АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И ЛЕЧЕНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
, ,
Российский научный центр “Курчатовский институт”
Россия, Москва, пл. Курчатова,.
Научно-практический центр Интервенционной кардиоангиологии
Россия, Москва, Сверчков пер.,.
Московский комитет по науке и технологиям
Россия, Москва, ул. Спиридоновка,.
1. Введение
Российский Научный Центр “Курчатовский институт” (РНЦ “КИ”) по заданию МКНТ, Комитета Здравоохранения и при поддержке Правительства г. Москвы осуществляет разработку и внедрение автоматизированных аппаратно-программных средств и технологий для диагностики, мониторирования и лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Актуальность указанного направления работ обусловлена исключительным местом кардиологии в системе здравоохранения. По официальным данным смертность от сердечно-сосудистых заболеваний достигает 50% от общего количества летальных исходов. Признанным способом повышения эффективности и качества лечения является своевременное использование современных методов и средств квалифицированным медицинским персоналом, резкое сокращение периода времени от появления первых признаков заболевания (сердечного приступа) и постановки правильного диагноза до начала лечения. Причем как на этапе диагностики, так и в процессе лечения используется сложная медицинская аппаратура, которая предоставляет врачу большой объем информации в виде набора числовых данных, текстовых материалов, графиков и таблиц, динамических показателей, изображений разной физической природы, рентгеновских снимков и фильмов (ангиография). Выбор оптимальной тактики лечения врач должен произвести за очень ограниченный отрезок времени, а объем данных, который он должен переработать огромен. Поэтому врачам не всегда удается проанализировать весь объем имеющейся диагностической информации и, как следствие, принять правильное решение об оптимальном методе лечения. Здесь на помощь врачам приходит компьютеризация и автоматизация всего технологического процесса от постановки диагноза, выбора рациональной тактики и метода лечения до окончательного выздоровления и реабилитации пациентов.
Очень большое значение имеет наличие всей необходимой медицинской аппаратуры в кардиологических клиниках. Однако импортные аппараты очень дорогие и не всякая отечественная клиника имеет в своем распоряжении даже минимально необходимый набор диагностических средств. С другой стороны наш научно-технический потенциал позволяет разрабатывать оригинальные приборы и методики не уступающие, а по ряду параметров даже превосходящие лучшие зарубежные образцы.
Мэр города Москвы, Московское правительство, Комитет по науке и технологиям оказывают большую поддержку работам, направленным на улучшение качества лечения сердечно-сосудистых заболеваний. В Москве создан Научно-практический центр Интервенционной Кардиоангиологии (НПЦ ИК), в котором используют самые современные методы и средства лечения, в том числе, и в острый период инфаркта миокарда, других сердечно-сосудистых заболеваний. И хотя НПЦ ИК еще только разворачивает свою работу, но по опыту его функционирования за последние два года видно, что значительно увеличилось число пациентам, которым оказана квалифицированная медицинская помощь, При этом процент смертности при лечении почти в два раза меньше, чем средний процент по стране.
НПЦ ИК работает в тесном сотрудничестве с Российским научным центром «Курчатовский институт» (РНЦ «КИ»), в котором создаются аппаратно-программные средства, необходимые для повышения эффективности и качества лечения сердечно-сосудистых заболеваний.
Ниже будут рассмотрены такие разработки РНЦ «КИ» как аппаратно-программный автоматизированный комплекс для диагностики мониторирования и лечения сердечно-сосудистых заболеваний, оборудование для палаты интенсивной терапии, система многоканального электрокардиографического картирования, дефибриллятор-монитор и др. Все перечисленные выше работы проводились в содружестве с предприятиями Минатома (ВНИИА), Российской Академии Наук (ИППИ), крупными московскими ВУЗами (МИЭТ, МИИТ) и другими предприятиями города.
