تاریخچه کاربرد الکترونیک در علم پزشکی
تاریخچه :
كـــامپيـــوتر يا دستگــاهي كه بوسيله آن محـــاسبه عــددي را مي توان انجــام داد براي دو هـــدف عمــده كاربرد پيـــدا كرده اســـت يـــكي به جهت انجـــام محـــاسبات پيچيــده بــا سهـــولــت و يكـــي جهت دستيابي و ارزيــابــي اطـــلاعــات زيــاد و پيچـــيده .
چينـــي ها ي قــديم چـــرتكــه را كـــه با حركت دادن دانــه هايي ( Beads ) در خطــوط ( ســـيم هاي ) موازی است درست كردند و بعــدها لغــت محاسبه كردن ( Calculate ) از لـــغت Calculi كـــه در واقـــع همــان لاتيـن لغت دانه ها يا Beads است بدست آمد .
در ســــال 1642 ، پـــاسكال رياضيدان طراحــي ماشينـــي را كـــرد كه بطور اتوماتيك با استفـــاده از تعـــدادي چرخ كه در مكانهاي ده گانه ( ده مرحله اي ) قرار مي گيرند و موقـــعيت آنها در يك پنجره بعنوان عدد محاسبــه شده و نشان داده مي شد. ديگران بعـــدا تغييراتـــي درايــن ماشيــن در جهت بكــار بــردن ضــرب و تقـــسيم ايجـاد كردند .
در 1801 ، Jacquard فرانسوي ماشين بافندگــي را طــراحي كــرد كه بـــا استفــاده از يكي ســـري كارد كه سوراخهايي با شكلهاي مختلف روي آن تعبيه شده بود مي توانست شكل و الگوي ( نقشه ) بافندگي را تعيين كند . در 20 سال بعد Charles Babbage انگليســـي از ايده كارت هاي سوراخ دار در ذخيره و ايجاد دستور العمل هاي مربوط به ماشـــين حساب و محاسبه جداول كشتيراني استفـــاده كرد و در واقـــع او بعنـــوان كســـي كه اســـاس كا مپيـــوتر را بـــرنامـــه ريزی كــرد شنـــاختــه مي شـــود .
در 1880 Census ، Herman Hollerith & و Powers امريكائي يك ماشين شمارش و كـــا مپيــــوتري كه با كارت هاي ســـوراخ دار ( Punch Card ) كار ميكرد را طراحي كردنــــد كـــه توســـط سيستمهاي كه از سوراخ ها عبـــور كـــرده وضـــمن تماس با جيـــوه و سپس ثبت اطلاعات رو ي صفحه نمايـــش را انجـام مي داد . Hollerith سپـس اختراع را ثبت و يك شـركت ( Computer Tabulating Recording Company ) را تشكيـــل داد كه در ســـال 1924 تغييــر نام داد وبـــه IBM مشهـــور شد. در 1944 ، IBM ، Marki ماشيـــن كامپيوتر الكترونيكي ( ENIAC ) كه سرعت بالا داشت ساخته شد كــه محـــاسبات 20 ساعتـــي كامپيوتر هاي قـــبلي را كه براي محاسبات در زمان جنگ جهاني II ساختـــه شـــده بود در 30 ثانيه انجــام مي داد در اين راستا ، توليد كنندگان ENIAC كامپيوتر ديگري ساختند ( UNIVAC ) كه توان ذخيره دستور العمل هاي خود را نيز داشت . ( Universal Automatic Compution ) اين كامپيوترها از 18000 تيوب خلاء كه بسيار بزرگ بود ساختـــه شـــده بـــود و در ضمن صرف برق زيــاد ، حـــرارت زيـــادي ايجاد و در نتيجه خيـــلي قــابل استٿــاده نبـــود .
مـــشكل توسعــه كامپيوتر با اختراع ترانزيستور ( آمپلي فاير كـوچك نيمه هادي Solid- State ) در سال 1974 حـل شد ايــــن اختراع باعــث ســاخت كامپيــوتر ديجيتال شد كه بطور ديــجيتال اطلاعــات و دستـــورالعمــل را ذخيره و استفـــاده كنـــند و تنهـــا مشكل آن تعداد زيـــاد تــرانزيستـــورها و مــداراتي بــود كه جـــهت ســـاخت كامپيـــوترلازم بود . با ساخت ( IC ) Integrated Circuit ، مشكل اندازه كامپيوترها به تدريج حل شد و ساخت كامـــپيوتر هاي ميني امكـــان پذير شـــد كه با رشد LSI ( 10 هزار تا 20 هزار ترانزيستور ) و VLSI ( Very LargeScale Integrated Circuit ) (تا يك ميليون ترانـــزيستور كــه تمام مدارك و ترانزيستــورهاي ضروري در يك چيپ سيليكون كوچك قرار مي گرفت) ، در جهت ســـاخت Microcomputer و PC هاي معمولي بـــا CPU هاي كوچك گسترش يافت و اين در واقــع تا اواخـــر دهه 1970 به حد قابل قـــبولي رسيد . تا سال 1970 استفاده كنندگان كامپيـــوتر مي بايست با زبان بــرنامه نـــويسي آشنايي داشته باشند تا از كامپيوتر استفــاده كنــند و فقط سازمانهاي بزرگ حكـــومتي و بانكها امكان تهيه كامپيوتر را داشـــتند . در حالي كه تا سال 1980 كامپيوترهاي كوچك با قـــدرت بالا كه بسيار راحت قـــابل استفاده و بهره برداري بودند ســـاخته شــد و در واقـــع يك كامپيوتر شخصي ( مكرو كامپيوتر ) كه ساخته شد دهها برابر مشخصات بهتـري نسبت به Mainframe هاي سالـــهاي قبـــل از آن داشت . آنچه از آن به بـــعد بدست آمد ، قدرت و سرعت و حافظه بالاتر بود كه با رشد سخت افزار و همچنين توسعه نــرم افـــزارهاي جديد ، كامپيوترهائي طراحي شــد كه امكان محاسبات ، آناليز اطلاعات ، ذخيره اطلاعات و انواع كارهاي گرافــيكي و طـــراحي و بـــرنامه ريزي را فراهم آورد .بعنوان مقايسه از اولين سري هايIBM ، (IBM 360) كه كوچكترين مدل آن مــدل 30 بــود حافظه ، غير قابل توسعه 64k داشت كه با سرعتي برابر 100 هزار دستور العمل در ثانيه ، قيمتي حدود 200000 $ داشت و بــا چنـــد تن وزن تجهيزات اتاق كاملي با تهويه هـــواي خـــاص نياز داشت . در حالي كه فقط در سال 1986 IBM - PC با قيمتي كـــمتر از 1000 $ و اندازه يك تلويزيون ، حافظه هاي 128k و قابل توسعه و سرعتـــي برابــر 300000 دستـــورالعمل در ثانيه را داشــت و هم اكنــون PC هاي كوچـك با حـــافظه هايي بيش از 64M مگابايت سرعتي بيشتر از چنـــد ميليـــون دستورالعمل در ثانيه را داراست . با توسعه كامپيوتر ، اين وسيله بطـــورمعجزه آســـا دربسيــــاري از امور زنــــدگي مورد استفــاده قـــرار مي گيرد بعنــوان مثال در علوم ، كامپيوتر ، اندازه و آناليــز دقيــق پـــديـده ها را از قبيــل موقعيت و ســـرعت و جهت يك سفـــنه ٿضايي را بعهده گــرفتــه و مشكلات رياضي پيچيده را حل مي كنــد . در بازرگاني ، ثبت و پردازش اطلاعات مــربــوط به خــريد ، پرداخت و هزينه ، بانك و صـــورتحساب ، و غيـــره را انجـــام مي دهد . در صنعت ، كنترل و نمايش فعاليت كارخانجـــات را انجام مي دهد . در امور حكومتــي ، آمار و آناليز اطلاعات اقتصادي را بعهده دارد و در پزشكي كنترل و جمع آوري اطلاعــات كلينيكي از بدن بيمار توسط سنسورهاي مخصــوص و نمايش آنهـــا را انجام ميــدهد . در تشخيص پزشكي ، تصميم گيري تشخيص ، تصـــوير بــرداري در پزشكــي ، انجـــام و آناليــــز روشهاي آزمايشگاهها ، درمـــان با اشعه و ليزر و پرتوهاي ديگر ، بازيابي و كنترل كاركرد بافتهاي مختلف بخصـــوص در افراد فلـــج و ناقـــص و بالاخره در تشخيـــص اتوماتيك و هوش مصنوعي و ديگــر زمينــه هايي كـــه بحـــث خواهــد شد نيــز بهـــر ه برداري مــي شــود .
كاربــرد كامپيــوتر در پزشكي با هدف اصلي پـــردازش و آناليـــز اطلاعات پزشكي و ارتبـــاطات بيـــن اين اطلاعات و استفاده كننـــدگان مربوطه است كه اين اطلاعات بر اســـاس دانش و تجربه حاصل از عملكرد سيستم هاي مختلـــف در پــزشكي و بهداشت مي بـــاشد بطــور كلي ارتباط كامپيوتر با پزشكــي را ميتوان در 6 سطح و يا كاربرد مخـــتلف تقــــسيم بنـــدي كـــرد.
1- ثـــبت اطـــلاعات و ارتبــاطات مربوط به آن (Communication and Recording )
ايـــن كاربرد شامل مواردي مثل گرفتن و نمـــايش علائـــم بيولژيك و حياتي روي مونيتــور يك بخش مراقبتهاي ويژه ، ارتبــاط بين ترمينــالهاي يك شبكه كامپيوتر در بيمـــارستان و انتقــال اطلاعات از مثلا" آزمايشگاه به بخش ويا فرستادن پيام هاي الكترونيكي بين بخشها و مراكز مختلف بيمــارستـــان اســـت .
2- ذخيــره و بازيابي اطلاعات در بانك اطلاعاتي ( Storage & retrieval of data bases )
شــامل سيستـــم ثبـــت و ذخيــره اطلاعات بيمار و كامپيوتر ، امـــور مـــربـــوط بـــه پـــذيـــرش و تــرخيص و محاسبه مخارج پرونـــده بيمــار و حتي ذخيره اطلاعات مربوط
به آزمايشـــات راديوبيـولژي ، وضعـــيت بيمـار و گزارشـــات بيـــمار در كا مپيــوتر مي بـاشـد .
3- محــــاسبـــه و كنتـــرل اتـــــومــــاتيــــك (Computation & Automation )
در حـــال حـــاضر اكثـــر دستگاههاي پزشكي مثل ECG, EEG, NM, CT بــه كامپيوتر يا ميكروپروســـسور وصـــل هستند كه در واقع كنتـــرل و كاركرد آنها را انجام داده و كنترل كيــــفي لازم در جهت بهبـــود كيفيت نتايج حـــاصــل را بطـــور اتوماتيك انجام داده و گـــزارش مـــي نمـــايــد .
4- شنــــاســـايـــــي و تشخـيـــص( Recognition & diagnosis )
ايــن كاربـــرد شـــامـــل مـــدلهـــاي تشخيصــي با استفـــاده از روشهاي مختلف تصميم گــيري تخميــــني و سيستـــم هاي Expert ميبــاشـــد . اين مدلـــها بر اســـاس دانـــش و تجـــربيات مخـــتلف از سيستـــم مورد نظـــر كـــه پيشـــاپيـــش ايـــن اطـــلاعــات بــه كامپيــوتر داده مي شود و مــدل يا سيستـــم مـــورد نظـــر با آن اطلاعات و يـــا مــدل قبــلي مقـــايســه و ارزيــابي ميــگرد د و در نتيجــه تفـاوت و يا تشخيص نــوع تغييــــرات حاصــل در مــدل مورد مطالعـــه را نسبـــت بــه مــدل طبيـــعي نشــان مــي دهـد .
مـــواردي مثل شنـــاسايــــي الگـــوهاي مختـــلف در تصـــاوير پزشكي ، تشخيص اتوماتيـــك بيمــاريـــها از روي سيگنــال ECG ، دسته بندي و شناخت سلول هاي مختلــف خـــونــي توســط كامپيـــوتــر از انــــواع ديگــر ايـــن گــروه هستـــند .
5- درمان و كنترل ( Therapy & Control )
كنترل ميزان مايعات و مواد خوني در يك بخش مراقبتهاي ويژه كه توسط كامپيوتر بطور اتوماتيك انجام شود اين امكان را فراهم مي سازد تا مواد خوني به طور دائم تست و تزريق مداوم دارو در جهت كنترل سطح لازم آنها صورت گيرد .
6- تحقيقات و مدلسازي ( Research & modelling )
در اين راستا ، انواع پديده هاي فيزيولژيك بدن انسان و يا كاركرد بافتهاي مختلف و يا عملكرد دستگاههاي مختلف در رابطه به بدن انسان و در نتيجه بررسي عوامل مختلف فيزيكي بر آنها بصورت مدلهاي كامپيوتري ( رياضي ، گرافيك ، مكانيكي ) در مي آيد . به عنوان مثال فيزيولژيكي سيستم قلبي وعروقي و عوامل مكانيكي مثل فشار ، جريان خون ، حجم و عوامل الكتريكي مثل سيگنالهاي ECG بصورت يك مدل بازسازي مي شود .
در بهداشت نيز مدلهايي جهت بررسي بيماريها و اثرات متقابل عوامل گوناگون و رفتار عوامل بيماريزا طراحي مي شود . در راديوتراپي پديده تششعات سرطان كش و برخورد آن با سلولهاي سرطاني و عوامل مختلف فيزيكي مؤثر در آن نيز بصورت مدلي شبيه سازي مي شود تا اثرات عوامل مختلف را قبل از اعمال روي بيماري بررسي و تست كنند .
تمام استفاده هاي فوق با كمك روشهاي مختلف كامپيوتر و ارتباطات مربوط به آن شامل گرفتن و ثبت اطلاعات ، ذخيره آن ، بازيابي آن ، پردازش و آناليز اطلاعات ، انتقال اطلاعات و در انتها نمايش اطلاعات بدست مي آيد .