Разработка системы телемониторинга больных

Развитие телемедицинских технологий требует наличия высокопроизводительного оборудования и разработки специального программного обеспечения, поэтому всегда являлось высокозатратным. Облачные технологии развиваются стремительно и охватывают все больше и больше сфер деятельности. Современные информационные технологии могут обеспечить мягкий переход на повсеместное использование телемедицины в практике

В настоящий момент рынок телемедицинских систем стремительно развивается. Особый интерес представляют системы, базирующиеся на основе мобильного электрокардиографа и/или индивидуальных регистраторов-передатчиков электрокардиограммы (ЭКГ). По данным справочника «Медицинские приборы» в России доступно 6 телемедицинских систем, позволяющих регистрировать ЭКГ и передавать показания приборов по каналам связи.

здравоохранения.

На сегодняшний день хроническая сердечная недостаточность (ХСН) является одной из основных главных проблем в здравоохранении, практически во всех государствах мира, в том числе, актуальна на сегодняшний день в России, Соединенных Штатах Америки, а также и других индустриально экономически развитых странах Европы и стран Запада. Это обусловлено тем, что летальность от этих болезней остается очень высокой, а сама программа по лечению и контролю по состоянию здоровья пациента очень дорогостоящие.

Основная часть

Разрабатываемый программный продукт предназначен для создания системы телемониторинга больных с ХСН и состоит из двух программных компонентов – приложения для мобильного телефона на платформе Android, реализующего функционал, необходимый больному и серверного приложения сбора данных о пациентах, реализующего функционал, необходимый лечащему врачу.

Проектируемая система базируется на использовании телемедицинских технологий – телемониторинга, удаленного наблюдения и телепатронажа. Суть телемониторинга заключается в том, что пациент может передать обслуживающему его врачу по телефонной сети или через Интернет. Вся медицинская информация о состоянии здоровья пациента, считывается особым приспособлением, при помощи которого ведется запись, и мониторинг различных замеряемых результатов будь то (контроль измерения веса, запись ЭКГ, сахара в крови, записи результатов измерения артериального давления и т. д.) и другую информацию о своем состоянии. Вся направленная информация анализируется лечащим специалистом и, опираясь на собранные данные, назначают сам процесс лечения, а в случае надобности – организовать госпитализацию пациента в медицинское учреждение.

Основные задачи использования телемедицинского наблюдения у больных с ХСН следующие:

─ молниеносного реагирования на проблематичные ситуации;

─ выполнение медико-профилактических программ;

─ увеличение общего количества пациентов, находящихся под присмотром без нарушения качества лечения.

Система состоит их трех структурных компонентов: блока пациента, системы сбора и накопления данных и набора приложений, обеспечивающих заданный функционал системы.

Блок пациента включает набор медицинских приборов – сенсоров, данные с которых передаются по беспроводной технологии Bluetooth на персональное коммуникационное устройство и далее по сетям сотовой связи в центральную базу данных, где они становятся доступными уполномоченному медицинскому специалисту через web-интерфейс для изучения, анализа и принятия решений. Специально разработанное телемедицинское оборудование для телемониторинга позволяет осуществить как сам процесс сбора информации, так и саму передачу медицинских данных о состоянии здоровья пациента из дома в медицинское учреждение для дальнейшего изучения и обработки специалистами. Это оборудование включает медицинские измерительные приборы и коммуникационное оборудование.

По средствам беспроводной связи собранные первичные данные передаются на домашний компьютер владельца, то есть пациента, возможна передача на КПК карманный компьютер или во встроенный компьютер мобильного телефона, где в дальнейшем происходит обрабатывание полученной информации по алгоритму заложенного в искусственный интеллект. Следующие действия по принятию решений зависят от развертывания события, в границах которого будет использоваться надлежащие оборудование. Данные могут сохраняться как на личном компьютере пациента, для последующего анализа специалистом в режиме off-line или передаваться по средствам защищенной связи по зашифрованному каналу обмена данных в удаленный центр мониторинга.

Собранные данные – результаты измерений должны не только накапливаться, но и оперативно обрабатываться.

Такая подсистема должна представлять данные в различных форматах – текстовом для кратких оперативных сообщений и графическом – для сравнения и сопоставления в динамике. На основании изучения собираемых и накапливаемых данных могут назначаться телеконсультации с ведущими специалистами, планироваться дополнительные стационарные обследования и осуществляться направление на стационарное лечение.