2. Аппаратно-программный комплекс ДИМОЛ
В РНЦ “КИ” создан и уже в течение нескольких лет проходит успешную эксплуатацию в филиале НПЦ ИК на клинической базе кардиологического отделения 15-ой ГКБ комплекс для диагностики, мониторирования и лечения сердечно-сосудистых заболеваний (ДИМОЛ). Структурная схема комплекса представлена на рис.1.
Рис. 1. Структурная схема комплекса ДИМОЛ.
Основная идея, реализованная при создании комплекса ДИМОЛ – это полная компьтеризация диагностических процедур, создание цифровой системы получения и хранения медицинской, научной, административной и другой информации, внедрение в технологию работы врачей единой системы классификации и кодирования и предметно-ориентированной информационно-поисковой системы. Не имея возможности приобретать новое импортное оборудование, имеющее цифровой интерфейс, нами были созданы для каждого прибора устройства сопряжения с компьютером. Поэтому без замены диагностических приборов вся информация преобразованная в цифровую форму поступала на сервер и становилась доступной врачу с любого автоматизированного рабочего места (АРМа). Фактически врачи получили возможность работать с электронной историей болезни, отказаться от заполнения вручную большинства необходимых бумажных документов.
Все диагностические приборы соединены с персональными компьютерами и образуют автоматизированные рабочие места (АРМы), совокупность которых охватывает все виды деятельности врачей. Центральная база данных (ЦБД) обеспечивает возможность хранения и комплексной обработки всей совокупности данных, полученных на различных этапах технологического процесса в различные моменты времени. Специально для кардиоангиологии разработана система классификации и кодирования информации, позволяющая отечественным и зарубежным специалистам использовать единую терминологию, проводить уникальные научные исследования на богатейшем статистическом материале, накапливающемся в ЦБД.
Комплекс ДИМОЛ позволяет внедрить передовые технологии в медицинскую практику клиники кардиологического профиля:
1. Комплексную диагностику пациентов с использованием всей имеющейся информации.
2. Ведение электронной истории болезни пациента, создание единой базы данных текстовой и графической информации о всех проводимых исследованиях и лечебных процедурах, комплексную автоматизацию деятельности клиники и переход к безбумажной технологии работы.
3. Автоматизированную систему классификации и кодирования информации.
При создании комплекса ДИМОЛ были разработаны следующие аппаратно-программные средства:
1. Система многоканального электрокардиографического картирования СМЭК (АРМ “ЭКГ с 48 отведениями”), предназначенная для тонкой диагностики сердечно-сосудистой деятельности путем одномоментного снятия электрокардиотопограммы пациента, компьютеризированного анализа и построения кардиотопограмм на поверхности тела и на квазиэпикарде.
2. Комплекс программ для получения трехмерных изображений отдельных элементов сердца, выполнения объемных, площадных и линейных измерений, вычисления фракции выброса и т. д. (АРМ “ЭХО”).
3. Комплекс аппаратно-программных средств компьютеризированного ведения истории болезни и контроля за состоянием пациентов в палате интенсивной терапии. Комплекс позволяет с пульта дежурного врача осуществлять автоматизированный контроль за состоянием пациентов путем мониторирования и анализа их видео изображений и ЭКГ. При возникновении угрожающих жизни пациента состояний система автоматически выдает сигнал тревоги.
4. Дефибриллятор-монитор, имеющий цифровой канал связи с компьютером и обеспечивающий генерацию электрических импульсов квазиоптимальной формы, позволяющих существенно повысить эффективность дефибрилляции и уменьшить повреждения других органов пациента. Небольшая масса (до 10 кг) и габаритные размеры прибора обеспечивают легкость в обращении и возможность его переноски для экстренного применения в любом отделении клиники.
5. Комплекс ДИМОЛ впервые позволил российским кардиологам автоматизировать процесс сбора, хранения и обработки всего объема диагностической и лечебной информации.
2.1 Палата интенсивной терапии
Пациенты стационарного медицинского учреждения, характеризующиеся тяжестью и непредсказуемостью изменения своего состояния, проходят лечение в палате интенсивной терапии. Технологический процесс диагностики и лечения в палате интенсивной терапии состоит из совокупности циклически повторяющихся этапов, которые предусматривают определение, непрерывный контроль и прогнозирование динамики изменения текущего состояния пациента. На основании полученных объективных данных вырабатывается тактика и стратегия ведения лечебно-диагностических мероприятий. В условиях дискретности основного диагностического процесса в клинике, палата интенсивной терапии, реализующая технологию непрерывного мониторинга, является важнейшим элементом стабилизации состояния пациентов.
Технология базируется на разработанной системе непрерывного мониторинга, диагностики и экстренной медицинской помощи, включающей в себя следующие элементы (см. рис.2):
· Прикроватные кардиомониторы для контроля функциональных параметров пациентов.
· Телекамеры для получения изображения пациентов на пульте дежурного врача.
· Дефибриллятор-монитор, предназначенный для генерации импульсов субоптимальной формы и имеющий связь с ЭВМ.
· Пульт дежурного врача, имеющий в своем составе два персональных компьютера, один из которых предназначен для непрерывного мониторинга и диагностики состояния пациентов, другой - для ведения электронных историй их болезни.
· Широкий арсенал средств экстренного медикаментозного вмешательства.
С внедрением в медицинскую практику системы непрерывного мониторинга, диагностики и экстренной медицинской помощи кардинальным образом изменилась технология работы врачей палаты интенсивной терапии.
Контроль за состоянием пациентов ведется централизованно с пульта дежурного врача, на который поступает вся необходимая информация о состоянии пациентов: данные от прикроватных кардиомониторов, телекамер и дефибриллятора-монитора. На пульте дежурного врача концентрируются данные по важнейшим функциональным показателям, автоматически контролируется частота сердечного ритма и динамика изменения “S-T” сегмента, выводятся изображения пациентов.
 |
Рис. 2. Палата интенсивной терапии.
Кроме того, главный врач из своего кабинета имеет возможность следить за состоянием особо тяжелых больных.
При возникновении угрожающих жизни пациента состояний происходит автоматическое срабатывание устройства подачи сигнала тревоги. Дежурный врач принимает сигнал тревоги, визуально контролирует изображение пациента, от которого поступил сигнал, и обеспечивает организацию немедленной медицинской помощи, которая, в, случае необходимости, включает в себя использование дефибриллятора-монитора. Данные о параметрах дефибриллирующего импульса автоматически поступают в компьютер и запоминаются. Результаты мониторинга автоматически сохраняются в памяти компьютера в следующих режимах: запись с интервалом от 5 минут до 4 часов при нормальном состоянии пациента, запись отрезка ЭКГ за 5 секунд до и 5 секунд после момента возникновения сигнала тревоги.
Таким образом, с пульта дежурного врача непрерывно и автоматически полностью контролируется состояние всех пациентов в палате интенсивной терапии. Дежурный врач с помощью системы классификации и кодирования заносит в базу данных всю информацию о применяемых методах и средствах лечения. В базу данных попадают также электрокардиограммы, полученные непосредственно до и после возникновения угрожающего состояния пациента, их визуальные изображения.
3. Многоканальная система электрокардиографического картирования СМЭК
Впервые в мировой практике предлагается неинвазивная система многоканального электрокардиографического картирования с построением карт распределения потенциалов на квазиэпикарде. Результаты экспериментально-лабораторных и клинических исследований последних лет показывают, что для всех диагностических групп ЭКГ-картирование обеспечивает повышение точности определения и прогнозирования электрофизиологических состояний и заболеваний сердца по сравнению со стандартной электрокардиографией. При помощи ЭКГ-картирования удается диагностировать некоторые патологические изменения миокарда, вообще не обнаруживаемые стандартной электрокардиографической методикой. Эти преимущества ЭКГ-картирования объясняются, прежде всего, тем, что оно в принципе позволяет получить всю информацию об электрических процессах в сердце, доступную при неинвазивных измерениях. На основе этой информации часто удается идентифицировать процессы возбуждения и характеристики миокарда в конкретных анатомических отделах и на локальных участках сердца, т. е. оценить состояние сердца хронотопографически.
 |
Рис.3. Фрагменты диагностических данных, полученных с помощью системы СМЭК.
Прибор использует оптимальную систему отведений, обеспечивающую достаточно точное картирование при сравнительно небольшом числе грудных электродов, легко устанавливаемых на поверхности грудной клетки. Используются новые методы анализа данных, включающие картирование потенциала на сферическом квазиэпикарде с привязкой к анатомическим ориентирам поверхности сердца и содержательно-образное представление электрофизиологических характеристик и состояний сердца. Это обеспечит более точную диагностику сердечной деятельности работников транспорта с физиологически и анатомически осмысленным заключением по сравнению с общепринятыми электрокардиографическими методиками.
Технология работы врача, выполняющего диагностику с помощью системы СМЭК, заключается в следующем. Первичные сигналы, отводимые синхронно от системы множественных отведений, преобразуются в цифровую форму и вводятся в компьютер, где они сначала подвергаются определенной предварительной обработке, включающей контроль качества, фильтрацию, распознавание и выделение существенных электрофизиологических фаз цикла возбуждения сердца и т. п. Затем осуществляется основная вычислительная обработка данных, в результате которой получают требуемые топографические изображения потенциала и других искомых характеристик, используемых, в конечном итоге, для вынесения заключения о состоянии сердца. На рисунке 3 показаны фрагменты исследований реального пациента.
Следует отметить, что в настоящее время медицинская методика использования прибора еще не отработана. Ведется накопление фактического материала, его верификация. Уточняются возможности аппаратуры. По результатам клинической апробации будут определены диагностические возможности и сделан вывод о целесообразности распространения прибора в другие кардиологические клиники.
4. Дефибриллятор-монитор
В кардиологических клиниках при неожиданной остановке сердца используют искусственную дефибрилляцию.
К телу пациента прикладывают два электрода, на которые подают мощный электрический импульс, который должен восстановить сердцебиение. Многим пациента была спасена жизнь благодаря своевременному использованию дефибриллятора. Долгие годы при дефибрилляции использовался прямоугольный монополярный импульс.
Воздействие электрического тока при дефибрилляции с монополярным импульсом может вызывать осложнения, тяжесть которых зависит от мощности, его амплитуды и длительности воздействия. Дальнейшие экспериментальные исследования и клинический опыт показали, что наибольшую терапевтическую эффективность с наименьшими последующими осложнениями имеет импульс биполярной формы, так называемый импульс Гурвича, который приводит к увеличению процента успешных дефибрилляций и продлению срока жизни пациентов после дефибрилляции. При его применении для успешной дефибрилляции требуется в 2-2,5 раза меньшие значения энергии импульса и безразлична полярность.
Основная проблема создания прибора, формирующего оптимальный импульс, это отсутствие элементной базы, позволяющей в ограниченных габарито-массовых параметрах реализовать требуемую мощность импульса. Масса и габариты прибора являются важнейшими характеристиками, влияющими на эффективность его использования в клиниках. Любой врач или медицинская сестра должны без труда и быстро доставить его к пациенту, нуждающемуся в срочной помощи.
В приборе, представленным на рис.4, формируется. квазиоптимальный биполярный трапецеидальный импульс.
Основные технические характеристики изделия:
· возможность формирования квазиоптимального биполярного трапецеидального импульса мощностью до 200-250 Дж;
· наличие встроенного монитора;
· возможность быстрой перестройки параметров импульса (его амплитуды и формы) в процессе работы с пациентом;
· наличие цифровой памяти и регистрации данных через компьютер;
· вес не более 9 кг;
· удобная для эксплуатации и транспортировки форма.
Приведенные характеристики принципиально отличают разработку от аналогичных приборов.
В настоящее время мы готовы приступить к разработке еще более эффективного прибора, реализующего в ограниченных габарито-массовых параметрах оптимальную форму импульса.
5. Система автоматизированного управления технологическим процессом получения, анализа и хранения ангиограмм
Положительный опыт создания комплекса ДИМОЛ позволил приступить к разработке комплекса следующего поколения - ДИМОЛ - ИК.
ДИМОЛ – ИК предназначен для работы НПЦ Интервенционной кардиоангиологии. Главная особенность этого комплекса заключается в том, что в его состав входит система автоматизированного управления технологическим процессом получения, анализа и хранения ангиограмм (САУ АОК), которая позволяет решать важнейшую проблему интервенционной кардиоангиологии - ввод в реальном масштабе времени ангиографических фильмов и отдельных кадров в электронную историю болезни пациента, их обработку по оптимальным алгоритмам (получение субтракции, расчет стенозов, фракции выброса и др.) и архивирование (см. рис. 5). Технология цифрового архивирования в совокупности с просмотровыми станциями, расположенными в различных кабинетах клиники, позволит вести оперативный многократный детальный анализ и обработку полученных ангиографических данных и, таким образом, в несколько раз повысит пропускную способность и эффективность использования дорогостоящего ангиографического оборудования
В состав комплекса ДИМОЛ – ИК входит автоматизированная система классификации и кодирования, которая унифицирует всю информацию, позволяет врачам при заполнении истории болезни и выдаче заключений использовать единый общепринятый в отечественной и зарубежной практике предметно ориентированный язык. На базе системы классификации строится специализированная информационно-поисковая система, позволяющая врачам проводить уникальные научные исследования на основе фактически накопленного в базе данных материала. Таких богатых возможностей не предлагает ни одна другая система.
Наличие цифрового архива видеоданных позволит широко и эффективно использовать Internet для информационного обмена и консультаций с кардиологами всего мира.
Рис. 5. Подсистема ангиографии комплекса ДИМОЛ-ИК.
6. Заключение
Материалы, приведенные в настоящей статье, показывают, что принятое несколько лет назад решение Правительства Москвы об объединении усилий специалистов и ученых «Курчатовского института», предприятий МИНАТОМА и Российской Академии наук с Московским научно-практическим центром Интервенционной Кардиоангиологии для решения задач практической медицины в области диагностики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний было оправдано и эффективно. Аппаратные и программные средства, разработанные благодаря объединению усилий инженеров, ученых и медицинских работников, уже на протяжении ряда лет успешно функционируют в клинике и приносят практическую помощь при лечении сердечно-сосудистых заболеваний.
7. Список литературы
1. , , и др. “Аппаратно-программный комплекс для диагностики, мониторирования и лечения сердечно-сосудистых заболеваний ДИМОЛ”, технический проект, РНЦ “Курчатовский институт”, 1994.
2. , , и др. “Разработка автоматизированных рабочих мест врача-ангиографиста для НПЦ “Интервенционной кардиоангиологии”, технический проект, РНЦ “Курчатовский институт”, 1999.
3. , , “Моделирование медицинского технологического процесса в современных клиниках и лечебных учреждениях”, IX Межд. конф. “Лазеры в науке, технике и медицине”, организатор МНТОРЭС им. , г. Геленджик, РФ, 1998 г.
4. , , “Технология и система непрерывного мониторинга, диагностики и экстренной медицинской помощи в палате интенсивной терапии”, там же.
5. , , И., , “Оптимальная система отведений для электрокардиографического картирования”, “Кардиология”, т.35, с. 46-50, 1995.
6. (1995) “Отчет по оценке медико-технических характеристик дефибриллятора - монитора ДКИ-Н-04М”, НИИ общей реаниматологии РАМН.
