автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Телемедицинские системы мобильной электрокардиографии

На правах рукописи

Казанцев Александр Павлович

ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ

Специальность

05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 1 ОКТ 2009

Рязань 2009

003478581

Работа выполнена на кафедре информационно-измерительной и биомедицинской техники ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Прошин Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Михеев Анатолий Александрович; кандидат технических наук Лобан Олег Витальевич

Ведущая организация: Самарский государственный аэрокосмический

университет, г. Самара

Защита состоится 23 октября 2009 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.211.04 в ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» по адресу: 390005, г. Рязань, ул. Гагарина, д. 59/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»

Автореферат разослан 21 сентября 2009 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.211.04 кандидат технических наук, доцент

Борисов А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для повсеместной доступности квалифицированного медицинского обслуживания необходимы специализированные мобильные системы внебольничной (амбулаторной) телемедицины - для скорой помощи, диспансеризации, дистанционного наблюдения и т.д. Социальный заказ на такие разработки имеется не только от ученых и практикующих врачей, которые настойчиво заявляют о необходимости развития мобильных технологий, но и от больных, нуждающихся в динамическом контроле.

Наиболее востребована дистанционная диагностика сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), которые приводят к высоким социальным потерям и являются лидирующими показателями заболеваемости, нетрудоспособности, инвалидности и смертности - например, в 2005 г. в России умерло 2,3 млн. человек, из них более миллиона (1,29 млн., 56 %) от ССЗ и их осложнений (Е. Чазов). Решая диагностические и лечебные задачи кардиологии, врачи остро нуждаются в объективной и своевременной клинико-функциональной информации. Это относится к первичному обследованию больных, к периоду лечения, а также к периоду наблюдения после завершения курса лечения. Среди неинвазявных методов исследования сердечно-сосудистой системы (ССС) приоритет сохраняет за собой электрокардиография. ЭКГ является наиболее доступным, относительно дешевым и наименее трудоемким методом исследования. Получило распространение суточное амбулаторное мониторирование ЭКГ по методу Холтера. ЭКГ покоя, суточное мониторирование ЭКГ и суточное мониторирование артериального давления в настоящее время являются основными методами исследования на всех этапах ведения кардиологических больных (С. Федорова, Ю. Федулаев). Стала развиваться мобильная электрокардиография (МЭКГ), первые успехи которой в нашей стране связываются с компанией «Альтоника» и коллективом авторов из Москвы и Н. Новгорода (Дроздов Д.В., Леванов В.М., Обухова O.E., Сергеев Д.В).

Разработка телемедицинских систем для амбулаторных исследований функционально-диагностическими методами является актуальной в свете решения задач Приоритетного национального проекта «Здоровье». Работа выполнялась в рамках НИР 0120.0405640 «Разработка телемедицинского комплекса для дистанционных электрокардиографических исследований» по плану Института биологического приборостроения РАН (2004-2006 г.г.), была поддержана грантом 04-07-97214 РФФИ (2004-2005 гг.) и программой Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» (2005 г.).

Цель исследования - повышение эффективности телемедицинских систем МЭКГ на основе подхода с использованием IP-сетей, беспроводных соединений и информационных технологий. Были поставлены следующие задачи:

1) разработать метод синтеза и оптимизации телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований;

2) построить архитектурный каркас системы МЭКГ и ее основных агрегатов;

3) оптимизировать цифровое представление электрокардиосигналов для мобильной электрокардиографии;

4) сформировать типы систем МЭКГ, выполнить их синтез, провести испытания, экспериментальное исследование и апробацию.

Объект исследования - организация амбулаторных дистанционных диагностических исследований больных с патологией ССС, нуждающихся в экстренной помощи или

динамическом контроле. Предмет исследования - телемедицинские системы амбулаторных клинико-функциональных исследований на основе методов ЭКГ.

Методы исследования. Применялись методы объектно-ориентированного анализа и проектирования, теории информации, цифровой обработки сигналов, теории графов, теории множеств, системного программирования. Использовались язык моделирования UML, среда системного проектирования (CASE-средство) Enterprise Architect и следующие инструменты программирования: LabVIEW 7.0, MS Visual Studio 2005 (С++, C#, Visual Basic .NET), Metrowerks Code Warrior (v. 9, Palm OS). Экспериментальные исследования проводились на пилотных сетях мобильной электрокардиографии, развернутых в Московской области.

Научная новизна

1. Предложен модельно-ориентированный метод синтеза развивающихся телемедицинских систем для амбулаторных клинико-фуикциональных исследований, основанный на итерационном процессе и применении шаблонов проектирования, отличающийся двухкритериальной оценкой эффективности решений по длительности и себестоимости исследований, уменьшающий вдвое по сравнению с каскадным методом трудоемкость проектов развития или модификации систем при обеспечении их робастности.

2. Разработан агрегированный каркас системы МЭКГ с возможностью интеграции комплекса диагностических методов, развертываемый в виде инвариантной к телекоммуникациям IP-сети автономных серверов-анализаторов и автономных клиентов-регистраторов, обеспечивающий в сравнении с телефонной электрокардиографией уменьшение длительности диагностических исследований без увеличения их себестоимости, а в сравнении с системами на основе центрального сервера — уменьшение обоих показателей.

3. Предложен метод оптимизации цифрового представления ЭКС, основанный на критерии остаточной среднеквадратической погрешности, позволяющий снизить общепринятые требования к разрядности аналого-цифрового преобразования сигналов, к разрешению устройств их графического отображения и к скорости передачи данных в реальном масштабе времени.

4. Синтезированы типовые системы МЭКГ для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики, отличающиеся аппаратно-программной интеграцией серийных электрокардиографических приборов и коммуникаторов в составе мобильных телемедицинских комплексов с беспроводной связью. Показано, что, обеспечивая своевременность диагностики, предложенные системы повышают качество медицинской помощи в сравнении с обычной практикой.

Практическая значимость и результаты внедрения Возможные области применения полученных результатов: скорая кардиологическая помощь, дистанционная функциональная диагностика, домашняя телемедицина, диспансеризация населения, военная медицина, медицина катастроф, медицина на транспорте, медицина на изолированных территориях, спортивная медицина, образовательные программы.

Выполнены следующие работы по внедрению полученных результатов.

1. Разработана методика проектирования телемедицинских систем МЭКГ и спроектированы 2 типовые системы - для скорой телекардиологической помощи и для дистанционной функциональной диагностики ССС, которые успешно прошли клиническую

апробацию и используются в Москве и Московской области, о чем свидетельствуют акты реализации результатов НИР.

2. В Московском областном научно-исследовательском клиническом институте им. М.Ф. Владимирского (МОНИКИ) на основе результатов диссертации выполнена НИР «Разработка и внедрение на уровне оказания первичной медико-санитарной помощи (центры общей врачебной практики, амбулаторно-поликлинические учреждения, сельские участковые больницы) дистанционной кардиологической функционально-диагностической сети с использованием технологий мобильной телефонии».

3. Результаты диссертации внедрены в учебный процесс Пущинского государственного университета на базе учебно-научного центра биомедицинской инженерии Института биологического приборостроения РАН.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Моделыю-ориентированный итерационный метод синтеза развивающихся робастных телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований, отличающийся двухкритериальной оптимизацией по длительности и себестоимости исследований, снижающий в 2 раза и более трудоемкость проектов развития или модификации систем по сравнению с известным каскадным методом.

2. Агрегированный каркас системы МЭКГ, развертываемый в инвариантную к телекоммуникациям 1Р-сеть автономных серверов-анализаторов и автономных клиентов-регистраторов, который обеспечивает уменьшение длительности исследований ЭКГ покоя на 30 % при эквивалентной себестоимости в сравнении с телефонными системами, поддерживает в отличие от них суточное мониторирование ЭКГ и другие методы диагностики, а по сравнению с централизованными 1Р-системами обеспечивает уменьшение на 60 % себестоимости исследований при заведомо меньшей их длительности.

3. Типовые системы МЭКГ для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики с аппаратно-программной реализацией МТК на основе коммуникаторов, которые в сравнении с обычной практикой обеспечивают: при скорой помощи - исключение пропусков срочной госпитализации и сокращение на 60 % общего числа транспортировок больных; при функциональной диагностике - сокращение в 3 раза срока амбулаторного наблюдения и в 1,5 раза пребывания в стационаре, уменьшение в 4,5 раза числа острых коронарных событий и увеличение в 30 раз коронарных вмешательств.

Научные мероприятия и выставки, где были представлены и апробированы результаты диссертационного исследования: IV международная конференция по реабилитологии в Центре реабилитации Медицинского центра Управления делами Президента РФ, Москва, 2002 г.; V и VI научно-практические конференции Главного клинического госпиталя МВД России «Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы», Москва, 2003 и 2004 гг.; Международный форум и выставка "ИНТЕРПОЛИТЕХ. Средства обеспечения безопасности государства», Москва, 2003, 2004 и 2007 гг.; Международная выставка «Здравоохранение», Москва, 2003, 2005-2007 гг.; симпозиум Центра реабилитации Медицинского центра Управления делами Президента РФ «Использование математических и информационных методов в медико-социалыюй сфере», Москва, 2004 г.; Московская областная научно-практическая конференция «Дистанционная многоуровневая региональная служба функциональной диагностики Московской области», МОНИКИ, Москва, 2004 г.; научная сессия Отделения информационных технологий и

вычислительных систем РАН совместно с Отделением математических наук РАН и Отделением биологических наук РАН «Развитие телемедицины в России», Москва, 2004 г.; III всероссийская специализированная выставка "Российские производители и снабжение Вооруженных Сил", Москва, 2005 г.; II международная конференция «Наука-Бизнес-Образование. Биотехнология - Биомедицина - Окружающая среда», Москва, 2005 г.; научная конференция по итогам работы в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине», 2005 г.; Российская национальная выставка в Пекине (презентация на стенде ФГУП «ЦНИИ «Комета»), 2006 г.; Школа-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Биомедицинская инженерия -2007», Пущинский научный центр, 2007 г.; Медико-фармацевтический конгресс и XIV международная фармацевтическая выставка «Аптека-2007», Москва, 2007 г.; VIII всероссийская научно-практическая конференция «Технологии функциональной диагностики в современной клинической практике», Москва, 2007 г.; III Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине», Троицкий научный центр, 2008 г.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается математическими обоснованиями, реализацией предложенных решений и результатами экспериментов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, из них 8 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (159 наименований) и приложения (7 актов внедрения и реализации НИР), содержит 199 с., в том числе 116 с. основного текста, 90 рисунков и 33 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования; определены цель и задачи работы; перечислены новые научные результаты проведенного исследования; сформулирована практическая ценность результатов, приведены сведения об их апробации и внедрении; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе делается аналитический обзор информационно-коммуникационных технологий телемедицины. Отмечено, что сети на основе протоколов TCP/IP, как глобальный Интернет, так и корпоративный интранет, получают все большее распространение. Принципиальное значение имеет беспроводная связь, где ведущая роль отводится массовым мобильным цифровым технологиям.

Описываются подходы к решению проблем передачи медицинской информации -применяется развивающийся стандарт HL7 электронного обмена документами, большое внимание уделяется защите от несанкционированного доступа к медицинским данным.

Отмечается, что разрабатываются системы дистанционного наблюдения за пациентами в домашних условиях и системы с мобильными измерительно-вычислительными комплексами. Внимание разработчиков привлекли возможности сотовой связи, стали выпускаться сопряженные с сотовыми телефонами электрокардиографические и иные регистраторы, оперативно обеспечивающие телемедицинские службы функционально-диагностической информацией о состоянии больного в мобильных условиях.

Подчеркивается, что появление карманных персональных компьютеров, а затем

смартфонов и коммуникаторов привело к созданию нового класса портативных диагностических комплексов. Встали задачи унификации и стандартизации как аппаратных, так и программных компонентов, которые невозможно решить вне комплексного объектно-ориентированного подхода к анализу и проектированию систем для амбулаторных клииико-функциональных исследований.

Сделан обзор современных методов объектно-ориентированного анализа и проектирования (ООА/ГГ), которые основываются на принципе комплексной разработки и производства - Integrated Product Development (IPD). Процесс IPD (рис. 1) организуется по так называемой V-модели - стадия интеграции и тестирования изображается на одном уровне со стадией выработки требований и разработки системы для того, чтобы явно показать передачу процедур тестирования, разрабатываемых на ранней стадии. IPD является рекурсивным процессом, воспроизводимым на всех его стадиях.

¡Пользовательские требования) N>VS4 у^ [приемочные тесты |

Системные требования \ / Системные тесты

¡Требования к подсистемам Интеграционные тесты]

[требования к компонентам [модульные тесты |

Рис. 1. V-модель классификации требований и тестов

Подчеркивается, что ООА/П принципиально основывается на моделировании -разрабатываемая система представляется набором многоаспектных моделей разного уровня абстракции. Недавно был предложен графический язык моделирования UML - Unified Modeling Language, используемый в основном для программных систем. Для аппаратно-программных систем предлагаются комплексный метод ООА/П (КООА/П) и расширение языка. КООА/П обеспечивает интеграцию инженерных моделей с архитектурой систем. Все методы ООА/П предусматривают использование шаблонов как образцов проектирования или архитектуры, повышающих эффективность синтеза систем.

Делается введение в методологию разработки программного обеспечения. Отмечено, что находят применение несколько близких методов ООА/П. Наиболее распространенным является метод унифицированного процесса (УП), который охватывает построение, развертывание и поддержку разрабатываемой программной системы. Это гибкий и открытый итерационный процесс, позволяющий расширение. Важную роль в УП играет представление про1раммной архитектуры, отражающее сс наиболее важные аспекты: структуру, модули, главные компоненты и потоки управления.

Далее в первой главе проводится объектно-ориентированный анализ технологий мобильной телемедицины применительно к амбулаторному медицинскому обслуживанию.

Анализируется контекстное окружение телемедицинской системы, которое иллюстрирует диаграмма «Процесс медицинского обслуживания» (рис. 2). В данном контексте определяются сущности мобильного и консультационного терминальных комплексов, после чего анализ переходит к обобщенной модели мобильного сервиса, представляемой диаграммой вариантов использования и рядом других артефактов моделирования. В рамках модели сравниваются две распространенные в телемедицине сетевые топологии, рассматриваются принципы построения терминальных комплексов.

В обоснование задач исследования разбираются недостатки существующих систем.

Предлагается подход к синтезу систем мобильной телемедицины, основанный на двух требованиях, являющихся показателями эффективности медицинского обслуживания:

1) система должна сокращать длительность диагностических исследований для обеспечения своевременности врачебных решений;

2) система должна обеспечивать снижение затрат на диагностику и лечение.

Рис. 2. Процесс медицинского обслуживания

В заключение с учетом требований эффективности медицинского обслуживания как главного архитектурного фактора телемедицинских систем выводятся формулировки задач диссертационного исследования.

Во второй главе излагается метод синтеза телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований и дается их архитектурное представление на примере архитектуры систем МЭКГ. Метод предназначен для повышения эффективности проектирования, производства и сопровождения с оптимизацией в течение жизненного цикла проекта и после его окончания. В основу положены принципы 1РБ, УП и модельно-ориентированной архитектуры. Используется расширенный язык ЦМЬ с применением шаблонов.

Предложенный метод синтеза является итерационным У-процессом (рис. 3). После каждой итерации получается новая версия архитектуры, полнее или лучше в сравнении с предыдущей удовлетворяющая поставленным медицинским задачам. Архитектура как концепция системы разрабатывается в виде иерархии моделей.

Медицинские Проверенная

Рис. 3. Итерационный У-процесс синтеза с накоплением результата. После анализа альтернативных вариантов выполняется очередная итерация с оптимизацией

Эффективность системы предложено оценивать двумя показателями - средней длительностью г и средней себестоимостью £ диагностического исследования. Задача оптимизации при этом решается в двухкритериальной постановке по Эджворту-Парето. Оптимальными считаются неулучшаемые по обоим показателям варианты системы, из множества которых делается экспертный выбор. Длительности фаз Д2-Д5 процесса обслуживания (рис. 2) и задержек между ними используются как параметры оптимизируемой системы, т.к. они адекватно характеризуют ее в телемедицинском контексте. Фазы образуют последовательную цепь, а задержки считаются дополнительными звеньями в ней. Совокупность параметров тг (/ = 1,2, ,п) представляется вектором

Т = (т,.....т„), вводятся ограничения в форме < г, < Г;тах. Эффективность

представляется вектором оценки у = , у е У, где У - множество допустимых оценок, которое определяется некоторой функциональной зависимостью у = /(х) и ограничениями. Функция у = /(т) заменяется парой зависимостей: г = (т) - для длительности г, £ = /2 (т) - для себестоимости £. Зависимость выражается как

где с: - цена времени /-й фазы, С — константа. Функциональные ограничения для /, и /2 представляются как ттЫ <Т< ттх и дшт < $ < дтж. Предлагается метод приближенного определения множества Р(У) эффективных оценок как границы области У с помощью статистических оценок параметров распределения и'(г, ¿¡). Указывается, что можно найти подмножество оптимальных решений по правилу Парето, согласно которому для движения е сторону любого оптимума необходимо улучшать хотя бы один из показателей эффективности, не ухудшая другой.

Для выбора оптимальной сетевой организации проводится сравнительный анализ двух вариантов топологии по характеристикам цепей доставки данных от мобильного телемедицинского комплекса (МТК) к консультационному (КТК). Показаны преимущества структур «точка-точка» (ТТ) перед централизованными в надежности, отказоустойчивости и робастности. Также системы ТТ отличает меньшее время доставки данных. Отмечается преимущество топологии ТТ в возможности реализации потоковой передачи данных. Недостатки централизованных систем объясняются их избыточностью.

Рассматривается влияние топологии на показатели эффективности. Длительность диагностического исследования г, вычисляемая по выражению (1), при одинаковых условиях оказывается больше в централизованной системе не менее чем на Ат = т5 +гС2 +Дг0, где т5 - задержка данных на сервере, тс2 - время передачи данных с сервера на КТК, Аг0 - разность потерь времени при отказах в цепи доставки (все слагаемые положительные средние величины). Себестоимость исследования , вычисляемая согласно (2), также больше при централизованной системе и не менее чем на

(1)

Зависимость /2 также сводится к линейной форме

(2)

= с3Г5 + сС2ТС2 + саАт0 , где с3 - цена прохождения данных через сервер, сС2 - цена времени доставки данных с сервера на КТК, С0 — цена потерь времени при отказах в цепи централизованной доставки. Сравнение показывает, что в равных условиях архитектура с топологией ТТ выигрывает по обоим показателям эффективности у централизованной, где их увеличение в силу избыточности структуры обусловлено задержкой на сервере, лишним соединением и дополнительными потерями времени на восстановление после отказов.

Показано, что каркасом системы для амбулаторных клинико-функционалыгых исследований может служить развивающаяся информационная измерительная система (ИИС), в которой устанавливаются соединения удаленных терминальных комплексов для осуществления прямых процессов дистанционной диагностики - регистрации, передачи и обработки данных. Архитектура ИИС складывается из трех основных коопераций (рис. 4).

Клиент-регистратор

Сервер-анализатор

г-5>

Агентсервера \

Г

Рис. 4. Кооперации информационно-измерительной системы

1. «Клиент-регистратор». Служит каркасом мобильного комплекса и включает в себя: регистратор, картотеку МТК, клиент, агент клиента.

2. «Сервер-анализатор». Служит каркасом консультационного комплекса и включает в себя: сервер, агент сервера, картотеку КТК, анализатор.

3. «Клиент-сервер». Является центральной частью каркаса ИИС, включает в себя клиент МТК и сервер КТК.

Доказывается, что организация дистанционного взаимодействия МТК и КТК на основе модели TCP/IP позволяет развертывание ИИС в виде инвариантной к способам соединений IP-сети клиентов-регистраторов и серверов-анализаторов без ограничения их количества. На этой основе обеспечивается высокая устойчивость к отказам доставки данных за счет глубокого резервирования сервисов и автоматического восстановления соединений (рис. 5).

Обосновывается утверждение, что существенным фактором робастности является автономность телемедицинских комплексов, обеспечиваемая применением локальных баз данных (картотек исследований). Картотека МТК позволяет проводить запись и хранение клинико-функциональной информации в отсутствие сетевого соединения с сервером. Картотека КТК предоставляет возможности хранения получаемых от МТК данных и манипулирования ими без использования внешних сервисов.

Показано, что каркасы МТК и КТК системы МЭКГ могут быть разложены на два ряда принципиальных механизмов, которые используют отдельные для МТК и КТК логические модели данных, согласованные с информационной моделью прикладной области и между собой. Обосновывается, что программная реализация механизмов на основе абстрактных классов повышает эффективность модификации и развития систем при высокой робастности,

которая обеспечивается оптимальным распределением функциональности по элементам механизмов и изоляцией данных. Предложено в состав механизмов включать формы пользовательского интерфейса и изолирующие классы-агенты. Выделенные механизмы предлагается использовать как логическую основу серии компонентов для элементной базы телемедицинских систем.

