Интеграция мультимедийных компонентов в модели лечебно-диагностического процесса пациентов и клинико-диагностические задачи по кардиологии

Медицина в целом и клиническая кардиология в частности являются областями знаний с очень сложной внутренней структурой. В диагностике и лечении сердечно-сосудистой патологии часто необходимо принимать абсолютно срочные решения. В этой ситуации неполнота информации о пациенте усугубляется дефицитом времени, и врач принимает крайне ответственные решения в условиях неопределенности.

С одной стороны, любой лечебно-диагностический процесс (ЛДП) можно рассмотреть как совокупность информационных процессов с обратной связью: выяснение анамнеза и статуса больного, его самочувствия, физикальное исследование, наблюдения среднего медицинского персонала [1]. Отдельного внимания заслуживают обработка, интерпретация, передача, организация хранения информации о результатах диагностических исследований пациентов. Формализуя и фиксируя результаты этих процессов, мы создаем информационную модель диагностики и лечения больного.

С другой стороны, ЛДП можно представить как последовательность решений основного и вспомогательного персонала медицинской организации. При этом разнообразие клинических ситуаций обусловливает большое количество возможных решений и, соответственно, последствий этих решений. Особого внимания заслуживают «точки бифуркации» ЛДП, решения в которых могут принципиально повлиять на все его последующее течение [2]. В этом контексте очень высоки требования к компетенциям принятия решений врачей-кардиологов, сердечно-сосудистых хирургов, врачей лучевой и функциональной диагностики.

Компетенция врача – это способность применять свои знания, умения, навыки, а также личностные качества для решения определенного класса профессиональных задач. Навыки принятия решений относятся к ментальным компетенциям, и это умение имеет особое значение для успешной деятельности врача в профессиональной области, особенно в условиях неопределенности. Одним из главных вызовов современного медицинского образования является сложность формирования у специалистов навыков принятия эффективных диагностических решений. Для формирования таких врачебных компетенций естественным является использование различных симуляций, в том числе виртуальных пациентов [3].

Интеграция мультимедийных результатов диагностических исследований в информационную модель ЛДП – виртуальных пациентов – позволяет обучать принятию врачебных решений с учетом всей доступной информации о пациенте. Конечно, моменты принятия важных решений определяются особенностями ЛДП конкретного случая, но типично – это выбор информативных методов диагностических исследований, постановка диагноза, определение стратегии лечения. Именно эти основные типы врачебных решений определяют траекторию лечебно-диагностического процесса.

Основным достоинством симуляций является отсутствие угроз для жизни и здоровья пациентов, обеспечение их безопасности в случае ошибочных действий обучающихся или ятрогении [4]. Не требуется разрешения пациента на участие обучающегося в лечебно-диагностическом процессе, не нужно дожидаться появления в стационаре редкого случая заболевания, не нужно опасаться санкций страховой компании, если «что-то пойдет не так». Не менее важным преимуществом симуляций представляется защищенность врача или студента от юридических и финансовых последствий неверных решений. Эта технология избавляет обучающихся от страха диагностических ошибок, связанных с реальной опасностью для больных и ответственностью для врача.

Цель данной работы: использование мультимедийных результатов инструментальных методов исследования для формирования и проверки уровня принятия эффективных диагностических решений.

Материал и методы

Создание виртуальных пациентов невозможно без команды высокопрофессиональных специалистов в разных предметных областях: преподавателей по кардиологии, специалистов лучевой и функциональной диагностики, программных архитекторов, программистов и аналитиков. Виртуальный пациент как информационная модель лечебно-диагностического процесса является компиляцией текстовой и мультимедийной диагностической и клинической информации [5].

При выборе архивной истории болезни для деперсонализации текстовых данных учитывались не только типичность или, напротив, редкость данного случая, но и наличие максимального набора результатов инструментальных исследований для демонстрации их возможности и роли в дифференциальной диагностике заболеваний. В ходе ЛДП возникает значительный массив мультимедийной диагностической информации – эхокардиография (ЭхоКГ), ультразвуковое исследование (УЗИ), электрокардиография (ЭКГ), коронарография, магнитно-резонансная томография (МРТ), ангиография и пр. Технологически в информационную структуру виртуального пациента могут быть интегрированы любые форматы мультимедиа – статичные изображения, аудио-, видеофайлы. Вся эта информация может быть важна для принятия врачебных решений; при этом неинформативные методы исследования приведут к увеличению финансовых затрат учреждения, не помогая врачу принять диагностическое решение.

При необходимости модель дополнялась релевантными по клинико-демографическим характеристикам исследованиями других пациентов. Опытные клиницисты обеспечили полноту и непротиворечивость информации о завершенных случаях заболевания. Для полной функциональности рейтинговой системы были получены экспертные оценки правильности вариантов врачебных решений методами инженерии знаний [6].

В зависимости от целей дальнейшего использования мультимедийные компоненты интегрировались в виртуальные симуляции с двумя разными траекториями предъявления информации обучающимся – линейной и разветвленной. Для создания цельного информационного образа и последующей Web-демонстрации виртуальных пациентов использовано программное обеспечение, зарегистрированное Федеральной службой по интеллектуальной собственности [7, 8].

