Komputer w pracowni kardiologicznej

Transkrypt

1 Komputer w pracowni kardiologicznej Piotr Augustyniak Katedra Automatyki WEAI i E AGH august@agh.edu.pl

2 plan wykładu: jak doszło do użycia komputera w kardiologii czy cyfrowy znaczy: lepszy interpretacja EKG wspomagana automatycznie diagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek aparat specjalnie dla Ciebie współczesne badania... kardiologów

3 przypadek czy analogia? cyfrowa fotografia przyrostek: grafia - rysowanie podobny staż historyczny nośnik analogowy na szpulce

4 jak doszło do użycia komputera w kardiologii 100 lat temu... Einthoven, W.: Ein neues Galvanometer. Annal. Physik. Folge IV, 12, 1059, udało się zarejestrować niewielkie różnice potencjałów dzięki użyciu galwanometru i materiału światłoczułego

5 jak doszło do użycia komputera w kardiologii... stosowane wtedy urządzenia nie były ani przenośne, ani powszechnie dostępne

6 jak doszło do użycia komputera w kardiologii 70 lat temu Siemens wytwarza lampowy wzmacniacz sygnału biologicznego - kardiograf staje się urządzeniem elektronicznym

7 jak doszło do użycia komputera w kardiologii 40 lat temu... tranzystorowy wzmacniacz sygnału biologicznego zasilany bateryjnie + magnetyczny nośnik informacji analogowej Holter N. "New method for heart studies: continuous electrocardiography of active subjects over long periods is now practical" Science 1961, 134:

8 jak doszło do użycia komputera w kardiologii 40 lat temu... system Holtera: wiele zalet: jeden problem: rejestracja długoczasowa analiza zjawisk wolnozmiennych ocena mechanizmów regulacji tętna diagnostyka podczas czynności codziennych... jak zinterpretować ogromną ilość danych? użycie komputera

9 jak doszło do użycia komputera w kardiologii 40 lat temu... użycie komputera pomimo, że komputer kojarzy się z częstymi awariami i sporym pomieszczeniem powstają pierwsze systemy interpretacji EKG przykładowo: Hannover System, 1967 IBM, 1974

10 jak doszło do użycia komputera w kardiologii obecnie użycie komputera komputer jest urządzeniem przenośnym, bateryjnym i powszechnie dostępnym rejestrator EKG jest urządzeniem przenośnym, bateryjnym i powszechnie dostępnym informacja kardioelektryczna jest archiwizowana i interpretowana w postaci cyfrowej, jesteśmy w erze cyfrowej elektrokardiografii

11 czy cyfrowy znaczy: lepszy reprezentacja analogowa reprezentacja cyfrowa co jest w środku przetwornika analogowo-cyfrowego?

12 czy cyfrowy znaczy: lepszy reprezentacja analogowa reprezentacja cyfrowa

13 czy cyfrowy znaczy: lepszy reprezentacja analogowa reprezentacja cyfrowa dyskretyzacja t (t min, t max ) u(t) (u min, u max ) t {t min, t max } kwantyzacja u(t) {u min, u max } reprezentacja analogowa jest zdefiniowana w dowolnej chwili przedziału czasu za pomocą dowolnej wartości z zakresu pomiarowego reprezentacja cyfrowa jest zdefiniowana w określonych chwilach za pomocą wartości należących do skończonego zbioru

14 czy cyfrowy znaczy: lepszy reprezentacja analogowa reprezentacja cyfrowa reprezentacja analogowa jest zdefiniowana w dowolnej chwili przedziału czasu za pomocą dowolnej wartości z zakresu pomiarowego reprezentacja cyfrowa jest zdefiniowana w określonych chwilach za pomocą wartości należących do skończonego zbioru

15 czy cyfrowy znaczy: lepszy reprezentacja analogowa + dowolnie dokładne odwzorowanie napięcia mierzona wartość jest zdefiniowana w każdej chwili czasu duża wrażliwość na zakłócenia niewielka powtarzalność pomiaru trudna archiwizacja i transmisja niejednoznaczne kopiowanie interpretacja manualna reprezentacja cyfrowa reprezentacja przy użyciu zmiennej dyskretnej wartości skwantowane + mała wrażliwość na zakłócenia duża powtarzalność pomiaru łatwość stosowania metod statystycznych łatwość archiwizacji, transmisji i przeszukiwania interpretacja automatyczna przy pomocy komputera

16 interpretacja EKG wspomagana automatycznie sposób postępowania kardiologa algorytm implementacja

17 interpretacja EKG wspomagana automatycznie metody nieinwazyjnej diagnostyki elektrokardiologicznej elektrokardiografia 12-odprowadzeniowa i HR-ECG elektrokardiografia ocena rytmu i próby osi serca wysiłkowej elektrokardiografia detekcja zaburzeń holterowska drogi przewodzenia ciągły ocena nadzór stanu kardiologiczny i lokalizacja zawału wektokardiografia wykrywanie mikropotencjałów komorowych... detekcja zaburzeń repolaryzacji...

18 interpretacja EKG wspomagana automatycznie metody nieinwazyjnej diagnostyki elektrokardiologicznej elektrokardiografia 12-odprowadzeniowa i HR-ECG elektrokardiografia próby wysiłkowej elektrokardiografia holterowska ocena rytmu serca ciągły nadzór kardiologiczny detekcja symptomów niedokrwienia wektokardiografia detekcja ekstrasystolii... ocena reakcji na obciążenie i regeneracji...

19 interpretacja EKG wspomagana automatycznie metody nieinwazyjnej diagnostyki elektrokardiologicznej elektrokardiografia 12-odprowadzeniowa i HR-ECG elektrokardiografia próby wysiłkowej elektrokardiografia holterowska ciągły nadzór kardiologiczny ocena dobowej zmienności rytmu serca HRV wektokardiografia detekcja arytmii i czynników arytmogennych... ocena funkcjonowania kardiostymulatora ocena reakcji na obciążenie i stress detekcja zaburzeń repolaryzacji...

20 interpretacja EKG wspomagana automatycznie metody nieinwazyjnej diagnostyki elektrokardiologicznej elektrokardiografia 12-odprowadzeniowa i HR-ECG elektrokardiografia próby wysiłkowej elektrokardiografia holterowska ciągły nadzór kardiologiczny wektokardiografia bieżąca ocena rytmu serca... detekcja arytmii i ekstrasystolii ocena reakcji na leki detekcja zaburzeń repolaryzacji...

21 interpretacja EKG wspomagana automatycznie metody nieinwazyjnej diagnostyki elektrokardiologicznej elektrokardiografia 12-odprowadzeniowa i HR-ECG elektrokardiografia próby wysiłkowej elektrokardiografia holterowska ciągły nadzór kardiologiczny wektokardiografia... detekcja zaburzeń drogi przewodzenia ocena stanu i lokalizacja zawału detekcja zaburzeń repolaryzacji ocena reakcji na leki...

22 interpretacja EKG wspomagana automatycznie metody nieinwazyjnej diagnostyki elektrokardiologicznej elektrokardiografia 12-odprowadzeniowa i HR-ECG elektrokardiografia próby wysiłkowej elektrokardiografia holterowska procedury ciągły nadzór kardiologiczny wspólne wektokardiografia... procedury specjalizowane

23 interpretacja EKG wspomagana automatycznie warstwa zadania

24 interpretacja EKG wspomagana automatycznie warstwa zadania warstwa metody

25 interpretacja EKG wspomagana automatycznie warstwa zadania warstwa metody warstwa algorytmu

26 interpretacja EKG wspomagana automatycznie warstwa zadania warstwa metody warstwa algorytmu warstwa implementacji

27 interpretacja EKG wspomagana automatycznie zalety interpretacji automatycznej: możliwość przetworzenia bardzo wielu zapisów z użyciem identycznych kryteriów możliwość wielokrotnej analizy każdego zapisu w poszukiwaniu różnych patologii standaryzacja postępowania diagnostycznego standaryzacja rezultatów diagnostycznych łatwość archiwizacji, transmisji i zarządzania sygnałami i diagnozami

28 interpretacja EKG wspomagana automatycznie wątpliwości dotyczące interpretacji automatycznej: jak uwzględnić informacje pozakardiologiczne (historię choroby, leki, program kardiostymulatora, itp.)? czy identyczne kryteria dotyczą wszystkich ludzi (płeć, wiek, rasa, tryb życia, historia choroby itp.)? czy wszystkie etapy postępowania diagnostycznego mogą być sformalizowane w sposób algorytmiczny? jak opisywać postępowanie diagnostyczne w sposób obiektywny? kto podejmuje odpowiedzialność za diagnozę postawioną przez komputer?

29 interpretacja EKG wspomagana automatycznie komputer wraz z oprogramowaniem jest nowoczesnym narzędziem w rękach lekarza

30 interpretacja EKG wspomagana automatycznie dobry aparat fotograficzny nie zastąpi kunsztu artysty fotografika dobry elektrokardiograf nie zastąpi doświadczenia i intuicji lekarza czyżby kolejna analogia?

31 diagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek poruszający się świat pacjentów o zmiennym stanie rozproszony świat komputerów interpretujących ruchomy świat kardiologów

32 diagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek autonomia nadzór specjalisty kardiologa globalna łączność bezprzewodowa

33 diagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek

34 diagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek łatwość archiwizowania i przesyłania elektrokardiogramu cyfrowego diagnoza interaktywna dostęp nielimitowany czasowo 24h/24 7d/7 dostęp nielimitowany terytorialnie dowolne wzajemne położenie pacjenta, lekarza i centrum interpretacyjnego dostęp powszechny rejestrator jest autonomiczny i niedrogi dostęp indywidualny odpowiednie centrum interpretacyjne jest poszukiwane automatycznie w sieci dostęp komercyjny opłata abonamentowa i opłaty za faktycznie wykonane usługi interpretacyjne

35 diagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek diagnoza retrospektywna jaka jest przyczyna obecnego stanu pacjenta i jakie środki terapeutyczne należy podjąć? diagnoza prospektywna jak obecny stan pacjenta pozwala prognozować jego przyszłość? diagnoza reflektywna jakie środki terapeutyczne podjęto na podstawie diagnozy i jak potoczyła się dalsza historia choroby? diagnoza porównawcza jakich znamy pacjentów w podobnym stanie i jakie środki terapeutyczne okazały się najskuteczniejsze?

36 aparat specjalnie dla Ciebie to jest typowy rejestrator EKG dla każdego a to jest rejestrator EKG jutra specjalnie dla Ciebie jest programowalny zdalnie

37 aparat specjalnie dla Ciebie często zdarza się, że lekarz na podstawie diagnozy zleca wykonanie badań uzupełniających rejestratory ogólnego przeznaczenia są wyposażone w podstawowe procedury interpretacyjne uzupełniane w miarę potrzeby

38 aparat specjalnie dla Ciebie pomiędzy rejestratorem a centrum interpretacyjnym ustanawiana jest łączność dwukierunkowa umożliwia to zdalną adaptację oprogramowania rejestratora do aktualnego stanu pacjenta, celów diagnostycznych i ograniczeń technicznych

39 aparat specjalnie dla Ciebie często zdarza się, że pacjent chory odwiedza lekarza częściej i jest badany dokładniej niż pacjent zdrowy współpraca rejestratorów z centrum wykorzystuje zmienną częstotliwość raportowania w przypadkach uzasadnionych raport jest ciągły

40 aparat specjalnie dla Ciebie często zdarza się, że pacjent chory odwiedza lekarza częściej i jest badany dokładniej niż pacjent zdrowy współpraca rejestratorów z centrum wykorzystuje adaptacyjny format raportowania w przypadkach fizjologicznych raport jest uproszczony

41 aparat specjalnie dla Ciebie analiza strumienia danych interpretacja zapisu przekracza możliwości rejestratora, zostaje wysłana dodatkowa procedura interpretacyjna

42 współczesne badania... kardiologów przypominanie werbalizacja opisywanie zasad postępowania przez jego uczestników jest obciążone procesem przypominania i werbalizacji, a zatem może być nieobiektywne

43 współczesne badania... kardiologów obiektem badań są kardiolodzy! interesujące jest poznanie reguł jakimi podświadomie kieruje się kardiolog podczas interpretacji zapisu EKG

44 współczesne badania... kardiologów pozyskiwanie informacji z zapisu jest procesem wyłącznie wizualnym można zatem użyć metodologii eksperymentów okoruchowych system Ober2 jest oparty na różnicowym pomiarze podczerwonego światła odbitego od gałki ocznej system Ober2 używa wiązki podczerwieni 940 nm o natężeniu 5mW w impulsach 80 s; zapewnia dokładność 0,02 z częstotliwością próbkowania do 2000 Hz

45 współczesne badania... kardiologów

46 współczesne badania... kardiologów ocena atrakcyjności poszczególnych fragmentów zapisu i analiza strategii pozyskiwania informacji wizyjnej są podstawą obiektywnej oceny postępowania diagnostycznego

47 współczesne badania... kardiologów nawyk okoruchowy strategia interpretacji algorytm pozyskanie w sposób obiektywny zasad postępowania kardiologów umożliwi ich implementację w elektrokardiografach cyfrowych jutra

48 podsumowanie monitorowanie ciężarnej zagrożonej przedwczesnym porodem w miejscu zamieszkania monitorowanie parametrów snu i diagnostyka bezdechu (apnea) nadzór nad pracownikami wykonującymi szczególne zadania (wojsko, służby ratownicze, transport) monitorowanie działania środków farmakologicznych na pacjentów w warunkach domowych obiektywne monitorowanie sportowców podczas treningów, także terenowych (np. narciarstwo zjazdowe)

49 podsumowanie jak doszło do użycia komputera w kardiologii czy cyfrowy znaczy: lepszy interpretacja EKG wspomagana automatycznie diagnoza gdziekolwiek i kiedykolwiek aparat specjalnie dla Ciebie współczesne badania... kardiologów

50 bibliografia CHIARUGI F. et al. (2002) 'Real-time Cardiac Monitoring over a Regional Health Network: Preliminary Results from Initial Field Testing' Computers in Cardiology 29, pp NELWAN SP., van DAM TB., KLOOTWIJK P., MEIL SH. (2002) 'Ubiquitous Mobile Access to Real-time Patient Monitoring Data' Computers in Cardiology 29, pp GOUAUX F., et al. (2002) 'Ambient Intelligence and Pervasive Systems for the Monitoring of Citizens at Cardiac Risk: New Solutions from the EPI-MEDICS Project' Computers in Cardiology 29, pp MAGLAVERAS N., et al. (2002) 'Using Contact Centers in Telemanagement and Home Care of Congestive Heart Failure Patients: The CHS Experience' Computers in Cardiology 29, pp PINNA GD., et al. (2003) ' Home Telemonitoring of Chronic Heart Failure Patients: Novel System Architecture of the Home or Hospital in Heart Failure Study' Computers in Cardiology 30, pp BOUSSELJOT R., et al. (2003) 'Telemetric ECG Diagnosis Follow-Up' Computers in Cardiology 30, pp CHIARUGI F., et al. (2003) 'Continuous ECG Monitoring in the Management of Pre-Hospital Health Emergencies' Computers in Cardiology 30, pp KHOÓR S., et al. (2003) 'Internet-Based, GPRS, Long-Term ECG Monitoring and Non-Linear Heart-Rate Analysis for Cardiovascular Telemedicine Management' Computers in Cardiology 30, pp CARDIONET, Pocketview, g.bsanalyse, Dziękuję za uwagę