Само понятие мобильного устройства подразумевает собой обширный набор похожих моделей из своего ряда. В настоящий момент все современные мобильные устройства обладают необходимой емкостью памяти для хранения и записи данных, а также функцией подключаться к другим мобильным телефонам, к компьютерам и прочей техники, как по кабельным, так и по беспроводным соединениям. С таким набором возможностей, устройство с высокой степенью адаптации и функциональности становиться универсальным инструмент для решения различных задач.

Для выполнения выделенных задач система должна состоять из следующих составных частей.

• 1.    Мобильные терминалы (точки доступа) системы мониторинга пациентов, выполненные на базе различных телефонных устройств,

• 2.    Базовые станции (БС) операторов сотовой связи, которые организуют доступ от мобильного терминала к глобальной сети Internet.

• 3.    Web-сервер системы удаленного наблюдения за множеством больных, который должен содержать базу данных достаточной емкости и способен обслуживать параллельные запросы как от терминалов, так и от клиентов.

• 4.    Клиентские терминалы. Это программы (или приложения в Web-браузере) которые предназначены для удаленного доступа к информации, помещаемой на сервер мобильными терминалами.

поддерживающих видеовходы, пользовательский интерфейс и сетевые соединения.

На рисунке 1 представлена структурная схема разрабатываемой системы, включающая все перечисленные компоненты.

Лечащий врач/Therapist

Медицине

Кардиовизор/ Канал связи/ ,      ,

CardlOVISOt         |j_nk (пост нас

Medical

(observation post)

Пациент/ a patient.

Консу льтант-специал ист/ Consultant Specialist

Android устройстве/

Android device

Камера/ iCamera

Патронажная медсестра/ patronage nurse

Мобильный терминал . веб-браузером/ Mobile web browser with a terminal

Серверное ПО, поддержки центра наблюдения/ Server software, support monitoring center кий центр иодения)/ Center

______ Клиентское ПО, ______ ।поддержки пациента/

£lient software, patient support,

Рисунок 1. Структура системы динамического наблюдения за больными с ХСН.

• Figure 1.    Structure of dynamic monitoring system for patients with CHF.

Дальнейшей декомпозиции потребует клиентская и серверная часть системы.

Для детального проектирования взаимодействия между компонентами системы и различными пользователями были построены диаграммы взаимодействия на основе разработанных вариантов использования.

В прецеденте «Соблюдение схемы приема лекарств» участвуют:

• 1)    пациент – пользователь, которым является больной с ХСН, 2) мобильный терминал больного с ХСН с клиентским ПО, 3) веб-сервер – серверное приложение, поддерживающее систему связи и / или управления БД, хранящей информацию обо всех пользователях-пациентах и доступное через интернет.

Диаграмма деятельности представлена на рисунке 2.

Пациент/ a patient

Терминал/ terminal

Всб-ссрвср / web server

i Сообщить дозу приема препарата^ | inform the dose of the drug _ч

Сообщить о выполнен

ии^Т1овторить, через интервал/ inn of repeated after interval report on the implementation of

Доза/ Dose

Отметка о выполнении/ The mark on the implementation of

После последнего [\ приема лекэртсв/

Запросить рекомендации/ Ask for recommendation

After the last medication

1 Информировать об изменениях/ То inform about the changes

Сообщение об изменениях/

Report of changes

Рисунок 2. Диаграмма последовательности для функции соблюдение схемы приема лекарств.

• Figure 2.    The sequence diagram for the function of medication compliance scheme.

В работе терминала предполагается, что по истечению некоторого времени от выдачи сообщения о необходимости приема медпрепарата, при отсутствии подтверждения со стороны пользователя сообщение генерируется повторно. Все указанные действия повторяются для каждого запланированного приема. После последнего на данный день приема лекарств терминал связывается с сервером для проверки изменений в схеме на следующий день, а также формирования других обязательных сообщений для пациента.

Следует отметить, что указанные взаимодействия повторяются каждый день, поэтому время жизни приложения – сутки, с дальнейшим циклическим повторением. Аналогично время жизни и для прецедента «заполнение дневника самоконтроля», диаграмма на рисунк е 3.

Пациент/ a patient

Терминал/ terminal

Всб-ссрвср / web server

Создать новую запись/ I Create a new record

Занести показатели/ introduce indicators

Сообщить о результатах/ report on the results

Запомнить показателе remember indicators

'Сохранить копию на сервере'

save a copy on the server

Рисунок 3. Диаграмма последовательности для функции заполнения дневника самонаблюдения.

• Figure 3.    Diagrams of the sequence for the function of filling the diary of introspection.

В функции заполнения дневника основную роль выполняет мобильный терминал, при инициировании начала действий со стороны пользователя. На рисунке 4 эта функция детализирована с использованием диаграммы деятельности.

Рисунок 4. Диаграмма деятельности мобильного терминала для функции заполнения дневника самонаблюдения.

• Figure 4.    Diagram of the mobile terminal operations for the function of filling the diary of introspection.

Взаимодействие пациента, терминала и веб-сервера для прецедента «контроль физической активности» представлено на рисунке 5. Инициирует работу приложения на терминале пользователь в любой момент времени и без обязательного последовательного выполнения всех действий. Завершение функции считается введение второго значения пульса, для которого предполагается, что измерения выполнены после нагрузки. Контроль за обязательным вводом всех наблюдаемых параметров возлагается на терминал и выполняется после последнего приема медпрепарата.

Записать результаты дня/

Record the results of the day x

Пациент/ a patient

Терминал/ terminal

Веб-сервер / web server

Ввести пульс 2/

Enter the pulse 2

Запросить рекомендации/ j Ask for recommendation

Сообщить?

To report у Длительность и вид нагрузки/7 , I he duration and type of load_______- |

Ввести пульс 1/

Enter the pulse 1

Рисунок 5. Диаграмма последовательности для функции контроля физической активности.

• Figure 5.    Sequence diagram for physical activity monitoring functions.

На основании проведенного анализа можно сформулировать следующие обязательные требования к клиентскому ПО, размещенному на мобильном терминале пациента:

• 1)    формировать сообщения о необходимости приема медпрепаратов по заданной схеме;

• 2)    обеспечивать внесение данных;

• 3)    сохранять в локальной памяти и передавать на сервер записи о физической активности, приеме лекарств и дневника самообследования;

• 4)    получать с сервера схему приема лекарств и информационные сообщения;

• 5)    сравнивать вводимые параметры с заданными критериями ухудшения состояния.

Для решения этих задач мобильное приложение должно включать базу данных – схемаприема лекарств, службу поддержки фонового процесса для генерации запросов к БД через интервалы времени для проверки необходимости запуска основного интерфейсного приложения для отображения оповещения на экране мобильного устройства и для просмотра пациентом справочной информации (рисунок 6).

Рисунок 6. Схема клиентского приложения мобильного терминала пациента

Figure 6. Scheme of mobile client application terminal patient

Интерфейсное приложение может быть запущено пользователем для просмотра информации о приеме медпрепаратов, настройки оповещений в любой момент времени, а также оно запускается специальной службой, которая постоянно работает на мобильном терминале и через определенные промежутки времени сверяться с локальной базой данных и раз в сутки с серверной.

В прецеденте «Оценка состояния больного» участвуют:

Врач / Doctor

Выбрать пациента/ Select patient

• 1)    врач – пользователь, которым может быть медицинский персонал, наблюдающий за больным с ХСН, 2) веб-сервер – серверное приложение, поддерживающее систему связи и / или управления БД, хранящее информацию обо всех пользователях-пациентах и доступное через интернет в веб-браузере врача, 3) мобильный терминал больного с ХСН с клиентским ПО.

Диаграмма деятельности представлена на рисунке 7.

Веб-сервер / web server

Мобильный терминал/ mobile terminal

Получить медицинскую информацию/

Get the health information

Передать сообщение/ То send a message

Послать рекомендации / ________ Send recommendation ________,

Выбрать пациента/

---- Select p atient

Получить схему приема лекартсв/' Get medication dosage regimen

Загрузить схему/ Download chart

’------Изменить схему/

— Change scheme

Рисунок 7. Диаграмма последовательности для функции оценки состояния больного

Figure 7. The sequence diagram for patient evaluation function Заключение

На основании проведенного анализа можно сформулировать следующие обязательные требования к серверному ПО, помимо основной функции накопления информации о закрепленных больных с ХСН:

• 1.    авторизированный доступ;

• 2.    поиск по базе заданного больного или по заданным значениям параметров его состояния;

• 3.    вывод информации в текстовой и графической форме;

• 4.    обмен информационными сообщениями с зарегистрированными мобильными терминалами.