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
oferta zdalnej diagnostyki kardiologicznej
1981 - 1990
1991 - 2000
2001 - 2010
nieograniczona mobilność pacjentainteraktywna interpretacja zdarzeń
wprowadzenie
oferta zdalnej diagnostyki kardiologicznej
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
interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?
rozwiązania obecne
interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?
Obserwacja: Oprogramowanie interpretacyjne jest konstruowane w oparciu o bloki funkcjonalne - kolejne wersje programu o wzbogaconych możliwościach zawierają dodatkowe moduły
interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?
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
interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?
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
interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?
Analiza przepływu informacji:
Stały zestaw parametrów diagnostycznych
Stała częstotliwość próbkowania
Selekcja informacji
Podpróbkowanie (eliminacja powtórzeń)
Kiedy dokonać ponownego odczytu ?
interpretacja EKG w centrum, czy u pacjenta?
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
!
rozwiązanie proponowane
personalizacja oprogramowania analizującego EKG
rozwiązanie proponowane
personalizacja oprogramowania analizującego EKG
to jest typowy rejestrator EKGdla każdego
a to jest rejestrator EKG jutraspecjalnie dla Ciebiejest programowalny zdalnie
personalizacja oprogramowania analizującego EKG
aparat specjalnie dla Ciebie
personalizacja oprogramowania analizującego EKG
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
aparat specjalnie dla Ciebie
personalizacja oprogramowania analizującego EKG
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
personalizacja oprogramowania analizującego EKG
aparat specjalnie dla Ciebie
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.
nowe atrybuty parametrów diagnostycznych
jak ocenić jakość parametrów diagnostycznych EKG?
Wycinek macierzy okresów ważności parametrów diagnostycznych w zależności od ich wartości w opisie stanu pacjenta.
22 parametry
22 parametry
nowe atrybuty parametrów diagnostycznych
jak ocenić jakość parametrów diagnostycznych EKG?
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
technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy
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
technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy
strategiainterpretacji algorytm
pozyskanie w sposób obiektywny zasad postępowania kardiologów umożliwi ich implementację w elektrokardiografach cyfrowych jutra
nawyk okoruchowy
współczesne badania... kardiologów
technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy
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
współczesne badania... kardiologów
technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy
współczesne badania... kardiologów
technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy
ocena atrakcyjności poszczególnych fragmentów zapisu i analiza strategii pozyskiwania informacji wizyjnej są podstawą obiektywnej oceny postępowania diagnostycznego
współczesne badania... kardiologów
technologia opanowana - nowe wyzwania dla lekarzy
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