"Wszechobecna kardiologia - wyzwania współczesnej telemedycyny" - dr hab. Piotr Augustyniak (AGH)

Wszechobecna kardiologia wyzwania współczesnej

telemedycyny

Piotr Augustyniak

Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej AGH

[email protected]://home.agh.edu.pl/~august

plan wykładu

• wprowadzenie

• interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?

• personalizacja oprogramowania analizującego EKG

• jak ocenić jakość parametrów diagnostycznych EKG?

• technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy

• podsumowanie

oferta zdalnej diagnostyki kardiologicznej

1981 - 1990

brak mobilności pacjenta

wprowadzenie

ograniczona mobilność pacjentaopóźniona interpretacja zdarzeń

1981 - 1990

1991 - 2000

wprowadzenie


1981 - 1990

1991 - 2000

2001 - 2010

nieograniczona mobilność pacjentainteraktywna interpretacja zdarzeń

wprowadzenie


wprowadzenie

nieustanne monitorowanie parametrów życiowych

• Postęp technologii cyfrowej komunikacji bezprzewodowej uzasadnia uznanie nieustannego monitorowania parametrów życiowych jako najbezpieczniejszego rozwiązania dla osób starszych i przewlekle chorych mieszkających samotnie.

• Rejestratory będące elementami ubrania umożliwiają pomiar szerokiego zakresu parametrów i sygnałów, natomiast inteligentne systemy wbudowane symulują ciągły nadzór personelu medycznego o najwyższych kwalifikacjach

• poruszający się świat pacjentów o zmiennym stanie• rozproszony świat komputerów interpretujących• ruchomy świat kardiologów

wprowadzeniediagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek

autonomia

globalna łącznośćbezprzewodowa

nadzór specjalistykardiologa

wprowadzeniediagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek

• interpretacja centralna – cyfrowy kanał bezprzewodowy przesyła sygnał surowy do centrum interpretacjizbędne obliczenia, ciągła dostępność nośnika, koszty….

rozwiązania obecne

Philips-Zymed

Emergency Medical & Rescue Systems AustraliaHoland / Germany

interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?

rozwiązania obecne• interpretacja zdalna – rejestrator pacjenta wyposażony w

nienadzorowane oprogramowanie interpretacyjne ogólnego przeznaczenia, kompromisy jakościowe niska wiarygodność, fałszywe alarmy, brak personalizacji

BioLog 3000 EPI-MEDICS Cardiette PeM

French / Italy / SwedenAustria


rozwiązania obecne


Obserwacja: Oprogramowanie interpretacyjne jest konstruowane w oparciu o bloki funkcjonalne - kolejne wersje programu o wzbogaconych możliwościach zawierają dodatkowe moduły


Obserwacja:

Uzasadnienie:

Oprogramowanie interpretacyjne jest konstruowane w oparciu o bloki funkcjonalne - kolejne wersje programu o wzbogaconych możliwościach zawierają dodatkowe modułyProducent może bardzo łatwo komponować aplikacje dla rozmaitych zastosowań z poszczególnych bloków


Obserwacja:

Uzasadnienie:

Oprogramowanie interpretacyjne jest konstruowane w oparciu o bloki funkcjonalne - kolejne wersje programu o wzbogaconych możliwościach zawierają dodatkowe modułyProducent może bardzo łatwo komponować aplikacje dla rozmaitych zastosowań z poszczególnych bloków

Problemy: 1. Zbędne obliczenia2. Propagacja błędów obliczeniowych3. Wielokrotny odczyt sygnału surowego


Analiza przepływu informacji:

Stały zestaw parametrów diagnostycznych

Stała częstotliwość próbkowania

Selekcja informacji

Podpróbkowanie (eliminacja powtórzeń)

Kiedy dokonać ponownego odczytu ?


rozwiązanie proponowane

• Dwukierunkowe użycie cyfrowej łączności bezprzewodowej i zaprojektowanie oprogramowania interpretacji EKG jako rozproszonego procesu przetwarzania.

• Adaptacyjny podział zadań interpretacji w zależności od zgodności z założonym celem diagnostycznym i w kontekście bieżącego stanu pacjenta

personalizacja oprogramowania analizującego EKG

!





to jest typowy rejestrator EKGdla każdego

a to jest rejestrator EKG jutraspecjalnie dla Ciebiejest programowalny zdalnie


aparat specjalnie dla Ciebie


aparat specjalnie dla Ciebiepomiędzy rejestratorem a centrum interpretacyjnym ustanawiana jest łączność dwukierunkowa

umożliwia to zdalną adaptację oprogramowania rejestratora do aktual-nego stanu pacjenta, celów diagnostycznych i ograniczeń technicznych



często zdarza się, że lekarz na podstawie diagnozy zleca wykonanie badań uzupełniających

rejestratory ogólnego przeznaczenia są wyposażone w podstawowe procedury interpretacyjne uzupełniane w miarę potrzeby



nowe atrybuty parametrów diagnostycznych

jak ocenić jakość parametrów diagnostycznych EKG?

jak ocenić jakość parametrów diagnostycznych EKG?nowe atrybuty parametrów diagnostycznych

dowolna kolejność

przypadkowy wybór

Wycinek macierzy hierarchii parametrów diagnostycznych w zależności od stanu pacjenta; przedstawione są znormalizowane wartości współczynników wagowych Wp.

22 parametry

12 stanów

• 1730 przypadków analizy EKG, • 12 najczęściej spotykanych jednostkach chorobowych w ilości od 16 do 323 przypadków, • 17 innych patologii zbyt rzadkich dla generalizacji wniosków.



Wycinek macierzy okresów ważności parametrów diagnostycznych w zależności od ich wartości w opisie stanu pacjenta.

22 parametry

22 parametry



technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy

Założenia: 1. Parametry diagnostyczne są uzupełnione o dodatkowe atrybuty: poziom istotności oraz okres ważności

2. Istnieją reguły priorytetów i uaktualniania parametrów diagnostycznych zależne od stanu pacjenta (można je sformułować na podstawie analizy zachowań ekspertów - kardiologów)3. Istnieje mechanizm nadążny adaptacji procesu interpretacji do zmian stanu pacjenta

Teza: Możliwe jest skonstruowanie systemu auto-adaptacyjnego dostarczającego optymalnego opisu diagnostycznego

Lekarz byłby wyręczony w procesie selekcji informacji istotnych oraz ponownego zlecania diagnozy

optymalizacja przepływu informacji

optymalny zestaw parametrów diagnostycznych

Zmienna częstotliwość próbkowania

Sterowanie aktualizacją

Optymalny opis pacjenta


często zdarza się, że pacjent chory odwiedza lekarza częściej i jest badany dokładniej niż pacjent zdrowy

współpraca rejestratorów z centrum wykorzystuje zmienną częstotliwość raportowania – w przypadkach uzasadnionych raport jest ciągły

technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzyzmienna częstość raportowania

analiza strumienia danych – interpretacja zapisu przekracza możliwości rejestratora, zostaje wysłana dodatkowa procedura interpretacyjna

technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzyzmienna częstość raportowania

interesujące jest poznanie regułjakimi podświadomie kieruje siękardiolog podczas interpretacji zapisu EKG

obiektem badań są kardiolodzy !

stosowane są metody powszechne w naukach przyrodniczych oraz w socjologii (eksperyment, obserwacja, statystyka)

współczesne badania... kardiologów


strategiainterpretacji algorytm

pozyskanie w sposób obiektywny zasad postępowania kardiologów umożliwi ich implementację w elektrokardiografach cyfrowych jutra

nawyk okoruchowy



pozyskiwanie informacji z zapisu jest procesem wyłącznie wizualnym

można zatem użyć metodologii eksperymentów okoruchowych

system Ober2 jest oparty na różnicowym pomiarze podczerwonego światła odbitego od gałki ocznej

system Ober2 używa wiązki podczerwieni 940 nm o natężeniu 5mW w impulsach 80s; zapewnia dokładność 0,02 z częstotliwością próbkowania do 2000 Hz





ocena atrakcyjności poszczególnych fragmentów zapisu i analiza strategii pozyskiwania informacji wizyjnej są podstawą obiektywnej oceny postępowania diagnostycznego



Wstępne testy systemu diagnostycznego z interpretacją wyzwalaną zdarzeniem:

Jakość parametrów diagnostycznych

ii i wpQ

12

11

12

1 i iw

podsumowanie

Wstępne testy systemu diagnostycznego z interpretacją wyzwalaną zdarzeniem:

Stopień redukcji złożoności obliczeniowej, objętości strumienia informacji i czasu przetwarzania w systemie z interpretacją wyzwalaną zdarzeniem w porównaniu z systemem statycznym

podsumowanie

podsumowanie

20092008

• wprowadzenie

• interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?

• personalizacja oprogramowania analizującego EKG

• jak ocenić jakość parametrów diagnostycznych EKG?

• technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy

• podsumowanie

bibliografia1. CHIARUGI F. et al. (2002) 'Real-time Cardiac Monitoring over a Regional Health Network: Preliminary

Results from Initial Field Testing' Computers in Cardiology 29, pp. 347-350

2. NELWAN SP., van DAM TB., KLOOTWIJK P., MEIL SH. (2002) 'Ubiquitous Mobile Access to Real-time Patient Monitoring Data' Computers in Cardiology 29, pp. 557-560

3. GOUAUX F., et al. (2002) 'Ambient Intelligence and Pervasive Systems for the Monitoring of Citizens at Cardiac Risk: New Solutions from the EPI-MEDICS Project' Computers in Cardiology 29, pp. 289-292

4. MAGLAVERAS N., et al. (2002) 'Using Contact Centers in Telemanagement and Home Care of Congestive Heart Failure Patients: The CHS Experience' Computers in Cardiology 29, pp. 281-284

5. PINNA GD., et al. (2003) ' Home Telemonitoring of Chronic Heart Failure Patients: Novel System Architecture of the Home or Hospital in Heart Failure Study' Computers in Cardiology 30, pp. 105-108

6. BOUSSELJOT R., et al. (2003) 'Telemetric ECG Diagnosis Follow-Up' Computers in Cardiology 30, pp. 121-124

7. CHIARUGI F., et al. (2003) 'Continuous ECG Monitoring in the Management of Pre-Hospital Health Emergencies' Computers in Cardiology 30, pp. 205-208

8. KHOÓR S., et al. (2003) 'Internet-Based, GPRS, Long-Term ECG Monitoring and Non-Linear Heart-Rate Analysis for Cardiovascular Telemedicine Management' Computers in Cardiology 30, pp. 209-212

9. CARDIONET, http://www.cardionet.com

10. Pocketview, http://www.emssupply.com

11. g.BSanalyse, http://www.gtec.at

bibliografia12. IBM Electrocardiogram Analysis Program Physician's Guide (5736-H15) 2-nd edition, 1974

13. HP M1700A Interpretive Cardiograph Physician's Guide ed. 4. Hewlett-Packard, 1994

14. DRG MediArc Premier IV Operator's Manual version 2.2. 1995

15. ECAPS-12C User Guide: Interpretation Standard revision A. Nihon Kohden. 2001

16. CardioSoft Version 6.0 Operator's Manual. GE Medical Systems Information Technologies, Inc. Milwaukee, 2005

17. Paoletti M. Marchesi C. Low computational cost algorithms for portable ECG monitoring units. IFMBE Proc. Medicon 2004, p. 231

18. Moody G. MIT/BIH Arrhythmia Database Distribution. Massachusetts Institute of Technology, Division of Health Science and Technology. Cambridge, MA, 1993

19. Willems JL. Common Standards for Quantitative Electrocardiography 10-th CSE Progress Report, 1990. Leuven: ACCO publ.,

20. IEC 60601-2-47 Medical electrical equipment: Particular requirements for the safety, including essential performance, of ambulatory electrocardiographic systems. 2001

Dziękuję za uwagę

"Wszechobecna kardiologia - wyzwania współczesnej telemedycyny" - dr hab. Piotr Augustyniak (AGH)

Health & Medicine