Результаты и обсуждение

На первом этапе проекта мультимедийные компоненты были интегрированы в линейные модели ЛДП завершенных случаев заболевания, имеющие целью демонстрацию обучающимся врачебных решений. Все клинико-диагностические сведения о виртуальном пациенте дискретизованы на блоки, содержащие как текстовую, так и мультимедийную информацию. Результаты инструментальных методов исследования становятся доступны обучающимся на закладках посещений, следующих за назначением исследований. Они предъявляются в виде сканированных записей ЭКГ, фрагментов записей ЭхоКГ, ангиографии, УЗИ сосудов, изображений рентгенограмм, томограмм и других визуализирующих методов исследования пациента (рис. 1). Каждый мультимедиа файл сопровождается текстовым заключением соответствующего специалиста (рис. 2).

Для демонстрации обучающимся деперсонализированных случаев кардиоваскулярной патологии линейная траектория предъявления и минимальная интерактивность (в виде возможности самостоятельного перемещения на разные этапы ЛДП) достаточны. Линейные виртуальные пациенты не подразумевают альтернативных вариантов развития событий, поскольку целью их использования в образовательном процессе является ознакомление обучающихся с эталонными путями принятия решений в представленных ситуациях.

Рис. 1. Мультимедийные результаты магнитно-резонансной томографии сердца Fig. 1. Multimedia results of cardiac magnetic resonance imaging

Рис.2. Заключение по ультразвуковому исследованию сонных артерий Fig. 2. Conclusion on the carotid artery ultrasound study

Виртуальные пациенты с разветвленной траекторией предъявления информации могут содержать точки принятия решений, и от этих решений прямо зависит дальнейшее развитие кейса с разными вариантами исходов. Разветвленную траекторию могут иметь клинико-диагностические задачи (КДЗ), используемые в медицинском образовании. В зависимости от принимаемых решений течение болезни и состояние пациента постоянно меняются, что означает наличие альтернативных сценариев лечебно-диагностического процесса (траекторий решения КДЗ). В отличие от реального инвариантного лечения пациента в КДЗ реализованы варианты возможного течения заболевания после неверных решений обучающихся. Эта возможность «сослагательного» течения процесса особенно важна для формирования компетенций принятия врачебных решений при изучении КДЗ.

Мультимедийные компоненты, содержащие результаты инструментальных диагностических исследований пациентов, являются частью статичных блоков информации КДЗ. Информация этих блоков необходима как основа для принятия обучающимися решений в интерактивном блоке. Обучающимся предъявляются списки вариантов решений, среди которых присутствуют как правильные, так и неправильные – полностью или частично. Чтобы обоснованно выбрать один/несколько вариантов из списка возможных, обучающийся должен проанализировать всю предоставленную в статичных блоках информацию, в том числе мультимедийную. Пример заполнения интерактивного блока «Назначение инструментальных методов диагностики» представлен на рис. 3. При создании КДЗ для каждого варианта решения разработчик на основании экспертного мнения отмечает степень его правильности (в интервале от нуля до единицы) и прикрепляет файл с мультимедийными результатами исследования. Экспертные оценки близости выбранного варианта решения обучающегося к эталонному служат основой расчета частного рейтинга сформированности компетенции выбора инструментального метода исследования. Мы оцениваем не то, насколько адекватно обучающиеся понимают значение конкретного диагностического изображения, а их решения по диагнозу заболевания и выбору варианта его лечения.

Оценка сформированности компетенции принятия решений должна быть автоматизированной, максимально объективной и понятной как для обучающихся, так и для педагогов. Для клинико-диагностических задач авторами разработана рейтинговая система количественной оценки эффективности принятых решений. Компоненты рейтинговой системы в виде указания правильных вариантов решений, типов и размеров ошибок настраиваются в интерактивных блоках при создании КДЗ (рис. 4).

Рис. 3. Формирование интерактивного блока со списком вариантов решений

Fig. 3. Forming the interactive block with a list of solutions

Рис. 4. Назначение рейтинговых коэффициентов для каждого варианта решений

Fig. 4. Assignment of rating coefficients for each variant of decision

Предложенная рейтинговая система основана на сравнении эффективности принятых обучающимся решений с эталонными вариантами выбора. Принятие решения – это любое действие обучающихся, не только выбор варианта решения, но и «невыбор» каких-либо вариантов; назначение ненужного исследования является ошибкой, как и его неназначение. Принятие решений как в реальной жизни, так и в КДЗ происходит последовательно на протяжении всего лечебно-диагностического процесса. Поскольку каждое последующее решение основано на результатах ряда предыдущих, то хронологически первые решения являются наиболее важными и должны оцениваться строже, чем последующие. Для расчета рейтинга обучающихся мы используем мультипликативный подход, в рамках которого хронологически первое решение будет сильнее влиять на абсолютное значение персонального рейтинга, чем последующие, даже с такими же коэффициентами эффективности. Изначально значение рейтинга равно единице (100%), а вычисление финального значения происходит перемножением всех коэффициентов, связанных с выбранными вариантами решений. Совокупность коэффициентов определяется выбранной траекторией прохождения КДЗ, что обеспечивает полную интеграцию с рейтинговой системой. Значение этого частного рейтинга оценивает знания обучающимися современных методах диагностических исследований, а также навыки адекватного их выбора для конкретного кардиологического случая.

Обсуждение

Формирование врачебных компетенций в образовательном процессе путем многократного принятия решений в меняющихся условиях при действии на пациента разных факторов критически важно для здоровья и жизни больных и может быть эффективно реализовано через симуляционные технологии. Последние характеризуются определенным набором характеристик, весьма полезных в медицинском образовании: