Автоматизированные системы для управления жизненно важными функциями организма

Автоматизированные гибридные системы для консультативной помощи в принятии решений

Опыт в разработке АС для распознавания патологических со­стояний методами вычислительной диагностики и с использова­нием искусственного интеллекта позволил специалистам в обла­сти медицинской информатики сделать следующий шаг — перей­ти к гибридным системам, которые сочетают в себе разные под­ходы. Для решения одной и той же задачи в принципе можно ис­пользовать как алгоритм диагностики на основе математической статистики, математических моделей, так и системы знаний. Эти составляющие могут быть включены как подсистемы в единую автоматизированную консультативную систему.

Рассмотрим два подхода к построению гибридных систем.

Первый подход подразумевает создание ЭС для мониторно-компьютерного контроля, построенных на совокупности математи­ческих и логико-лингвистических моделей в НЦССХ им. А. Н. Ба­кулева. Этот подход реализован в виде систем «Гарвей», «Айбо­лит», «Миррор». Алгоритм, обеспечивающий врача информацией для обоснованного принятия решений, опирается на фундамен­тальные знания в области кровообращения и работы сердца. Пред­ложенная технология обеспечивает персонализацию суммы зна­ний о пациенте на основе контроля результатов текущих решений системы.

Второй подход может иллюстрировать гибридная система для консультативной диагностики типов инсульта (ишемического и геморрагического), включающая патогенетические подтипы ише­мического инсульта на основе сочетания трех методов: статисти­ческого, логико-статистического и нейросетевого, разработанная в Научно-исследовательском центре неврологии РАМН. Как ре­зультат их объединения появилось понятие «статистические ЭС». В частности, в решающих правилах ЭС начали применять матема­тические методы для «вычисления» на разных этапах построения интеллектуальных систем.

В отделениях реанимации и интенсивной терапии используют АС для помощи врачу при управлении жизненно важными функ­циями организма или для постоянного интенсивного наблюдения. Большая часть из них предназначена для индивидуализированно­го мониторного наблюдения за витальными параметрами организма. Такие системы называют прикроватными или мониторно-компьютерными системами (МКС). В настоящее время нор­мой для клинической практики является оборудование отделе­ния реанимации и интенсивной терапии одной или даже не­сколькими МКС.

Безусловным достоинством большинства импортных МКС яв­ляется их высокая надежность, простота съема данных, высокое качество датчиков и измерительных блоков. Отечественные раз­работки отличаются более выраженной интеллектуальной емко­стью. Мониторно-компьютерные системы призваны обеспечивать в режиме реального времени (on-line) регистрацию основных фи­зиологических сигналов для исследования систем гомеостаза, рас­чет величин витальных параметров, представление волновых форм снимаемых кривых и цифровой информации на мониторе. До сих пор некоторые МКС имеют «моносистемную» (в плане физиоло­гических систем) или близкую к ней направленность, например системы для наблюдения за состоянием кровообращения с воз­можностью регистрации респираторной кривой и расчетом час­тоты дыхания. Но становится все больше систем, в которых реа­лизованы съем и обработка сигналов для получения оптимизиро­ванного набора жизненно важных показателей по принципу ра­зумной достаточности.

Наиболее распространенный набор мониторируемых кривых включает: электрокардиограмму (мониторное отведение), сигнал для расчета артериального давления, кривую венозного давления, кривую для расчета минутного объема крови, капнограмму, фотоплетизмограмму.

В течение нескольких десятилетий обсуждается идея модульно­го построения прикроватных систем — несколько вариантов офор­мления со стандартным числом блоков для мониторинга и общим модулем питания.

Каждый блок представляет собой небольшой (стандартного размера) монитор определенного сигнала, блоки комбинируются в любой последовательности в зависимости от профиля отделе­ния реанимации и интенсивной терапии. Несмотря на безуслов­ную привлекательность, эта идея до сих пор не завоевала достой­ного места на рынке автоматизированных приборов и систем для слежения за витальными параметрами.

В МКС, как и в АС обработки сигналов для отделений функцио­нальной и лабораторной диагностики, реализуется следующая технологическая цепочка:

1) датчики и электроды, наложенные на пациента;

2) измерительные блоки;

3) аналого-цифровой преобразователь;

4) вычислительные средства.

В результате аналого-цифрового преобразования непрерывные сигналы становятся массивами чисел, после чего обрабатываются с помощью специальных алгоритмов. При обработке сигналов широко используются модельные представления о физиологиче­ских системах организма. В МКС используется только автоматиче­ский способ обработки сигналов (без участия медицинского пер­сонала). Однако до 15% всей мониторинговой информации со­ставляют артефакты.

Некоторую информацию вводят в МКС вручную: это паспорт­ные, антропометрические данные (рост, масса тела, геометри­ческие параметры тела), некоторые специальные параметры (ат­мосферное давление, влажность воздуха и др.), необходимые для расчетов. Ввод величин параметров вручную в основном осуще­ствляется на этапе настройки АС на конкретного пациента и за­нимает до 5 мин. В определенных клинических ситуациях при не­обходимости экстренного начала мониторинга большую часть на­стройки можно опустить. Нельзя исключать лишь выбор мониторируемых сигналов и ввод необходимой для их обработки специ­альной информации.

В мониторном режиме современные МКС работают сколь угодно долго. Работа осуществляется по циклическому принципу. Цикл мониторинга включает периоды:

1) съема сигналов;

2) их обработки;

3) представления обновленной информации на экране.

Длительность цикла мониторинга в современных автоматизиро­ванных следящих системах для отделения реанимации и интенсив­ной терапии составляет 1 мин. При этом визуализация регистриру­емых кривых происходит практически в режиме реального време­ни.

Представление информации на дисплее осуществляется в не­скольких стандартных формах, для каждой из которых обязатель­ными являются краткая информация о пациенте — фамилия, инициалы, номер истории болезни, обновляемые величины за­данных в данной МКС витальных параметров и «подсказки» по работе с системой.

В МКС применяются три наиболее используемых форм пред­ставления.

1. Экран волновых форм. На экране «плывут» несколько мониторируемых кривых (по выбору пользователя). Врач-реаниматолог оценивает состояние больного, ориентируясь в том числе и на форму регистрируемых кривых (мониторного отведения ЭКГ, капнограммы, кривой потока крови в крупных сосудах и т.д.).

2. Экран динамических трендов (тренд — изменение параметра во времени). На основной части экрана выводится динамика не­скольких витальных параметров по выбору врача. По окончании каждой минуты осуществляется вывод вновь полученных величин. Такая форма представления особенно хорошо себя зарекомендо­вала при использовании быстро (и не всегда одинаково) действу­ющих медикаментов и при использовании экстракорпоральных пособий.

3. Табличная форма представления витальных параметров. По оси абсцисс указаны параметры, по оси ординат — время. Форма снабжена линейками прокрутки. Получаемые в процессе монито­ринга величины все время появляются в соответствующих ячей­ках таблицы. Таблица включает не только определенный в данной системе и относительно короткий перечень витальных парамет­ров, а все рассчитываемые показатели (40 — 60).

По окончании мониторинга или в любой момент по желанию пользователя выводятся табличный и графический отчеты в ис­ходном или «свернутом» виде. Мониторно-компьютерная система хранит информацию за последние 24 — 48 ч динамического на­блюдения. Информация может передаваться в отдельную БД для долгосрочного хранения.

В таких системах кроме повременных срезов основных физио­логических параметров (частоты сердечных сокращений, ударно­го и сердечного индексов, артериального давления, центрального венозного давления, частоты дыхания, напряжения углекислого газа в конце выдоха, оценки неравномерности вентиляционно-перфузионных отношений и др.) используются результаты всех проводимых анализов, данные карты ведения больного, напри­мер жидкостного баланса.

В последнее десятилетие в разработке систем для управления жизненно важными функциями организма произошел качествен­ный скачок. Отмечается рост числа АС для поддержки решений врача при интерпретации данных пациента отделения реанима­ции и интенсивной терапии — интеллектуальных автоматизиро­ванных систем для постоянного интенсивного наблюдения. Эти системы не являются системами для слежения за величинами ви­тальных параметров. Они ориентированы на анализ не только ин­формации, получаемой в процессе мониторинга, но всех име­ющихся на момент анализа сведений о пациенте, включая анам­нестические, клинические, лабораторные данные, а также ин­формацию, полученную с помощью инструментальных методов исследования вне мониторинга. В реанимационной интеллектуаль­ной АС должны реализовываться диагностические алгоритмы и решающие правила, полученные на больших объемах клиниче­ской информации путем интегрирования вычислительных проце­дур и экспертных оценок.

В интеллектуальных АС, предназначенных для помощи врачу при интерпретации данных, выделяют режимы:

1) для анализа состояния физиологических систем организма;

2) интерпретации динамики количественных параметров;

3) прогнозирования.

Режимы для анализа состояния физиологических систем орга­низма предоставляют возможность оценки систем кровообраще­ния, дыхания, кислотно-щелочного равновесия и др. По выбран­ному врачом временному срезу осуществляется построение заклю­чения и выведение графического «портрета» состояния соответ­ствующей системы организма. «Портреты» могут «пролистываться» и «накладываться» друг на друга, что облегчает оценку дина­мики.

Режимы интеллектуальной АС, нацеленные на помощь врачу при оценке количественных параметров, предоставляют возмож­ность выводить динамику одного или нескольких клинически зна­чимых параметров пациента (в любых сочетаниях) в разных гра­фических формах.

Самой востребованной является экран линейных трендов. На экран выводится динамика нескольких параметров по выбору врача за определенный промежуток времени. Каждый параметр выво­дится на отдельном графике, на котором также выведен диапазон условной нормы по данному параметру.

Одна из первых таких систем, в которой реализованы описан­ные режимы, — «Гастроэнтер» — была разработана в Российском государственном медицинском университете (руководитель раз­работки — Т.В.Зарубина).

Как МКС, так и интеллектуальные АС для постоянного интен­сивного наблюдения могут использоваться в отделениях реанима­ции и интенсивной терапии независимо. Даже при отсутствии их интеграции они помогают врачу-реаниматологу в его непростой деятельности.

В ряде ЛПУ автоматизированные системы для постоянного интенсивного наблюдения являются важной составляющей АРМ медицинского персонала отделения реанимации и интенсивной терапии.

Контрольные вопросы

1.Каково назначение медико-технологических информационных си­стем?

2. Какие функции обеспечивают медико-технологические информа­ционные системы?

3. Как медико-технологические информационные системы подразде­ляются по целевому назначению?

4. В каких отделениях ЛПУ используются автоматизированные систе­мы для обработки медицинских сигналов и изображений?

5. Дайте характеристику возможностям современной автоматизиро­ванной системы для обработки медицинских сигналов и изображений.

6. Какие системы выделяют среди автоматизированных систем для консультативной помощи в принятии решений?

7. Кто является пользователями автоматизированных систем для кон­сультативной помощи в принятии решений?

8. Для решения каких клинических задач используется вычислитель­ная диагностика?

9. Дайте определение экспертной системы. Какова ее главная особен­ность?

10. Назовите требования, предъявляемые к медицинским экспертным системам.

11. Кто участвует в разработке экспертной системы?

12. Какие базовые функции реализуются в экспертной системе?

13. Для чего предназначены мониторно-компьютерные системы?

14. Какие функции обеспечивает мониторно-компьютерная система?

15. Что такое «цикл мониторинга»?

16. Назовите формы представления информации в мониторно-компьютерной системе.

17. Для чего предназначены интеллектуальные автоматизированные системы для постоянного интенсивного наблюдения?

18. Какие возможности врачу предоставляют интеллектуальные си­стемы для постоянного интенсивного наблюдения?

19. Определите место МКС и интеллектуальных систем для постоян­ного интенсивного наблюдения в клинической практике.

Глава 8

Дата добавления: 2014-12-27