Мобильные технологии в здравоохранении (mHealth): концепция и перспективы.
Часть II

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицина


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Информатизация здравоохранения

С. Г. Панкратов,
профессор факультета информатики Мюнхенского технического университета, Мюнхен, Германия
Т. Ю. Знаменская,
аналитик в области здравоохранения Microsoft Центральная Европа, Мюнхен, Германия
МОБИЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЗДРАВООХРАНЕНИИ (mHEALTH): КОНЦЕПЦИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ. ЧАСТЬ II.
ТЕХНОЛОГИИ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ КОНТРОЛИРОВАТЬ И ПОДДЕРЖИВАТЬ ЗДОРОВЬЕ
УДК 6J4. 2
Панкратов С. Г., Знаменская Т. Ю. Мобильные технологии в здравоохранении (mHealth): концепция и перспективы. Часть II. Технологии, позволяющие контролировать и поддерживать здоровье
(Мюнхенский технический университет, Мюнхен, Германия- Microsoft Центральная Европа, Мюнхен, Германия) Аннотация: В статье обсуждается значение мобильных технологий для развития здравоохранения. Прогнозируется, что мобильные технологии могут радикально изменить сегодняшнее состояние медицины.
В частности, мобильные ИКТ-решения позволяют осуществлять более точную и быструю диагностику, лучше определять границы устойчивости организма и стадии развития заболеваний. В статье рассматриваются возможности, предоставляемые быстро развивающимися технологиями, такими как миниатюрные (квантовые и нано) датчики, беспроводные сенсорные сети, а также мобильная передача и обработка сигналов, основанная на новых программных решениях. В статье также обсуждается принцип биологической обратной связи, реализуемой с помощью мобильных сенсорных технологий. Кроме того, концепции мобильного здравоохранения дают повод рассмотреть понятие здоровья и отклонения от него, интерпретируемые как заболевания. Системы мобильного здравоохранения оказываются особенно полезными для поддержания состояния здоровья. Приводятся примеры эффективного использования мобильных ИКТ-решений (case studies), в частности, повсеместного мониторинга пациентов с помощью мобильных систем. Статья разделена на две части: в первой речь идет о здоровье как выделенном состоянии организма- во второй описываются некоторые технологии, позволяющие контролировать и поддерживать здоровье.
Ключевые слова: гомеостаз, сенсор, измерения, системы обратной связи.
Мобильное здравоохранение, мэйнстрим-медицина и сложность
Мобильное здравоохранение предлагает совершенно иную парадигму по сравнению с той, которая доминирует в современной медицине. Эта новая парадигма, к которой следует стремиться, состоит в постоянном мониторинге динамического статуса функционирующего организма. Постоянная регистрация — можно сказать «прослушка» — дифференциального ландшафта организма в пространстве физиологических переменных (примером такого ландшафта служит много-
Начало статьи см. в МЗ-2−2014
образие, отвечающее состоянию здоровья). Самый главный принцип медицины — «не навреди» (noli nocere) — был сформулирован древнегреческим врачом Гиппократом, известным как «отец медицины». На современном языке этот принцип можно выразить как запрет сознательно доводить человека до пределов его домена здоровья. И хотя молодые врачи при получении диплома зачитывают так называемую Клятву врача (ранее известную как Клятва Гиппократа), в которой они обязуются действовать исключительно в интересах пациента, в реальности же все подобные клятвы — пустая формальность для практикующего врача, который в первую
© С. Панкратов, Т. Знаменская, 2014 г.
Информатизация здравоохранения
очередь должен согласовывать свои действия с мнением начальства и выполнять его приказы, причем практически во всех странах. Медицина — традиционно иерархическая и весьма замкнутая система в том смысле, что корпоративные нормы и цеховая солидарность в ней сильнее выражены, чем в других профессиях. Можно заметить, что лишь сравнительно недавно в большинстве стран, в частности, таких, которые принято называть цивилизованными, началось публичное обсуждение качества медицинских услуг и проблемы медицинских ошибок. Социология медицины еще ждет своего часа.
В парадигме здравоохранения, предлагаемой мобильными технологиями, термин «здравоохранение» может пониматься не дежурно-бюрократически, а буквально. Так, границы области здоровья для каждого человека могут измеряться, например, с помощью постоянного (или импульсного с небольшой скважностью) зондирования организма и его отдельных подсистем с помощью слабых внешних полей разной физической природы. Подавая слабые сигналы на сенсоры (или актуаторы), размещенные на теле или даже внутри него, можно измерить отклик организма, не мешая его нормальной повседневной активности. Резкое усиление отклика может свидетельствовать о достижении предела устойчивости — границы области здоровья, когда, в частности, могут возникнуть бифуркации «здоровье-болезнь».
В противоположность доминирующей и в общем случае плохо подтверждаемой точке зрения, что болезни возникают вследствие неправильного поведения или из-за ненадежной работы отдельных органов, в значительной степени обусловленной генетически, парадигма, предлагаемая мобильным здравоохранением, сводится к тому, что возможность заболеваний заложена уже в самой сложности человеческого организма, который включает в себя многочисленные взаимосвязанные подсистемы и компоненты. Следовательно, заболевание может возникнуть не исключи-
тельно из-за того, что какая-нибудь часть тела (орган) внезапно перестает надлежащим образом функционировать, хотя внешние симптомы могут указывать на такую локальную проблему, а вследствие сбоев во всем организме. Сугубо локальный подход современной медицины фактически основан на предположении о слабой связи между отдельными компонентами сложной системы. Однако в человеческом организме (и вообще в классе млекопитающих) имеются сильные связи между подсистемами тела, и такие связи приводят к сложной — многомерной — эволюции организма в его фазовом пространстве. Иными словами, сильная связь между компонентами системы приводит к тому, что организм как целое развивается существенно по-другому, чем набор отдельных его компонентов, эволюционирующих во времени.
Заметим, что никакая сложная система, неважно насколько хорошо она сконструирована, выглядит и первоначально функционирует, не может быть гарантирована от сбоев. В такой системе всегда имеется огромное число компонентов, подсистем и связей между ними, которые могут в любой момент отказать. Один отказ влечет за собой другой, затем целую последовательность других, и в конце концов даже совершенно задуманная и прекрасно организованная сложная система, в частности, самый здоровый организм, может перестать функционировать. Именно так происходят неожиданные аварии в сложных инженерных системах, таких как энергетические атомные станции — неожиданно, неотвратимо, непонятно, почему вдруг и неконтролируемым образом. Человеческий организм ничем принципиально не отличается.
Фактор сильной связи кажется тривиальным, но тем не менее в локальных действиях медиков коллективное поведение на уровне организма в целом, которое делает зависимость конечного состояния организма от начального плохо определенной и часто может приводить к плохо предсказуемым

№ 3
5014
Менедже1
Информатизация здравоохранения

результатам, учитывается редко. Например, близко расположенные начальные состояния организма вовсе не обязательно окажутся близкими друг к другу на протяжении длительной эволюции: вследствие взаимодействий в сложной системе близкие состояния могут разбежаться и превратиться в совершенно различные — таких примеров довольно много в современной физике и математике. В результате разбегания близких вначале состояний серьезная патология может развиться вроде бы совершенно неожиданно, казалось бы, ни с того, ни с сего. На самом же деле это «нормальная» эволюция организма, совместимая с его возможной динамикой в пространстве физиологических фазовых переменных.
Заметим, что возникновение неожиданной патологии обычно интерпретируется как необъяснимая случайность или «судьба» — одним словом, как свершившийся медицинский факт, хотя в реальности даже малая флуктуация, небольшой и ранее не проявлявшийся органический дефект или слабое функциональное нарушение, в частности, связанное со старением организма, могут вытолкнуть организм на траекторию, которая приводит к неустойчивости, интерпретируемой как заболевание. Метафорически выражаясь, если у вас есть ребенок, у него много шансов подхватить корь.
Заметим также, что сложность — не антоним простоты, а понятие, подчеркивающее взаимосвязь всех частей системы. Можно сказать, что сложное поведение системы противоположно изолированной эволюции отдельных ее компонентов. Именно поэтому лечение единичного органа или отдельного заболевания в большинстве случаев приводит к осложнениям, вовлекающим другие подсистемы организма — эффект, хорошо известный любому практическому врачу. Такая взаимосвязь при локальной терапии часто выражается емкой формулой «одно лечим — другое калечим». Поскольку организм состоит из сильно связанных и в основ-
ном синхронно работающих подсистем, отказ одной из них способен спровоцировать целую лавину других отказов в организме. С такой последовательностью отказов различных органов и подсистем часто сталкиваются практикующие врачи, однако поскольку терапия обычно ориентирована на конкретную локализацию заболевания или на отдельный орган, в медицине сплошь и рядом возникают трудности, противоречия и даже конфликты между представителями отдельных специальностей. Например, невропатологи слабо понимают ортопедические проблемы, возникающие у людей, перенесших инсульт, а хирурги часто плохо монтируются с терапевтами даже в пределах одной и той же патологии (в частности, в случае спинальных больных).
Человеческий организм можно рассматривать как открытую сложную систему, находящуюся в деликатном равновесии с окружением, с которым организм обменивается химическими веществами, энергией и энтропией (информацией). Обычно предполагается, что сложность организма, то есть его наблюдаемые свойства — фенотип, есть проявление сложности его полной генетической информации — генотипа- иногда, употребляя математический язык, говорят об отображении генотипа в фенотип.
Современную западную медицину можно назвать аналитической не только потому, что она существенно опирается на физико-химические измерения и аналитическое приборос-трение, ставшее доступным в последние десятилетия, но главным образом потому, что сегодняшняя мэйнстрим-медицина основана на рассечении всего тела на отдельные квазинезависимые заболевания, которые можно группировать, формируя тем самым набор медицинских специальностей. Каждый медик-профессионал после многолетнего обучения фокусируется на определенной части человеческого тела, не уделяя особенного внимания его интегральному статусу, в отличие от восточных медицинских школ.

7енеджер № 3
здравоохранения 3014
Информатизация здравоохранения
Локально-ориентированная медицина, как правило, вынуждает применять все более радикальные методы, причем экономические соображения, например, ограниченное время пребывания в стационаре, заставляют врачей прибегать к радикальным интервенциям как можно скорее и отнюдь не всегда с достаточными на то основаниями. (Подобные явления характерны, в частности, для клиник Германии и в последнее время стали вызывать ожесточенные дискуссии в этой стране.) Радикальные вмешательства, однако, способны перенапрягать естественные пути функционирования организма и таким образом выводить организм из внутренне присущих ему границ устойчивости. Такая потеря устойчивости проявляется в многочисленных случаях ухудшающегося состояния пациентов после медицинского вмешательства также и в странах, которые принято называть развитыми. Сотни тысяч пациентов погибают ежегодно вследствие неудачных медицинских вмешательств или после приема медикаментов, что соответствует населению крупного города. Иными словами, хотя успехи современной медицины очевидны, огромная медицинская машина работает так, как если бы в результате такой работы с лица земли каждый год исчезал бы целый город.
Соотвественно риск инвалидности или летального исхода в результате медицинских действий, даже риск, сопряженный с простым попаданием в больницу, оказывается в несколько раз выше, чем такой же (в среднем по времени и по странам) риск, связанный с дорожно-транспортными происшествиями (ДТП), и во всяком случае на много порядков превосходит риск для здоровья и жизни людей вследствие тяжелых аварий на атомных электростанциях (АЭС). Смертные случаи вследствие неправильных медицинских действий, неточного диагноза или неадекватной лекарственной терапии обычно интерпретируются как медицинские ошибки (за которые крайне редко кто-нибудь несет отве-ственность) или даже как проявления судьбы.
В действительности же неблагоприятные исходы совсем не обязательно оказываются следствием именно ошибок, то есть непреднамеренных действий врачей и медицинского персонала- гораздо чаще и вероятнее вред здоровью пациента наносится из-за невнимательности, непредусмотрительности, амбиций, самонадеянности, упрямства, заблуждений, а также в результате недостаточных знаний и умений. Другими словами, риск для пациентов может быть связан с личностными свойствами врача или медицинского персонала или с неудачной коммуникацией между врачами и пациентами. Подобные субъективные факторы, вообще говоря, недопустимы и должны искореняться в дисциплине, претендующей на статус объективной науки. На самом же деле личные качества врача и медперсонала играют решающую роль, и пациенту может сильно повезти или не повезти в зависимости от того, к кому он попадет. Разумеется, летальные исходы или увечья после медицинских вмешательств приводят к необоснованным затратам, ненужным и поглощающим ценное время профессиональным процедурам (расследования, отписки и т. д.), а также к судебным разбирательствам.
В повседневной реальности радикальные стратегии в медицине, такие как широко распространенное применение активных химических соединений и нагрузочных физиологических процедур, могут спровоцировать конфликты с разными подсистемами организма, который при этом стремится сохранить свой гомеостаз. Даже методы, считающиеся вполне современными, зачастую слишком инвазивны, чтобы быть абсолютно безобидными для пациентов. Возьмем, например, такую важную область медицины, как неврология, где в последнее время широко пропагандируется техника так называемой термодиффузионной флоуметрии (ТДФ). Метод ТДФ предназначен, по замыслу его приверженцев, для измерения локальных потоков крови, в первую очередь в головном мозгу, и состоит в том, что в черепе пациента просверливается

№ 3
5014
Менедже1
Информатизация здравоохранения

отверстие диаметром порядка 1 см, а затем в вещество мозга внедряется катетер с двумя термисторами — активным и пассивным. Активный термистор нагревается и служит источником теплового (температурного) поля, тогда как пассивный термистор измеряет это поле. Фактически измеряется температура (как физическая величина) и в лучшем случае теплопроводность вещества головного мозга, а вовсе не непосредственно ток крови (перфузия). Заметим, что кровоток непосредственно связан лишь с конвективной частью теплопроводности, а ведь существует еще и внутренняя ее составляющая, которая соответствует переносу тепла (и соответственно выравниванию температурных полей) не конвективным движением жидкости, а элементарными возбуждениями в конденсированном веществе. Таким образом, температурные поля и потоки крови, вообще говоря, напрямую не связаны, что делает в высшей степени инвазивный метод малоинформативным.
Можно попутно отметить, что в неврологии, даже несмотря на хорошо развитые технологии физической интроскопии, время от времени становятся популярными и широко назначаются весьма инвазивные методы, которые способны вывести пациента далеко за пределы домена стабильности его состояния здоровья. Слово «далеко» в данном контексте предполагает некоторую метрику, которую мы здесь обсуждать не будем, чтобы не увеличивать беспредельно объем статьи. Простейшая метрика такого рода — временная, то есть основанная на измеримом времени возвращения организма к полностью здоровому состоянию (иначе говоря, его изображающая точка в физиологическом фазовом пространстве за это время вновь попадает на аттрактор — домен здоровья). К подобным дестабилизирующим методам относятся, например, такие двусмысленные медицинские стратегии, как трепанация, электроконвульсивная терапия (электросудорожная терапия, ЭСТ — в просторечии электрошок) [12] и лоботомия.
Новые технологии мобильного здравоохранения в комбинации с ныне существующей интуитивной врачебной практикой и дескриптивной физиологией позволяют достичь надежной эмпирической основы для развития полностью научных методов оценки и поддержания здоровья. Технологии мобильного здравоохранения дают возможность контролировать физиологические реакции всего организма в естественных условиях его повседневного функционирования, не внося ни дополнительных стрессов, ни возмущая состояние здоровья. В этом смысле мобильные технологии вплотную примыкают к невозмущающим методам измерений и мониторинга сложных объектов. По крайней мере, на основании данных, получаемых с помощью мобильных (mHealth) решений, можно будет построить некоторое число моделей, описывающих организм как функциональную макросистему, взаимодействующую с окружением. Дело в том, что мобильные технологии позволяют осуществлять мониторинг тела в «нормальных условиях», то есть тогда, когда оно не возмущается медицинскими интервенциями.
Ни в коем случае не пытаясь умалить заслуги профессиональных врачей, — они знают множество нетривиальных приемов и лечебных методик, которые трудно найти в учебниках, приходится все же признать, что впечатляющие успехи современной медицины в значительной степени обусловлены взрывным развитием физического приборостроения, нацеленного на разработку высокочувствительной аппаратуры с цифровым выводом измеряемых данных. Фактически нынешние успехи медицины в основном сводятся к достижениям прикладной физики, полупроводниковых технологий и созданию прикладного программного обеспечения. Интересно, что врачи часто обижаются, когда речь заходит о роли современных технологий в здравоохранении, считая, по-видимому, что их роль принижается.
Развитие мобильных систем, основанных на сенсорных технологиях, предоставляет в

7енеджер № 3
здравоохранения 3014
Информатизация здравоохранения
распоряжение врачей количественно определимые границы области здоровья для каждого отдельного пациента, подобно тому, как размеры тела, геометрия лица или необходимая продолжительность суточного сна индивидуальны для каждого человека. Уже упоминалось, что статистические данные дают мало информации для терапии конкретного заболевания у данного человека, и опираясь на такие данные в неопределенных терминах «часто», «бывает», «применяют» и т. д., врачи фактически действуют наугад.
Альтернативная медицина и мобильные технологии
Здесь можно опять вспомнить методы диагностики и лечения, используемые в ориентальной медицине. Если перейти на современный технический язык, то, например, диагностика в восточной медицине основана на многоканальной регистрации и обработке физиологических сигналов, воспринимаемых некоторым высокоразрешающим сенсорным устройством. Правда, таким воспринимающим устройством, еще в большей степени, чем в «школьной», западной медицине, служит специально тренированный доктор, часто называемый на западе целителем, чтобы подчеркнуть его отличие от дипломированного врача. В общем доктор восточной медицины, или тренированный целитель старается проанализировать ряд физиологических характеристик, таких как пульс — его частоту и наполненность (то есть фактически амплитуду пульсаций кровотока), локальные вариации температуры — с помощью пальпации отдельных участков тела, например, кожи живота, изменения цветовых оттенков лица, склеры глаз, языка, ушных раковин и т. д. Кроме того, доктор-целитель слушает и нюхает дыхание пациента. Каждый канал такого субъективного наблюдения в восточной медицине, несмотря на отсутствие чувствительной аппаратуры, обладает довольно высоким разрешением: доктор внимательно и долго без традиционного для
западных врачей временного прессинга рассматривает, пальпирует и выслушивает пациента, стараясь различить мельчайшие детали в наблюдаемых функциях человеческого тела. Например, регистрируя пульс, целитель стремится классифицировать его свойства, такие как ритм (частота) и «наполнение» (амплитуда), помещая их в одну из заранее заготовленных дискретных рубрик: неравномерный, рваный, пустой, тугой, резкий и т. д. — всего не менее двадцати вербальных категорий [1 1]. Разумеется, доказать, что такая интуитивная классификация окажется неприводимой (то есть категории не перекрываются и независимы) и полной (других существенных рубрик не существует) невозможно, но тем не менее постараться придать дискретным типам пульса точный смысл на языке анализа сигналов — вполне разумная задача. Интересно, что диагностический сигнал в данном случае ощущается сранительно примитивными тактильными рецепторами — сенсорами, расположенными на кончиках пальцев, однако такие сигналы интерпретируются в терминах весьма сложных образов.
Другой пример относится к фитотерапии
— лечению растениями, их отварами, экстрактами, настойками и т. п. В традиционной восточной медицине различные виды чая
— основные лекарственные препараты. Фитотерапия, по-видимому, предлагает много интересных лечебных возможностей, которые, однако, мало используются в западной медицине под тем предлогом, что большая часть фитотерапевтических лекарственных средств плохо исследована и уже поэтому несет потенциальную опасность. Это, в принципе, верно, хотя то же самое высказывание можно отнести к большинству химически синтезированных фармакологических препаратов, а именно, они служат основой современной терапии. Можно заметить, что врачи нередко прописывают медикаменты, практически не осмотрев пациента, иногда даже не взглянув на него. Вполне

№ 3
5014
Менедже1
Информатизация здравоохранения

естественно, что вся «школьная» медицина находится под сильным влиянием фармаинду-стрии, которая основана на усредненных статистических критериях и финансовых показателях и лишь в малой степени на поддержании здоровья отдельного индивидуума. Дело в том, что затраты на разработку каждого нового медикамента и его маркетинг сегодня настолько велики, что самым главным становится распространение, то есть максимизация продаж препарата, а его лечебные свойства и отсутствие побочных эффетов оказываются второстепенными факторами. Более того, фармакологические компании фактически заинтересованы в том, чтобы люди болели, иначе их бизнес сворачивается. Заметим, что-то же самое, хотя и с некоторыми оговорками, относится и к сообществу врачей в целом: представим себе на секунду, что люди каким-то чудесным образом вдруг перестанут болеть, тогда большая часть медицинской индустрии станет ненужной.
К сожалению, эзотерическая терминология и неопределенные метафизические концепции сильно препятствуют использованию методов восточной медицины и накопленного в ней опыта в современном здравоохранении. Многословные метафорические пояснения трудно перевести на язык чисел, и уже это может отталкивать людей, стремящихся рассуждать в терминах «доказательной медицины». Кроме того, восточная медицина, которая на самом деле требует очень высокой квалификации и длительного обучения, из-за своей метафизичности привлекает множество шарлатанов, поскольку в отсутствие надежной и объективной системы знаний проверить компетентность «целителя» весьма сложно. Пользуясь этой сложностью и эксплуатируя сильное желание людей избавиться от болезней, предприимчивые шарлатаны заявляют, что они готовы вылечить от любого недуга — только платите. В результате возникает коммерческая псевдомедицина, развивающаяся как самостоятельная индустрия: с многомиллиардным оборотом, рекламой в
средствах массовой информации, Web-сайтами, дистрибуцией, офисами и коммивояжерами и т. д. Если посмотреть в Google одну только «тахионную терапию», можно получить около 120 тысяч ссылок, «энергетическую медицину» — примерно 210 тысяч ссылок, спиритуальное (то есть духовное) целитель-ство — около 57 миллионов (!) ссылок и т. д. Случайный перебор подобных ссылок (иначе невозможно при таких больших числах) показывает полное отсутствие какой-либо доказательной базы, и вообще терапевтический эффект в них только декларируется — типичный симптом мошенничества, в отличие от довольно серьезной восточной медицины. Последняя основана на колоссальном объеме наблюдений, по-видимому, насчитыващем порядка миллиарда случаев заболеваний, их постоянно уточняющемся систематизировании и дифференцировании, а также на получении выводов из многолетних наблюдений. Ничего подобного нельзя увидеть в заклинаниях про чудесное дистанционное исцеление, коррекцию ауры, биоэнергию, биополя и т. п. — все это какие-то умозрительные концепты, разговоры про неведомое. К сожалению, мэйнстрим-медицина редко отличает серьезные восточные школы от сообществ шарлатанов — шарлатаном по определению считается всякий, кто не получил диплом врача и тем не менее пытается давать медицинские советы.
Заметим, что грамотное применение методов восточной медицины, вообще говоря, не нацелено на устранение какого-нибудь симптома или на лечение какого-либо конкретного заболевания. Эти методы по своему замыслу предназначены восстанавливать нарушенное равновесие в организме, как бы такое равновесие ни понималось: динамическое, химическое, энергетическое, термодинамическое и т. д. На языке состояний организма как динамической системы, описывающей некоторую метаболическую супермашину, возвращение к равновесию означает очередное попадание в домен здо-

