Розробка і впровадження дистанційної кардіологічної діагностики в Гомельській області
А.П.Воробьyoв, В.Я.Радчук, А.В.Фролов, А.Л.Лопатіна 1. С.М.Поляков 2. О.П.Мельнікова, В.І.Станкевіч
РНПЦ «Кардіологія», 1 - Гомельський обласний кардіологічний диспансер, 2 - РНПЦ медичних технологій, інформатизації, управління та економіки охорони здоров'я, Мінськ, Гомель, Білорусь
До основних життєво-важливим сигналам відноситься електрокардіограма (ЕКГ) пацієнта, по динаміці якої можна оцінити ступінь небезпеки порушень серцевого ритму, прогрес ішемічного ураження міокарда і прогноз летального результату. Звідси випливає, що всі телемедичні системи повинні бути забезпечені електрокардіографічним каналом.
Отже, до основних проблем догоспітальному етапі можна віднести неповноту обстеження пацієнта і запізнювання в наданні невідкладної допомоги. З усіх померлих від інфаркту міокарда 37% померли в перші години, тобто до контакту хворого з лікарем-кардіологом. Тому впровадження телемедичних технологій можна розглядати як один із шляхів оптимізації системи організації медичної допомоги хворим з гострою патологією системи кровообігу. [1,2].
Мета роботи
розробка організаційної моделі та програмно-технічного забезпечення для дистанційної діагностики невідкладних станів у хворих з серцево-судинними захворюваннями на основі телекомунікаційної передачі електрокардіографічних даних.
Поставлені наступні завдання:
1. Розробка організаційної моделі дистанційній ЕКГ-діагностики між кардіологічними центрами і регіонами.
2. Розробка оригінального програмного забезпечення для абонентів (лікарів загальної практики, медсестер, бригад швидкої допомоги) і лікарів-консультантів з простим інтерфейсом.
3. Впровадження системи "теле-ЕКГ" в кардіологічну службу Гомельської області.
методи розробки
Кардіологічна служба РБ представлена мережею обласних кардіологічних диспансерів, від своїх підшефних РНПЦ «Кардіологія» на організаційному та методичному рівні. Саме в даних установах сконцентровані всі провідні експерти-кардіологи. У системі "тілі ЕКГ" цим установам надано експертний рівень (центр). У районних і амбулаторно-поліклінічних закладах, як правило, немає кардіологів, а ставки лікарів-функціоналістів не завжди заповнені. У таких ситуаціях їх функції виконують терапевти. В ЕКГ-кабінетах працюють медсестри і при незаповнених лікарських ставках медсестра часто стає особою, яка приймає рішення щодо синдромной ЕКГ-діагностики. Мережа таких закладів розглядається як регіональний рівень організаційної моделі дистанційній ЕКГ-діагностики (абоненти). Щодо Білорусі раціонально організувати дворівневу модель системи "тілі ЕКГ" з виділенням центрального ядра і ряду регіональних абонентських пунктів.
Центральне ядро являє собою автоматизоване робоче місце кардіолога-консультанта на базі цифрової електрокардіографічної станції, що складається з бази знань, центральної бази ЕКГ-даних і телекомунікаційного апаратно-програмного забезпечення. Передбачено функціонування системи як в оперативному режимі (on-line), так і в режимі пакетної обробки інформації (off-line). На даному рівні виконується функція адміністрування центральної бази даних.
Вхідні дані: службова інформація (від кого, кому, час посилки повідомлення), ідентифікатор пацієнта, ЕКГ в 12 стандартних відведеннях в форматі короткої записи (10 с) або довгою записи (60 секунд), комп'ютерне синдромное ЕКГ-висновок, додаткові відомості. Вихідні дані: службова інформація (від кого, кому, час отримання запиту, час відправки повідомлення), експертне синдромное ЕКГ-висновок, ступінь небезпеки стану хворого, лікувальні та організаційні рекомендації.
Ядро регіонального рівня розглядається як робоче місце віддаленого користувача (лікаря-терапевта, медсестри) і являє собою персональний комп'ютер, набір апаратно-програмних засобів, які забезпечують введення ідентифікатора пацієнта, реєстрацію, контроль якості ЕКГ-сигналу і передачу інформації в консультативний центр, регіональний архів пацієнтів . Все ЕКГ, що відправляються на консультацію, отримують рівень терміновості по типу світлофора ( "червоний" -дуже терміново, "жовтий" -терміново, "зелений"-запит, що допускає очікування в черзі).
Вхідні дані: службова інформація (від кого, кому, час посилки повідомлення, час прийому повідомлення), ідентифікатор пацієнта, експертне ЕКГ-висновок, рекомендації консультанта, вжиті заходи. Вихідні дані: службова інформація (від кого, кому, час відправки повідомлення), ідентифікатор пацієнта, ЕКГ в 12 стандартних відведеннях в форматі короткої (10с) або довгою записи (60 с), комп'ютерне синдромное ЕКГ-висновок і додаткові клінічні відомості.
Взаємозв'язок робочого місця віддаленого користувача з центром забезпечується за допомогою стандартних телекомунікаційних засобів (корпоративна VPN-мережу, Інтернет, внутрішньолікарняні мережі і мобільний зв'язок).
Для оцінки вимог до каналів передачі телеінформації потрібно визначити обсяги даних, що переміщуються між джерелами і приймачами інформації. Далі, знаючи ці обсяги і виходячи з допустимого часу очікування, можна встановити мінімальну пропускну здатність інформаційних каналів. З метою дистанційного консультування хворого консультанту потрібно передати основний первинний матеріал - зареєстровану ЕКГ і додаткову службову інформацію. У зворотному напрямку - від консультанта до абонента - має сенс повертати тільки текстову інформацію, то є синдромное ЕКГ-висновок і рекомендації. Зрозуміло, що обсяг цих даних істотно менше обсягу, переданого для консультації. Система "тілі ЕКГ" має симетричну архітектуру. Це означає, що будь-який абонент мережі може виступати як в ролі консультанта, так і в ролі консультируемого. Тому вимоги до пропускної здатності передавального і приймаючої каналів для кожного учасника системи "тілі ЕКГ" однакові.
Ємність переданого масиву ЕКГ в байтах розраховується за формулою
де fкв - частота квантування сигналу, Гц,
N - число байт, що використовуються для представлення одного відліку ЕКГ,
K - кількість збережених каналів ЕКГ,
T - довжина запису, с.
У проектованої системі частота квантування становить 1000 Гц, формат даних 4 байта, кількість нативних ЕКГ-каналів 8. Для передачі 10 з пакета потрібно 320 000 байт, а для передачі 60 з пакета вже буде потрібно 1 920 000 байт.
З метою скорочення обсягів інформації і зменшення інформаційних потоків прийнято рішення стискати або архівувати масиви ЕКГ і передавати по каналах стислі записи. Нами використаний алгоритм ZLib. Це досить ефективний і швидкий алгоритм стиснення-відновлення даних без втрат після відновлення. Відносно ЕКГ-масивів за нашими даними він забезпечує приблизно дворазове стиснення інформації. Тому максимальний обсяг масиву ЕКГ-сигналів, що підлягають передачі при відправці на консультацію, можна орієнтовно оцінити як рівний 1 мегабайту.
Для оцінки необхідної пропускної спроможності телекомунікаційних каналів необхідно визначити допустиму тривалість сеансу передачі. З огляду на можливу екстреність консультації, а також міркування комфортності проведення діагностичного процесу, видається доречним встановити граничну тривалість сеансу передачі ЕКГ, рівну 10 секундам. Ясно, що для трансляції 1 МВ даних за 10 с потрібно швидкість в 100 КВ / с. Оскільки при обміні даними в телекомунікаційних мережах використовуються протоколи, які передбачають також передачу-прийом службових посилок, можна з запасом зупинитися на вимогу до пропускної спроможності каналу в 200 КВ / с. Даний параметр цілком відповідає технічному рівню стандартних телекомунікаційних мереж, що діють в Республіці Білорусь.
Відзначимо, що при симетричній архітектурі всі абоненти використовують однакове програмне забезпечення. При цьому будь-який учасник, по-перше, має можливість реєструвати ЕКГ, візуалізувати їх на екрані монітора, роздруковувати на папері різні протоколи дослідження і зберігати результати дослідження в комп'ютерному архіві. По-друге, будь-який абонент може відправити свої дослідження на консультацію будь-якого іншого абоненту. І, по-третє, кожен член такого мережевого співтовариства має право виступити в ролі консультанта. При цьому він може прийняти консультовану ЕКГ з супроводжуючими даними, побачити її на екрані дисплея і надрукувати за допомогою принтера, проаналізувати і відправити назад свій висновок.
Природно, що всі описані функції адмініструються. Тобто, адміністратор системи "тілі ЕКГ" повинен мати можливість регулювати ступінь доступу кожного абонента до тих або інших функцій системи.
Телекомунікаційними ресурсами даний проект забезпечує Об'єднаний інститут проблем інформації Національної Академії наук Білорусі. Завданням цього користувача є установка і підтримка корпоративної VPN-мережі. Робота VPN заснована на формуванні тунелю між двома точками Інтернету (див. Малюнок 1). При підключенні абонента до центрального комп'ютера формується тунель, по якому можна проводити обмін даними між двома кінцевими точками вузла. При цьому цей тунель непрозорий для всіх інших точок мережі.
Малюнок 1. Приклад організації доступу в VPN-мережі
Розробляється система ТелеЕКГ позиціонується як користувач даної мережевої структури, наділений зобов'язаннями дотримуватися визначені правила, сценарії і протоколи.
Результати дослідження
Відповідно до плану Програми Союзної Держави "ТМ - Чорнобиль" в ряді лікувально-профілактичних установ Гомельської області впроваджені абонентські пункти системи "тілі ЕКГ" на базі 12-канального цифрового електрокардіографа "Інтекард". Географія впроваджень представлена на малюнку 1.
Електрокардіографи з програмним забезпеченням "Інтекард-Теле" встановлено, як правило, в кабінетах ЕКГ відділень функціональної діагностики лікарень і поліклінік. Устаткування і програма орієнтовані на експлуатацію медичними сестрами. Медичний персонал освоював прийоми експлуатації за 4-5 годин. Особливих проблем з оволодіння прийомами експлуатації не виникало. Єдину складність у осіб старшого покоління викликало оволодіння роботи з мишею і клавіатурою комп'ютера. Медсестри молодого віку як правило володіють основами комп'ютерної грамотності. Всі перераховані вище абоненти мережі забезпечені керівництвом по експлуатації програми "Інтекард-Теле". Створене програмне забезпечення має розвинену систему підказок і захист від помилок оператора.
висновок
Розробка телекомунікаційної діагностики виконувалася за фінансової підтримки Департаменту з ліквідації наслідків катастрофи від аварії на ЧАЕС. При її експлуатації очікується істотне скорочення часу на отримання висококваліфікованого експертного висновку для хворих з серцево-судинною патологією, які проживають в забруднених регіонах. Запитувана консультація буде отримана протягом 3-5 хвилин при організації безперервного чергування. При передачі пакетної інформації (кількох ЕКГ) очікуваний час відгуку знаходиться в діапазоні 20-30 хвилин. Досягнуті параметри сприяють підвищенню шансів хворого на успішний результат. У свою чергу це сприяє зниженню кількості кардіоваскулярних катастроф і смертності. Система "телеЕКГ" скорочує також економічні витрати, пов'язані з хибнопозитивними виїздами фахівців по лінії санавіації. Впровадження і активна експлуатація розробки в масштабах країни буде знижувати неоднорідність рівня наданої кардіологічної допомоги населенню Республіки Білорусь.