной базы (собственные тепловые шумы элементов), помехи схемотехнического типа, определяемые схемными решениями узлов МСИ и помехи от источников питания.

Кроме представленной систематизации, помехи, возникающие при МБИ, по аналогии с измерительным подходом можно подразделить в зависимости от их формы на импульсные, флуктуационные и регулярные.

Импульсные помехи – это последовательность импульсов, имеющих произвольную форму и случайные значения амплитуды и длительности, появляющейся в случайные моменты времени, причем интервалы между импульсами больше длительности самих импульсов.

Флуктуационные помехи представляют собой непрерывный во времени случайный процесс. Регулярные помехи имеют математическое представление в виде заранее заданной функции времени. Частными случаями регулярной помехи являются периодическая и квазипериодическая помехи. В целом, предложенная систематизация помех позволит производить грамотный учет и анализ всех составляющих помех для борьбы с ними и снизить погрешности при проектировании и эксплуатации МСИ. Такие факторы приводят к случайным погрешностям. Одним из основных метрологических понятий являются единицы физических величин.

Единицей физической величины называют физическую величину, принятую по соглашению в качестве основы для количественной оценки соответствующей физической величины. Единицы физических величин в основном группируются в системы единиц. Основной является Международная система единиц (СИ). В измерительной практике достаточно широкое распространение получили относительные величины, которые являются отношением физической величины к одноименной физической величине, принимаемой за исходную. Относительная величина не имеет размерности и названия. Однако в ряде случаев относительную величину традиционно выражают со стократным или тысячекратным увеличением. Измерения производятся с использованием технических средств. Результаты измерений должны соответствовать определенной точности и быть одинаковыми, если измеряются идентичные величины независимости от того, производятся ли измерения одномоментно или в разное время, в одной лаборатории или в разных.

Для выполнения этих условий должно осуществляться соответствующие метрологическое обеспечение – установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности изменения. Под единством измерений понимают одинаковость результатов тождественных измерений независимо от места и времени их проведения, а также достоверности измерения. Единство измерения позволяет сопоставлять результаты, полученные на различных однотипных средствах измерения. Для определения погрешности средств измерений и установлений их пригодности к применению осуществляют их поверку. Этот термин специфичен для метрологии, хотя в обиходе он соответствует понятию проверка. Поверка производится органами метрологической службы при помощи эталонов и образцовых средств измерений.

Эталоном называют средства измерений или комплекс средств измерений, обеспечивающих воспроизведение и хранение узаконенной единицы физической величины. Первичные эталоны в нашей стране обеспечивают наивысшую точность воспроизведения данной единицы. Кроме первичного есть вторичные эталоны, от которых передается размер единицы образцовым средствам измерений. Образцовым средством измерения называется такое, которое аттестовано в качестве образцового и применяется для поверки по нему рабочих средств измерений.

Рабочим средством измерений называют такие, которые применяются для практических измерений в различных областях. Таким образом, метрологическая цепочка по которой передается размер единицы физической величины, состоит исследующих звеньев: эталоны- образцовые средства измерений – рабочие средства измерений. Технические устройства, используемые в медицине, называют обобщенным термином медицинская техника. Большая часть медицинской техники относится к медицинской аппаратуре, которая, подразделяется на медицинские приборы и медицинские аппараты.

Медицинским прибором – принято считать техническое устройство, предназначенное для диагностических или лечебных измерений (электрокардиограф).

Медицинский аппарат – техническое устройство, позволяющее создавать энергетическое воздействие терапевтического, хирургического или бактерицидного свойства, а также обеспечивать в медицинских целях определенный состав субстанций (аппарат УВЧ-терапии, электро-хирургии). Метрологические требования к приборам как измерительным устройствам достаточно очевидны. Многие медицинские аппараты призваны оказывать дозирующее энергетическое воздействие на организм, по этому они также включены в сферу вниманий метрологической службы. Измерение в медицине, в также соответствующие средства измерений достаточно специфичны. Эта особенность побуждает выделить в метрологии отдельное направление – медицинскую метрологию.

Рассмотрим некоторые проблемы, характерные для медицинской метрологии и частично для медицинского приборостроения.

1. В настоящее время медицинские измерения в большинстве случаев проводит медицинский персонал (врач - медсестра) не являющихся технически подготовленными. Поэтому целесообразно создавать медицинские приборы, градуированные в единицах физических величин, значения которых являются конечной медицинской измерительной информацией (прямые измерения).

2. Желательно, чтобы время измерения, вплоть до получения конечного результата, было как можно меньше, а информация как можно полнее. Этим противоречивым требованиям удовлетворяют измерительные комплексы, включающие вычислительные машины.

3. При метрологическом нормировании создаваемого медицинского прибора важно учитывать медицинские показания. Врач должен определить, с какой точностью достаточно представить результаты, чтобы можно было сделать диагностический вывод. При этом должны быть учтены возможные отклонения этих показаний в отдельных больных.

4. Многие медицинские приборы выдают информацию на регистрирующем устройстве (например, электрокардиограф) поэтому следует учитывать погрешности, характерные для этой формы записи.

5. Одна из проблем терминологическая. Согласно требованиям метрологии, в названии измерительных приборов должна бывать указана физическая величина или единица (Амперметр, Вольтметр).

6. В ряде медицинских измерений может быть недостаточной информация о связи между непосредственно измеряемой физической величиной и медико-биологическими параметрами. Так, например, при клиническом измерении давления крови допускается, что давление воздуха внутри манжета приблизительно равно давлению крови в плечевой артерии. На самом деле, эта связь, не слишком простая и зависит от ряда факторов, в том числе и от степени расслабления мускулатуры.

7. В процессе измерения медико-биологические параметры могут изменяться. В практике физико-технических измерений стремятся сделать несколько отсчетов для исключения случайных погрешностей; это целесообразно в тех случаях, когда есть уверенность в неизменности физического параметра в процессе измерения.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: