Информационные технологии в акушерстве и гинекологии

      Последние 20 лет ряд фармацевтических фирм работает над созданием препаратов, повышающих диагностическую ценность ультразвуковых методов, так называемых эхоконтрастных средств. Уже сейчас можно сказать о достижении значимого прогресса в этой области.

     90-е годы ознаменовались появлением эхоконтрастов, которые изучались во многих мировых медицинских центрах, и в результате некоторые из них были разрешены к использованию у больных. Внедрение эхоконтрастов в клиническую практику резко увеличит количество проводимых ультразвуковых исследований, при этом качество диагностики резко возрастет. По некоторым оценкам, около 1 млрд. долларов США было использовано фармакологической индустрией и исследовательскими центрами для разработки и оценки эхоконтрастных препаратов. Они уже продемонстрировали возможности эхоконтрастов для значимого увеличения чувствительности допплеровских методик. Это в свою очередь привело к появлению возможности лоцировать потоки в глубоко залегающих и мелких сосудах. Ряд эхоконтрастов способен усиливать серошкальное изображение. При этом появилась возможность идентифицировать зоны инфаркта миокарда и улучшить выявление опухолей почек и печени. В экспериментах на животных на моделях опухолей печени удавалось лоцировать структуры диаметром 2-3 мм за счет использования ткань специфических веществ, захватываемых ретикулоэндотелиальной системой.

     Ультразвук, являющийся диагностическим методом №1 в кардиологии и акушерстве, потеснит РКТ, МРТ и радиоизотопные методы при исследовании также и мягких тканей. По оценочным данным, к 2010 г., благодаря очередному технологическому скачку, ультразвуковые методы с использованием различных типов контрастов завоюют 50% диагностического рынка для исследования внутренних органов и мягких тканей. Произойдет также существенное сокращение количества изотопных исследований в неотложной кардиологии, проводимых для выявления инфаркта миокарда, так как на смену им придет Эхо КГ с контрастированием миокарда, способная отдифференцировать пораженный миокард от жизнеспособного.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. КЛАССИФИКАЦИЯ  МЕДИЦИНСКИХ  ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 
    Ключевым звеном в информатизации  здравоохранения является информационная  система. 
 
    Классификация медицинских информационных систем основана на иерархическом принципе и соответствует многоуровневой структуре здравоохранения. Различают: 
 
1. Медицинские информационные системы базового уровня, основная цель которых – компьютерная поддержка работы врачей разных специальностей; они позволяют повысить качество профилактической и лабораторно-диагностической работы, особенно в условиях массового обслуживания при дефиците времени квалифицированных специалистов. По решаемым задачам выделяют:  
 
1) информационно-справочные системы (предназначены для поиска и выдачи медицинской информации по запросу пользователя), 
 
2) консультативно-диагностические системы (для диагностики патологических состояний, включая прогноз и выработку рекомендаций по способам лечения, при заболеваниях различного профиля), 
 
3) приборно-компьютерные системы (для информационной поддержки и/или автоматизации диагностического и лечебного процесса, осуществляемых при непосредственном контакте с организмом больного),

 

4) автоматизированные рабочие места специалистов (для автоматизации всего технологического процесса врача соответствующей специальности и обеспечивающая информационную поддержку при принятии диагностических и тактических врачебных решений);

 

2. Медицинские информационные системы уровня лечебно-профилактических учреждений. Представлены следующими основными группами:  

1) информационными системами  консультативных центров (предназначены  для обеспечения функционирования  соответствующих подразделений  и информационной поддержки врачей  при консультировании, диагностике  и принятии решений при неотложных  состояниях), 
 
2) банками информации медицинских служб (содержат сводные данные о качественном и количественном составе работников учреждения, прикрепленного населения, основные сведения),  
 
3) персонифицированными регистрами (содержащих информацию на прикрепленный или наблюдаемый контингент на основе формализованной истории болезни или амбулаторной карты), 
 
4) скрининговыми системами (для проведения доврачебного профилактического осмотра населения, а также для выявления групп риска и больных, нуждающихся в помощи специалиста), 
 
5) информационными системами лечебно-профилактического учреждения (основаны на объединении всех информационных потоков в единую систему и обеспечивают автоматизацию различных видов деятельности учреждения), 
 
6) информационными системами НИИ и медицинских вузов (решают 3 основные задачи: информатизацию технологического процесса обучения, научно-исследовательской работы и управленческой деятельности НИИ и вузов);

 
3. Медицинские информационные системы территориального уровня. Представлены: 
 
1) ИС территориального органа здравоохранения;  
 
2) ИС для решения медико-технологических задач, обеспечивающие информационной поддержкой деятельность медицинских работников специализированных медицинских служб;  
 
3) компьютерные телекоммуникационные медицинские сети, обеспечивающие создание единого информационного пространства на уровне региона;

 
4. Федеральный уровень, предназначенные для информационной поддержки государственного уровня системы здравоохранения.

 

    3.  МЕДИЦИНСКИЕ ПРИБОРНО-КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

 
    Важной разновидностью  специализированных медицинских  информационных систем являются  медицинские приборно-компьютерные  системы (МПКС).  
 
    В настоящее время одним из направлений информатизации медицины является компьютеризация медицинской аппаратуры. Использование компьютера в сочетании с измерительной и управляющей техникой в медицинской практике позволило создать новые эффективные средства для обеспечения автоматизированного сбора информации о состоянии больного, ее обработки в реальном масштабе времени и управление ее состоянием. Этот процесс привел к созданию МПКС, которые подняли на новый качественный уровень инструментальные методы исследования и интенсивную терапию. МПКС относятся к медицинским информационным системам базового уровня. Основное отличие систем этого класса – работа в условиях непосредственного контакта с объектом исследования и в реальном режиме времени. Они представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы. Для работы МПКС помимо вычислительной техники, необходимы специальные медицинские приборы, оборудование, телетехника, средства связи. 
 
    Типичными представителями МПКС являются медицинские системы мониторинга за состоянием больных, например, при проведении сложных операций; системы компьютерного анализа данных томографии, ультразвуковой диагностики, радиографии; системы автоматизированного анализа данных микробиологических и вирусологических исследований, анализа клеток и тканей человека.  
 
    В МПКС можно выделить три основные составляющие: медицинское, аппаратное и программное обеспечение. 
 
    Применительно к МПКС медицинское обеспечение включает в себя способы реализации выбранного круга медицинских задач, решаемых в соответствии с возможностями аппаратной и программной частей системы. К медицинскому обеспечению относятся наборы используемых методик, измеряемых физиологических параметров и методов их измерения, определение способов и допустимых границ воздействия системы на пациента. 
 
    Под аппаратным обеспечением понимают способы реализации технической части системы, включающей средства получения медико-биологической информации, средства осуществления лечебных воздействий и средства вычислительной техники. 
 
    К программному обеспечению относят математические методы обработки медико-биологической информации, алгоритмы и собственно программы, реализующие функционирование всей системы.

 

 

 

          4.  МЕДИЦИНСКАЯ ДИАГНОСТИКА

 
     Разработка и внедрение  информационных систем в области  медицинских технологий является  достаточно актуальной задачей.  Анализ применения персональных  ЭВМ в медицинских учреждениях  показывает, что компьютеры в  основном используются для обработки  текстовой документации, хранения  и обработки баз данных, статистики. Часть ЭВМ используется совместно  с различными диагностическими  и лечебными приборами. В большинстве  этих областей использования  ЭВМ применяют стандартное программное  обеспечение – текстовые редакторы,  СУБД и др. Поэтому создание  информационной организационно-технической  системы, способной своевременно  и достоверно установить диагноз  больного и выбрать эффективную  тактику лечения, является актуальной  задачей информатизации. 
 
     Задачу диагностики в области медицины можно поставить как нахождение зависимости между симптомами (входными данными) и диагнозом (выходными данными). Для реализации эффективной организационно-технической системы диагностики необходимо использовать методы искусственного интеллекта. Целесообразность такого подхода подтверждает анализ данных, используемых при медицинской диагностике, который показывает, что они обладают целым рядом особенностей, таких как качественный характер информации, наличие пропусков данных; большое число переменных при относительно небольшом числе наблюдений. Кроме того, значительная сложность объекта наблюдения (заболеваний) нередко не позволяет построить даже вербальное описание врачом процедуры диагноза. Интерпретация медицинских данных, полученных в результате диагностики и лечения, становиться одним из серьезных направлений нейронных сетей. При этом существует проблема их корректной интерпретации. Широкий круг задач, решаемых с помощью нейросетей, не позволяет пока создать универсальные мощные сети, вынуждая разрабатывать специализированные нейронные сети, функционирующие по различным алгоритмам. Основными преимуществами нейронных сетей для решения сложных задач медицинской диагностики являются: отсутствие необходимости задания в явной форме математической модели и проверки справедливости серьезных допущений для использования статистических методов; инвариантность метода синтеза от размерности пространства, признаков и размеров нейронных сетей и др. 
 
     Однако использование нейронных сетей для задач медицинской диагностики связано также с рядом серьезных трудностей. К ним следует отнести необходимость относительно большого объема выборки для настройки сети, ориентированность математического аппарата на количественные переменные.

 

      5.  УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ  МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

     Современные успехи клинической диагностики во многом определяются совершенствованием методов исследования. Значительный скачек в этом вопросе был достигнут благодаря разработке и внедрению в практику принципиально новых способов получения медицинского изображения, в том числе ультразвукового метода. Чрезвычайно ценным является способность эхографии визуализировать внутреннюю структуру паренхиматозных органов, что было недоступно традиционному рентгенологическому исследованию. Благодаря высокой информативности и достоверности ультразвукового метода диагностика многих заболеваний и повреждений поднялась на качественно новый уровень. В настоящее время, наряду с компьютерной томографией и другими более современными методами, ультразвуковая диагностика используется повсеместно являясь одним из ведущих диагностических методов во многих разделах клинической медицины.  
 
     В последние годы в связи с очень широким распространением ультразвуковой аппаратуры, ее доступностью для любых даже очень небольших медицинских учреждений. Назревает потребность в специалистах, в совершенстве владеющих методикой и техникой ультразвукового исследования.

     Ультразвуковое исследование (УЗИ) – метод исследования внутренних органов и тканей, основанный на анализе различий отражения ультразвуковых колебаний от структур разной плотности (в газовой среде ультразвук распространяется хуже, чем в жидкой и твердой). С помощью УЗИ (Ультразвуковое исследование) можно установить границы тканей различной плотности, выявляя их изменения, наличие опухолей, камней, расширения (сужения) крупных сосудов, протоков и т.п.

     Что такое ультразвук? Метод ультразвукового исследования основан на обыкновенном эхе способности разных тканей отражать высокие звуковые колебания (свыше 20 000 гц) по-разному. Эти отражения компьютер, подключенный к датчику, преобразует на экране в картинку, понятную специалисту.

   

       5.1.  ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

      Ультразвуком называются звуковые колебания, лежащие выше порога восприятия органа слуха человека. Пьезоэффект, благодаря которому получают ультразвуковые колебания, был открыт в 1881 году братьями П. Кюри и Ж.-П. Кюри. Свое применение он нашел во время первой мировой войны, когда К.В. Шиловский и П. Ланжевен разработали сонар, использовавшийся для навигации судов, определения расстояния для цели и поиска подводных лодок. В 1929 году С.Я. Соколов применил ультразвук для неразрушающего контроля в металлургии (дефектоскопия). Этот крупнейший советский физик-акустик явился родоначальником ультразвуковой интроскопии и автором наиболее часто используемых и совершенно различных по своей сути методов современного звуковидения.  
 
      Попытки использования ультразвука в целях медицинской диагностики привели к появлению в 1937 году одномерной эхоэнцефалографии. Однако лишь в начале пятидесятых годов удалось получить ультразвуковое изображение внутренних органов и тканей человека. С этого момента ультразвуковая диагностика стала широко применяться в лучевой диагностике многих заболеваний и повреждений внутренних органов.

      Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титана, бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

     Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Звуковые волны, в том числе и ультразвуковые, характеризуются периодом колебания — временем, за которое молекула (частица) совершает одно полное колебание; частотой — числом колебаний в единицу времени; длиной — расстоянием между точками одной фазы и скоростью распространения, которая зависит главным образом от упругости и плотности среды. Длина волны обратно пропорциональна её частоте. Чем меньше длина волн, тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата. В системах медицинской ультразвуковой диагностики обычно используют частоты от 2 до 10 МГц. Разрешающая способность современных ультразвуковых аппаратов достигает 1-3 мм.

      Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости распространения звуковых волн. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «импеданс».

     Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая — отражается. Коэффициент отражения зависит от разности величин акустического сопротивления граничащих друг с другом тканей: чем это различие больше, тем больше отражение и, естественно, больше амплитуда зарегистрированного сигнала, а значит, тем светлее и ярче он будет выглядеть на экране аппарата. Полным отражателем является граница между тканями и воздухом. В простейшем варианте реализации метод позволяет оценить расстояние до границы разделения плотностей двух тел, основываясь на времени прохождения волны, отраженной от границы раздела. Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей, а также разницу в плотностях, образующих границу.