Телемедицина в хирургической клинике

Е.В.Флеров, И.Н.Саблин, О.Г.Бройтман, Ш.С.Батчаев, В.А.Толмачев

Российский Научный Центр Хирургии РАМН, г.Москва

        Компьютерные технологии всё активнее внедряются во все области медицины, помогая врачу проводить точную диагностику заболевания, накапливать и эффективно использовать объективную информацию в процессе лечения и научно- исследовательской работе. Современную хирургическую клинику невозможно представить без аппаратуры ультразвуковой диагностики, цифровой рентгенографической аппаратуры, без лабораторных компьютеризированных роботов-анализаторов, без мониторного оборудования отделений интенсивной терапии и анестезиологии. И в каждом из этих приборов основным элементом является компьютер со сложным математическим обеспечением позволяющим обрабатывать видеоизображение, кривые измеряемых параметров и т.д. Основным направлением внедрения компьютерных технологий в клиническую практику становится интеграция всей медицинской информации в цифровом виде с использованием всех современных достижений компьютерных и телекоммуникационных технологий. А возможности последних поистине безграничны. Это и автоматизированный сбор объективной информации, сложнейшие математические программы обработки изображения, современные базы данных с формальным и контекстным поиском, ёмкие долговременные хранители информации, высокоскоростные цифровые линии связи, локальные и глобальные компьютерные сети (World Wide Web или WWW), системы видеоконференцсвязи и т.д. Компьютерная интеграция информации предполагает тесное взаимодействие врачей различных специальностей, инженеров-электронщиков, программистов, специалистов по телекоммуникациям, врачей администраторов, менеджеров-системщиков, активно использующих компьютерные технологии в повседневной практике, четко представляющих прохождение и управление медицинской и экономической информацией в своем лечебном учреждении. Практическое отсутствие последних в сочетании с высокой стоимостью сетевых компьютерных решений по сравнению с низкой стоимостью врача-специалиста является основной причиной отсутствия реально работающих информационных систем (электронных историй болезни) в России. По этой причине может быть перспективна разработка компьютеризированных систем сбора, обработки и интегрированного хранения медицинской информации, в том числе с использованием Web- техпологий, для отдельных, стандартных отделений лечебных учреждений. Разработка таких систем очень важна в связи с развитием нового направления медицины – телемедицины. Создание веб-интегрированного поля медицинской информации позволит широко использовать врачами методы телемедицины и отказаться от анахронизма прошлого века – документ-камеры, сканера, используемых до сих пор даже ведущими клиниками России при дистанционном консультировании и обучении.

        В хирургической клинике основным подразделением является операционная, в которой собственно и проводится хирургическое лечение в условиях общей анестезии. Общая анестезия, современное анестезиологическое обеспечение давно перестало быть простой “дачей наркоза“. Это сложный процесс управления физиологическими функциями пациента с защитой от хирургической агрессии во время операции. И для этих целей используется постоянный, комплексный мониторный контроль компонентов анестезии и состояния физиологических функций больного во время операции и анестезии. Компьютерный сбор информации во время операции, с интеграцией информации на экране одного монитора компьютера, разработка систем безбумажного ведения анестезиологической документации, компьютерный телемониторинг физиологических параметров оперируемого пациента, визуализации деятельности хирурга с организацией удаленного доступа с использованием Web-технологий - основные составляющие реального использования возможностей компьютерных технологий и телемедицины в операционной хирургической клиники.

  Опыт интраоперационного применения компьютерных технологий в Российском Научном Центре Хирургии показывает, что применение методов телемедицины в операционной возможно только при наличии следующих условий:

1. Полный комплекс микропроцессорной следящей аппаратуры, обеспечивающий не менее чем стандарт “мониторинга безопасности”;

2. Мониторно-компьютерная система сбора, обработки информации и автоматического ведения анестезиологической карты;

3. Компьютерная сеть, объединяющая компьютеры операционной и компьютеры клинических отделений и лабораторий с организацией безбумажной технологии ведения анестезиологической документации (Intranet);

4. Удаленный и мобильный мониторинг параметров пациента и действий анестезиолога с применением Web-технологий;

5. Система видеоконференцсвязи на базе сетевого компьютера с телекоммуникацией по протоколу H323 (TCP/IP) и H320 (ISDN).

        Что касается первого пункта, то это наиболее дорогая составляющая часть организации компьютерного мониторинга в операционной. Стандарт обеспечения операционных РНЦХ РАМН следящей аппаратурой: пульсоксиметр, комплексный газоанализатор, аппарат автоматического неинвазивного измерения артериального давления, мониторный канал ЭКГ, факультативно акселлерометрический контроль нервно-мышечной проводимости. При операциях на сердце дополнительно три инвазивных давления, термодилюционное определение сердечного выброса с волюметрией правого желудочка, ЭЭГ, две температуры.

        Только комплексность и стандартизация следящей аппаратуры позволяет перейти к следующему этапу применения компьютерных технологий в операционной. В РНЦХ РАМН первая реализация автоматического ведения анестезиологической карты была осуществлена в 1975 г. на базе комплекса Симфония. В 1992 г. было разработано математическое обеспечение для персонального компьютера и с 1994г. в Центре отменено ручное ведение анестезиологической карты. Анализ применения компьютерных анестезиологических карт показал, что они обеспечивают полную, точную регистрацию динамики физиологических параметров пациента и действий анестезиолога, экономят время анестезиологической сестры для основной работы, позволяют долговременно хранить информацию, являются базисом научных исследований, улучшают безопасность анестезии и могут быть основой юридической защиты анестезиолога.

        Следующим этапом в Российском Научном Центре Хирургии РАМН была разработана компьютерная сеть, объединяющая четыре операционные, отделение интенсивной терапии и клинические отделения Центра Хирургии РАМН; сетевые ПК в каждой операционной для сбора аналоговой и цифровой информации с мониторных анестезиологических приборов с математическим обеспечением автоматического ведения анестезиологической карты. Система к настоящему времени применена для компьютерного сопровождения более 2500 операций на открытом сердце. В операционных кардиокорпуса организованна стройная система сбора, редактирования и архивирования видеоинформации собираемой с помощью цифровых камер. Цифровые камеры Olimpus 1400; стерильные миниатюрные видеокамеры; ПК с видеоплатой захвата изображения используются для создания архива хирургической видеоинформации. Хирург с использованием стерильного бокса или его не стерильный помощник во время операции делают снимки. По окончании операции файлы с изображениями записываются в общий архив, проходят процедуру графического редактирования и далее используется врачами при составлении протокола операции, научной работе и при составлении компьютерных презентаций еженедельных отчётов руководителей хирургических отделений.

        Для удобства пользования архивом разработана специальная программа одновременного просмотра анестезиологической информации (компьютерная карта) и хирургической видеоинформации. Эта программа позволяет в системе Intranet легко пользоваться накопленной информацией с любого компьютера сети. Программа обеспечивает поиск по дате операции, номеру операционной, фамилии больного, хирурга, анестезиолога и т.д.

        Цифровые фото операционного поля позволяют хирургу фиксировать исходную патологию и результаты хирургической операции.

        Фото в формате jpeg. с данными о дате, времени и номере операционной составляли отдельный файл информации хранимой на сервере Центра. В 1999г. был установлен специальный сервер с математическим обеспечением для объединения анестезиологической и хирургической видео информации и обеспечения удаленного доступа врачам по Internet. Этот сервер реализован с использованием операционной системы Linux. Сервер обеспечивает интерфейс с сетью Internet. Адрес WWW-сервера, обслуживающего теледоступ к анестезиологическому архиву http://oper.med.ru/oper.html

        Информация о наличии цифровых фотографий отображается в комментариях анестезиолога с привязкой по времени. Врач с любого компьютера всемирной сети имеет возможность просмотреть как анестезиологическую информацию, так и цифровые фотографии операционного поля любой операции и обсудить её результаты с коллегой находящимся в любой точке мира (Рис. 1). Конфиденциальность информации обеспечивается кодированием входа в сервер и отсутствием фамилий больных и врачей при доступе через Internet.

 


Рис.1. Фрагмент компьютерной анестезиологической карты и цифровая фотография этапа операции при просмотре через Internet

        В системе теледоступа предусматривается возможность получения цифровых файлов первичных данных и дальнейшей обработки стандартными статистическими программами. Мобильный компьютерный мониторинг на расстоянии до 100 метров внутри здания при транспортировке больного в отделение интенсивной терапии осуществляется с применением радиопередачи данных интерфейса RS 232C. Доступ к информации через Internet позволил создать систему мобильного мониторинга с использование функции SMS мобильного телефона. Сервер, выставляющий информацию в формате html в Internet, соединяется с сервером оператора сотовой связи (MTС, БиЛайн, Скай линк и т.д.), формирует и посылает на мобильный телефон короткое сообщение (SMS) . Врач каждые 30 мин получает информацию о проводимой операции и текущих параметрах гемодинамики больного на свой мобильный телефон. Включение функции роуминга мобильного телефона обеспечивает получение этой информации в любой точке мира. Таким образом, врач всегда в курсе состояния пациента, руководитель отделения может контролировать время подачи больного в операционную, время окончания операции, начало экстренной операции в любое время суток.