Повторное соединение

Передача блока

JL Начало

блока к ft }

Спедующ1Й сегмент

Конец данных Фатальный Разорвать

соединение

о-

шй |

каэ jL

Авария Завершение —Отказ блока-

к

Отключение I

Конец сеанса [Конец данных/ Авария / Попытки исчерпаны]

V

X

Нет

соединения

4

Рис. 5. Конечный автомат доставки данных с восстановлением соединения Предложенные архитектурные принципы предполагают изменчивость и расширяемость системы. Показано, что архитектура программного управления каркаса МТК обладает полиморфизмом в отношении функционально-диагностических методик и может использоваться как шаблон клиента-регистратора. В этом отношении архитектура программного управления каркаса КТК также обладает полиморфизмом и может служить шаблоном сервера-анализатора. Предлагаемый шаблон КТК позволяет подключение множества аналитических программ, что в совокупности с инвариантной к измерительным методикам реляционной моделью данных придает консультационному комплексу интеграционные возможности.

Третья глава содержит описание подхода к анализу электрокардиосигналов (ЭКС) и их преобразований в аспекте мобильной телемедицины. Предложенный метод анализа основывается на линейной модели аддитивной смеси истинного ЭКС и помех,

x{t) = s(t) + y(t) + u(t)+v(t), (3)

где x(t) - реальный ЭКС, .*(/) - истинный ЭКС, y(t) - низкочастотные флуктуации изолинии истинного ЭКС, u(t) - наводка промышленной сети, v(t) - широкополосный шум, включая миографический. Разность

0(i) = x(t) - s(t) = y(t) + u(t) + v(0 (4)

представляет собой погрешность преобразования истинного ЭКС в реальный. Для анализа используются случайные последовательности {А",}, {sj, ..., {в,}. Рассматривается

информационная связь сигналов в преобразовании {.V,} —> {Лг).}. Для получения предельной оценки количества информации в одном отсчете ЭКС члены внутри последовательностей считаются статистически независимыми. Значения л е ■!> рассматриваются как сообщения на входе преобразователя {51}->{Лг1}, а значения хе X - как его выходные сигналы. Количество информации в X

/(Л',5) = А(А')-й(А'/5) = А(Х)-/г(0) (5)

при статистической независимости 0 и 5. Выражение (5) учитывает дезинформацию помех й(в), уменьшающую информацию об 5, которую приносит X. Л(0) можно понизить, удалив обработкой х(1) какую-то часть помех. Однако всегда будет оставаться неустранимая погрешность как следствие перекрытия спектров истинного сигнала и помех. Остаточную среднеквадратическую погрешность (ОСКП) оа предлагается принять в качестве критерия точности восстановления истинного ЭКС.

Показано, что ОСКП вместе с дифференциальной энтропией реального ЭКС определяет количество его собственной информации (¿-энтропию) в виде

Нс(Х) = Ъ(Х)-\о%42т>а1, (6)

а также пропускпую способность каналов передачи информации и параметры ее преобразователей. Предлагается метод получения оценки Зв, использующий стабильность истинного ЭКС в сегментах ТР и заключающийся в следующем. Производится выборка т сегментов из множества реальных ЭКС, удалением флуктуационной составляющей из каждого сегмента выделяется фрагмент смеси наводки и шума в виде х0 (к) ~ и (к ) + у(к)

(¿ = 0,1,2,..., и-1). Каждый 1-й фрагмент (/ = 1,...,т) имеет нулевую постоянную составляющую и используется для вычисления корреляционной функции вида

пРи ;=-(»-!),-,о,1,..., «-1; Л#чу+*)=0 д™ и

к=0

] + к > п. Вычисляется усредненная корреляционная функция Я„(/) =----и

пт-

из нее на основании теоремы Винера-Хинчина получается спектр плотности мощности смеси шума и наводки. Численно-графическим способом из полученного спектра сначала удаляется спектральная компонента наводки, а затем выполняется аппроксимация спектра плотности мощности широкополосного шума. Суммированием значений восстановленного спектра шума в диагностически значимом частотном диапазоне определяется дисперсия ¿г02, откуда и получается искомая оценка.

Показана эффективность полиномиальной аппроксимации для устранения флуктуаций (дрейфа) изолинии ЭКС (рис. 6). Приводится метод множественной линейной регрессии, используемый для аппроксимации.

Обосновывается подход к оптимизации телемедицинских ИИС по информационным характеристикам электрокардиосигналов, который позволяет минимизировать ресурсы систем и выполнять согласование их агрегатов, таких как: АЦП, аппаратные интерфейсы, программные модули, устройства графического вывода и др. Показано, что при выбранной полосе частот ОСКП определяет оптимальную величину кванта цифрового представления

сигналов, а также оптимальное число градации и минимальную разрядность для заданного динамического диапазона.

Оптимизация разрядности позволяет минимизировать требования к компонентам системы МЭКГ и открывает возможность применения в качестве вычислительной платформы малоразрядных контроллеров, а также мобильных устройств (КПК, смартфонов, коммуникаторов). При оптимизации графического вывода разрешение экранов мобильных устройств оказывается достаточным для отображения

электрокардиосигналов без потерь.

В заключение показывается, что целочисленное адаптивное дельта-кодирование позволяет эффективное сжатие ЭКС в 3-7 раз и обеспечивает их передачу по низкоскоростным (523 кбит/с) каналам связи в реальном масштабе времени.

Четвертая глава посвящена реализации и применению информационных измерительных Рис. 6. Устранение дрейфа изолинии систем мобильной электрокардиографии.

Излагается подход к реализации отдельных терминальных комплексов и телемедицинской сети в целом, который определяется назначением системы, а конкретные конфигурации - эффективностью для конкретных условий. Предполагается необходимость типовых решений, к которым относятся скорая кардиологическая помощь и функциональная диагностика сердечно-сосудистой системы.

Предложена архитектура информационных измерительных микрокомплексов для реализации портативных клиентов-регистраторов на коммуникаторных платформах. На рис. 7 представлена диаграмма развертывания микрокомплекса для скорой помощи. На рис. 8 показан вариант состава микрокомплекса для амбулаторной функциональной диагностики с дополнительным телефоном-модемом спутниковой связи. Предложенная архитектура отличается гибкостью, позволяет эффективную реализацию человеко-машинного интерфейса и локальных баз данных. На этой основе разработан ряд микрокомплексов. Опыт показал, что они отличаются постоянной готовностью и высокой мобильностью, сокращают длительность дистанционных диагностических исследований и снижают их стоимость. Итерационный метод синтеза с наследованием архитектурных образцов обеспечил последовательную реализацию систем мобильной электрокардиографии с клиентами-регистраторами на различных платформах коммуникаторов и им подобных. Апробированный модельно-ориентированный метод позволяет продлевать жизненный цикл проектов, обеспечивая модификацию и развитие ранее синтезированных систем.