7енеджер № 3
здравоохранения 3014
Информатизация здравоохранения
ровья — аттрактор в физиологическом фазовом пространстве, или, по крайней мере, притяжение к нему. Попутно исчезают симптомы, которые сопровождают отклонение от домена здоровья и сигнализируют о таком отклонении. Отчасти поэтому бывает трудно проверить эффективность методов восточной медицины для лечения конкретных заболеваний (см. http: //nccam. nih. gov).
Высококвалифицированные представители восточных медицинских школ часто бывают хорошими диагностами, хотя и не вполне понятно, как именно они — по каким правилам — различают и интерпретируют нюансы физиологических проявлений: гармоники
пульсовых волн, вариации локальной температуры различных участков тела, в частности, локальную гипертермию, цветовые оттенки кожи, склер, слизистой оболочки полости рта, языка и гортани, изменения запаха выдыхаемых пациентом газов и т. д. Иными словами, тренированные доктора восточной медицины используют многочисленные рецепторы собственного тела, чтобы собрать информацию о пациенте, но какие именно интуитивные алгоритмы они используют для синтеза собранной информации и получения диагноза, остается неясным. Именно в этом слабое место восточных медицинских школ, способствующее проникновению в них самозванцев, дискредитирующих реальные достижения. По существу же, восточную медицину — по крайней мере, набор ее диагностических приемов можно считать далеким прообразом мобильных систем здравоохранения.
Таким образом, следует различать серьезную «альтернативную», в частности, восточную, медицину и прикрывающееся ею псевдоцелительство, хотя это нелегко и требует, как правило, довольно высокой квалификации сразу в нескольких областях знания, включая физику. При этом можно легко убедиться, что число ссылок на шарлатанские медицинские лозунги, как правило, превышает число ссылок на важные, в том числе и для
медицины, научные концепции, например, из области обработки и анализа сигналов, сенсорной компрессии и т. д. Столь высокая популярность безнадежно наивных псевдомедицинских деклараций свидетельствует о падении авторитета серьезной медицины и препятствует улучшению действительно работающих медицинских методик, а также накоплению реальных знаний, поскольку наиболее активные пациенты вместо того, чтобы требовать от врачей точную информацию о своем состоянии, а также высококачественного медицинского обслуживания, просто мигрируют из мэйнстрим-медицины в альтернативную с высокой вероятностью потерять как здоровье, так и деньги. Пациенты, как говорится, голосуют ногами.
Значительное число Интернет-ссылок на бессодержательную псевдомедицинскую риторику, а часто и откровенную ложь сигнализируют о социальном феномене, выражающемся в неоправданной популярности шарлатанских обещаний, и свидетельствуют о массовом неверии в «школьную» медицину. Эта ситуация напоминает древнее идолопоклонство, когда чуть ли не всеобщее поклонение фальшивым богам конкурировало с официальной религией. Без массовой поддержки, отчасти вызванной растущей популярностью иррационализма и негативным отношением к официальной медицине, псевдонаука не изобретала бы все новые способы искажать природные факты, в частности, о функционировании человеческого организма. В этой связи можно подметить, что люди часто предпочитают действительно научным понятиям такие, которые «научно» звучат, особенно когда нет отчетливых ориентиров. Официальная же медицина, как представляется, делает многое, чтобы оттолкнуть от себя людей, поскольку она все чаще воспринимается как некая монолитная, бездушная и коррумпированная система, противостоящая отдельному пациенту, которому обычно трудно себя защитить.
Именно здесь могут оказаться весьма полезными принципы и системы мобильного

№ 3
5014
Менедже1
Информатизация здравоохранения

здравоохранения. Важно, что такие системы в идеале позволяют его предельно индивидуализировать. Действительно, электронные, оптические или квантовые сенсоры, размещенные на теле пациента, способны независимо измерять его физиологические параметры, сводя их затем в некоторое локальное анализирующее устройство, — таким устройством может служить компьютер, смартфон, нотбук или специализированный микропроцессор (который раньше называли ASIC — application-specific integrated circuit или SoC — system on a chip). Аналогичная архитектура используется для построения сенсорных сетей и распределенных систем датчиков, установленных на автомобилях, самолетах, судах, АЭС и на других сложных объектах. Примерно также (только, разумеется, в другом масштабе) бывают организованы экологический и сельскохозяйственный мониторинг, сети сейсмического наблюдения, так называемые интеллектуальные здания (smart houses) и т. д. Физиологическая информация, снимаемая с тела пациента, может быть затем отправлена, например, по радиоканалу знакомому врачу или в конкретное медицинское учреждение (см. также ниже). Важно, чтобы к пациенту не относились обезличенно, в противном случае он тут же может обратиться к другому врачу или в другую клинику. В mHealth-системах информационное взаимодействие между врачами и пациентами может происходить так быстро, без бумажных носителей (карточек) и посреднических звеньев (регистратуры и т. п.), что пациенту очень быстро становится ясно, куда и к кому стоит обращаться, а к кому нет. Доктороцентрическая система, к которой мы привыкли, довольно быстро преобразуется в пациентоцентрическую — эта трансформация уже наблюдается в ряде стран и регионов.
Сенсоры
Сенсоры, применяемые в мобильных системах здравоохранения, в идеале должны усиливать человеческие органы чувств, вырабо-
танные в процессе эволюции. Сенсорные системы mHealth призваны преобразовывать физиологические характеристики организма в последовательность электрических (в принципе, также электромагнитных) импульсов, которые затем должны конвертироваться в цифровые сигналы. Сенсоры, снимающие физиологическую информацию с человеческого тела, могут быть портативными, в частности, размещаемыми в различных углублениях на теле, или имплантируемыми. Имплантируемые сенсоры представляют собой довольно сложные миниатюрные устройства, поскольку они должны хорошо анатомически вписываться в оптимальные для «прослушивания» физиологических сигналов участки тела, иметь очень малую в масштабах тела и отдельных его органов массу, потреблять незначительную мощность, практически не деградировать со временем и не влиять на функции организма. Кроме того, для имплантации сенсоров все-таки требуется хирургическое вмешательство, а значит, и специальное лицензирование. Не всякий терапевт сумеет правильно имплантировать микроустройства в человеческое тело, не имея специальной подготовки.
Сигналы, регистрируемые сенсорами на поверхности человеческого тела, предоставляют важную информацию относительно состояния внутренних органов. Так, электрическая активность сердца, которая непосредственно связана с перекачкой крови этим замечательно сконструированным мембранным насосом, измеряется ЭКГ-сигналами, электрическая активность головного мозга — в частности, ЭЭГ, МЭГ и РЕТ сигналами и т. д. Искусственные сенсоры, носимые или имплантируемые, способны усиливать слабые и даже непосредственно не ощущаемые сигналы, которые тем не менее могут свидетельствовать о нарушениях здоровья и вообще об аномалиях в организме. Например, сравнительно безобидные экстрасистолы, обусловленные стрессом, обычно не замечаются человеком, занятым своими повседнев-

7енеджер № 3
здравоохранения 3014
Информатизация здравоохранения
ными обязанностями, и даже рассматриваются большинством терапевтов как доброкачественные состояния. Между тем экстрасистолы (часто обозначаемые как PVC — premature ventricular contractions — или PAC — premature atrial contractions) могут быть проявлениями тяжелых, хотя, возможно, асимптоматических или неотчетливо диагностируемых патологических процессов, таких как коронарная недостаточность, которая может привести к нарушению кровотока и, как следствие, к локальной ишемии или даже острому инфаркту миокарда.
Электронные или квантовые сенсоры в мобильных системах могут производить как непосредственно цифровые, так и аналоговые измерения, которые затем оцифровываются и передаются, например, в централизованное процессорное устройство- прототипом такого процессорного блока сегодня могут служить смартфон, планшет или другая портативная компьютерная система. Заметим, что сенсоры, размещаемые на теле человека, могут работать независимо друг от друга, измеряя различные физиологические характеристики. Кросс-корреляцион-ные функции таких измерений, одновременные или взятые со сдвигом по времени, способны давать чрезвычайно интересную информацию относительно состояния организма: соответствующая корреляционная
матрица почти полностью характеризует внутренние связи между различными подсистемами организма. Например, запаздывающий отклик разных подсистем на один и тот же стимулирующий фактор, такой как боль, локальный нагрев, изменение окружающей температуры, вербальную атаку или оскорбления, алкоголь, стресс-ЭКГ и т. д., описывает дифференциальное воздействие любого отдельно взятого стимула на весь организм. Кроме того, по временному запаздыванию между показаниями отдельных сенсоров можно определить синергетический (нелинейный) эффект различных возбуждающих факторов: если предыдущий стимул
изменяет состояние организма, то он уже по-другому реагирует на последующее воздействие. Кривые, отображающие спад сенсорных откликов (в частности, кривые ослабления корреляций), предоставляют информацию о релаксации к равновесному состоянию организма (состоянию здоровья), что может служить количественным показателем выздоравливаемости. Разумеется, проанализировать такие кривые и получить соответствующие количественные данные весьма трудно без специализированного программного обеспечения.
Существенно то, что изолированные (standalone) датчики могут снимать только локальную информацию, в отличие от сенсорных сетей, обсуждаемых в следующем разделе. Так, сенсоры, регистрирующие небольшие локальные вариации температуры, влажности и электропроводности кожи, а значит, соответствующие изменения в распределении электрического поля вблизи тела, могут предоставить данные, которые при правильной количественной интерпретации показывали бы диабетические нарушения в разных подсистемах организма.
Основные физиологические характеристики, о которых обычно идет речь, — это температура тела, артериальное давление, частота, ритмичность и наполненность пульса, а также электрические сигналы, получаемые путем электрофизических, оптических и ядерно-медицинских измерений, таких как ЭКГ (электрокардиограмма), ЭЭГ (электроэнцефалограмма), РЭГ и ГЭГ (реоэнцефалограмма и гемоэнцефалограмма, характеризующие потоки крови и метаболизм в мозгу), ФПГ (фотоплетизмограмма), ЭМГ (электромио-грамма), допплеровская флоуметрия, магнитно-резонансное и позитронно-эмиссионное (РЕТ) сканирование, регистрация локальной интенсивности теплового (инфракрасного) излучения, вариации влажности кожи (измеряемые по изменению проводимости) и т. д.
Цифровые сигналы могут затем обрабатываться с помощью компьютера или смартфо-

№ 3
5014
Менедже1
Информатизация здравоохранения

на. Соответствующие физические величины, измеряемые или регистрируемые медицинскими сенсорными устройствами, это, как правило, температура, давление, сила, момент силы, время, частота колебаний, электрическое напряжение, магнитное поле, физические свойства телесных жидкостей (крови, мочи и других), такие как плотность, скорость течения, вязкость, диэлектрическая проницаемость и т. д. Некоторые физические измерения в медицине основаны на регистрации простых кинематических величин: пространственных координат (скажем, вариации объема при фотоплетизмографии), скорости и ускорения. Последнее может измеряться, например, при помощи MEMS-акселерометров- MEMS — это микроэлектромеханическая система. Как мы видели, важно также измерять химические характеристики, в частности, концентрации различных субстанций, к примеру, газов, растворенных в крови: кислорода и углекислого газа.
Сенсоры мобильных систем, регисрирую-щие химические вещества или измеряющие концентрации аналитов, могут быть, в частности, так называемыми биосенсорами. Биосенсоры представляют собой миниатюрные комбинированные приборы, чувствительный элемент которых имеет сугубо биологическую природу, тогда как пребразовательный элемент (трансдьюсер) работает на основе стандартных физических принципов, конвертируя первичный электрический — электрохимический или электрофизиологический — сигнал в чисто электрический. Последний уже легко обрабатывается стандартной электроникой или оптоэлектроникой: аналого-цифровыми преобразователями, микропроцессорами, специализированными микросхемами (ASIC), анализаторами сигналов и т. д. Простейший пример биосенсора — чуствительный элемент глюкометра (тестовая полоска), правда, стандартные глюкометры довольно неудобны для пользователей. Развитие наноэлектроники уже сегодня позволяет создавать микросенсоры для неинвазивного и практически незамет-
ного мониторинга физиологических параметров, хотя такие сенсоры пока не внедрены в клиническую практику [13].
Многие уже имеющиеся на рынке сенсоры способны измерять или регистрировать локальные электрические или оптические характеристики тела с точностью, приемлемой не только при медицинских, но и при физических измерениях (например, с погрешностью ниже 1%). В частности, сенсоры, чувствительные к электромагнитному (ЭМ) излучению, способны с хорошей точностью регистрировать физиологическую информацию, поскольку испускаемые электромагнитные волны оказываются промодулирован-ными физиологическими процессами в организме. Образно говоря, сенсоры могут подслушивать внутренние сигналы, сопровождающие работу метаболического реактора, известного как человеческий организм.
В качестве примеров подобного прослушивания организма можно привести многочисленные решения, когда сенсоры и приемнопередающие устройства вшиваются в одежду. Такие решения применяются в армиях некоторых стран, а также в педиатрии. В частности, существуют футболки (T-shirts) со встроенными датчиками, которые регистрируют состояние седечно-сосудистой системы, фактически дистанционно снимая кардиограмму, а также измеряя температуру тела, частоту дыхания и, возможно, другие физиологические параметры. Что касается работы головного мозга, то, например, израильской компанией «Ней-рокипер Технолоджиз» (http: //www. neurokee-per. com/) создана кепка со встроенными датчиками и микропроцессорами, которая способна мониторировать локальные потоки крови в мозгу (rCBF). Вспомним, что головной мозг человека не может сам по себе запасать кислород и глюкозу, необходимые для его функционирования, и поэтому практически все его участки зависят от постоянного снабжения кровью. Кепка «Нейрокипер» фактически снимает электроэнцефалограмму в реальном времени, то есть регистрирует вариации элек-
АТ
7енеджер № 3
здравоохранения 3014
Информатизация здравоохранения
трической активности мозга, например, когда интракраниальные потоки крови блокируются или даже искажаются. В частности, кепка вырабатывает сигнал тревоги, если образуется сгусток крови или тромб, которые могут оказаться непосредственными предвестниками инсульта. Этот медицинский прибор — пример неинвазивной диагностики и бесперебойного мониторинга состояния здоровья.
Помимо довольно изощренного конструкционного воплощения, сенсоры, как правило, объединены в системы и работают под управлением программ, основанных на эффективных алгоритмах. Заметим, что всегда существуют рабочие диапазоны измеряемых величин, а также допустимая область рабочих температур, когда показания сенсоров искажаются слабо (скажем, температурный дрейф остается на уровне долей процента), и управляющие программы должны автоматически контролировать такие рабочие диапазоны. Поэтому создание специализированных приложений оказывается неотъемлемой частью технологий мобильного здравоохранения и связанного с ними медицинского бизнеса, особенно когда речь идет о многопараметрическом мониторинге состояния здоровья в реальном времени.
Сенсоры, способные регистрировать собственные сигналы организма, и сопутствующее программное обеспечение образуют фундамент нового поколения приборов для непрерывного мониторинга здоровья, неинвазивной диагностики и в отдельных ситуациях — невозмущающей терапии. Полная хореография сенсорных сообщений может (в принципе, должна) предоставлять когерентную интегральную картину организма в привычном для человека масштабе времени, выявляя при этом логически оправданные корреляции в работе подсистем организма. Здоровье организма при этом может (и, в принципе, должно) быть достаточно полно описано в терминах физиологических переменных как некоторое устойчивое коллективное состояние. Шумы и флуктуации, неиз-
бежно возникающие при движениях тела или его частей, должны обрабатываться и вычитаться (в идеале в реальном времени), что в большей степени представляет собой алгоритмическую проблему или же задачу оптимального написания программ.
Следует иметь в виду, что любые сигналы, регистрируемые сенсорами, содержат погрешности. Причина такого «загрязнения» получаемых данных неопределенностями состоит в том, что никогда не удается полностью контролировать все факторы, которые могут повлиять на конкретное измерение. Неопределенности скрыты в любом зарегистрированном значении физической или физиологической величины, которое, следовательно, неизбежно обладает лишь ограниченной точностью, причем независимо от того, насколько хорошо может быть организован процесс измерения. Заметим, что погрешности измерений — не ошибки в обычном смысле, вызванные, например, человеческой небрежностью, а естественное следствие либо неполного знания об измеряемом процессе, либо неконтролируемым дрейфе этого процесса во времени, скажем, из-за динамических неустойчивостей. Вообще говоря, погрешность и неопределенность измерений — разные понятия, но здесь мы их отождествляем, чтобы не погружаться в теоретические вопросы метрологии и тем самым не перегружать статью. Неопределенность измерений характеризуется интервалом вокруг «истинного» результата измерения, который на самом деле неизвестен, а интервал неопределенности может быть несимметричным. Интервал неопределенности, характеризующий погрешность измерений, можно постепенно уточнять, совершая повторные измерения (в идеале бесконечную серию таких повторов), однако в реальных ситуациях, в частности, в системах мобильного мониторинга здоровья, множественные серии однотипных измерений одной и той же величины вряд ли возможны. Для большинства людей, которые не имеют опыта научных иссле-

№ 3
5014
Менедже1
Информатизация здравоохранения

дований или инженерных разработок, концепции погрешности или неопределенности измерений обычно нелегко «прочувствовать»: измеряемые физиологические параметры, такие как температура тела, артериальное давление, частота сердечных сокращений (ЧСС), амплитуда ЭКГ-сигналов, концентрации химических соединений в крови и т. д., представляются точными и окончательными значениями, которыми они на самом деле никогда не оказываются.
Чтобы уменьшить неопределенности в мобильных системах, основанных на измерениях с помощью датчиков, следует научиться разделять погрешности на случайные и систематические. Лучше это делать на самом раннем этапе инженерной проработки, то есть еще до размещения датчиков на теле пациента. Как правило, разделение погрешностей на случайную и систематическую достигается путем проведения многократных испытательных измерений. Можно, правда, заметить, что не все метрологи (то есть профессионалы,
гарантирующие единство и корректность измерений) поддерживают концепцию однозначного разделения погрешности измерений на случайную и систематическую составляющие.
Мы настолько привыкли к тому, что медицинская наука говорит: это так — и все, что теряем из виду то обстоятельство, что пренебрегаемые неопределенности и неточности на самом деле весьма интересны и могут служить источником новых и нетривиальных сведений. К сожалению, как и при всяком контроле сложных систем, возникает ряд конфликтующих инженерных требований, которые приходится балансировать, часто не опираясь на рафинированные научные методы. Такие инженерные конфликты становятся все более заметными с усложнением системы сенсоров, например, когда последние объединяются в сети передачи данных с беспроводным соединением узлов сети друг с другом.
Продолжение статьи читайте в следующем номере
1. Committee on Quality of Health Care in America, Institute of Medicine. To Err Is Human: Building a Safer Health System. — Washington, DC: National Academy Press, 2000- см. также McGlynn E.A., Asch S.M., Adams J et al. The quality of health care delivered to adults in the United States//N. Engl. J. Med. — 2003. — № 348. — P. 2635−2645.
2. Singh S, Edzard E. Trick or Treatment. — W.W. Norton, New York, 2008.
3. Semple D., Smyth R., Burns J, Darjee R, McIntosh A. Oxford Handbook of Psychiatry. — Oxford University Press, New York, 2005.
4. http: //www. cdc. gov/omhd/amh/factsheets/mental. htm.
5. Haig S. When the Patient is a Googler//http: //www. time. com/time/health/article/ /0,8599,1 681 838−2,00. html
6. Stevenson R, Umachandran V, Ranjadayalan K, Wilkinson P, Marchant B, TimmisA.D. Exercise-induced Adverse Effects//Br. Heart J. — 1993. — № 70. — P. 415−420- см. также http: //www. me-dicalhealthtests. com/articles/126/medical-tests/treadmill-test-risks. html и ACC/AHA Clinical Competence Statement. http: //circ. ahajournals. org/content/102/14/1726. full.
7. Chyka P.A., etal. Salicylate poisoning: an evidence-based consensus guideline for out-of-hospital management//Clinical toxicology. — 2007. — № 45 (2). — P. 95−131- см. также http: //www. fre-emd. com/aspirin-overdose/overview. htm.
8. http: //www. redorbit. com/news/video/health2/1 112 546 197/z_pak_health_warning.
9. Weill A. etal. Benfluorex and valvular heart disease: a cohort study of a million people with diabetes mellitus//Pharmacoepidemiology and Drug Safety. — 2010. — V. 19(12). — P. 1256−1262- см. также http: //www. bbc. co. uk/news/world-europe-12 155 639.
-G
1енецжер № 3
здравоохранения 3014
Информатизация здравоохранения
Ш
10. Harmon K. What Is Propofol and How Could It Have Killed Michael Jackson?// http: //www. scientificamerican. com/article. cfm? id=propofol-michael-iackson-doctor.
11. http: //www. orientalmedicine. com/diagnostic-methods.
12. Andre L. Doctors of Deception. — Rutgers Univ. Press, N.J., 2009.
13. Urban G.A. Micro- and nanobiosensors — state of the art and trends//Measurement Science and Technology. — 2009. — V. 20. — № 1.
14. KoB.J. G, Lu C, Srivastava M.B., Stankovic J. A, Terzis A, Welsh M. Wireless sensor network for healthcare//Proc. IEEE. — 2010. — Vol. 98. — P. 1947−1960.
15. http: //www. biosigunstruments. com.
16. http: //www. researchingmeditation. org/blog/category/meditation/sahaja-yoga-meditation.
17. Waluyo A .B., Pek I., ChenX., Yeoh W. -S. Design and evaluation of lightweight middleware for personal wireless body area network//Pers. Ubiquit. Comput. — 2009. — V. 13. — P. 509−525.
18. Pardue J.H., Patidar P. Threats to healthcare data: a threat tree for risk assessment//Issues in Information Systems. — 2011. — V. 12. — № 1. — P. 106−113.
19. Kumar P., Lee H. -J. Security issues in healthcare applications using wireless medical sensor networks: a survey//Sensors. — 2012. — V. 12. — P. 55−91.
20. An Aging World, http: //www. census. gov/prod/2009pubs/p-95−09−1. pdf.
21. Koch S., HagglundM. Health informatics and the delivery of care to older people//Maturi-tass. — 2009. — V. 63. — P. 195−199.
22. Frost and Sullivan Research, http: //www. prnewswire. com/news-releases/frost--sullivan-what-next-fpr-mobile-health-157 181 195. html.
23. Epilepsy and Driving, http: //en. wikipedia. org/wiki/Epilepsy_and_driving.
24. Ca rs that can monitor your health, http: //www. telegraph. co. uk/motoring/road-safe-ty/10 013 373/Cars-that-can-monitor-your-health. html- http: //www. computerworld. com/s/artic-le/9 216 842/Ford_developing_in_car_health_monitoring_tech.
25. http: //www. rand. org/pubs/research_reports/RR439. html.
26. World Health Organization Europe, http: //www. euro. int/en/what-we-do/health-topics/non-communicable-diseases/obesity/news/news/2012/5/world-health-statistics-2012-report-increase-of-hypertension-and-diabetes.
27. http: //research. microsoft. com/en-us/collaboration/stories/nui_contactlens_cs. pdf.
28. Attachment turns mobile phone into microscope//Computer. — V. 42. — № 12. — P. 23−25. — 2009- http: //research. microsoft. com/en-us/collaboration/focus/health/cellscope. pdf.
UDC 614. 2
Pankratov S., Znamenskaya T. Mobile Health (mHealth): A Conceptual View (Technische Universitat Munchen, Germany- Microsoft Europe, Middle East and Africa, Munchen, Germany}
Abstract: The value of mHealth for sustainable healthcare is discussed. It is projected that mHealth can become a disruptive technology that is set out to radically transform the current state of medical disciplines. In particular, the mHealth solutions can provide better understanding of the organism stability margins and of the emergence of diseases as well as ensure more patient safety under drug and physiotherapy prescription. The issue of measuring the physiological quantities is addressed, with the conventional yet complex task of quantitative accuracy evaluation being discussed. The concept of complexity and its relevance for the physiological parameters defining both the health state and disorders is accounted for. The principles of body area networking and the relevant standards are briefly overviewed, with a focus on security issues. The concept of biofeedback implemented through mHealth sensor technologies is examined. Basic requirements to facilitate market acceptance and response are analyzed. Selected case studies of pervasive health monitoring are presented. Possible current and future mHealth applications are considered. Since some general problems of healthcare are touched upon in the article, it is intended to provoke a controversy.
Keywords: homeostasis, sensor, networking, measurement, biofeedback.
NP3
5014
Менедже1

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой