Назначение медицинских приборно компьютерные системы

Обновлено: 04.07.2024

1. Лекция 4. Медицинские приборно-компьютерные системы (МКПС) (часть 1)

ЛЕКЦИЯ 4.
МЕДИЦИНСКИЕ ПРИБОРНОКОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ (МКПС)
(ЧАСТЬ 1)
К.п.н., преподаватель кафедры ФММИ
Арзуманян Н.Г.

2. Назначение МПКС

информационная поддержка;
автоматизация диагностического процесса;
автоматизация лечебного процесса;
МПКС называют также программно-аппаратными
комплексом (устройствами, средствами) или, более
развернуто, приборно-компютерными и
микропроцессорными медико-технологическими
автоматизированными информационными
системами.

МПКС относятся к медицинским
информационным системам базового уровня, к
системам информационной поддержки
технологических процессов (медикотехнологическим ИС).
Основное отличие систем этого класса — работа в
условиях непосредственного контакта с объектом
исследования и, как правил в реальном режиме
времени. Они представляют собой сложные
программно-аппаратные комплексы. Для работы
МПКС, помимо вычислительной техники,
необходимы специальные медицинские приборы,
оборудование, телетехника, средства связи.

4. Медицинские системы мониторинга за состоянием больных

Проведение сложных операций;
Операции в условиях высокого риска развития
тяжелых осложнений;
Системы компьютерного анализа данных
томографии, ультразвуковой диагностики, ЭЭГ,
ЭКГ;
Системы автоматизированного анализа данных
микробиологических, вирусологических
исследований, анализа клеток и тканей
человека.

5. Скорость и полнота обработки медико-биологической информации

Скорость и полнота обработки медикобиологической информации
«+» - повышение качества процесса
«-» - Усложнение системы, что
предъявляет к врачу специфические
дополнительные требования

6. Классификация медицинских приборно-компьютерных систем

По функциональным возможностям:
Специализированные
Многофункцио(однофункциона- нальные системы
позволяют
льные) системы
предназначены
проводить
для проведения
исследования
нескольких видов.
исследований
одного вида.
Комплексные
системы
обеспечивают
комплексную
автоматизацию
важной
медицинской
задачи.

7. По назначению МПКС могут быть разделены:

системы для проведения функциональных и
морфологических исследований;
мониторные системы;
системы управления лечебным процессом;
системы лабораторной диагностики;
системы для научных медико-биологических
исследований.

8. системы для проведения функциональных и морфологических исследований

исследования системы кровообращения;
исследования органов дыхания;
исследования головного мозга и нервной системы;
исследования органов чувств (зрение, слух и т. д.);
рентгенологические исследования (в том числе
компьютерная томография);
магнито-резонансная томография;
ультразвуковая диагностика;
радионуклидные исследования;
тепловизионные исследования.

9. Мониторные системы

предназначены для длительного непрерывного
наблюдения за состоянием пациента в первую
очередь в палатах интенсивной терапии,
операционных и послеоперационных
отделениях.

10. Системы управления процессами лечения и реабилитации

К ним относятся автоматизированные системы
интенсивной терапии, системы биологической
обратной связи, а также протезы и
искусственные органы, создаваемые на основе
микропроцессорной технологии.

11. Системы для лабораторной диагностики

К системам для лабораторной диагностики
относятся системы, предназначенные для
автоматизированной обработки данных
лабораторных исследований. В их число входят
системы для анализа биосред и биожидкостей
организма больного (крови, мочи, клеток,
тканей человека и т. п.), данных
микробиологических и вирусологических
исследований, иммуноферментных
исследований и другие.

12. Системы для научных медико-биологических исследований

Системы для научных медикобиологических исследований
отличаются более широкими возможностями,
позволяющими осуществлять, более детальное
и глубокое изучение состояния организма
больного. Кроме того, системы для научных
исследований позволяют проводить
исследования на животных.

13. Структура МПКС

Обеспечение
Медицинское
обеспечение любой
медицинской системы —
это комплекс
медицинских
предписаний,
нормативов, методики
правил, обеспечивающих
оказание медицинской
помощи посредством
этой системы.
Под аппаратным
К программному
обеспечением понимают
обеспечению относят
способы реализации
математические метод
технической части
обработки медикосистемы, включающей
биологической
средства получения
информации, алгоритмы
медико-биологической
и собственно программы,
информации, средства
реализующие
осуществления лечебных
функционирование всей
воздействий и средства
системы.
вычислительной техники.

14. Общая структура МПКС

Пациент
Аппаратура
съема
информации
Аппаратура
реализации
лечебных
воздействий
Вычислительное
средство

15. Программное обеспечение

математические методы обработки медикобиологической информации;
алгоритмы;
собственно программы, реализующие
функционирование всей системы.

Аналоговый сигнал – это непрерывный
электрический сигнал, один из параметров
которого (например, напряжение) соответствует
интенсивности биофизической
характеристики(например, температура тела,
органа, ткани).
Цифровая форма – это представление сигнала в
двоичной системе счисления.

17. Принцип действия аналого-цифрового преобразователя

Принцип действия аналогоцифрового преобразователя
вход
Аналоговый
сигнал
АЦП
выход
Цифровой
сигнал

18. Характеристики АЦП

1
•Разрядность.
2
•Быстродействие .
3
•Частота спектра сигнала.

19. Подключение внешних устройств к компьютеру

Порты
• Служат для ввода
данных,
представленном в
определенном
виде
(поддерживают
определенный
интерфейс)
Разъемы
• Используются для
непосредственного
подключения
внешних устройств
к шине компьютера
(используется
машинный
интерфейс)

20. Интерфейс

Под интерфейсом понимают технические средства и
протоколы взаимодействия, предназначенные для стыковки и
напряжения всех составных частей системы.
Интерфейс RS-232C
(последовательный
порт)
• Данные передаются по одному биту;
• На далекие расстояния;
• Быстродействие низкое.
Интерфейс Centronics
(параллельный порт )
• Данные передаются по целому байту;
• Быстродействие высокое;
• На близкие расстояния.
Машинный
интерфейс
• Быстродействие очень высокое;
• На очень близкие расстояния.

21. Устройство связи (УС)

Пациент
Аппаратура съема
медикобиологической
информации
УС
Компьютер или
микропроцессорное устройство

22. Блок-схема устройства связи компьютера и медицинской аппаратуры

Полиграф
Аналоговый
мультикомплексор
АЦП
Интерфейс
АЦП
ЦАП
Интерфейс
ЦАП
ЦАП
ПК

23. Основные функциональные модули программного обеспечения МПКС

Подготовка обследования;
Проведение обследования;
Просмотр и редактирование записей;
Вычислительный анализ;
Оформление заключения;
Работа с архивом.

Сложно представить современную больницу без высокоточной медицинской техники: томографа, аппарата УЗИ, приборов для эндоскопии, ну или самого простого рентгена. Не говоря уже про оснащение палат для интенсивной терапии, где за жизненно важными показателями больного в режиме реального времени следят десятки автоматических датчиков. Все эти устройства входят в особую группу информационных систем, которая получила название «медицинские приборно-компьютерные системы», или МПКС. Попробуем дать ей определение.

МПКС – это диагностическое, лечебное, лабораторное оборудование, аппараты мониторинга и биотехнические устройства, которые с помощью компьютеров и специального программного обеспечения (ПО) могут собирать, обрабатывать, хранить информацию о текущем состоянии пациента, а в некоторых случаях – управлять его лечением, минимально вовлекая в этот процесс медицинский персонал.

Что входит в состав МПКС

Из названия становится ясно, что МПКС — это многокомпонентная система. В ее состав входят аппаратная часть, специальные программные продукты и медицинская составляющая. Каждый из этих компонентов решает определенные задачи.

Аппаратная часть – это приборы, которые непосредственно контактируют с телом больного или его биологическим материалом, и устройства для обработки информации (компьютер). В зависимости от целей применения они выполняют лечебную или исследовательскую функцию. Внутренние вычислительные элементы оборудования (микропроцессоры) также относятся к этой группе.

Программные продукты (ПО) обеспечивают работу аппаратных систем. Они задают алгоритмы или методики, по которым функционируют приборы, обрабатывают поступающую на них информацию, выводят ее в заданном формате для конечного пользователя – врача, хранят и записывают данные на внешний носитель.

Медицинская составляющая — это теоретическая основа для работы медтехники: методы лечения или исследования, их количественные и качественные параметры.

Возможности МПКС

В зависимости от заложенных в них функций, МПКС бывают клиническими и исследовательскими.

Клинические системы направлены на выполнение конкретного перечня задач по заложенной в них программе. Это очень удобно для потокового использования оборудования, когда выполнять необходимые манипуляции может медицинский персонал, не имеющий профильной квалификации: например, по сердечно-сосудистым заболеваниям.

Исследовательские системы обладают более полным набором инструментов. Они позволяют использовать разные методики обследования и комбинировать их, визуализировать результаты и выполнять объемное моделирование.

Работа с такими устройствами требует от специалиста высокого профессионального уровня и досконального знания предметной области. Интересно, что полученные наработки в использовании исследовательских систем могут быть запротоколированы в формате более простой инструкции и в дальнейшем применяться по определенному алгоритму, как в случае с клиническими системами.

Кроме того, МПКС могут быть специализированными, многофункциональными и комплексными. В первом случае система может выполнить только один тип исследования, например, энцефалограмму. Во втором случае – несколько процедур, имеющих общую методологию. Комплексная МПКС охватывает каждый аспект исследования в рамках одного медицинского случая.

Где применяются МПКС

В настоящее время приборно-компьютерные системы используются практически во всех отраслях медицины – кардиологии, неврологии, хирургии, пульмонологии и других. Устоявшаяся классификация выделяет пять прикладных направлений для применения МПКС:

Рассмотрим каждое из этих направлений более подробно.

МПКС в функциональной диагностике

Понятие функциональной диагностики включает в себя ряд методов исследований, которые в общем смысле сводятся к измерению электрической активности различных систем организма – фоновой или вызванной дополнительной стимуляцией. Наиболее распространенными примером функционального исследования является электрокардиограмма сердца (ЭКГ).

В случае ЭКГ аппаратная часть состоит из датчиков, усилителя, преобразователя сигнала, персонального компьютера (ПК) и периферийных устройств для связи между приборами.

Датчики располагаются на теле пациента. Их назначение – регистрировать электрический сигнал. По проводам сигнал передается на кардиограф и проходит через встроенный усилитель. В чистом виде сигнал очень слаб, обладает некоторым количеством шумов и артефактов. Усилитель увеличивает его напряжение и «очищает» от помех. Далее с помощью внутреннего преобразователя сигнал переводится в цифровую форму и передается на монитор ПК. Здесь с помощью специального программного обеспечения можно выполнить необходимую обработку записи ЭКГ, в зависимости от целей исследования. Например, выполнить сравнение двух проб, сделанных в разные временные интервалы, чтобы выявить или исключить патологию. Кроме того, использование компьютера помогает автоматизировать выполнение необходимых расчетов по графику ЭКГ для подготовки заключения. Современные ЭКГ-приборы имеют встроенный аналоговый носитель и принтер и могут выводить изображение как в электронном виде – на экране устройства или ПК, так и на бумаге.

Мониторные МПКС

Назначение мониторных МПКС – отслеживать заданные биологические показатели пациента в режиме реального времени, незамедлительно информировать медицинский персонал о критических изменениях в его состоянии, а в некоторых случаях – накапливать данные о заданном периоде наблюдения для последующего анализа этой информации лечащим врачом.

Мониторные МПКС можно условно разделить на несколько больших групп:

операционные – системы, используемые во время проведения операции. Они автоматически регистрируют основные показатели жизнедеятельности человека, находящегося под воздействием наркоза: пульс, давление, уровень насыщения кислородом и другие. Если во время операции пациент подключен к дополнительному оборудованию, например, к капельницам, аппарату искусственной вентиляции легких или водителям ритма, такое оборудование может быть интегрировано в операционную систему. Таким образом, вся необходимая информация о состоянии человека будет доступна к визуализации на одном устройстве
для наблюдения в палатах интенсивной терапии. Каждое место в палате оснащено персональным монитором, на который выводятся измеряемые данные пациента. Помимо отслеживания базовых параметров, здесь на постоянной основе может проводиться функциональная диагностика сердца, сосудов, головного мозга и других систем организма. Современный прикроватный монитор палат интенсивной терапии может отражать до 16 параметров по каждому больному.

Другой особенностью этой группы является наличие центральной мониторной станции, где собирается информация со всех сопряженных устройств. Обычно такая станция находится на дежурном медицинском посту. В критической ситуации происходит звуковое и световое оповещение. На главном дисплее указывается номер палаты и койки, где требуется неотложная помощь, а также подсвечивается параметр, который стал причиной тревожного сигнала — например, резкий скачок артериального давления, который может привести к гипертоническому кризу. Кроме непосредственно мониторинга, в случае с тяжелобольными пациентами ведется запись наблюдаемых параметров для последующего анализа динамики состояния больного лечащим врачом

системы, используемые во время оказания скорой медицинской помощи или выездной реанимации. Это полустационарные или переносные аппараты, которые находятся в распоряжении мобильных бригад. Они позволяют в кратчайшие сроки диагностировать наступление острых состояний пациента, например, сердечной недостаточности или инфаркта, и предотвратить неблагоприятный исход до поступления пациента в больницу
системы персонального мониторинга. Сюда относят приборы автономного дистанционного наблюдения диспансерных больных и пациентов, которые находятся на домашнем лечении. Например, переносной ЭКГ-аппарат Холтера, предназначенный для непрерывного наблюдения за активностью сердца пациента в течение суток и более.

МПКС для работы с медицинскими изображениями

Изображения, полученные в ходе врачебных исследований, представляют существенный пласт информационного массива в здравоохранении. Развитие компьютерных технологий и внедрение их в медицинскую сферу позволило не только улучшить сами методы исследования, но и повысило качество визуальных данных.

При работе с изображениями приборно-компьютерный комплекс отвечает за их получение, представление, хранение, а также регламентирует доступ к этим данным. Переход от аналоговых носителей информации к цифровым существенно расширил возможности обработки и детализации снимков. Поэтому наибольший интерес в работе МПКС вызывает второй этап – представление изображений. В нем выделяют четыре основные операции:

корректировка (обработка) исходного материала для улучшения его качественных характеристик или вычленения необходимых деталей
чтение изображения (анализ снимка)
воссоздание испорченных или некачественных файлов
моделирование объемных изображений (2D, 3D)

Ведущая роль здесь отводится не столько аппаратному комплексу, сколько специальному программному обеспечению. Именно оно позволяет проводить все технические манипуляции с файлами. Наиболее распространенные области применения указанных систем – ультразвуковая, магнитно-резонансная, эндоскопическая диагностика, рентгенология.

МПКС для лабораторной диагностики

Предметом лабораторных исследований является биологический материал человека, например, кровь, ликвор, частицы инфицированной ткани и другие. Один образец может быть протестирован множеством разных способов, в зависимости от того, какую информацию требуется получить врачу. Вид исследования определяет состав образца.

Приборно-компьютерный комплекс для лабораторных исследований решает две основные задачи:

сокращает объем ручного труда при выполнении самого анализа и сроки получения результата
оптимизирует организационный процесс и минимизирует ошибки человеческого фактора за счет внедрения лабораторных информационных систем (ЛИС)

Раньше каждый этап, от забора материала до выдачи заключения, выполнялся непосредственно врачом лабораторной диагностики. Теперь всю исследовательскую часть берут на себя специальные устройства – анализаторы, секвенаторы. Конечно, во многом это касается наиболее распространенных, базовых анализов, которые выявляют общее состояние организма. Там, где необходимо выполнить экспертную оценку материала, увидеть признаки атипии — например, при гистологических исследованиях — большинство манипуляций по-прежнему проводит специалист.

Компьютеризация лабораторного процесса существенно снижает риски неверной диагностики и сокращает издержки на повторные исследования. Можно в любой момент уточнить, где находится образец, увидеть перечень анализов, которые уже в работе, и тех, что находятся в режиме ожидания. Есть возможность настроить приоритет выполнения тестов, собрать статистику по трудовым и материальным затратам на разные типы анализов. Современные ЛИС поддерживают интеграцию лабораторного оборудования в профиль системы. Таким образом, снижается вероятность ошибок в данных пациента или назначениях, которые могут произойти при многократном ручном вводе информации.

Лечебные системы

Приборно-компьютерный комплекс может применяться не только в диагностической, но и в лечебной практике. Такой симбиоз называют системами управления лечением. Их назначение – поддерживать нормальную работу всего организма или его отдельных функциональных групп.

Системы управления лечением применяются в трех основных направлениях:

интенсивная терапия
биологическая обратная связь (БОС)
биологические системы компенсации жизненных функций и протезирование

Рассмотрим подробнее каждое из этих них.

Интенсивная терапия

В разрезе МПКС для интенсивной терапии выделяют два типа систем – программные и замкнутые.

Работа программных систем характеризуется меньшей автономностью от решений врача или медицинского персонала. Они направлены на осуществление заданного лечебного воздействия и не могут самостоятельно скорректировать его параметры. К таким системам относится оборудование для искусственной вентиляции легких (ИВЛ), гемодиализ, аппарат искусственного кровообращения (АИК) и другие.

Замкнутые системы решают более широкий спектр задач: наблюдают за состоянием больного, оценивают его по определенным параметрам и «принимают решение» о необходимости лечебного воздействия. В жизни такие системы более примитивны. Они применяются только в тех случаях, когда может быть выработан предельно четкий и неизменный алгоритм действий. Типичные задачи для замкнутых систем: снятие состояния острой гипертензии, управление содержанием глюкозы при диабете.

Системы биологической обратной связи (БОС)

Системы биологической обратной связи (БОС) применяются в терапевтических и реабилитационных целях. Здесь пациент сам становится средством воздействия на свое тело, а аппаратный комплекс позволяет установить или усилить необходимые связи между рецепторами. Примером таких систем являются сенсорные беговые дорожки с обратной связью для восстановления двигательной функции. В качестве предмета стимуляции выступают основные чувства – зрение, осязание, слух. Также могут быть задействованы когнитивные функции.

Аппаратная часть лечебных МПКС включает в себя следующие блоки:

генератор воздействия – отвечает за воспроизведение лечебного сигнала (например, теплового излучения)
периферийные устройства – передают сигнал на тело пациента
устройство управления – позволяет регулировать параметры работы сигнала (время, частоту, мощность и другие)
устройство контроля за состоянием пациента – собирает и отображает наблюдаемые физиологические параметры во время процедуры
устройство обработки и вычислений (компьютер) – сопоставляет протокол процедуры с заданными параметрами лечения и корректирует степень воздействия

Биологические системы компенсации жизненных функций и протезирование

Еще одним направлением для применения МПКС в лечебных целях является замена неработающих или неверно работающих систем организма на искусственные устройства, воспроизводящие их функции. Существует два основных типа таких устройств – для временной компенсации работы внутренних органов и постоянные внешние протезы с сохранением функции управления.

Первый тип применяется при проведении операций или на то время, когда пациент находится в листе ожидания на получение донорских органов.

Биологически управляемые протезы применяются тогда, когда есть сохранившиеся нервные волокна, которые могут провести побуждающий сигнал от мозга к конечности. Биопротез оснащен преобразователем, который переводит биоэлектрический сигнал от нервных окончаний в сигнал управления, и специальными датчиками, которые считывают внешний сигнал — например, от прикосновения к поверхности стола — проводят его обратно. Но чаще всего в устройстве реализована только функция управления, без обратной связи.

Открытие новых методов исследования сильно продвинуло медицину вперед. С помощью рентгена и ультразвука врачи получили возможность увидеть пациента изнутри без инвазивного вмешательства. Развитие компьютерных технологий и внедрение их в лечебную практику повысило качество диагностики. На смену оптике пришла электроника, а с ней – многократное разрешение приборов, их автономная и дистанционная работа, а также возможность детальной обработки результатов обследования.

Сложно представить, какими возможностями будут обладать компьютерные системы нового поколения, но совершенно ясно, что их интеграция в лечебный процесс приведет к новым прорывам в медицине. И то, что сейчас кажется неосуществимым или невозможным, станет нашей повседневной реальностью.

Медицинские приборно-компьютерные системы (МПКС) являются одним из распространенных видов медицинских информационных систем базового уровня. В современных медицинских приборах осуществлен переход от аналоговых измерительных и регистрирующих устройств к цифровым приборам и аппаратам на основе применения вычислительной техники. В состав медицинских приборов и систем входят микропроцессоры или микроЭВМ, чаще всего переносные персональные компьютеры (ноутбуки). Применение цифровой техники позволило увеличить точность проводимых измерений, создавать электронные архивы результатов исследований, передавать информацию на расстояние, а также осуществлять обработку данных, используя специальные программы анализа медицинских исследований. Все это позволило поднять медицинскую аппаратуру на новый уровень, позволяющий повысить эффективность инструментальных методов диагностики, прогнозирования, лечения и контроля состояния тяжелых пациентов.

МПКС состоят из электронных медицинских устройств, микропроцессоров или персональных компьютеров (ПК) и программного обеспечения. Микропроцессоры обычно входят в состав мобильных приборов и выполняют обработку данных и управление прибором по определенной программе, зашитой в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Приборы на базе универсальных ПК обладают большими функциями и более гибким программным обеспечением, так как используют внешнюю память, позволяющую хранить большие объемы информации и легко менять программу обработки данных.

По назначению МПКС могут быть разделены на следующие группы:

системы функциональной диагностики;

системы оперативного слежения за состоянием пациента (мониторные системы);

системы обработки медицинских изображений;

системы лабораторной диагностики;

системы лечебных воздействий;

биотехнические системы замещения жизненно важных функций организма и протезирования.

Компьютерные системы функциональной диагностики (КСФД) позволяют значительно повышать точность и скорость обработки информации о состоянии пациента. Наиболее распространенными являются КСФД анализа электрокардиограмм (ЭКГ), электроэнцефалограмм (ЭЭГ), электромиограмм (ЭМГ), реограмм (РГ), вызванных потенциалов (ВП) мозга и др.

КСФД представляют наиболее вероятный вариант заключения, на который врач должен обратить внимание в первую очередь. Наряду с этим, исходя из собственного опыта, знаний и интуиции, он может сформулировать более правильное, на его взгляд, заключение.

Б азовые компоненты КСФД, которые являются основой технологических АРМ врача функциональной диагностики, в частности врача-кардиолога.

Аппаратное обеспечение компьютерной системы анализа электрокардиограмм включает в себя следующие основные устройства:

Устройства съема электрических сигналов - электроды, которые закрепляются непосредственно на теле пациента и представляют собой проводники специальной формы, покрытые сверху слоем хлористого серебра.

Биоусилитель предназначен для усиления сигналов до уровня порядка ±1 В, ±5 В, ±10 В, необходимого для работы аналого- цифрового преобразователя (АЦП).

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) преобразует входные аналоговые сигналы в цифровую форму для ввода и дальнейшей обработки в ПК.

Персональный компьютер с набором периферийных устройств и специальным программным обеспечением анализа ЭКГ.

Стимуляторы применяются для воздействия на пациента световыми, звуковыми, электрическими и другими сигналами для изучения ответных реакций организма на действующие раздражители.

Программное обеспечение КСФД предназначено для автоматизации следующих основных этапов проведения комплексного функционального исследования пациента.

Проведение исследования, запись ЭКГ.

Отбор и редактирование записей.

Выделение характерных графоэлементов и измерение параметров ЭКГ.

Интерпретация результатов анализа и оформление заключения.

Предварительная подготовка заключается в выборе методики и режимов исследования, нагрузок и функциональных проб, дополнительной аппаратуры (например, велоэргометра

Запись ЭКГ включает обычно 12 отведений: 3 стандартных ( I , II, III), 3 усиленных однополюсных отведения от конечностей ( avR , avL , avF ) и 6 грудных однополюсных отведений (У - V ₆ ). Регистрируемый сигнал отображается на мониторе, что позволяет визуально выделить и зарегистрировать записи, свободные от артефактов и наводок.

Отбор и редактирование данных производятся после записи ЭКГ в базу данных и предназначены для выделения участков сигналов с целью дальнейшего анализа.

При выделении характерных графоэлементов и измерении параметров ЭКГ наиболее важным этапом работы программы является распознавание зубцов Р , Q , R , S , Т. Задача распознавания состоит в определении точек начала и окончания каждого зубца, нахождений максимума высоты зубцов и их идентификации.

Интерпретация результатов анализа и оформление заключения основываются на данных выявления элементов ЭКГ и измерения их параметров.

Документирование исследования состоит в выдаче на печать числовых, графических результатов и компьютерного ЭКГ-заключения.

В настоящее время отечественными и зарубежными фирмами выпускается большое количество компьютерных электрокардиографов.

В качестве примера рассмотрим электрокардиоанализатор «Ан-кар-131». Кардиоанализатор «Анкар-131» может применяться в диагностических, реабилитационных и кардиологических центрах и санаториях, в отделениях и кабинетах функциональной диагностики, а также в палатах интенсивной терапии различных медицинских учреждений, в службах скорой помощи и МЧС, для научных исследований и в учебных целях.

Состав кардиоанализатора:

электронный блок пациента;

интерфейсный блок для связи с компьютером через порт USB ;

электроды, датчики, кабели и другие принадлежности;

компьютер (типа Pentium III , Athlon , Celeron ) или аналогичный ноутбук, принтер.

Основные возможности кардиоанализатора:

полный цикл обследования от ведения карточки до получения квалифицированного медицинского заключения;

покардиоцикловое мониторирование любых количественных параметров ЭКГ синхронно с нативной электрокардиограммой для анализа их динамики и взаимосвязи в процессе ЭКГ-исследования и при проведении различных функциональных проб;

анализ дисперсии интервала Q - Т для оценки риска внезапной сердечной смерти;

автоматическое формирование синдромального заключения;

автоматическая генерация протокола, характеризующего выбранные параметры ЭКГ в исходном состоянии и в привязке к функциональным пробам;

спектральный анализ (построение спектрограмм и таблиц спектральных характеристик) для выявление модулирующих влияний;

статистический анализ и построение гистограмм, скаттерграмм и таблиц статистических характеристик по любым амплитудно-временным параметрам ЭКГ;

создание и редактирование нормативных справочников по любым количественным параметрам ЭКГ для нескольких возрастных групп;

электронная картотека исследований обеспечивает сетевой многопользовательский режим с единой базой данных по пациентам, распечатку отчетов, возможность работы с распределенной системой хранения данных.

Компьютерный мониторинг больных предназначен для наблюдения за состоянием физиологических параметров больных, экспресс- анализа и оповещения врачебного персонала о критических и предкритических состояниях пациентов по значениям контролируемых параметров, накопления и хранения информации с целью выявления неблагополучной динамики жизненно важных показателей состояния больных.

Современные мониторные системы обладают следующими важными качествами:

возможность накапливать информацию о больном путем измерения и регистрации значений выбранных физиологических параметров, исключая субъективные ошибки обслуживающего персонала;

аналитическая обработка в компьютере измеряемых показателей позволяет объективно оценить состояние пациентов и дать рекомендации врачу по виду и объему необходимой коррекции отдельных параметров;

компьютерная оценка состояния больного в пространстве измеряемых физиологических параметров и анализ их динамики позволяют дать объективный прогноз в развитии состояния пациента;

возможность объединения компьютерных мониторов в единую локальную сеть для создания общей базы данных при компьютеризации медицинского учреждения.

В зависимости от вариантов использования выделяют перечисленные далее разновидности мониторирования:

Операционный мониторинг. Операционный компьютерный монитор предназначен для автоматического наблюдения за состоянием больного во время операции, ведения наркозной карты с автоматическим занесением в наркозную карту значений физиологических параметров при проведении операции, автоматического ведения протокола наркозной карты с привязкой ко времени, ведения протокола анестезии, автоматического формирования на дискете результатов для передачи в персональный компьютер заведующего отделением.

Кардиомониторирование в период оказания экстренной медицинской помощи. Кардиомонитор находится в оснащении бригад скорой медицинской помощи и служит для оптимизации ранней диагностики острых коронарных синдромов, нестабильной стенокардии, острой коронарной недостаточности, острого инфаркта миокарда и внезапной остановки кровообращения на догоспитальном этапе.

Мониторинг больных отделений интенсивной терапии необходим для одновременного наблюдения за состоянием тяжелобольных пациентов. В состав таких систем входят прикроватные мониторы для каждого пациента и центральная станция для сбора и представления информации о каждом пациенте.

Суточное мониторирование электрофизиологических показателей. Традиционное разовое измерение артериального давления, разовая регистрация ЭКГ не всегда отражают реальную картину заболевания пациента, оставляя открытым вопрос о корректности диагностики и лечения болезни.

Телеметрия электрофизиологических сигналов. Под этим термином понимают дискретный мониторинг электрофизиологических сигналов пациентов, удаленных территориально и находящихся на врачебном наблюдении, с использованием телекоммуникационных технологий связи.

Индивидуальный мониторинг жизненно важных параметров (аутотрансляция по телефону). Для эффективного предупреждения первичного и повторного инфарктов миокарда и внезапной коронарной смерти у больных группы риска возможно применение аутотрансляции ЭКГ.

Мониторинг интегрального состояния жизненно важных физических систем стационарных больных . Компьютерные полианализаторы могут одномоментно мониторировать следующие физиологические показатели пациентов:

-риопневмосигнал импедансной пневмограммы – вид дыхания, глубина дыхания, частота дыхания, остановка дыхания;

-фотоплетизмограмма красная и инфракрасная сдатчика пульсоксиметра (вид красной периферического кровообращения, частота сердечных сокращений, процентные содержания кислорода в гемоглобине артериальной крови);

-реограмма (снимается тетрополярным методом, вычисляются частота сердечных сокращений, частота дыхания, гемодинамические показатели);

- поверхностная температура , ректальная температура;

- артериальное давление неинвазивное (график тонов Короткова в манжете);

Программное обеспечение врачебных компьютерных мониторов , несмотря на вариации, как правило, обеспечивает сбор информации, обработку, накопление трендов, создание дежурного экрана, таблицы тревожных сигнализации, меню конфигурации монитора, графические окна с изменением их размеров, регулировкой масштабов отображаемых сигналов. Наличие количественного программного обеспечения позволяет автоматически накапливать данные об измеряемых параметрах, проводить их аналитическую обработку, отслеживать изменение параметров, оценивать о прогнозировать состояние здоровья пациента в пространстве наблюдаемых параметров, давать врачу рекомендации о виде и объеме необходимой коррекции регистрируемых параметров. [335, 345 с.].

Системы обработки изображений предназначены для визуализации, анализа и архивирования результатов томографических исследований и облегчения работы врача, интерпретирующего полученное изображение.

Существует радиологическая информационная система (АРИС) на основе рабочих станций серии MultiVox , которая применяется для автоматизации работы медперсонала:

в рентгеновских, флюорографических, маммологических кабинетах;

в ангиографических диагностических кабинетах и операционных;

в компьютерной и магниторезонансной томографии;

в ультразвуковых и эндоскопических исследованиях;

в радиоизотопных, микроскопических исследованиях.

Рабочие станции MultiVox дают возможность производить обработку 2 D - и З D -медицинских изображений.

Все это позволяет объективизировать и ускорить процесс обработки изображения врачом, выявить и уточнить наличие патологических проявлений, а, следовательно, повысить точность диагностического процесса.

Учитывая большой объем информации, которую дают медицинские изображения пациента, в «Концепции создания единой государственной информационной системы в сфере здравоохранения» особое внимание уделяется работе с цифровыми медицинскими изображениями. В частности, говорится, что медицинские организации, имеющие в своем составе отделение компьютерной и магниторезонансной томографии, радиоизотопной, ультразвуковой и тепловизионной диагностики, а также проводящие иные исследования, результатом которых являются медицинские изображения, обеспечивают автоматизацию процессов получения, обработки, архивного хранения и представления доступа к таким изображениям. Для обеспечения долговременного хранения медицинских изображений могут создаваться централизованные цифровые архивы, обслуживающие несколько медицинских организаций. Создаваемые цифровые архивы и программное обеспечение, используемое в аппаратуре медицинской диагностики и лабораторных комплексах, должны интегрироваться с используемой данным учреждением здравоохранения медицинской информационной системой.

Системы управления лечебным процессом предназначены для дозированного воздействия на пациента различными факторами (лекарственными, физическими и др.), оценки его функционального состояния и подбора адекватных параметров воздействия для оптимизации лечебного воздействия.

источник воздействия - устройство, генерирующее различные физические факторы (электрические, магнитные, электромагнитные излучения, тепловые, ультразвуковые, ионизирующее излучения и др.);

у стройство воздействия – элементы прибора, передающие физические воздействия на пациента (электроды, датчики, индукторы, излучатели и др.);

блок управления - устройство для регулирования и выбора режима работы источника воздействия (регулировка амплитуды, частоты, мощности, выбор периода воздействия лечебного фактора и др.);

блок контроля необходим для сбора, усиления и ввода в ПК основных физиологических характеристик человека (ЭКГ, ЭЭГ, давление, температура, дыхание и др.);

ПК (персональный компьютер или микропроцессор) осуществляет обработку текущей информации о функциональном состоянии организма или отдельных органов и систем организма и сравнивает с параметрами, которые заданы лечащим врачом.

В качестве воздействующих факторов могут выступать и лекарственные средства, которые вводятся с помощью специальных дозаторов или добавляются к содержимому капельниц. Такие системы могут использоваться в анестезиологии, реаниматологии, а также для регулирования уровня сахара в крови.

В некоторых устройствах в качестве элемента обратной связи выступает сам пациент, которому предоставляется информация о состоянии его внутренних органов и систем, а пациент путем волевого усилия стремится достигнуть нормализации их функционирования. Такие устройства носят название биологической обратной связи (БОС). [348, 351 с.].

Клиническая лабораторная диагностика представляет собой диагностическую процедуру, состоящую из совокупности исследований in vitro биоматериала человеческого организма, основанных на использовании гематологических, общеклинических, паразитарных, биохимических, иммунологических, серологических, молекулярнобиологических, бактериологических, генетических, цитологических, токсикологических, вирусологических методов с клиническими данными и формулирования лабораторного заключения.

Компьютеризация клинической лабораторной диагностики идет в двух направлениях:

замена трудоемких ручных методов на автоматизированные анализаторы;

внедрение лабораторных информационных систем (ЛИС), предназначенных для повышения эффективности организации работы лаборатории, сокращение числа ошибок и ручных операций. [353 с.].

Биотехнические системы замещения жизненно важных функций организма и протезирования предназначены для поддержания или восстановления естественных функций органов и физиологических систем больного человека в пределах нормы, а также для замены утраченных конечностей и неудовлетворительно функционирующих органов и систем организма.

В операционных и реанимационных отделениях и палатах интенсивной терапии используют системы замещения жизненно важных функций организма, к которым относятся искусственное сердце, искусственные легкие, искусственная почка и др. Эти приборы замещают органы и системы организма больного на время проведения операции, в послеоперационный период и до подбора подходящего донорского органа.

Искусственное легкое представляет собой пульсирующий насос, который подает воздух порциями с частотой 40 - 50 раз в минуту. В подобных устройствах используют меха из гофрированного металла или пластика - сильфоны. Очищенный и доведенный до определенной температуры воздух подается непосредственно в бронхи.

Искусственное сердце - имплантируемое механическое устройство, позволяющее временно заменить насосную функцию собственного сердца больного, когда оно становится не способным выполнять работу по обеспечению организма достаточным количеством крови.

Биоуправляемые протезы используются в тех случаях, когда сохраняются нервные окончания, посылавшие и принимавшие нервные импульсы от несуществующих конечностей. Тогда имеется возможность использовать эти нервные импульсы для управления механизмами протезов и приема информации от различных датчиков, расположенных на протезе. [354, 357 с.].

Важной разновидностью специализированных медицинских информационных систем являются медицинские приборно-компьютерные системы.

В настоящее время одним из направлений информатизации медицины является компьютеризация медицинской аппаратуры. Использование компьютера в сочетании с измерительной и управляющей техникой в медицинской практике позволило создать новые эффективные средства для обеспечения автоматизированного сбора информации о состоянии больного, ее обработки в реальном масштабе времени и управление ее состоянием. Этот процесс привел к созданию МПКС, которые подняли на новый качественный уровень инструментальные методы исследования и интенсивную терапию. МПКС относятся к медицинским информационным системам базового уровня. Основное отличие систем этого класса – работа в условиях непосредственного контакта с объектом исследования и в реальном режиме времени. Они представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы. Для работы МПКС помимо вычислительной техники, необходимы специальные медицинские приборы, оборудование, телетехника, средства связи.

Типичными представителями МПКС являются медицинские системы мониторинга за состоянием больных, например, при проведении сложных операций; системы компьютерного анализа данных томографии, ультразвуковой диагностики, радиографии; системы автоматизированного анализа данных микробиологических и вирусологических исследований, анализа клеток и тканей человека.

В МПКС можно выделить три основные составляющие: медицинское, аппаратное и программное обеспечение.

Применительно к МПКС медицинское обеспечение включает в себя способы реализации выбранного круга медицинских задач, решаемых в соответствии с возможностями аппаратной и программной частей системы. К медицинскому обеспечению относятся наборы используемых методик, измеряемых физиологических параметров и методов их измерения, определение способов и допустимых границ воздействия системы на пациента.

Под аппаратным обеспечением понимают способы реализации технической части системы, включающей средства получения медико-биологической информации, средства осуществления лечебных воздействий и средства вычислительной техники.

К программному обеспечению относят математические методы обработки медико-биологической информации, алгоритмы и собственно программы, реализующие функционирование всей системы.

Медицинская диагностика

Разработка и внедрение информационных систем в области медицинских технологий является достаточно актуальной задачей. Анализ применения персональных ЭВМ в медицинских учреждениях показывает, что компьютеры в основном используются для обработки текстовой документации, хранения и обработки баз данных, статистики. Часть ЭВМ используется совместно с различными диагностическими и лечебными приборами. В большинстве этих областей использования ЭВМ применяют стандартное программное обеспечение – текстовые редакторы, СУБД и др.

Поэтому создание информационной организационно-технической системы, способной своевременно и достоверно установить диагноз больного и выбрать эффективную тактику лечения, является актуальной задачей информатизации.

Задачу диагностики в области медицины можно поставить как нахождение зависимости между симптомами (входными данными) и диагнозом (выходными данными). Для реализации эффективной организационно-технической системы диагностики необходимо использовать методы искусственного интеллекта. Целесообразность такого подхода подтверждает анализ данных, используемых при медицинской диагностике, который показывает, что они обладают целым рядом особенностей, таких как качественный характер информации, наличие пропусков данных; большое число переменных при относительно небольшом числе наблюдений. Кроме того, значительная сложность объекта наблюдения (заболеваний) нередко не позволяет построить даже вербальное описание врачом процедуры диагноза. Интерпретация медицинских данных, полученных в результате диагностики и лечения, становиться одним из серьезных направлений нейронных сетей. При этом существует проблема их корректной интерпретации. Широкий круг задач, решаемых с помощью нейросетей, не позволяет пока создать универсальные мощные сети, вынуждая разрабатывать специализированные нейронные сети, функционирующие по различным алгоритмам. Основными преимуществами нейронных сетей для решения сложных задач медицинской диагностики являются: отсутствие необходимости задания в явной форме математической модели и проверки справедливости серьезных допущений для использования статистических методов; инвариантность метода синтеза от размерности пространства, признаков и размеров нейронных сетей и др.

Однако использование нейронных сетей для задач медицинской диагностики связано также с рядом серьезных трудностей. К ним следует отнести необходимость относительно большого объема выборки для настройки сети, ориентированность математического аппарата на количественные переменные.

Системы для проведения мониторинга

Задача оперативной оценки состояния пациента возникает в ряде весьма важных практических направлений в медицине и в первую очередь при непрерывном наблюдении за больным в палатах интенсивной терапии, операционных и послеоперационных отделениях.

В этом случае требуется на основании длительного и непрерывного анализа большого объема данных, характеризующих состояние физиологических систем организма обеспечить не только оперативную диагностику осложнений при лечении, но и прогнозирование состояние пациента, а также определить оптимальную коррекцию возникающих нарушений. Для решения этой задачи предназначены мониторные МПКС.

К числу наиболее часто используемых при мониторинге параметров относятся: электрокардиограмма, давление крови в различных точках, частота дыхания, температурная кривая, содержание газов крови, минутный объем кровообращения, содержание газов в выдыхаемом воздухе.

Аппаратное обеспечение мониторных систем и аналогичных систем для функциональной диагностики принципиально практически не отличается. Важной особенностью мониторных систем является наличие средств экспресс-анализа и визуализации их результатов в режиме реального времени. Это позволяет отображать на экране монитора также динамику различных производных от контролируемых величин. Все это осуществляется в различных временных масштабах. Причем чем выше качество системы, тем больше возможностей наблюдения динамики контролируемых и связанных с ними показателей она предоставляет. Чаще всего мониторные системы используются для одновременного слежения за состоянием от одного до 6 больных, причем у каждого из них может изучаться до 16 основных физиологических параметров.

Системы управления лечебным процессом

К системам управления процессами лечения и реабилитации относятся автоматизированные системы интенсивной терапии, биологической обратной связи, а также протезы и искусственные органы, создаваемые на основе микропроцессорной технологии.

В системах управления лечебным процессом на первое место выходят задачи точного дозирования количественных параметров работы, стабильного удержания их заданных значений в условиях изменчивости физиологических характеристик организма пациента.

Под автоматизированными системами интенсивной терапии понимают системы, предназначенные для управления состоянием организма в лечебных целях, а также для его нормализации, восстановления естественных функций органов и физиологических систем больного человека, поддержания их в пределах нормы. По реализуемой в них структурной конфигурации системы интенсивной терапии разделяют на два класса – системы программного управления и замкнутые управляющие системы.

К системам программного управления относятся системы для осуществления лечебных воздействий. Например, различная физиотерапевтическая аппаратура, оснащенная средствами вычислительной техники, устройства для вливаний лекарственных препаратов, аппаратура для искусственной вентиляции легких и ингаляционного наркоза, аппараты искусственного кровообращения и т. д.

Замкнутые системы интенсивной терапии структурно являются более сложными МПКС, так как они объединяют в себе задачи мониторинга, оценки состояния больного и выработки управляющих лечебных воздействий. Поэтому на практике замкнутые системы интенсивной терапии создаются только для очень частных, строго фиксированных задач.

Системы биологической обратной связи предназначены для предоставления пациенту текущей информации о функционировании его внутренних органов и систем, что позволяет путем сознательного волевого воздействия пациента достигать терапевтического эффекта при определенном виде патологий.

Системы протезирования и искусственные органы

Системы протезирования и искусственные органы предназначены для замещения отсутствующих или коррекции неудовлетворительно функционирующих органов и систем организма человека. По существу протезы – это носимые (имплантируемые) системы интенсивной терапии. К числу наиболее широко распространенных систем протезирования относятся микропроцессорные водители сердечного ритма, имплантируемые дозаторы инсулина, элекромиостимуляторы и т. п. Пути развития медицинских информационных технологий Медицинские информационные технологии включают в себя средства воздействия на организм внешними информационными факторами, описание способов и методов их применения и процесс обучения навыкам практической деятельности. Соответственно дальнейшее развитие этих технологий требует рассмотрения и решения следующих практических вопросов. На первом месте 11 стоит насущный вопрос о необходимости широкого внедрения в клиническую практику апробированных средств и методов информационного воздействия, отвечающих таким требованиям, как безопасность и простота их использования, высокая терапевтическая эффективность их применения. Следующим актуальным вопросом является стимулирование и поощрение разработки и создания новых средств и методов воздействия на организм человека, соответствующих принципам и постулатам информационной медицины. Дальнейшее развитие и совершенствование данной области медицины связано с оптимизацией средств и методов обратной биологической связи при информационном воздействии, адекватных изменениям в организме в соответствии с принципами и постулатами информационной медицины.

Один из главных путей решения ряда медицинских, социальных и экономических проблем в настоящее время представляет информатизация работы медицинского персонала. К этим проблемам относиться поиска действенных инструментов, способных обеспечить повышение трех важнейших показателей здравоохранения: качества лечения, уровня безопасности пациентов, экономической эффективности медицинской помощи. Базовым звеном информатизации является использование в больницах современных клинических информационных систем, снабженных механизмами поддержки принятия решений. Однако эти системы не получили широкого распространения, так как пока не разработаны научные и методологические подходы к созданию клинических информационных систем.

Телемедицина

обеспечение взаимодействия региональных клиник с крупными медицинскими центрами;

оперативное получение результатов последних научных исследований;

подготовка и переподготовка кадров.

Возникновение телемедицины обычно связывают с врачебным контролем при космических полетах. Первоначально это было измерение показателей жизнедеятельности у животных на космических аппаратах, затем у космонавтов.

Простейшим случаем реализации возможностей телемедицины является быстрый доступ врача к необходимой справочной информации.

Основным приложением телемедицины является обслуживание тех групп населения, которые оказались вдали от медицинских центров или имеют ограниченный доступ к медицинским службам.

Другим важным объектом телемедицины является система диагностических центров регионов, когда необходима оперативная связь между лечащим врачом и врачом-диагностом, которые оказываются в разных лечебных учреждениях, часто разнесенных на большие расстояния.

Еще одним важным направлением телемедицины является скоропомощная ситуация и сложные случаи, когда требуется срочная консультация специалистов из центральных медучреждений для спасения больного или определения тактики лечения в сложных ситуациях, в том числе в крупнейших мировых медицинских центрах.

Следующим направлением является также дистанционное медицинское образование.

Современные информационные системы, как правило, разворачиваются в глобальных сетях типа сети Интернет. Не являются исключением и системы телемедицины. Время автономных, локальных приложений уходит в прошлое. Их место занимают информационные системы, характеризующиеся многообразием архитектур, многоплатформенностью, разнообразием форматов данных и протоколов.

Существует большое количество медицинских библиографических и библиотечных систем. Наиболее мощными из них являются системы Medline, Search MedWeb, Medscape и система Национальной медицинской библиотеки США.

Наиболее мощной медицинской библиотекой является Национальная медицинская библиотека США. В ней, помимо системы Medline, создана система on-line доступа к информации с помощью такого мощного средства, как HyperDoc.

Соответственно и задачи создания современных информационных систем оказываются значительно сложнее и требуют специалистов гораздо более высокой квалификации. Образно говоря, на сегодняшний день в области телемедицины должны быть востребованы специалисты с глобальным системным мышлением, владеющие последними технологическими достижениями.

Более отдаленной перспективой телемедицины является задача обеспечения единого стандарта качества медицинского обслуживания в любом медицинском учреждении страны. Для обеспечения единого стандарта медицинского обслуживания потребуется создание единой распределенной базы данных медицинской информации, обеспечивающей сбор, хранение и доступ к медицинской управленческой информации вплоть до истории болезни каждого пациента. Более полное обеспечение функций телемедицины вплоть до 15 двухсторонних консультаций непосредственно во время операций является абсолютно необходимым для обеспечения высокого медицинского стандарта обслуживания пациентов.

Читайте также: