Miejsce technik telemedycznych w pracach badawczo-rozwojowych Instytutu Techniki i Aparatury Medycznej ITAM

Transkrypt

1 Miejsce technik telemedycznych w pracach badawczo-rozwojowych Instytutu Techniki i Aparatury Medycznej ITAM Piotr J. Bąk Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM

2 Teletransmisja- systemy sieciowe Systemy telemedyczne są możliwe do realizacji dzięki istnieniu bezprzewodowych technik transmisji wykorzystujących do komunikacji fale radiowe i tworzących podstawę działania sieci bezprzewodowych. Komunikacyjne sieci bezprzewodowe dzieli się na trzy rodzaje, z których każdy jest użyteczny do różnych zastosowań: Bezprzewodowa sieć osobista - WPAN (wireless personal area network); Bezprzewodowa sieć lokalna - WLAN (wireless local area network); Bezprzewodowa sieć rozległa - WWAN (wireless wide area network).

3 Sieci bezprzewodowe w systemach telemedycznych ITAM Zastosowanie sieci bezprzewodowych w systemach telemedycznych przedstawiono na przykładzie czterech systemów: Ambulatoryjnego systemu wielostanowiskowej rehabilitacji kardiologicznej (PELETON plus) który wykorzystuje sieć WPAN opartą o system Bluetooth. Systemu rehabilitacji domowej który wykorzystuje sieć osobistą ANT (WPAN) do komunikacji modułów na pacjencie, sieć WPAN Bluetooth do komunikacji w pomieszczeniach domu, sieć rozległą GSM (WWAN) oraz sieć rozległą Internetu (WAN) do komunikacji z centrum monitorowania i komunikacji (CMK). Systemu telemonitoringu szpitalnego (Telemetryczny System Wczesnego Ostrzegania) wykorzystującego sieć lokalną WiFi (WLAN) i przewodową sieć szpitalną LAN. Telemedycznego systemu monitorowania płodu wykorzystującego bezprzewodową sieć rozległą GSM (WWAN), sieć rozległą WAN Internetu i przewodową lokalną sieć szpitalną (LAN).

4 Ambulatoryjny system wielostanowiskowej rehabilitacji kardiologicznej PELETON plus Monitorowanie i przetwarzanie sygnałów EKG oraz ciśnienia krwi Bezprzewodowa transmisja sygnałów biomedycznych Bezprzewodowe sterowanie wieloma ergometrami Obsługa kart chipowych z danymi pacjenta (NFZ lub dedykowanych) z automatyczną identyfikacją pacjent - ergometr - moduł EKG Gromadzenie wszystkich danych pacjenta i danych z przebiegu treningów w bazie danych Tworzenie raportów cząstkowych i zbiorczych treningu Indywidualne projektowanie procedury treningowej

5 Wykorzystanie Bluetooth w systemie PELETON plus W systemie PELETON plus każde stanowisko treningowe jest obsługiwane przez dwa aktywne węzły sieci Bluetooth (jeden dla modułu wejściowego EKG drugi dla cykloergometru). Dla obsługi czterech stanowisk (8 węzłów) konieczne jest wykorzystanie dwóch pikosieci, a więc dwóch adapterów Bluetooth/USB będących węzłami master każdej z nich. Ta sama liczba pikosieci wystarczy jednak również dla siedmiostanowiskowego systemu PELETON plus.

6 System rehabilitacji domowej Przewlekła niewydolność serca (CHF) jest najczęstszą przyczyną chorobowości i śmiertelności w populacji europejskiej. Zastosowanie rehabilitacji kardiologiczne w leczeniu CHF jest obecnie standardem postępowania wykazującym korzystny wpływ na zmniejszenie się chorobowości i śmiertelności. Ze względu na ograniczone ramy czasowe rehabilitacji stacjonarnej efekty treningu bez kontynuacji w warunkach domowych i ambulatoryjnych są tracone w kilka tygodni. Sprawą istotną dla tej grupy chorych staje się więc zapewnienie możliwości kontynuowania rehabilitacji o odpowiedniej intensywności z monitorowaniem niezbędnych parametrów biologicznych. Dobrym rozwiązaniem byłoby umożliwienie pacjentowi kontynuowanie leczenia wraz z procesem rehabilitacji w domu pacjenta. Wymagany jest jednakże nadzór kompetentnych osób nad przebiegiem tego procesu. Zastosowanie teletransmisji w realizacji systemów medycznych umożliwiło budowę systemów monitorowania i rehabilitacji domowej.

7 System rehabilitacji domowej - zakres monitorowania W warunkach domowych można wykonywać wyłącznie monitorowanie parametrów fizjologicznych metodami nieinwazyjnymi. Podstawowe parametry to: elektryczna akcja serca EKG czynność oddechowa kumulacja wody w organizmie ciśnienie krwi wysycenie krwi tlenem waga aktywność ruchowa Wyniki tych pomiarów nie są dostępne dla pacjenta tylko dla personelu medycznego w centrum monitorowania i dla uprawnionych lekarzy mających do niego dostęp poprzez Internet.

8 System rehabilitacji domowej

9 System rehabilitacji domowej W systemie rehabilitacji domowej zostanie wykorzystane wiele różnych systemów komunikacji bezprzewodowej i teletransmisji. Komunikacja pomiędzy modułami przenoszonymi przez pacjenta (moduł EKG, moduł komunikatora, moduł aktywności ruchowej) została oparta na sieci wyposażonej w moduły nrf2401 firmy Nordic (element sieci ANT). Komunikacja wewnątrz pomieszczenia mieszkalnego została zrealizowana na pikosieci Bluetooth (moduł EKG, cykloergometr, waga, Stacja Bazowa netbook). Podstawowa komunikacji Stacji Bazowej i całej sieci domowej z Centrum Monitorowania i Komunikacji wykonywana za pośrednictwem stacjonarnego łącza internetowego. Dostęp operatora lub lekarza do informacji pacjenta zgromadzonych w bazie danych Centrum Monitorowania i Komunikacji został zrealizowany przez komputery PC łączące się z witryną sieciową CMK. Moduł EKG pacjenta może opcjonalnie łączyć się w sytuacjach alarmowych z CMK przy pomocy sieci komórkowej GSM (GPRS) - gdy pacjent przebywa poza pomieszczeniami domowymi.

10 System rehabilitacji domowej Ant Ant

11 Przeznaczenie szpitalnych systemów telemonitoringu Monitorowanie funkcji życiowych pacjentów leżących w stanach zagrożenia życia na oddziałach intensywnej terapii jest realizowane przy pomocy systemów monitorowania, w których monitory przyłóżkowe przekazują wyniki pomiarów do centrum nadzoru instalacjami przewodowymi. Obecnie są to z reguły monitory o zasilaniu sieciowobateryjnym także z możliwością bezprzewodowej transmisji danych wykorzystywanej w transporcie wewnątrz szpitalnym z sal operacyjnych na oddziały. Takie monitory przyłóżkowe przeznaczone są do pomiaru wielu parametrów życiowych, w tym pomiarów wykonywanych inwazyjnie.

12 Przeznaczenie szpitalnych systemów telemonitoringu Jedną z zasad postępowania terapeutycznego jest dzisiaj możliwie wczesne uruchamianie pacjentów po okresie leczenia, które wymaga przebywania w łóżku. Jednak niektórzy uruchomieni pacjenci nadal wymagają monitorowania. W takim przypadku jest konieczne stosowanie mobilnych urządzeń monitorujących czyli: systemów monitorowania telemetrycznego

13 Zakres monitorowania Z uwagi na wzrost zagrożeń związanych z mobilnością pacjentów przy ich monitorowaniu wykonuje się wyłącznie nieinwazyjne pomiary parametrów życiowych. Podstawowe parametry to: elektryczna akcja serca wysycenie krwi tlenem czynność oddechowa temperatura ciała obwodowe ciśnienie krwi Wyniki tych pomiarów nie są dostępne dla pacjenta tylko dla personelu medycznego w centrum monitorowania i mogą być też prezentowane w pokojach lekarzy.

14 Przykład mobilnej stacji pacjenta MSP Podstawowe okno mobilnej stacji lekarza MSL

15 Ekran monitora CSM do zbiorczej prezentacji danych

16 Monitorowanie płodu Zapewnienie optymalnych warunków umożliwiających kobiecie ciężarnej urodzenie żywego, zdrowego i prawidłowo rozwijającego się noworodka jest jednym tych celów służby zdrowia i związanych z nią organów rządowych, które w krajach wysoko rozwiniętych uznaje się za priorytetowe. Stałym nadzorem kardiotokograficznym powinny być objęte ciężarne z grupy tzw. wysokiego ryzyka (wewnątrzmaciczne zahamowanie wzrostu płodu, cukrzyca, nadciśnienie indukowane ciążą, ciężarne z obciążonym wywiadem położniczym). Istnieje również grupa pacjentek po terminie porodu ze wskazaniem do cyklicznego monitorowania. Pacjentki te wymagają częstego, a nawet codziennego zgłaszania się do szpitala celem dokonania oceny stanu płodu.

17 Monitorowanie płodu Wobec braku innych opcji, stały nadzór kardiotokograficzny oznacza konieczność hospitalizacji pacjentek nawet w przypadku, gdy nie ma bezpośredniego zagrożenia zdrowia. Hospitalizacja tak wielu pacjentek generuje znaczne i niepotrzebne koszty, a także obniża komfort psychiczny hospitalizowanych pacjentek w tym trudnym dla nich okresie. Rozwiązanie przedstawionych problemów polega na objęciu pacjentek monitorowaniem kardiotokograficznym prowadzonym w domu, ale z zapewnieniem nadzoru procesu monitorowania w czasie rzeczywistym przez centralne stanowisko zlokalizowane w danym szpitalu. Telemedyczny system monitorowania ciężarnych

18 Klasyczne monitorowanie płodu Kardiotokografia KTG podstawowa metoda oceny stanu płodu w czasie ciąży i porodu Sygnały biofizyczne matki i płodu Częstość uderzeń serca płodu FHR ( ang. Fetal Heart Rate ) Aktywność skurczowa macicy UC ( ang. Uterine Contractions ) Ruchy płodu wykrywane automatycznie FMP Ruchy płodu sygnalizowane przez matkę Rejestracja mierzonych sygnałów na papierze FHR [bpm] Wzrokowa ocena zapisu kardiotokograficznego przez lekarza Znaczniki ruchów płodu UC Ocena stanu płodu

19 System centralnego monitorowania Klasyczne monitorowanie - pacjentki znajdują się w szpitalu, aparaty monitorujące (kardiodiotokografy) przesyłają mierzone sygnały biomedyczne do komputera centralnego nadzoru poprzez lokalną, przewodową sieć. Prosty układ koncentratora danych włączony w sieć sygnałową cyklicznie otwiera kanały transmisji dla kolejnych aparatów. Układy transmisji przyłączone bezpośrednio do wyjść sygnałowych kardiotokogramów, zapewniają jednolity format transmisji danych w sieci systemu, niezależnie od protokołu transmisji właściwego dla danego modelu aparatu.

20 Telemedyczny system monitorowania płodu Przesyłanie na bieżąco rejestrowanych zdalnie sygnałów do centrum nadzoru, które znajduje się w szpitalu, wymaga opracowania procedur zapewniających niezakłóconą, bezprzewodową transmisję sygnałów kardiotokograficznych od wielu pacjentek równocześnie. W klasycznym systemie całe sterowanie realizowane jest poprzez polecenia wprowadzane przez operatora do komputera centralnego nadzoru. W systemie telemedycznym część sterowania musi zostać przeniesiona na stronę pacjentki. Oznacza to rozproszone sterowanie systemem, które wymaga opracowania graficznego interfejsu użytkownika działającego po stronie pacjentki oraz protokołu komunikacji z centrum nadzoru. Stanowisko klienta GSM Centrum nadzoru Brama GPRS WAN/Internet

21 Stanowisko Klienta (pacjentka + położna) System TELE - KTG Kliniczne Centrum Nadzoru Dane KTG Informacje W trakcie procesu monitorowania pacjentki, następuje wymianę komunikatów pomiędzy Klinicznym Centrum Nadzoru a Stanowiskiem Klienta. Do wyświetlana informacji służą: ekran PDA dla pielęgniarki prowadzącej monitorowanie oraz ekran monitora w centrum nadzoru dla personelu szpitalnego. Sekwencje komunikatów związane są z typowymi zdarzeniami występującymi w trakcie monitorowania: - Rozpoczęcie monitorowania - Chwilowa strata sygnału - Zakończenie monitorowania - Dodatkowe komentarze

22 Podsumowanie Zastosowanie sieci teletransmisyjnych w różnych gałęziach medycyny umożliwiło powstanie nowej generacji systemów medycznych pozwalających na zdalny nadzór pacjentów. Zastosowanie systemów telemedycznych posiada głębokie uzasadnienie społeczne i ekonomiczne, gdyż zmniejsza częstość i okres hospitalizacji oraz obniża koszty transportu pacjentów. Szybki rozwój technologii teleinformatycznych stwarza warunki dla upowszechnienia się domowej opieki nad pacjentem zapewniając poprawę jego komfortu psychicznego i poczucia bezpieczeństwa. Stałe obniżanie kosztów usług teleinformatycznych pozwala na objęcie opieką coraz większej liczby pacjentów, w szczególności tych, mających utrudniony dostęp do usług medycznych.