Современные информационные технологии/ 2. Вычислительная
техника и программирование
Бортник Б.Б.,
Фонин В.В., д.м.н. Ступин В.А., д.м.н. Силина Е.В., к.м.н. Орлова А.С.
ГБОУ ВПО
РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, г. Москва
ГБОУ ВПО
Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России, г. Москва
ООО "Инжиринговый
центр НИЯУ МИФИ", г. Москва
ООО "ПиЭмТи
групп", г. Москва
Разработка аппаратно-программного комплекса для дистанционного
мониторинга сердечно-сосудистой системы
Введение
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются одной из ведущих причин
смертности во всем мире [2, 8]. Однако, имеющихся в
настоящее время медицинских ресурсов недостаточно для того, чтобы обеспечить
постоянно увеличивающийся спрос на медицинские услуги, связанные с диагностикой
и лечением ССЗ. Разработка и последующее применение аппаратно-программных
комплексов для дистанционного мониторинга сердечно-сосудистой системы (ССС)
может снизить частоту госпитализаций пациентов с ССЗ, значимо улучшить
комплаенс и самоконтроль лечения у данной категории больных, что впоследствии
приведет к повышению эффективности лечения и снижению смертности [4, 9]. Кроме того,
дистанционный мониторинг имеет существенное значение при передачи информации о
состоянии пациента при наличии у него имплантируемых устройств. В данной
ситуации подобный способ передачи информации помимо основных своих функций
значимо улучшает качество жизни пациентов [5].
Цель: разработка
технического решения реализации аппаратной части трансмиттера для
дистанционного мониторинга сердечно-сосудистой системы.
Результаты. Разработан трансмиттер
для дистанционного мониторинга ССС, который представляет собой коммуникационное
устройство, оснащенное электронным дисплеем и управляющими кнопками, в том
числе кнопкой подачи сигнала тревоги. Устройство снабжено беспроводным модулем Bluetooth, для получения данных с
портативных медицинских устройств, модулем GSM для беспроводной передачи данных в центр
обработки, модулем GPS для регистрации
координат местоположения пациента и отслеживания траектории его движения,
акселерометром для регистрации двигательной активности и положения тела
пациента. Разработанное устройство крепится на запястье пациента с помощью
специального ремня, что позволяет обеспечить постоянную связь трансмиттера с
медицинскими датчикам с помощью технологии BlueTooth для осуществления беспроводной передачи данных.
На корпусе трансмиттера предусмотрен дисплей и элементы управления.
Созданное устройство
оснащено энергонезависимой памятью и аккумуляторной батареей, способной
поддерживать его работоспособность не менее 24 часов. В отличие от большинства
аналогичных устройств, трансмиттер включает радиоканал MICS (Medical Implant Communications Service) - сервис связи с
медицинским имплантатом для получения данных с имплантируемых медицинских
устройств.
Основными задачами трансмиттера
являются отправка управляющих команд (параметры настройки, подтверждение начала
функционирования, подтверждение доставки пакета данных, запрос о передаче
нового пакета данных), приём информационных данных с датчиков по беспроводному каналу,
запись и хранение информации во внутренней энергонезависимой памяти, а также
передача информации из внутренней памяти в центр обработки данных.
Трансмиттер позволяет принять сигнал
от пациента; информировать его о принятии сигнала; отменить команду тревоги,
например, в случае случайного нажатия кнопки; отправить соответствующую команду
тревоги в ЦОД; предпринять меры исключающие потерю принятой команды по любой
причине, например, из-за разрыва или отсутствия связи с ЦОД.
Данное устройство имеет функцию
голосового контакта с пациентом, в том числе с использованием громкоговорителя,
который может быть необходим при возникновении экстренных ситуаций; функцию
информирования пациента о необходимости совершения плановых действий (прием
лекарственных препаратов, посещения лечащего врача и т.д.), которая реализуется
как с помощью звуковой, так и с визуальной индикацией; функцию плановой и
инициативной передачи информации с различных видов имплантируемых и наружных
медицинских регистрирующих устройств (датчиков); функцию фиксации координат
местоположения пациента и отслеживание траектории его движения с помощью
встроенного в устройство блока GPS; функцию регистрации двигательной активности
и положения тела пациента (лежит, сидит, идет, бежит) с помощью встроенного в
трансмиттер акселерометра; функцию обработки данных, поступающих с различных
видов имплантируемых и наружных медицинских регистрирующих устройств для
выявления как на стороне трансмиттера, так и на стороне ЦОД, например, при
разряде аккумуляторной батареи отсоединения электрода; функцию хранения данных
во внутренней энергонезависимой памяти трансмиттера; функцию автоматического
обновления программного обеспечения трансмиттера.
Таким образом, для полноценного
обеспечения работы трансмиттера было включено в его состав 22 модуля, которые
представлены на рисунке 1.
Принципиальные
технические отличия от существующих аналогов заключаются в форм-факторе
прибора, наличии блока радиоканала MICS,
большей надежности и программном обеспечении. Так, трансмиттер выполнен в форме
напоминающей крупные наручные часы, что более соответствует задаче постоянного
ношения, что минимизирует вероятность превысить расстояние передачи данных с
регистратора. Наличие блока радиоканала MICS для передачи данных с
имплантируемых медицинских приборов. Поскольку для смартфонов передача
медицинской информации лишь опция, подобного блока в них нет. В трансмиттере
такой блок будет интегрирован изначально. В отличие от смартфона, трансмиттер
оптимизирован для конкретных медицинских целей, в результате чего увеличивается
время работы аккумулятора, уменьшается частота возникновения различных ошибок
управления (в том числе замедление работы системы). Специализированное
программное обеспечение, допускающее коммуникацию и обработку данных широкого
спектра регистрирующих устройств как на момент разработки, так и на
перспективу.
Разработана спецификация
протоколов связи трансмиттера с датчиками, осуществляющими сбор информации
медицинского характера, архитектура и технические решения реализации аппаратной
части трансмиттера, а также общая архитектура программного обеспечения трансмиттера.
Рисунок 1. Блок-схема трансмиттера
Заключение: Заболевания ССС
сопряжены с высокой смертностью и инвалидизацией [1, 7]. Использование
дистанционных систем связано с увеличением эффективности и качества лечения, в
связи с чем, разработка аппаратно-программного комплекса для постоянного
дистанционного мониторинга ССС имеет большое значение [3]. В настоящее время
существует потребность внедрения дистанционных систем мониторирования ССЗ в
существующие структуры здравоохранения, рентабельность которых доказана во всем
мире. Дистанционный мониторинг может быть использован для непрерывного контроля
функциональных параметров сердца (артериальное давление (АД), частота сердечных
сокращений (ЧСС), электрокардиограмма), в том числе при наличии различных
имплантируемых устройств [6]. Кроме того, его
внедрение в клиническую практику может существенно оптимизировать лечения за
счет сокращения времени между диагностикой и началом лечением. Использование
данной системы позволяет медицинскому персоналу контролировать состояние
пациента и обеспечивать проведение экстренных мероприятий при возникновении
сердечных приступов.
Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда
содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Фонд
Бортника, проект № 12262р/23122).
Список
литературы
1. Бойцов С.А., Самородская
И.В. Динамика
показателей и группировка субъектов российской федерации в зависимости от общей
и сердечно-сосудистой смертности за период 2000-2011 гг. Профилактическая медицина. 2014. Т. 17. № 2. С. 3-11.
2. Щепин О.П., Голикова
Д.В. Анализ
смертности и заболеваемости населения от сердечно-сосудистой патологии. Российская академия медицинских наук. Бюллетень
Национального научно-исследовательского института общественного здоровья. 2014. № 2. С. 161-164.
3.
Cho
GY, Lee SJ, Lee TR. An optimized compression algorithm
for real-time ECG data transmission in wireless network of
medical information systems. J Med Syst.
2015 Jan;39(1):161.
4.
Gao
H, Duan X, Guo X, Huang A, Jiao B. Design and tests of a
smartphones-based multi-lead ECG
monitoring system. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc.
2013;2013:2267-70.
5.
Mairesse GH, Braunschweig F, Klersy K
et al. Implementation and reimbursement of
remote monitoring for cardiac implantable electronic devices
in Europe: a survey from the health economics committee of the European Heart
Rhythm Association. Europace. 2015 Feb 20. pii: euu390. [Epub
ahead of print]
6.
Park
J, Kang K. Predictable
and reliable ECG monitoring over
IEEE 802.11 WLANs within a hospital. Telemed J E
Health. 2014 Sep;20(9):875-82.
7. Winkel P, Hilden J, Hansen JF et al. Clarithromycin for stable coronary heart disease increases all-cause and cardiovascular mortality and cerebrovascular morbidity over 10years in the CLARICOR randomised, blinded clinical trial. Int J Cardiol. 2015 Jan 6;182C:459-465.
8.
Zambon A, Arfè A, Corrao G et
al. Relationships of different types of
event to cardiovascular death in trials of antihypertensive
treatment: an aid to definition of total cardiovascular disease
risk in hypertension. J Hypertens. 2014 Mar;32(3):495-508.
9. Zhang X, Liu C, Cui Q. Portable ECG measuring system with non-contact electrode. Zhongguo Yi Liao Qi Xie Za Zhi. 2014 May;38(3):168-70.