Подход к диагностике и профилактике заболеваний на основе комплексного применения интеллектуального анализа функциональных показателей пациентов и технологий телемедицины

Медицинская диагностика - это определение заболеваний, которыми, возможно, болен пациент, на основе данных о его симптомах, полученных в результате наблюдений [1]. Существуют различные подходы к созданию медицинских систем диагностики [2,3], правильный выбор которых играет большую роль в дальнейшей профилактике и лечении заболеваний пациентов. В качестве одного из таких подходов предлагается комплексное применение интеллектуального анализа функциональных показателей пациентов и телемедицины.

Современные жизненные условия, в которых находится человек, не позволяют в полной мере реализовывать его право на получение оперативной и качественной медицинской помощи в нужном месте и в нужное ему время. К тому же оперативное получение качественной медицинской помощи сейчас доступно только в платных дорогих клиниках, а прием к врачу в государственных учреждениях является затруднительным из-за больших очередей и неэффективных процессов обслуживания пациентов. Так же многие пациенты просто не могут посещать клиники из-за ограничений подвижности или перенесенных тяжелых заболеваний, то есть являются малоподвижными. Все эти факторы затрудняют раннее выявление возможных заболеваний, предупреждение острых критических состояний и проведение адекватных и своевременных профилактических и лечебных мероприятий, которые являются перспективным стратегическим направлением борьбы с различными заболеваниями и предупреждением их последствий. В связи с этим, особенно актуальным является разработка новых решений, позволяющих устранить или минимизировать перечисленные недостатки существующих процессов диагностики и профилактики заболеваний.

В качестве одного из таких решений в данной работе предлагается подход, основанный на комплексном использовании интеллектуального анализа данных и телемедицины, позволяющий максимально эффективно проводить медицинскую диагностику за счёт оперативного и точного наблюдения показателей в течение необходимых интервалов времени, а так же генерировать рекомендации на основе анализа результатов наблюдений с целью предупреждения возможности развития различного рода отклонений в заболеваниях в острой или хронической форме.

Целью разработки описанного в данной работе подхода является минимизация рисков возникновения заболеваний пациентов на основе комплексного применения интеллектуального анализа функциональных показателей пациентов и технологий телемедицины.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

• 1)    Провести анализ текущего состояния исследуемой области.

• 2)    Выявить недостатки существующих походов к функциональной диагностике и профилактике заболеваний пациентов и инструментария, с помощью которого реализуются данные подходы.

• 3)    Описать предлагаемый подход и алгоритм реализации диагностики и профилактики заболеваний на основе комплексного использования интеллектуального анализа функциональных показателей пациентов и телемедицины.

Объектом исследования являются процессы оказания медицинских услуг пациентам.

Предметом исследования являются подходы к диагностированию и профилактике заболеваний пациентов.

В настоящее время существует множество различных подходов к диагностированию заболеваний пациентов, рассмотрим более подробно такой метод, как функциональная диагностика. Малая медицинская энциклопедия дает следующее определение данного понятия: «Функциональная диагностика - раздел диагностики, содержанием которого являются объективная оценка, обнаружение отклонений и установление степени нарушений функции различных органов и физиологических систем организма на основе измерения физических, химических или иных объективных показателей их деятельности с помощью инструментальных или лабораторных методов исследования» [4].

Разберем более подробно следующие инструментальные и лабораторные методы исследования [4], которые будут включены в диагностику в рамках предлагаемого подхода.

• 1)    Электрокардиография (ЭКГ)

ЭКГ является основным методом диагностики в кардиологии, она позволяет выявить патологии и нарушения в работе сердечной мышцы и сердечно-сосудистой системы. Метод основан на регистрации и анализе электрической активности миокарда, распространяющейся по сердцу в течение сердечного цикла. Регистрация производится с помощью специальных приборов - электрокардиографов, которые доступны и для домашней диагностики.

• 2)    Электроэнцефалография (ЭЭГ)

ЭЭГ является методом исследования электрической активности головного мозга. Он основан на суммарной регистрации биоэлектрической активности отдельных зон, областей, долей мозга. Производится с помощью специальных приборов – электроэнцефалографов. ЭЭГ так же можно сделать в домашних условиях.

• 3)    Измерение артериального давления (АД)

Измерение АД является одним из основных методов диагностики артериальной гипертонии и некоторых других отклонений в деятельности кровеносной системы. Производится с помощью тонометра.

• 4)    Измерение температуры

Позволяет определить комплексный показатель теплового состояния пациента. Производится с помощью медицинского термометра.

• 5)    Измерение уровня сахара

Самым достоверным способом определения уровня глюкозы крови считается лабораторное исследование, где используется венозная кровь, но данный способ доступен только в условиях стационарного лечения. Также применяются экспресс методы, доступные любому пациенту в домашних условиях:

– тест-полоски, которые при контакте с жидкостью изменяют свой цвет в зависимости от концентрации глюкозы.

– использование портативного глюкометра. Для проведения анализа чаще всего требуется капля крови из пальца, но существуют глюкометры, адаптированные для анализа крови из предплечья, бедра, плеча или бугорков ладони.

• 6)    Измерение уровня холестерина

Уровень холестерина можно измерить двумя способами: измерение с помощью лабораторных исследований и измерения при помощи биохимического анализатора крови, который пациент можно осуществить самостоятельно в домашних условиях.

Применение интеллектуального анализа функциональных показателей позволит обнаруживать в медицинских данных некие шаблоны, которые на основе уже существующих правил, описывающих связь различных симптомов с заболеваниями, позволят диагностировать заболевания пациентов и выбирать способы профилактики или лечения.

Телемедицина - направление медицины, основанное на использовании телекоммуникаций для адресного обмена медицинской информации между специалистами с целью повышения качества и доступности диагностики лечения [5]. Также в настоящее время технологии телемедицины позволяют осуществлять следующие услуги для пациентов [6]:

• -    консультации, как в реальном времени, так и в отложенном режиме;

• -    системы дистанционного биомониторинга - комплексы, включающие датчики, измеряющие температуру тела, давление крови, парциальное давление кислорода, ЭКГ и функции дыхания, соединены с настольным монитором, который, в свою очередь, автоматически отправляет данные в телемедицинский центр.

Таким образом, применение технологий телемедицины при диагностировании и профилактике заболеваний, позволит пациентам, не выходя из дома, отслеживать состояние здоровья и получать медицинские услуги в дистанционном режиме.

Комплексное применение интеллектуального анализа функциональных показателей пациентов и технологий телемедицины позволит пациентам проводить самодиагностику на дому, анализировать полученные при диагностике данные с помощью интеллектуального анализа данных и получать рекомендации от программной системы, реализующей описываемый в данной работе подход.

Обобщенный алгоритм применения предлагаемого комплексного подхода представлен на рисунке 1. Процесс диагностики в данном случае будет заключаться в следующем:

• 1.    Пациент использует один из приборов (или несколько) на свое усмотрение (в зависимости от того, что его беспокоит) для измерения функциональных показателей (ЭКГ, ЭЭГ, АД, температуры, глюкозы, холестерина) в течение определенного промежутка времени.

• 2.    Эти данные по проводному (USB) или беспроводному каналу (Bluetooth, Wi-Fi и т.п.) – в зависимости от интерфейса медицинского прибора, которым замеряются функциональные показатели – отправляются на персональный компьютер (или смартфон) пациента, на котором установлена программная система, обеспечивающая предлагаемый в данной работе комплексный подход. Программа фиксирует полученные с приборов данные с указанием даты и времени их измерения.

• 3.    Затем приложение с помощью разработанных в рамках предлагаемого подхода нейронных сетей (один из методов интеллектуального анализа данных) сравнивает эти данные с данными, характерными для различных заболеваний.

• 4.    Если показатели отклоняются от нормы, то программа сигнализирует об этом пациенту и дает заранее заготовленные на каждое заболевание рекомендации, а так же автоматически отправляет измеренные пациентом показатели и предварительный диагноз системы лечащему врачу.

• 5.    После чего между пациентом и врачом программа автоматически согласовывает дату и время дистанционной консультации.

• 6.    После того, как пациент и врач подтверждают предлагаемые программой день и время консультации, программа за определенный пациентом период времени до консультации напоминает и врачу и пациенту о запланированном сеансе связи. В назначенное время пациент получает консультацию и, если требуется, необходимое ему лечение или госпитализацию.

Рисунок 1 Алгоритм применения подхода

Предлагаемый подход к диагностике и профилактике заболеваний позволяет пациентам не только самостоятельно отслеживать состояние своего здоровья, но и предотвращать на основании рекомендаций программы возникновение новых заболеваний и развитие имеющихся заболеваний в хроническую форму. Использование телемедицины совместно с анализом с помощью нейросетей даст возможность получить качественную и своевременную медицинскую помощь при диагностике и профилактике заболеваний, не выходя из дома или офиса, при этом функциональные показатели пациента всегда будут находиться под рукой у врача.

Новизна результатов проведенного исследования состоит в комплексном применении интеллектуального анализа функциональных показателей пациентов и технологий телемедицины.

В заключение можно сделать вывод, что главная цель проведенного исследования достигается. Благодаря комплексному применению интеллектуального анализа функциональных показателей пациентов и технологий телемедицины риски возникновения заболеваний у пациентов минимизируются, а качество медицинских услуг повышается за счет более качественной диагностики и оперативного анализа и назначения пациентам необходимого им лечения.