Биотехнические системы и технологии (Семенова ФИБС БТС 11 семестр) / Лекции 1-6

Цифровая медицина

•Цифровая медицина (широко используется также англоязычный термин Digital Healthcare) – медицина, основанная на использовании различных цифровых технологий для эффективного решения комплекса задач оказания медицинской помощи.

•В числе задач, решаемых цифровой медициной, необходимо отметить:

•- проведение медицинских исследований, направленных на диагностику состояния здоровья пациента и лечения заболевания, задачи скрининга, контроля и прогнозирования состояния здоровья пациента, его медицинской реабилитации;

•- проведение телемедицинских консультаций профильными

специалистами для повышения точности и достоверности диагностики

заболевания и эффективности лечения пациента;

•- проведение удаленного обучения медицинских специалистов и освоения ими новых медицинских технологий диагностики и лечения заболеваний на примере оказания пациенту медицинских услуг.

Цифровые технологии

•- технологии съема и регистрации биомедицинских сигналов и получения медицинских изображений с использованием цифровых устройств, систем и комплексов; - технологии обработки и анализа биомедицинских сигналов и данных, медицинской информации с использованием микропроцессорных устройств и систем;

•- технологии формирования, хранения и передачи через каналы связи медицинской информации о пациенте с использованием цифровых устройств; - технологии создания баз медицинских данных, в том числе больших баз данных, выявления закономерностей и динамики заболеваемости населения в различных срезах: возрастном, гендерном, социальном, профессиональном, региональном.

•- технологии поддержки принятия решений врача, информационного сопровождения пациента при оказании широкого спектра медицинских услуг.

•Все перечисленные технологии называются цифровыми не по причине их реализации с помощью цифровых, а не аналоговых устройств, а в связи с использованием технологических решений, стандартов, методов и алгоритмов, повышающих эффективность оказания медицинских услуг.

Цифровые технологии

•Существуют системы и технологии e-Health, mobile Health, использующие технологические решения для оказания телемедицинской помощи и услуг с применением мобильной связи и интернета (информационно-телекоммуникационные технологии).

•Мобильное здравоохранение (mHealth, mobile health) – раздел

телемедицины, обеспечивающий предоставление медицинской помощи и контроль здорового образа жизни человека с использованием беспроводных телекоммуникационных технологий и мобильных устройств.

•Таким образом, системы удаленного мониторинга состояния здоровья

людей являются подклассом телемедицинских систем,

предназначенных для непрерывной продолжительной оценки и контроля текущего состояния здоровья пациента вне лечебного учреждения, наблюдения за динамикой состояния здоровья пациента за определенный промежуток времени с целью получения полной информации о функционировании систем организма, ранней

диагностики и прогнозирования обострения заболевания, контроля

эффективности лечения пациента.

Структура уровней обеспечения системы удаленного мониторинга

Для построения систем удаленного мониторинга состояния здоровья необходимо решить комплекс задач, связанных с разработкой компонентов информационного (ИО), методического (МО), инструментального (ИНО), программно-алгоритмического (ПАО) и метрологического обеспечения (МЕО).

Информационное обеспечение

•Информационное обеспечение – совокупность знаний, необходимых для построения системы удаленного мониторинга, описывающих свойства и характеристики объекта исследования (пациента) в структуре системы мониторинга, необходимые для съема и регистрации биомедицинских сигналов и данных, оценки текущего состояния здоровья пациента, возможные состояния его здоровья, оказания лечебного воздействия и нормализации состояния здоровья пациента (область обозначена сплошной линией).

•Информационное обеспечение включает, прежде всего, модели объекта исследования, в том числе модели состояния здоровья, модель системы удаленного мониторинга, модель процесса съема и регистрации, обработки и анализа биомедицинских сигналов, оценки текущего состояния и мониторинга состояния здоровья, оказания поддержки принятия решений врача и информационной поддержки пациента, модель лечения.

•В результате анализа компонентов информационного обеспечения системы формируется (разрабатывается) комплекс методов, необходимых для проведения удаленного медицинского исследования. Следует отметить, что полнота информационного обеспечения, уровень адекватности моделей и описаний существенно влияет на корректность разработки компонент методического обеспечения.

Методическое обеспечение

•Методическое обеспечение – комплекс методов, предназначенных для реализации в системе удаленного мониторинга этапов съема и регистрации биомедицинских сигналов и данных, получения медицинских изображений, их обработки и анализа, оценки диагностически значимых показателей, оценки текущего состояния здоровья пациента, классификации состояния здоровья и диагностики заболевания, информационной поддержки врача и информационного и медицинского сопровождения пациента, методов лечения и медицинской реабилитации пациента (область обозначена мелкой пунктирной линией).

•Структура методического обеспечения, а именно конкретные методы, используемые в системе, определяют структуру инструментального обеспечения.

Инструментальное обеспечение

•Инструментальное обеспечение – комплекс технических средств, используемых для реализации всех этапов функционирования системы удаленного мониторинга: съема и регистрации биомедицинских сигналов и данных, получения медицинских изображений, их обработки и анализа и т.д. (область обозначена крупной пунктирной линией).

•Структура инструментального обеспечения определяет структуру программноалгоритмического обеспечения системы удаленного мониторинга.

Программно-алгоритмическое обеспечение

•Программно-алгоритмическое обеспечение – совокупность алгоритмов и программных средств, обеспечивающих функционирование инструментальных средств удаленного мониторинга, в том числе алгоритмы и программы обработки и анализа биомедицинских сигналов и данных, диагностики и поддержки принятия решений (область обозначена сплошной линией).

Метрологическое обеспечение

•Система удаленного мониторинга в процессе функционирования должна осуществлять съем и регистрацию биомедицинских сигналов, их обработку и анализ, оценку ткущего состояния здоровья, решать задачи классификации состояний, поддержки принятия решений и информационного сопровождения. Очевидно, что точность оценки текущего состояния, диагностики и эффективность лечения зависят от целого ряда факторов, влияющих на конечный результат. Эффективность выполнения задач на этапах проведения удаленного мониторинга зависит от метрологического обеспечения (МЕО).

•Метрологическое обеспечение системы – совокупность знаний и методов, обеспечивающих единство измерений (оценки) характеристик биомедицинских сигналов, оценки диагностически значимых показателей заболевания, воспроизводимость результатов медицинских исследований (область обозначена крупной пунктирной линией). В структуру метрологического обеспечения входят методы и средства метрологической аттестации всей системы удаленного мониторинга и ее элементов, средства поверки испытаний элементов системы (область обозначена пунктирной линией).

•Метрологическое обеспечение системы является одним из важных его уровней, которое определяет точность и достоверность результатов удаленного мониторинга, воспроизводимость и сопоставимость результатов исследования. Метрологические характеристики определяются уровнем адекватности моделей и корректностью знаний, сформулированных в информационном обеспечении системы, корректностью методов исследования, в том числе методов обработки и анализа результатов исследований, корректностью поддержки принятия решений врача при постановке диагноза.

Структура уровней обеспечения системы удаленного мониторинга

•Области различных уровней обеспечения пересекаются. Это означает, что структура информационного обеспечения влияет на структуру методического обеспечения, а изменение ИО влечет за собой изменение МО. Аналогично можно отметить определяющую роль методического обеспечения, его влияние на структуру инструментального обеспечения. Структура информационного обеспечения влияет на структуру ПАО, а метрологическое обеспечение определяется, в конечном итоге структурой ИО, МО, ИНО и ПАО. Эта последовательность уровней обеспечения определяет и последовательность разработки любой биотехнической системы, а в общем случае и любой технической системы. Разработчики технических систем часто делают ошибки, когда решают проблемы разработки инструментально обеспечения, а потом – методического обеспечения. Метод извлечения информации об объекте исследования определяет технические средства, которые реализуют этот метод.

•Таким образом, разработка системы удаленного мониторинга состояния здоровья людей заключается в обосновании выбора и разработке всех компонент уровней обеспечения систем.

•Для мониторинга состояния здоровья человека и прогнозирования обострения заболевания система должна решать комплекс задач, связанных с регистрацией сигналов, характеризующих деятельность систем организма, обработку и анализ биомедицинской информации, оценку текущего состояния организма, выявления динамики и прогнозирование обострения заболевания.