«Обычных врачей заменят врачи, применяющие технологии искусственного интеллекта»: ученые ЛЭТИ разрабатывают системы удаленного мониторинга состояния пациентов

«Обычных врачей заменят врачи, применяющие технологии искусственного интеллекта»: ученые ЛЭТИ разрабатывают системы удаленного мониторинга состояния пациентов

Перспективы развития R&D направления «Портативные медицинские системы и комплексы» в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» представила на научно-практической конференции «Наука настоящего и будущего» руководитель направления, доцент кафедры Биотехнических систем Анна Юрьевна Глазова.

21.05.2020 1145

Почти половина взрослого населения нашей страны страдает от различных хронических заболеваний – такие данные приводит Министерство здравоохранения Российской Федерации на основе итогов диспансеризации 2019 года. Сахарный диабет, онкология, болезни органов дыхания, желудочно-кишечного тракта – эти и другие болезни являются «миной замедленного действия». Важную роль для людей, страдающих этими недугами, имеет регулярная диагностика их состояния, профилактика и прогнозирование обострения хронических заболеваний. Особенно актуальным это является сейчас, в период эпидемии коронавирусной инфекции, когда именно эти пациенты находятся в особой зоне риска. Однако диагностика состояния пациентов в домашней изоляции для них сейчас является проблемой.

Ученые кафедры Биотехнических систем (БТС) Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» на протяжении нескольких лет занимаются разработкой систем удаленного мониторинга, позволяющих вне лечебного учреждения выявлять обострение хронического заболевания.

«Система здравоохранения прошлого века была ориентирована на лечение острых заболеваний. В XX веке с появлением антибиотиков, массовым вакцинированием населения произошло увеличение продолжительности жизни, что, в свою очередь, приводит к неизбежному старению населения. При этом в обществе существует запрос на активное долголетие. Все это обусловливает необходимость изменения самой модели системы здравоохранения, которая до сих пор ориентирована на купирование острых заболеваний», – рассказала кандидат технических наук, доцент кафедры Биотехнических систем, руководитель направления «Портативные медицинские системы и комплексы» СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Анна Юрьевна Глазова.

В настоящее время все большее распространение получает абсолютно новая модель здравоохранения – так называемая 4П-медицина, в фокусе которой находится индивидуальный подход к пациенту. Ее основополагающие принципы: предиктивность (предсказательность факторов риска), профилактика, партисипативность (пациент – равноправный участник лечебного процесса) и персонализация (наличие индивидуального плана профилактики и лечения для каждого пациента с учетом особенностей организма).

Современные условия диктуют необходимость наличия различных медицинских технических устройств не только в больницах, но и в домашних условиях. Поэтому известные четыре принципа «П» ученые предлагают дополнить пятым компонентом (5 П): медицина должна быть портативной.

«Системы удаленного мониторинга работают следующим образом. У пациента есть портативное устройство с различными датчиками и электродами, которое осуществляет съем и регистрацию биомедицинских сигналов. Информация может поступать как на мобильный телефон, так на специальный выносной блок, где происходит оценка диагностически значимых показателей текущего состояния здоровья пациента. Далее информация отправляется на сервер лечебного учреждения к лечащему врачу. Они при этом может не только отслеживать сегодняшнее изменение состояния пациента, но и анализировать динамику его состояния», – поясняет Анна Юрьевна Глазова.

Ученые ЛЭТИ уже имеют успешные примеры разработки и апробации таких устройств. В частности, выполняется ряд проектов в области создания носимых устройств для пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Разработки ведутся несколькими коллективами университета в сотрудничестве с рядом промышленных партнеров: Национальным медицинским исследовательским центром им. В. А. Алмазова», Институтом экспериментальной медицины, индустриальными партнерами (Институт кардиологической техники «ИНКАРТ», АО «Научные приборы» и др.).

В частности, разработанный на кафедре БТС научной группой профессора Анатолия Павловича Немирко программно-алгоритмический комплекс автоматического анализа ЭКГ был внедрен в разработанный и массово выпускаемый московской фирмой ООО «Л Кард» электрокардиограф CardioQVARK. Этот прибор создан на базе смартфонов семейства IPhone и позволяет пациенту, находящемуся в произвольных условиях, в любой момент времени зарегистрировать свою электрокардиограмму и фотоплетизмограмму (сигнал пульсовой волны, отражающий динамику кровенаполнения сосудов). Сигналы немедленно транслируются на специализированный облачный сервис, где осуществляется их автоматический анализ и передача результатов врачу. Использование такого аппарата позволяет обеспечить постоянный и оперативный контроль состояния сердечно-сосудистой системы у пациентов, страдающих кардиологическими заболеваниями.

Одна из актуальных разработок ученых ЛЭТИ – «Система мониторинга пациентов с гестационным сахарным диабетом». Разработка выполняется доцентом кафедры БТС СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Евгением Анатольевичем Пустозеровым совместно с ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова».

Данное заболевание возникает у беременных женщин в связи с гормональными нарушениями и несет угрозу как для матери, так и ее для будущего ребенка. В настоящее время гестационный диабет является распространенным заболеванием не только в нашей стране, но и в мире в целом. Основной способ его лечения – это постоянный контроль за диетой матери, дозами принимаемых лекарств, уровнем сахара в ее крови.

В настоящий момент разработка внедрена в практику ведения больных, и уже 614 пациенток медицинского учреждения проходили лечение с использованием разработанной системы дистанционного мониторинга. Авторы проекта работают над совершенствованием системы, прорабатывают возможность построения предсказательных моделей на основе анализа данных мониторинга. Например, оперативное прогнозирование уровня сахара в крови пациентки на основе данных о составе принятой ею пищи.

Еще одной важной разработкой в «копилке достижений» ученых ЛЭТИ является «Система мониторинга пациентов с обструктивными заболеваниями легких». Разработчик – кандидат технических наук, доцент кафедры БТС Анна Юрьевна Глазова в соавторстве с коллегами из Тихоокеанского океанического института.

На сегодняшний день обструктивное заболевание легких и бронхиальная астма являются четвертой лидирующей причиной смерти в мире. Для преодоления сложившейся ситуации необходимо проводить постоянный контроль состояния здоровья, позволяющий выявлять заболевания вне лечебного учреждения в условиях активной жизнедеятельности пациента.

«Золотой стандарт» для контроля за состоянием таких пациентов – это спирометрия. Однако применение спирометров в домашних условиях проблематично. Наша методика позволяет пациенту оценить состояние своей бронхолёгочной системы, имея обычный микрофон (даже встроенный в мобильный телефон) и специальное программное обеспечение. При помощи этих методов диагностики мы можем заранее отслеживать опасные тренды и принимать соответствующие профилактические меры в рамках 4 П-медицины».

Доцент кафедры БТС СПбГЭТУ «ЛЭТИ», кандидат технических наук, руководитель направления «Портативные медицинские системы и комплексы» Анна Юрьевна Глазова

Ученые доказали, что использование портативных медицинских приборов в домашних условиях позволяет осуществлять не только мониторинг состояния пациента, но и такой длительный и сложный процесс, как реабилитация.

Над проектом «Кардиотренажер» работает команда студентов вуза под руководством молодого ученого, доцента кафедры БТС СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Алексея Андреевича Анисимова. Научные работы ведутся совместно с Институтом экспериментальной медицины и Высшей школой экономики. В отличие от многих существующих на рынке медицинских устройств, разработка позволяет производить не только диагностику, но и коррекцию состояния людей с заболеваниями сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Принцип метода достаточно прост в использовании для людей без какой-либо специальной медицинской подготовки: с двух электродов, закрепленных на запястья пользователя, регистрируется сигнал электрокардиограммы, с помощью которого на экран монитора в режиме реального времени выводится текущая частота сердечных сокращений. Пользователь при помощи дыхания может управлять этой частотой, закрепляя оптимальный для себя дыхательный навык. Таким образом, «Кардиотренажёр» восстанавливает одну из важнейших функций организма – естественный для возраста пациента ритм дыхания. Адаптивная система на основе биологической обратной связи автоматически определяет задания для тренинга с учетом индивидуальных возможностей каждого человека. Метод биологической обратной связи безвреден для человека, поскольку оказывает исключительно информационное воздействие и является эффективной нелекарственной технологией профилактической медицины.

В настоящее время число пациентов, в том или ином виде использующих системы удаленного мониторинга хронических заболеваний, достигает 7,1 млн человек в мире. Вместе с тем, при практическом их внедрении остается большое количество нерешенных вопросов и проблем.

«Нередко биологические сигналы регистрируются в условиях активной жизнедеятельности человека и поэтому достаточно зашумлены. Поэтому точность получаемых измерений недостаточная. Все это не позволяет использовать применяемое устройство как медицинское изделие. Всем известные и популярные сегодня фитнес-браслеты являются не чем иным, как гаджетами», – отмечает Анна Юрьевна Глазова.

Тем не менее, ученые видят большие перспективы в дальнейшей разработке систем удаленного мониторинга пациентов с хроническими заболеваниями. По их словам, данное направление в ближайшее время будет активно развиваться: появятся новые параметры оценки жизнедеятельности и поколения датчиков, уникальные методы обработки биологических сигналов и шифрования данных, а также предсказательные модели состояния на основе анализа данных.

Ученые уверены: искусственный интеллект никогда не заменит доктора, но обычных врачей заменят врачи, применяющие технологии искусственного интеллекта.

Для справки

R&D направление «Портативные медицинские системы и комплексы» выделено в качестве одного из 5 научно-образовательных приоритетов развития университета. Научный руководитель направления – заведующий кафедрой БТС СПбГЭТУ «ЛЭТИ», доктор технических наук, профессор Зафар Мухамедович Юлдашев. Ключевые треки – системы удаленного мониторинга состояния человека (носимая электроника) и портативная рентгенотехника. Трек «Системы удаленного мониторинга состояния человека» выступает «точкой сбора» потенциала наработок ЛЭТИ в области создания сенсоров для мониторинга состояния человека, носимой электроники, алгоритмов анализа и цифровой обработки сигналов. Университет ведет активное сотрудничество в этих областях с ведущими медицинскими учреждениями и исследовательскими организациями страны.

По направлению «Портативные медицинские системы и комплексы» у СПбГЭТУ «ЛЭТИ» имеется мощный задел. За последние 5 лет опубликовано более 200 статей и трудов конференций, индексируемых в международных наукометрических базах (МНБД) Scopus и Web of Science. Представители направления включены в рабочую группу по подготовке раздела Концепции развития Санкт-Петербурга «Медико-биологические и фармацевтические науки, производство лекарств и медицинских изделий».