ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ В ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИИ

Авторы: М.А. Сидорова, С.Ю. Костенков

Описание: Рассмотрено два пути применения средств вычислительной техники в медицинских исследованиях, которые шли во встречном направлении. Приведена классификация применяемых в электрофизиологии компьютерных систем по назначению. Выделены три основные составляющие медицинских приборно-компьютерных систем: медицинское, аппаратное и программное обеспечение. Рассмотрены современные отечественные медицинские приборно-компьютерные системы и методы, применяемые при электрофизиологических исследованиях. Выделены несколько основных факторов, которые влияют на политику в области медицинской компьютерной техники и определяют уровень внедрения компьютеров в медицинскую практику.

Ключевые слова: Электрофизиология; медицинская техника; классификация; приборно-компьютерные системы.

На сегодняшний день, диагностический процесс не обходится без средств автоматизации, а именно, применения компьютерных технологий. Особенно широко средства автоматизации нашли применение в электрофизиологии. Электрофизиология — раздел физиологии, изучающий электрические проявления жизнедеятельности клеток, тканей и органов, а также механизмы воздействия на них электрического тока. Электрофизиологические методы исследования нашли широкое применение при диагностике и лечении различных заболеваний, оценке функционального состояния органов, тканей, отдельных клеток, при изучении природы биоэлектрических явлений и их связи с различными процессами жизнедеятельности. Компьютерные технологии особенно бурно развиваются именно в этой области медицины. Современные компьютеры представляют собой плоды развития первых моделей, которые были разработаны в период Второй мировой войны. Универсальные компьютеры многоцелевого назначения стали появляться на рынке в 50-е –60-е года [1]. Однако намного раньше люди начали размышлять над тем, как можно было бы использовать подобные устройства (если они вообще когда-нибудь появятся). Еще в Средние века ученые задавались вопросом, можно ли объяснить логический ход мысли человека на языке каких-либо формализованных или алгоритмических процедур.

Компьютеры никогда не разрабатывались специально для конкретных медицинских задач. А информационные процессы, сопряженные с медико-биологическими, клиническими и профилактическими проблемами, привели к мысли о применении электронных вычислительных машин. По своей структуре клинические данные, принципиально отличаются от информации, используемой в физике, технике или даже в клинической биохимии. Эти различия порождают специфические проблемы [2]. В конце 60-х годов применение средств вычислительной техники в медицинской аппаратуре позволило перейти к разработке принципиально новых устройств. Развитие шло в двух встречных направлениях:

оснащение медаппаратуры специализированными вычислительными устройствами;
подключение медаппаратуры к универсальным ЭВМ.

Первое направление развивалось в основном производителями медицинской аппаратуры и начиналось с применения простейших микроконтроллеров, с помощью которых осуществлялись управление и несложная обработка информации. Вычислительная мощность таких приборов позволяла проводить расчеты лишь после того, как врач провел обследование. Результаты выводились, как правило, на цифровое табло. Программы, поддерживающие работу прибора, были небольшими и хранились в постоянном запоминающем устройстве. Обычно программы писались непосредственно самими разработчиками прибора, так как каждый прибор был индивидуален, а также существовала очень жесткая связь с проектируемым оборудованием. Второе направление развивалось в медицинских научно-исследовательских институтах, оснащенных универсальными ЭВМ. Здесь ЭВМ сопрягали со стандартной медицинской аппаратурой. Так, к середине 70-х годов были разработаны автоматизированные системы для использования в клинике. С появлением персональных компьютеров и их применением в медицинских приборах произошел еще одни качественный скачок в медицинской технике. Благодаря универсальности и повышению вычислительной мощности слияние меди- цинского устройства и компьютера позволило добиться отличных результатов. К настоящему моменту можно считать, что оба направления практически полностью сблизились и медицинские приборно-компьютерные системы (МПКС) со встроенными специализированными ЭВМ обладают такими же возможностями обработки медицинской информации, что и системы, построенные с использова- нием универсальных ЭВМ.

По функциональным возможностям МПКС подразделяются на: специализированные, многофункциональные и комплексные. Специализированные системы предназначены для проведения исследований одного вида (например, электрокардиографических). Многофункциональные системы позволяют проводить исследования нескольких видов (например, электрокардиографические и электроэнцефалографические). Комплексные системы обеспечивают комплексную автоматизацию важной медицинской задачи. Например, мониторная система для автоматизации палаты интенсивного наблюдения, позволяющая отслеживать важнейшие физиологические параметры пациентов, а также контролировать функционирование аппаратов искусственной вентиляции легких.

По назначению МПКС могут быть разделены на ряд классов. К ним относятся:

системы для проведения функциональных и морфологических исследований;
мониторные системы;
системы управления лечебным процессом;
системы лабораторной диагностики;
системы для научных медико-биологических исследований.

Широкое распространение получили системы для проведения функциональ- ных и морфологических исследований. С их помощью осуществляются:

исследования системы кровообращения;
исследования органов дыхания;
исследования головного мозга и нервной системы;
исследования органов чувств (зрение, слух и т.д.);
рентгенологические исследования (в том числе компьютерная томография);
магнито-резонансная томография;
ультразвуковая диагностика;
радионуклидные исследования;
тепловизионные исследования.

Мониторные системы предназначены для длительного непрерывного наблюдения за состоянием пациента в первую очередь в палатах интенсивной терапии, операционных и послеоперационных отделениях. К системам управления процессами лечения и реабилитации относятся автоматизированные системы интенсивной терапии, системы биологической обратной связи, а также протезы и искусственные органы, создаваемые на основе микропроцессорной технологии. К системам для лабораторной диагностики относятся системы, предназначенные для автоматизированной обработки данных лабораторных исследований. В их число входят системы для анализа биосред и биожидкостей организма больного (крови, мочи, клеток, тканей человека и т.п.), данных микробиологических и вирусологических исследований, иммуноферментных исследований и другие.

Системы для научных медико-биологических исследований отличаются более широкими возможностями, позволяющими осуществлять более детальное и глубокое изучение состояния организма больного. Кроме того, системы для научных исследований позволяют проводить исследования на животных. В МПКС можно выделить три основные составляющие: медицинское, аппаратное и программное обеспечение. Медицинское обеспечение любой медицинской системы — это комплекс медицинских предписаний, нормативов, методик и правил, обеспечивающих оказа- ние медицинской помощи посредством этой системы. Применительно к МПКС медицинское обеспечение включает в себя способы реализации выбранного круга медицинских задач, решаемых в соответствии с возможностями аппаратной и программной частей системы. Медицинское обеспечение включает в себя методиче- ские и метрологические вопросы. Под аппаратным обеспечением понимают способы реализации технической части системы, включающей средства получения медико-биологической информации, средства осуществления лечебных воздействий и средства вычислительной техники. В качестве вычислительного средства в МПКС используют как специализированные микропроцессорные устройства, так и универсальные ЭВМ. В про- стейшем типовом случае аппаратная часть системы включает медицинский диагностический прибор, устройство сопряжения и компьютер.

К программному обеспечению относят математические методы обработки медико-биологической информации, алгоритмы и собственно программы, реализующие функционирование всей системы [2]. МПКС для проведения электрофизиологических исследований подразделяются на:

системы для исследования функций кровообращения (электрокардиографы такие, как Альтон-106 (2006 г.), ЭК3ТЦ-3/6-04 «Аксион» (2008 г.), реограф Мицар-РЭО (2007 г.));
системы для исследования головного мозга (эхоэнцефалографы такие, как «Ангиодин-Эхо/У» (2008 г.), Комплексмед 3.1 (+синусограф) (2010 г.), Сономед-315 (2006 г.));
системы для исследования сетчатки глаз (прибор «ИОЛ-мастер» (2000 г.));
системы для исследования общего состояния организма человека через кожу (система «Медискрин» - «Спортскрин» (2006 г.));
системы для исследования состояния желудочно-кишечного тракта (оте- чественная разработка «Гастроскан-ГЭМ» (2008 г.)) [3].

Разнообразие медицинских приборно-компьютерных систем указывает на многогранность и сложность тех проблем, которыми занимаются медицинские информатика, практика и исследования. Управление информационными базами данных является необходимым в медицинской практике и за последние два деся- тилетия значительно возрос интерес к использованию компьютерных систем как к дополнительным средствам, обеспечивающим возможность автоматизированной обработки и управления информационными потоками. Можно выделить несколько основных факторов, которые влияют на полити- ку в области медицинской компьютерной техники и определяют уровень внедре- ния компьютеров в медицинскую практику:

использование новейших достижений в области разработки аппаратного и программного обеспечения;
постепенное увеличение числа специалистов, прошедших обучение и получивших необходимую подготовку как по клинической медицине, так и по теории компьютерных систем;
непрекращающиеся изменения в политике финансирования системы здравоохранения, нацеленные на контроль и корректировку роста затрат на медицинские цели [3].

Внедрение новейших технологий разработки аппаратных средств обеспечения позволило заметно снизить стоимость мощных компьютеров, которые стали доступны для больниц, больничных отделений и даже для отдельных врачей. Широкий выбор компьютеров самых разнообразных габаритов, стоимости и функциональных возможностей делает перспективу их использования в медицинских задачах весьма привлекательной и реальной. Технологические усовершенствования устройств хранения информации &mdah; например, появление оптических дисков &mdah; существенно упростили и удешевили процесс накопления и запоминания больших массивов данных. Это, в свою очередь, значительно расширило возможность решения прикладных задач, требующих обработки большой массы информации. Примером может служить полностью автоматизированная цифровая система получения рентгеновских изображений. Стандартизация аппаратных средств и достигнутые успехи в создании информационных сетей упрощают доступ к общим базам данных и обеспечивают возможность интеграции взаимосвязанных функций управления базами данных в пределах больницы или какой-либо другой организации здравоохранения.

Вторым из определяющих факторов является рост числа специалистов, получивших двойное образование как в области медицины, так и в технической и инженерной области. Специалистам в компьютерной области, способным понять специфику медицинских проблем, легче создавать компьютерные системы, отвечающие реальным потребностям медицинской практики. С другой стороны, медицинский персонал, получивший специальную подготовку по компьютерным технологиям, сможет на основе использования хорошо развитых методов построить необходимую систему и избежать при этом прошлых ошибок других разработчиков. По мере того, как все большее число специалистов по обеим отраслям знаний будет подготовлено, и по мере внедрения разрабатываемых ими программ, все более реальной будет становиться возможность того, что специалисты-медики получат в свое распоряжение полезные и практичные автоматизированные системы, способные оказать им существенную помощь в деле обработки и использова- ния необходимой информации. Третьим фактором, влияющим на уровень внедрения компьютерных технологий в медицинские учреждения, является растущее давление со стороны финансирующих органов в плане жесткого контроля и ограничения средств, выделяемых медицинским организациям на текущие расходы. В настоящее время в медицинской практике все шире распространяется тенденция использовать современные технологические достижения для решения практически любой задачи, связанной с лечением больного. Врачи начинают считать, что данных стандартного физического обследования пациента уже не достаточно для постановки диагноза и выбора курса лечения. Следует отметить, что стремительное развитие аппаратных и программных средств в сочетании с ростом компьютерной грамотности специалистов-медиков способствует внедрению эффективных компьютерных программ в медицинскую практику. Электрофизиология является перспективной областью применения достижений современных компьютерных технологий.

Список литературы

Кулаичев А.П. Компьютерная электрофизиология и функциональная диагностика. — 4-е изд. перераб. и доп. — М: ИНФРА-М, 2007-2010. — 640 с.
Гельман В.Я. Медицинская информатика: практикум. — СПб: Питер, 2001. — 408 с. (Се- рия «Национальная медицинская библиотека»).
Блуа М.С., Шертлиф Э.Г. Компьютеры на службе медицины: развитие новой отрасли знаний. Часть 2. Blois M. S., Shortliffe E. H. The computer meets medicine: emergence of a discipline Medical Informatics: Computer Applications in Health Care. Addison-Wesley Publishing Company. 1990. Chapter 1. — P. 3-34.275 Sand Hill Road, Metro Park, Ca 9402S.