Nr projektu badawczego rozwojowego: NR13 0052 10

„Telemedyczny system do nadzoru kardiologicznego nad pacjentami ze zintegrowanym modułem dedykowanym dla ratowników medycznych”

Instytut Techniki i Aparatury Medycznej ITAM,
41-800 Zabrze, ul. Roosevelta 118

Głównym celem realizowanego projektu będzie opracowanie komputerowego systemu telemedycznego nadzoru kardiologicznego przeznaczonego dla chorych oraz ratowników medycznych z opcją zdalnego dostępu. System będzie realizował następujące funkcje:

• jednoczesny pomiar sygnałów akcji serca od wielu monitorowanych w warunkach domowych pacjentów
• bieżąca i automatyczna analiza monitorowanych zapisów przy zastosowaniu zaawansowanych algorytmów pozwalających na detekcję groźnych arytmii oraz symptomów początków niedokrwienia mięśnia sercowego
• możliwość dodatkowych awaryjnych połączeń z systemem nadzoru przeznaczonych dla ratowników medycznych w celu uzyskania konsultacji dyżurującego kardiologa
• autoryzowany dostęp do zebranych przebiegów EKG poprzez sieć internetową i przeglądarkę WWW dla ekspertów kardiologicznych w dowolnym miejscu geograficznym
• w pełni bezpieczna i trwała, zgodna z dyrektywami unijnymi, dualna archiwizacja zapisów oraz danych pacjentów w bazie danych

Schemat ogólny systemu telemedycznego nadzoru kardiologicznego

Prototyp aplikacji na telefon komórkowy oraz palmtop odbierającej przebieg EKG z prototypu urządzenia EKG ITAM

Na palmtop została napisana aplikacja (na ten moment w języku C# przy pomocy zakupionego w ramach projektu środowiska Microsoft Visual Studio, system operacyjny Windows Mobile)

Wstępna wersja aplikacji posiada następującą funkcjonalność:

• prezentowanie oraz edycja danych pacjenta;
• rejestracja i prezentacja na ekranie sygnału EKG z 12-odprowadzeniowego modułu EKG (komunikacja z modułem w oparciu o Bluetooth);
• eksport danych pacjenta oraz zapisów sygnału EKG poprzez GPRS do aplikacji centrum nadzoru;
• pobieranie danych lokalizacyjnych z modułu GPS telefonu.

W momencie uruchomienia aplikacji prezentowane jest okno z danymi pacjenta oraz menu, które umożliwia dostęp do funkcji aplikacji: edycji danych pacjenta oraz uruchomienia badań EKG. Edycja danych pacjenta pozwala na wpisanie/zmodyfikowanie danych osobowych (imię, nazwisko, płeć, PESEL, data urodzenia) oraz zrobienie zdjęcia pacjenta przy pomocy aparatu telefonu.

Wygląd aplikacji mobilnej

W trakcie uruchomienia badania/monitorowania aplikacja:

- łączy się bezprzewodowo (technologia Bluetooth) z modułem EKG i pobiera sygnał EKG

- dokonuje klasycznej filtracji (filtry 50Hz, pływania izolinii oraz zakłóceń mięśniowych) i prezentuje sygnał na ekranie,

- wykonuje w tle analizę sygnału (detekcję uderzeń serca, analizę morfologii sygnału pod kątem groźnych incydentów sercowych)

- zapisuje badanie w pamięci telefonu.

Aplikacja automatycznie nawiązuje połączenie z centrum nadzoru po zakończeniu badania planowego, lub – w przypadku monitorowania – w regularnych odstępach czasu oraz w przypadku wykrycia przez moduł analizy groźnego incydentu sercowego i przesyła poprzez GPRS dane pacjenta oraz zapisy EKG.

Obecnie aplikacja obsługuje zaprezentowany na zdjęciu 12-odprowadzeniowy moduł EKG. W planie jest także obsługa zminiaturyzowanego, 3-odprowadzeniowego modułu.

Zestaw - aplikacja mobilna odbierająca sygnał EKG z modułu ( na zdjęciu wraz z symulatorem EKG )

Aktualnie aplikacja została opracowana dla środowiska Windows Mobile – w trakcie dalszego trwania projektu będzie adaptowana na inne platformy – Android oraz Windows Phone.

Opracowanie aplikacji będącej centrum nadzoru odbierającej przebieg EKG w trybie on-line i przykładowe raporty tekstowe

W bazowa wersja aplikacji zarządzającej zostały zaimplementowane zasadnicze mechanizmy dla funkcjonowania centrum nadzoru. Składa się z następujących modułów:

- Zarządzanie połączeniami sieciowymi i transmisją

- Zarządzanie pacjentami monitorowanymi w trybie 24H

- Zarządzanie badaniami kontrolnymi

Aplikacja została skonstruowana w trybie 2-monitorowym. Na jednym monitorze wyświetlany jest panel operacyjny, na którym pojawiają się przychodzące badania, baza danych pacjentów. Drugi monitor stanowi obszar roboczy, który służy do przeglądania badań i zapisów monitoringu.

Stanowisko - centrum nadzoru

Zaprojektowany i zaimplementowany panel operacyjny posiada następującą funkcjonalność:

- wyświetlanie listy pacjentów objętych w danej chwili monitorowaniem całodobowym oraz uruchamianie przeglądu zapisów monitorowania dla danego pacjenta;

- wyświetlanie nadchodzących alarmów n/t groźnych incydentów u monitorowanych pacjentów oraz uruchamianie modułu lokalizowania na mapie przy użyciu przesłanej pozycji GPS;

- wyświetlanie odebranych badań kontrolnych od pacjentów posiadających zestawy mobilne w domu oraz od pielęgniarek/lekarzy wykonujących takie badania w terenie;

Panel operacyjny centrum nadzoru

Na obszarze roboczym wyświetlane są okna przeglądu monitorowania 24 godzinnych oraz badań planowych:

Okno przeglądu monitorowania 24 H zawiera:

- dane pacjenta wraz zakresem monitorowania

- podsumowanie statystyk rytmu serca, jego częstości, wykrytych groźnych incydentów patologicznych w ujęciu całościowym oraz z podziałem na godziny;

- listę dostępnych fragmentarycznych zapisów EKG z możliwością przeglądu;

- mapę z aktualną lokalizacją pacjenta – gdy moduł monitorujący zgłosił do centrum nadzoru alarm zw. z groźnymi incydentem sercowym – do prezentowania lokalizacji wykorzystano mechanizm Google Maps.

Analogiczne okno pozwala na przeglądanie badań kontrolnych oraz wyników pełnej analizy EKG dla tych badań.

W dalszych etapach aplikacja centrum nadzoru będzie rozwijana o elementy wynikające z kolejnych zadań oraz o elementy przydatne wg lekarzy-konsultantów.

Analiza możliwych kombinacji odprowadzeń oraz prace nad algorytmami wykrywania nieprawidłowych pobudzeń oraz incydentów niedokrwienia - w wersji programowej oraz sprzętowej; implementacja algorytmów w aplikacji i urządzeniu wejściowym EKG

W trakcie opracowywania koncepcji analizy EKG na potrzeby systemu dokonano rozdziału pomiędzy 2 wersje modułów analitycznych – dla urządzenia w wersji skróconej i ograniczonej do detekcji częstości rytmu oraz krytycznych incydentów – oraz pełnej dla centrum nadzoru.

W ramach wersji skróconej zidentyfikowano pobudzenia, które są wg literatury fachowej incydentami groźnymi dla zdrowia/życia i to one zostały zaimplementowane jako priorytetowe w module analitycznym przeznaczonym na urządzenia mobilne, które posiadają ograniczone w porównaniu do komputera zasoby pamięciowe i obliczeniowe.

Moduł analityczny na urządzenia mobilnej na aktualnym etapie projektu obejmuje:

- pomiar odcinka ST w trybie beat-to-beat z wykrywaniem istotnego uniesienia/obniżenia oznaczającego stan niedokrwienia mięśnia sercowego i/lub zawału

- detekcja trzepotania/migotania komór/przedsionków

- analiza częstości rytmu serca – detekcja istotnej bradykardii/tachykardii oraz występowania pauz.

Pełny moduł analityczny – którym obejmowane są badania kontrolne obejmuje zakres detekcji poszerzony o:

- zaburzenia przewodzenia (bloki różnych stopni)

- pobudzenia komorowe

- symptomy nieprawidłowej struktury mięśnia sercowego (przerostów)

Na potrzeby modułu analitycznego zaimplementowano kilka innowacyjnych metod przetwarzania sygnału EKG.  Opracowano algorytm alternatywnej redukcji zakłócenia pływania izolinii który nie zaburza morfologii zespołu QRS (wyniki zostały zaprezentowane na konferencji naukowej i opublikowane). Stworzono także kompleksowy algorytm detekcji załamków i pomiarów (m. in. związanych z detekcją niedokrwienia mięśnia sercowego i zawału) w trybie beat-to-beat (z uderzenia na uderzenie). Mechanizm ten – w odróżnieniu od klasycznie stosowanych metod, które bazują na uśrednionych kilku kolejnych zespołach) - pozwoli wykrywać już wczesne symptomy nieprawidłowych zjawisk w pracy serca.

W zakresie odprowadzeń zdecydowano się na implementację 2-óch wersji – klasycznej dla badań wysiłkowych 12-odprowadzeniowej oraz zawężonej – 3-odprowadzeniowej.  Wynika to z praktycznych konsekwencji zakładania i noszenia modułu EKG przez pacjenta. W przypadku monitorowania 24H gdzie noszenie przez dłuższy czas 10 elektrod jest bardzo uciążliwe odpowiedniejszy będzie moduł 3-odprowadzeniowy. W przypadku badań kontrolnych – zwłaszcza tych wykonywanych przez pielęgniarkę środowiskową/lekarza, będzie mógł być wykorzystywany moduł 12-odprowadzeniowy. Jego użycie będzie szczególnie korzystne w sytuacji, gdy pacjent posiada u siebie ergometr stacjonarny będzie możliwe wykonanie testu zbliżonego do wysiłkowego, który to test bardzo dobrze pozwala ocenić postępy w powrocie do zdrowia i możliwości kondycyjnych.

W dalszych etapach moduł analityczne będzie testowany i rozwijany przy pomocy lekarzy-konsultantów.