        С появлением в Москве в 2000 году у операторов сотовой телефонной связи функции мобильного доступа в Internet (GPRS, а позднее более скоростной CDMA) мы смогли создать мобильную систему телемониторинга состояния пациента во время операции на открытом сердце в реальном масштабе времени (Рис.2). Система позволяет врачу просматривать компьютерную анестезиологическую карту на своём персональном или карманном компьютере, даже находясь в автомобиле или учреждениях с отсутствием свободного доступа в Internet. Врач-наставник, не прерывая сеанс связи с Internet, может связаться с врачом ординатором по стандартной GSM-связи обсудить текущую ситуацию и дать ему те или иные указания.

 

Рис.2. Визуализация анестезиологической компьютерной карты и цифровой фотографии этапа операции с использованием мобильного телефона.

        В 2001 года системы удаленного компьютерного мониторинга были дополнены стандартными компьютерными системами видеоконференцсвязи, работающими как по протоколу Н320 (ISDN), так и Н323 (TCP/IP). Был создан телемедицинский центр, который работает круглосуточно, его можно увидеть через Internet по адресу: http://oper.med.ru/sablin/ (выбирайте WEB-камеру * ЦЕНТР ТЕЛЕМЕДИЦИНЫ * кам.ATI-1 320X240), а соединиться по протоколу Н323 по адресу 62.117.68.210, по протоколу Н320 ISDN по тел. (501) 401 08 82. Учитывая особенности использования систем видеоконференцсвязи в анестезиологии была выбрана система фирмы VCON, которая представляет собой одно- или двуслотовую плату, дополняющей любой сетевой компьютер функцией видеоконференцсвязи. Сочетание компьютерного Internet-телемониторинга физиологических систем пациента, действий анестезиолога зафиксированных в компьютерной карте и аудиовизуальной связи позволяет проводить эффективный контроль и наставничество ведущими анестезиологами обучающихся врачей-анестезиологов. На основе Internet-мониторинга и компьютерной видеоконференцсвязи разработана методика проведения «мастер-класса» (Рис.3). При этой методике обучения профессор с большой группой врачей-курсантов находятся вне операционной.

 

Рис.3. Академик РАМН А.А.Бунятян ведет “мастер-класс”, демонстрируя новейшую методику анестезии на основе ксенона.

        В операционной расположена постоянно включенная система видеоконференцсвязи (IP адрес 62.117.68.194). Система позволяет визуализировать рабочее место анестезиолога, операционное поле, показать кривые параметров с монитора МХ-04REF (ЭКГ, ЭЭГ, артериальное, венозное давления и давление в легочной артерии, кривая термодилюции, параметры «физиологического профиля» с волюметрией правого желудочка, расчет скоростей инфузии препаратов), видеоизображение с прибора транспищеводной эхокардиографии. На большой экран с помощью мультимедийного проектора выводится Internet версия автоматической компьютерной карты со всеми нюансами динамики физиологических параметров состояния пациента и комментариями о вводимых препаратах, растворов и этапов операции. Одно или два окна видеоконференцсвязи располагаются поверх первого окна. Это позволяет преподавателю вместе с врачами-курсантами и ведущим анестезиологом, находящимся в операционной и оснащенным радиомикрофоном в реальном времени оценивать состояние пациента, эффекты проводимой терапии и проводить дискуссии, не мешая ходу операции. При этой методике врачи-курсанты видят и обсуждают с профессором текущую ситуацию, и даже ошибки ведения анестезии, профессор в это время может прочесть небольшую лекцию по методам предотвращения и коррекции ошибок анестезиолога. Применение систем многоточечной видеоконференцсвязи позволяет подключать группы врачей находящихся в других городах и странах. Мы имеем опыт такого удаленного обучения врачей находившихся в это время в г. Ричмонд штат Вирджиния, США. В свою очередь телемедицинский центр MedITAC университета штата Вирджиния провел цикл лекций по телемедицине и демонстрации операций с применением новой управляемой голосом видеокамеры хирургического робота для группы владеющих английским языком студентов 5-6 курсов ММА им И.М.Сеченова.

        В рамках этого проекта дистанционного обучения телемедицине было доказано, что IP-коммутация с применением системы QoS является реальной альтернативой дорогой ISDN связи. Особенно это актуально для г. Москвы, где создана и, к сожалению, практически не используется Московская волоконно-оптическая сеть (МВОС, Комкор), объединяющая большое количество медицинских учреждений города. 1 марта 2001 года в Российском Научном Центре Хирургии состоялась конференция «Состояние и перспективы практического использования Московской телемедицинской сети». Конференция показала, что Московская телемедицинская сеть, постоянно расширяясь, сможет стать реальной основой развития здравоохранения в городе и области, что в сочетании с современными системами IP-видеоконференцсвязи она позволяет на скоростях 1 Мегабит/сек получать высококачественную аудиовизуальную связь, которую можно использовать в различных областях медицины и организации здравоохранения. Для нас крупным недостатком МВОС является её изолированность, корпоративность. Отсутствие выхода в Internet не позволяло полноценно использовать современные возможности Internet-мониторинга параллельно с проводимой видеоконференцсвязью. Выход был найден в применении современных операционных систем ПК. Windows XP позволяет иметь два IP-адреса. При этом видеоконференция в МВОС проходит в идеальных условиях закрытых, скоростных (до 1.5 Мбит/сек) линий связи, и в тоже время доступен телемониторинг и доступ к информации через Internet. На основе этой технологии сетевые компьютеры ведущих специалистов Центра оснащаются недорогими персональными системами видеоконферецсвязи, что позволяет им проводить дистанционные консультации и телеобучение без посредничества телемедицинских центров. (Рис. 4).

 

Рис.4. Профессор А.С.Иванов обсуждает с тульским кардиотерапевтом тактику лечения пациента с пороком сердца.

        Необходимо сказать, что уровень компьютерной грамотности врачей в настоящее время является основным тормозом в эффективном использовании компьютерных и телекоммуникационых технологий в медицине.

        Видеконференцсвязь, как по протоколу Н320, так и H323, может передавать изображение с максимальным разрешением не более 320х240 пикселей. Проведенный вместе с хирургами анализ показал, что даже применение 12-тикратного оптического увеличения PTZ видеокамер современных систем видеоконференцсвязи не позволяет качественно визуализировать детали размером менее 1 мм. Выход был найден с применением новой Веб-камеры фирмы Sony, c собственным WWW-сервером, управляемой через Internet. Встроенная в операционную лампу камера SNC-RZ30N с разрешением картинки 738х480 и 25-кратным оптическим увеличением, позволяет через Internet, без задержки характерной для Internet-трансляции, параллельно с видеоконференцсвязью визуализировать хирургическую нить диаметром 8.0 (Рис. 5).

 

 

Рис.5. Веб-камера с управлением через Internet в операционной лампе.

        Камера применяется для дистанционного контроля ведущим кардиохирургом первого этапа кардиооперации, дистанционного обучения молодых кардиохирургов, для разрабатываемой системы взаимообмена хирургической техникой между кардиохирургами РНЦХ РАМН и сотрудничающими с ним медицинскими учреждениями. (Рис.6). Наличие аналогового видеовыхода позволяет записывать в дисковой памяти компьютера с использованием видеокодека Holywood Dazzle в формате mpeg2 (DVD) основные этапы операции параллельно со всеми переговорами хирургов, фиксируемых с миниатюрного радиомикрофона, прикрепленного к маске ведущего хирурга. По нашему мнению, в будущем, эта технология может применяться не только для создания учебных видеофильмов, но и для видеодокументирования хода операции (хотя бы для страховых компаний).

 

Рис.6. Дистанционное обсуждение с коллегой из Уфы течения операции по протезированию митрального клапана, проводимой в Российском Научном Центре Хирургии.

Камеры постоянно включены и доступны через Internet (см . http://oper.med.ru/sablin/ On-line Real-Time Web-kamera   В ОПЕРАЦИОННОЙ !   Проверяйте, где идут операции, выбирайте VIEWER и смотрите). К сожалению, в некоторые моменты операции операционное поле закрывается руками или головой хирурга. В настоящее время мы начали работу по совместному применению налобного микроскопа Вариоскоп 5М фирмы Life Optics, Австрия. В этом приборе все, что видит хирург передается камерой на видеовход системы видеоконференцсвязи. Исходно высококачественное изображение ограничивается невысоким стандартом передачи изображения системами видеоконференцсвязи, но компенсируется высоким постоянством видеоинформации и на основных этапах операции может стать дополнением к постоянно работающим Веб-камерам (Рис. 7) .

Рис.7 Оснащение современного хирурга при проведении дистанционного обучения из операционой РНЦХ РАМН. (Веб-камера в операционной лампе, налобный микроскоп, радиомикрофон)

        Использование для теле- и видеомониторинга, видеоконференцсвязи IP технологии позволило в РНЦХ РАМН применить самую современную технологию беспроводного доступа к компьютерной сети института и Internet: Wi-Fi или передачу данных по протоколу IEEE 802.11. В нашем Центре используются два протокола стандарта Wi-Fi –IEEE 802.11b и IEEE 802.11g со скоростями 11 и 54 Мбит/с соответственно. Доктор со своего ноутбука или карманного компьютера, находясь в любом месте РНЦХ может, управляя Веб-камерой, видеть, что происходит в операционной, оценивать состояние пациента и действия анестезиолога и даже проводить мобильную видеоконференцсвязь (Рис.8).

 

 

Рис.8. Wi-Fi технология позволяет контролировать ход анестезии и операции из любого места РНЦХ РАМН

        Опыт применения телемониторинга состояния оперируемого пациента, видеоконференцсвязи и видеомониторинга в операционной показывает, что они могут стать составной частью разрабатываемых интегрированных мониторно-компьютерных, визуализирующих систем для хирурга и анестезиолога и реальной основой нового направления развития анестезиологии – телеанестезии. При этом мониторная составляющая такой системы может быть сразу модифицирована для телемониторинга на основе технологии “тонкого клиента” (thin client). Технология “тонкого клиента” предполагает использование недорогих, бездисковых специализированных высоконадежных устройств с матобеспечением сбора и обработки информации с передачей в реальном времени информации на центральный сервер, который использует монитор любой компьютерной системы всемирной паутины как гипертерминал. Прототип такой системы в опытном режиме эксплуатируется во второй операционной корпуса хирургии открытого сердца РНЦХ РАМН (Рис 9).

Рис.9. Картинка с экрана домашнего компьютера одного из авторов статьи с трендами параметров, передаваемых системой телемониторинга, использующей “тонкий клиент”, с видом операционного поля (веб-камера) экстренной операции, проводимой во 2-ой кардиооперационной РНЦХ РАМН в ночное время.

        При этом появляется уникальная возможность в реальном времени через Internet контролировать динамику физиологических параметров пациента во время операции параллельно с визуализацией через Веб-камеру операционного поля с любого компьютера всемирной сети. Этот же компьютер может обеспечить видеконференцсвязь для дистанционного консультирования и теленаставничества.

        Информационным базисом телемедицины становится технология Web-интеграция всей клинической информации. Под термином "Web-интеграция" понимается построение единой, стройной информационной системы хирургической клиники путем сведения воедино данных из различных источников, посредством применения Web-технологий. При этом пользователь получает персонифицированный, единообразный доступ ко всей информации, хранящейся в разных базах данных. Применение Web-интеграции позволяет использовать уже существующие системы автоматизации, без какого-либо изменения, что является значительным преимуществом перед классической системной интеграцией. Не является препятствием разнородность происхождения интегрируемых систем или их удалённость на большие расстояния. Все это кардинально сокращает сроки и стоимость создания и внедрения единой информационной системы. Доступ к сервисам Web-интегрированной объединённой системы осуществляется единым образом через знакомый любому грамотному врачу интернет?браузер. Использование подобной «единой точки входа» уменьшает расходы на обучение медицинского персонала работе с компьютерной техникой, реализует разграничение прав доступа, персонализированный интерфейс и доступ к информации, а также обеспечивает общую безопасность. Кроме того, и это важно для Российских клиник, возможно использование сетевых техпологий с удалённым администрированием, когда настройка и изменение математического обеспечения может проводиться системными программистами из вычислительного центра или даже из дома.

        Переход на технологию "тонкий" клиент-сервер может продлить жизнь старым персональным компьютерам, если они будут преобразованы в "тонкие" клиенты. В рамках технологий Web-интеграции существует возможность проводить объединение и модернизацию отдельных систем эволюционно, поэтапно. Созданную единую систему можно впоследствии оперативно расширять, совершенствовать и модифицировать в соответствии с изменениями потоков информации.

        Web-интеграция медицинской информации с организацией удаленного доступа через Internet позволит телемедицине сделать революционный шаг из сегодняшнего состояния видеотелефона до повседневного инструмента информационно обеспеченного общения врача со своими коллегами и пациентами без посредничества телемедицинских центров.