Показано, что каждый консультационный телемедицинский комплекс, благодаря своему серверному компоненту, может функционировать автономно и изолированно от Интернета - соединения «точка-точка» с клиентами-регистраторами могут осуществляться в локальной сети стандарта Ethernet или через модемные подключения посредством службы

удаленного доступа. Для Интернет-соединений сервер должен иметь фиксированный 1Р-адрес, а при его отсутствии возможно использование динамических доменных имен.

«мтк»

Скорая кардиологическая помощь : Информационно-измерительный микрокомплекс

«device» Альтон-103 АС ; '. Электрокардиограф

«device» H ТС Р3300 :Коммуникатор

«device» WiFi :Адаптер

«device» GSM :Модем

«device» GPRS :Модем

«device» EDGE :У1одем

Неотложный телекардиологический сервис : Сервер-анализатор

Windows Mobile 5.0 Операционная система

—¡Г"

а

а ЭКГ покоя : Программа клиента-регистратора

«установить»

т

«установить»

а

«установить»

а

Картотека

Рис. 7. Диаграмма развертывания информационно-измерительного микрокомплекса для скорой кардиологической помощи

m

1 Имя: |иеан 11

¡Отчество: ¡Иванович ||

|пол:|Муж. | воэраст: [б5~| !"■"<•>• 1 1 Рост: |l7d: :| [ К: И

Передача:! 1 |Холтер 'II

Карта: 1из4

1 (Новое Ц Рвд И Пуск (I й'МО

И УДап. ¡копия ||спйсок|(| .......ИМ!

я <1 >-

-АА " !

S • ,i

Г,:'

-W

ш* ш Э. ■■■ ■■ ■ ■■ , .

ШШШтЛ

ЙЗеЩЗЙЗ и

Рис. 8. Вариант агрегатного состава микрокомплекса амбулаторной функциональной диагностики: а - коммуникатор; б - электрокардиограф переносной многоканальный; в - носимый аппарат СМЭКГ; г - спутниковый телефон-модем

Разработан интегрированный сервер-анализатор для телемедицинской службы амбулаторной функциональной диагностики, который охватывает различные диагностические методики, предоставляя оператору-консультанту пользовательский интерфейс для манипуляций данными исследований с использованием локальной картотеки.

Апробированы типовые телемедицинские системы мобильной электрокардиографии -для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики.

Натурный эксперимент с системой МЭКГ для скорой кардиологической помощи показал, что амбулаторное исследование по 12-канальной методике ЭКГ покоя с дистанционной диагностикой может быть выполнено за 14 мин, экстренная диагностика - за 6 мин (регистрация ЭКГ - передача данных - анализ). В табл. 1 представлены результаты клинической апробации системы МЭКГ в обычной службе скорой медицинской помощи (СМП) с дистапциога1ым участием консультанта-кардиолога. Ситуации, в которых система применялась выездными бригадами СМП, распределены по трем характерным категориям. Показано, что телемедицинское взаимодействие выездных бригад с удаленным консультантом-кардиологом позволяет повысить качество скорой медицинской помощи.

Таблица 1. Результаты применения системы МЭКГ для скорой кардиологической помощи

Ситуация по ЭКГ, характеризующая группу больных % Телемедицинское взаимодействие, решение после телеконсультаций Автономная работа и действия без телекопсультаций

ЭКГ-признаки инфаркта миокарда 31 После уточнения клинической картины -экстренная госпитализация для интенсивной терапии Затруднения с интерпретацией ЭКГ, ошибочный диагноз, пропуск своевременной госпитализации

Острые нарушения сердечного ритма 26 Рекомендации по купированию нарушений ритма. Госпитализация только в 1/3 случаев Госпитализация во всех случаях - 2/3 ошибочно

Норма 43 Лечение на месте по дистанционной рекомендации кардиолога Частые случаи необоснованной транспортировки для госпитализации

Проведена апробация системы МЭКГ для амбулаторной функциональной диагностики ССЗ методом суточного мониторирования ЭКГ. Показано (табл. 2), что телемедицинская методика с применением предложенной системы в отличие от обычной практики позволяет значительно сократить сроки амбулаторного наблюдения и резко уменьшить количество острых коронарных событий (острого инфаркта миокарда - ОИМ, внезапной смерти - ВС).

Таблица 2. Оценка показателей длительности и эффективности догоспитального обследования больных со скрытыми формами ишемической болезни сердца (1-я группа - с теисмедицинским обеспечением, 2-я группа - обычная практика)

Показатель 1-я группа п=38 2-я группа п=42

Длительность амбулаторного периода наблюдения, дни 4,3±2,8 12,2±3,7

Длительность стационарного периода наблюдения, дни 11,4±2,7 17,2±3,5

Количество ОИМ на амбулаторном этапе 0 2 (4,8 %)

Количество случаев ВС на амбулаторном этапе 0 1 (2,4 %)

Количество случись ОИМ на стационарном этапе 2 (5,3%) 5(11,9%)

Количество случаев ВС на стационарном этапе 0 1 (2,4 %)

Частота диагностических коронарных вмешательств за период наблюдения 17 (44,7 %) п=36 (38-2) 1 (2,4 %) п=33(42-9)

Частота случаев лечебных коронарных вмешательств за период наблюдения 14 (36,8 %)

На основании результатов экспериментов и испытаний констатируется высокая надежность телемедицинского сервиса с использованием предложенной системы мобильпой электрокардиографии во всех ее вариантах.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

1. Предложен модельно-ориентированный метод синтеза и оптимизации развивающихся телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований, в отличие от общепринятого каскадного подхода при равных условиях сокращающий в 2 раза и более сроки проектов развития или модификации систем с обеспечением их робастности. Результат достигается за счет применения итерационного У-процесса, унифицированного языка моделирования ЦМЬ 2.0 и модифицируемых шаблонов проектирования, в которые включается концептуальная модель прикладной области, задаваемая в контексте амбулаторного медицинского обслуживания с определением процесса телемедицинского взаимодействия, а также сущностей и отношений принципиальных агрегатов системы — МТК и КТК.

2. Предложен двухкритериальный подход к оценке эффективности синтезируемых телемедицинских систем по Эджворту-Парето на основании показателей себестоимости и длительности диагностического исследования, являющихся одновременно показателями качества медицинского обслуживания.

3. Разработан шаблон архитектуры телемедицинской системы для амбулаторных клинико-функциональных исследований, в том числе и для МЭКГ, представляющий собой платформо-независимый агрегированный каркас развивающейся информационной измерительной системы, развертываемой в виде инвариантной к физическим соединениям 1Р-сети клиентов-регистраторов и серверов-анализаторов без ограничений на дальность связи и количество терминалов, с локальными базами данных на всех терминалах для их автономности, где каждый сервер-анализатор сети способен самостоятельно устанавливать и поддерживать соединение с любым клиентом-регистратором.

4. Показано, что решение на основе клиент-серверного взаимодействия в отличие от распространенного централизованного сервиса обеспечивает для телемедицинской системы амбулаторных клинико-функциональных исследований высокую устойчивость к отказам соединений и большую робастность, а также меньшие показатели длительности и себестоимости диагностического исследования. Кроме того, оно обеспечивает интеграцию диагностических методов и реализацию приложений реального времени.

5. Предложен метод информационного анализа ЭКС, основанный на критерии точности в виде остаточной среднеквадратической погрешности (ОСКП), позволяющий оптимизировать цифровое представление сигналов и согласовывать с ним разрядность и точность их преобразований. Показана возможность снижения требований к разрядности аналого-цифрового преобразования с 11... 12 бит до 8... 10 бит и разрешающей способности графических устройств с 760x1024 до 240x320 (пикселей), а также к скорости передачи 12-канальных ЭКГ в реальном масштабе времени - с 23 кбит/с до 8 кбит/с.

6. Синтезированы отличающиеся адаптивной архитектурой типовые системы МЭКГ -для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики, в которых серверы-анализаторы реализованы на персональных компьютерах консультантов, а клиенты-регистраторы - в виде портативных информационно-измерительных микрокомплексов на основе коммуникаторов мобильного медицинского персонала с

использованием серийно выпускаемых электрокардишрафических приборов. Для передачи данных разработаны протокол с восстановлением соединений и форматы данных, включающие клиническую информацию для повышения точности и скорости диагностики. Микрокомплексы в составе систем отличаются использованием беспроводной связи разных стандартов, адаптируемостью к телекоммуникационной инфраструктуре, высоким уровнем готовности и наибольшей мобильностью в сравнении с близкими аналогами.

7. Показано, что длительность дистанционного исследования методом ЭКГ покоя, выполняемого с помощью любой из предложенных систем, может составлять 6,6 мин, что на 30 % меньше, чем при использовании транстелефонной системы-аналога. Клиническая апробация показала, что разработанные системы обеспечивают:

при скорой кардиологической помощи - исключение пропуска случаев, в которых необходима срочная госпитализация больных, и сокращение общего количества транспортировок больных на 60 %;

• при амбулаторной функциональной диагностике - сокращение в 3 раза длительности амбулаторного наблюдения и в 1,5 раза продолжительности пребывания в стационаре, уменьшение в 4,5 раза числа острых коронарных событий, увеличение в 30 раз количества необходимых коронарных вмешательств.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Казанцев А.П. Разработка мобильной телемедицинской сети для ЭКГ исследований // V НПК "Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы". - М., 2003.-С. 165-169.

2. Казанцев А.П. Мобильная телемедицинская сеть «ТелеЭКГ» для электрокардиографических исследований // Мобильные телекоммуникации. - 2003. - № 9. -С. 30-32.

3. Казанцев А.П., Арапов H.A. Мобильная телемедицинская сеть для электрокардиографических исследований // Мат. конф. «Современные инфокоммуникационные технологии в системе охраны здоровья». - М., 2003. - С. 50-52.

4. Казанцев А.П., Шокин В.И., Федорова С.И., Арапов H.A. Создание мобильной телемедицииской сети для дистанционной функциональной диагностики // VI научно-практическая конференция "Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечнососудистой системы" (Москва, Главный клинический госпиталь МВД России, 24 марта 2004 г.).-М., 2004.-С. 101-104.

5. Казанцев А.П. Разработка и исследование электрокардиографической телемедицинской информационной системы // Отчет по гранту РФФИ №04-07-97214 за 2004 г.-2005.-23 с.

6. Сенин A.A., Казанцев А.П. Беспроводные технологии для мобильной телемедицины на примере системы дистаиционной электрокардиографии // Наука-Бизнес-Образование. Биотехнология - Биомедицина - Окружающая среда: тезисы докладов второй международной конференции (10-13 мая 2005 г.). - Пущино, 2005. - С. 97-99.

7. Казанцев А.П., Сенин A.A., Федорова С.И., Арапов H.A., Давыдов Д.В., Тарасов A.A., Шокин В.И., Неведомская Т.В. Телемедицинская IP-сеть мобильной дистаиционной функциональной диагностики // Тезисы докладов конференции «Фундаментальные науки -медицине» (Москва, Президиум РАН, 14-16 декабря 2005 г.) - М., 2005. - С. 118-119.

8. Федорова С.И., Шумский В.И., Булыгин В.П., Пронина В.П., Казанцев А.П., Шокин В.И. Организация дистанционной многоуровневой службы функциональной диагностики Подмосковья // Альманах клинической медицины «Современные медицинские технологии и развитие специализированной медицинской помощи населению Московской области». — М.: МОНИКИ, 2005 г., том VIII. С. 139-143.

9. Булыгин В.П., Федорова С.И., Шумский В.И., Пронина В.П., Лебедева Т.Ю., Агальцов М.В., Пирвердиев Ч.А., Казанцев А.П., Шокин В.И. Современные возможности технологий мобильной телефонии при проведении диспансеризации профессиональных групп населения // Альманах клинической медицины. - М.: МОНИКИ, 2006 г., том X. С. 3033.

10. Булыгин В.П., Казанцев А.П., Федорова С.И., Пирвердиев Ч.А., Чепайкин В.П., Шокин В.И. Техническое и математическое обеспечение мобильной функциональной теледиагностики в кардиологии // VIII всероссийская научно-практическая конференция «Технологии функциональной диагностики в современной клинической практике» (Москва, 17 18.04.2007 г.). - М., 2007. - С. 68-72.

П.Казанцев А.П., Сенин A.A., Пикуленко О.В. Архитектура и реализация мобильных телемедицинских комплексов дистанционной электрокардиографии // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. — Рязань, 2007. - Вып. 20. - С. 85-90.

12. Казанцев А.П. Полиномиальная аппроксимация дрейфа изолинии электрокардиосигпала // Перспективные проекты и технологии. - 2007. - Вып. 2. - С.85-89.

13. Сенин A.A. Казанцев А.П. Система мобильной дистанционной функциональной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний // Школа-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Биомедицинская инженерия - 2007» (Пущино, 10-12.12.2007 г.). -Пущино, 2007. - С. 98-102.

14. Сенин A.A., Казанцев А.П., Федорова С.И., Шокин В.И. Мобильная информационная система дистанционной функциональной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний // 12-я международная Пущинская школа-конференция молодых ученых. Пущино, 1014.11.2008 г.

15. Казанцев А.П. Информационный анализ электрокардиосигналов и их преобразований для мобильной телемедицины // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2008. - №7. - С.22-28.

16. Казанцев А.П., Сенин A.A. Метод сжатия электрокардиосигналов для передачи в реальном масштабе времени // Биомедицинская радиоэлектроника. — 2008. — №7. — С. 15-21.

17. Казанцев А.П. Объектно-ориентированный подход к синтезу информационных систем внебольничной телемедицины // II международная конференция «Математическая биология и биоинформатика». Пущино, 7-13.09.2008 г.

18. Казанцев А.П. Оптимизация мобильных телемедицинских систем // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2009. - №7.

19. Казанцев А.П., Прошин Е.М. Метод синтеза и концептуальное моделирование тслемедицинских систем мобильной электрокардиографии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2009. - №7.

Казанцев Александр Павлович

ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИЕ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФИИ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 14.09.2009 г. Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ 4869

Отпечатано в ООО «НПЦ «Информационные технологии» г.Рязань, ул.Островского, д.21/1. Тел.: (4912) 98-69-84

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ.

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Информационные технологии в медицине.

1.1. Телекоммуникационные технологии в медицине.

1.2. Медицинские информационные системы.

1.3. Системы внебольничной телемедицины.

1.3.1. Мобильные решения.

1.3.2. Применение карманных персональных компьютеров, коммуникаторов и смартфонов.

1.3.3. Унификация и стандартизация систем.

1.4. Объектно-ориентированный анализ и проектирование (ООА/П).

1.4.1. Комплексный подход к ООА/П.

1.4.2. ООА/П программных систем.

1.5. Анализ технологий мобильной телемедицины.

1.5.1. Анализ организации мобильной телемедицины.

1.5.2. Обоснование задач исследования.

1.6. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Метод синтеза и архитектурное проектирование телемедицинских систем амбулаторных клинико-функциональных исследований

2.1. Процесс синтеза системы.

2.2. Разработка и представление архитектуры системы.

2.3. Архитектурный анализ.

Критерий эффективности и оптимизация систем амбулаторных клиникофункциональных исследований.

2.4. Топологический анализ.

2.4.1. Надежность и быстродействие доставки данных.

2.4.2. Сравнение эффективности.

2.5. Каркас телемедицинской системы амбулаторных клинико-функциональных исследований.

2.5.1. Информационная модель прикладной области.

2.5.2. Модель вариантов использования.

2.5.3. Логическая модель.

2.6. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Информационный анализ электрокардиосигналов и их преобразований в аспекте мобильной телемедицины.

3.1. Метод информационного анализа.

3.1.1. Модель электрокардиосигнала.

3.1.2. Информационная связь истинного и реального ЭКС.

3.1.3. Восстановление истинного ЭКС и остаточная погрешность.

3.1.4. Собственная информация реального ЭКС.

3.1.5. Оценки остаточной погрешности восстановления истинного ЭКС и количества собственной информации реального ЭКС.

3.1.6. Полиномиальная аппроксимация.

3.2. Согласование основных преобразований электрокардиосигналов.

3.2.1. Аналого-цифровое преобразование.

3.2.2. Обработка сигналов.

3.2.3. Графическое отображение сигналов.

3.2.4. Согласование с телекоммуникациями.

3.3. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. Реализация и применение информационных измерительных систем мобильной электрокардиографии.

4.1. Подход к реализации информационных измерительных систем мобильной электрокардиографии.

4.2. Реализация каркаса мобильного телемедицинского комплекса.

4.2.1. Измерительная часть.

4.2.2. Коммуникатор.

4.2.3. Модель программных компонентов информационно-измерительного микрокомплекса.

4.2.4. Модель развертывания информационно-измерительного микрокомплекса.

4.3. Реализация каркаса консультационного телемедицинского комплекса.

4.3.1. Модель программных компонентов сервера-анализатора.

4.3.2. Модель развертывания сервера-анализатора.

4.4. Результаты клинических применений.

4.4.1. Скорая телекардиологическая помощь.

4.4.2. Дистанционная функциональная диагностика сердечнососудистых заболеваний.

4.5. Выводы к главе 4.

В современной организации здравоохранения значительные надежды возлагаются на телемедицину, которая в настоящее время основана на применении универсальных терминальных комплексов, стационарно установленных в лечебно-профилактических учреждениях. Однако практика подсказывает, что для обеспечения повсеместной доступности квалифицированного медицинского обслуживания необходимы специализированные мобильные системы внебольничной (амбулаторной) телемедицины - для скорой помощи, диспансеризации, дистанционного наблюдения и т.д. Основой таких систем могут стать экономически доступные портативные телемедицинские измерительно-вычислительные комплексы. Принципы построения подобных систем еще мало разработаны, хотя социальный заказ на такие разработки имеется не только от ученых и практикующих врачей, которые настойчиво заявляют о необходимости развития телемедицинских информационных технологий, ориентированных на мобильные формы применения, но и от значительного числа больных, нуждающихся в динамическом контроле.

Наиболее востребованными методами дистанционной диагностики, по мнению специалистов [62], являются методы исследования сердечнососудистой системы (ССС), которые составляют до 70% от числа всех проводимых функциональных исследований. Такая ситуация обусловлена широкой распространенностью заболеваний ССС, приобретающих в современном мире характер эпидемии (пандемии). Ишемическая болезнь сердца и ее осложнения, нарушения ритма и проводимости, гипертоническая болезнь, приводят к высоким социальным потерям и являются лидирующими показателями заболеваемости, временной нетрудоспособности, инвалидности и смертности. Так, например, в 2005 г. в России умерло 2 миллиона 303 тысячи человек, из них более миллиона (1 млн. 291 тыс., то есть почти 56%) от сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) и их осложнений [65]. В комплексе факторов риска внезапной сердечной смерти на первых местах: ишемия и электрическая нестабильность миокарда, острый инфаркт миокарда, острое нарушение мозгового кровообращения. Решая диагностические и лечебные задачи этого класса заболеваний, врачи остро нуждаются в объективной и своевременной информации, характеризующей состояние ССС. Это относится к первичному обследованию больных с целью установления диагноза, к периоду стационарного или амбулаторного лечения, а также к периоду наблюдения после выписки из стационара.

Среди неинвазивных методов исследования ССС приоритет сохраняет за собой электрокардиография - высоко информативный метод диагностики ишемической болезни сердца (ИБС), нарушений ритма и проводимости, других патологических состояний миокарда. ЭКГ является наиболее доступным, относительно дешевым и наименее трудоемким методом исследования. Вместе с тем, современные технические средства позволяют вести непрерывные измерения биоэлектрической активности миокарда на протяжении суток и более. Такой способ непрерывной регистрации ЭКГ получил название суточного амбулаторного ЭКГ-мониторирования по методу Холтера и в настоящее время широко используется в практической кардиологии. Огромная потребность в проведении суточного ЭКГ-мониторирования определяется высокой информативностью и объективностью этого метода исследования, отсутствием противопоказаний для его применения, необременительностью для пациентов, возможностью оценки состояния ССС - в реальных жизненных условиях. Специалисты функциональной диагностики считают, что ЭКГ, суточное ЭКГ-мониторирование, а также и суточное мониторирование артериального давления в настоящее время являются основными методами исследования ССС на всех этапах ведения кардиологических больных [62].

В последнее время стала повсеместно развиваться мобильная электрокардиография (МЭКГ). В нашей стране первые успехи здесь связываются с системой передачи ЭКГ по телефону «Теле-Альтон» отечественной компании «Альтоника» (Москва) и коллективом авторов из Москвы и Н.-Новгорода (Дроздов Д.В., Леванов В.М., Обухова О.Е., Сергеев

Д.В). За рубежом известность приобрели марки приборов Cardiophone и CardioBeeper, передающие ЭКГ по сотовой связи. Многообещающие возможности открыли карманные персональные компьютеры (КПК). Впервые для электрокардиографии их применили разработчики из американской компании Active Corporation. В нашей стране первооткрывателями на этом пути стали Смирнов Ю.А. и Смирнов К.Ю. из научно-исследовательской лаборатории «Динамика» (С.-Петербург). Большой вклад в распространение идеи применения КПК в телемедицине вообще внес Медведев О.С. (МГУ).

В настоящее время остро ставятся проблемы, связанные с развитием систем беспроводной передачи данных, с распространением коммуникаторов, а также портативных измерительных приборов и носимых интеллектуальных мониторов. С мобильными информационными и измерительными технологиями связываются ожидания новых решений приоритетных задач всеобщей и повсеместной квалифицированной медицинской помощи, в особенности кардиологической. Поэтому представляется важным и актуальным исследование архитектуры и методов синтеза телемедицинских систем мобильной функциональной диагностики вместе с разработкой аппаратно-программных комплексов, предназначаемых в первую очередь для мобильной электрокардиографии.

Работа выполнялась в рамках НИР 0120.0405640 «Разработка телемедицинского комплекса для дистанционных электрокардиографических исследований» по плану Института биологического приборостроения РАН (2004-2006 г.г.), была поддержана грантом 04-07-97214 РФФИ (2004-2005 г.г.), Программой Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине» (2005 г.) и соответствует задачам Приоритетного национального проекта «Здоровье».

Цель исследования - повышение эффективности телемедицинских систем МЭКГ на основе подхода с использованием IP-сетей, беспроводных соединений и информационных технологий. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

1) разработать метод синтеза и оптимизации телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований;

2) построить архитектурный каркас системы МЭКГ и ее основных агрегатов;

3) оптимизировать цифровое представление электрокардиосигналов для мобильной электрокардиографии;

4) сформировать типы систем МЭКГ, выполнить их синтез, провести испытания, экспериментальное исследование и апробацию.

Объектом исследования являлась организация амбулаторных дистанционных диагностических исследований больных с патологией ССС, нуждающихся в экстренной помощи или динамическом контроле. Предметом исследования были телемедицинские системы амбулаторных клинико-функциональных исследований на основе методов ЭКГ.

Диссертационное исследование исходило из рабочей гипотезы о существовании общего решения задачи построения телемедицинской системы мобильной электрокардиографии для внебольничных приложений в виде корпоративной IP-сети множества портативных электрокардиографических клиентов-регистраторов и множества портативных или стационарных сетевых кардиологических серверов-анализаторов.

Методология и методы исследования

Применялись методы системного анализа, теории информации, цифровой обработки сигналов, теории графов, теории множеств, реляционной алгебры, семантического моделирования, объектно-ориентированного анализа и проектирования, объектно-ориентированного и системного программирования. Использовался язык моделирования UML, среда системного проектирования (CASE-средство) Enterprise Architect и следующие инструменты программирования: Lab VIEW 7.0, MS Visual Studio 2005 (С++, C#, Visual Basic .NET), Metrowerks Code Warrior (v. 9, Palm OS).

Экспериментальные исследования проводились на пилотных сетях мобильной электрокардиографии, развернутых в Московской области.

Научная новизна

1. Предложен модельно-ориентированный метод синтеза развивающихся телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований, основанный на итерационном процессе и применении шаблонов проектирования, отличающийся двухкритериальной оценкой эффективности решений по длительности и себестоимости исследований, уменьшающий вдвое по сравнению с каскадным методом трудоемкость проектов развития или модификации систем при обеспечении их робастности.

2. Разработан агрегированный каркас системы МЭКГ с возможностью интеграции комплекса диагностических методов, развертываемый в виде инвариантной к телекоммуникациям IP-сети автономных серверов-анализаторов и автономных клиентов-регистраторов, обеспечивающий в сравнении с телефонной электрокардиографией уменьшение длительности диагностических исследований без увеличения их себестоимости, а в сравнении с системами на основе центрального сервера - уменьшение обоих показателей.

3. Предложен метод оптимизации цифрового представления ЭКС, основанный на критерии остаточной среднеквадратической погрешности, позволяющий снизить общепринятые требования к разрядности аналого-цифрового преобразования сигналов, к разрешению устройств их графического отображения и к скорости передачи данных в реальном масштабе времени.

4. Синтезированы типовые системы МЭКГ для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики, отличающиеся аппаратно-программной интеграцией серийных электрокардиографических приборов и коммуникаторов в составе МТК с беспроводной связью. Показано, что, обеспечивая своевременность диагностики, предложенные системы повышают качество медицинской помощи в сравнении с обычной практикой.

Практическая значимость и результаты внедрения Практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке методики проектирования телемедицинских систем МЭКГ. На этой основе была спроектирована система для скорой телекардиологической помощи, которая прошла клинические испытания в Московской области (Раменская центральная районная больница, Отрадинская участковая больница Ступинского района). Также была спроектирована система дистанционной функциональной диагностики заболеваний ССС, с помощью которой на кафедре факультетской терапии педиатрического факультета РГМУ (г. Москва) выполняется анализ данных холтеровского мониторирования, переданных терапевтами городской поликлиники г. Реутова (Московская обл.). Такая же система использовалась в больнице Пущинского научного центра РАН для амбулаторного медицинского обслуживания городского населения.

В МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского на основе результатов диссертации выполнена НИР «Разработка и внедрение на уровне оказания первичной медико-санитарной помощи (центры общей врачебной практики, амбулаторно-поликлинические учреждения, сельские участковые больницы) дистанционной кардиологической функционально-диагностической сети с использованием технологий мобильной телефонии».

Результаты диссертации внедрены в учебный процесс Пущинского государственного университета в учебно-научном центре биомедицинской инженерии Института биологического приборостроения РАН.

Возможные области применения полученных результатов: скорая кардиологическая помощь, службы дистанционной функциональной диагностики (телемедицинское обслуживание сельских участковых больниц и фельдшерско-акушерских пунктов), домашняя телемедицина, сезонное кардиологическое обслуживание населения, массовые обследования и диспансеризация населения, различные области военной медицины, медицины катастроф, медицины на транспорте, медицины на изолированных территориях, спортивной медицины, а также образовательные программы.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту 1. Модельно-ориентированный итерационный метод синтеза развивающихся робастных телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований, отличающийся двухкритериальной оптимизацией по длительности и себестоимости исследований, снижающий в 2 раза и более трудоемкость проектов развития или модификации систем по сравнению с известным каскадным методом.

2. Агрегированный каркас системы МЭКГ, развертываемый в инвариантную к телекоммуникациям IP-сеть автономных серверов-анализаторов и автономных клиентов-регистраторов, который обеспечивает уменьшение длительности исследований ЭКГ покоя на 30% при эквивалентной себестоимости в сравнении с телефонными системами, поддерживает в отличие от них суточное мониторирование ЭКГ и другие методы диагностики, а по сравнению с централизованными IP-системами обеспечивает уменьшение на 60% себестоимости исследований при заведомо меньшей их длительности.

3. Типовые системы МЭКГ для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики с аппаратно-программной реализацией МТК на основе коммуникаторов, которые в сравнении с обычной практикой обеспечивают: при скорой помощи - исключение пропусков срочной госпитализации и сокращение на 60% общего числа транспортировок больных; при функциональной диагностике - сокращение в 3 раза срока амбулаторного наблюдения и в 1,5 раза пребывания в стационаре, уменьшение в 4,5 раза числа острых коронарных событий и увеличение в 30 раз коронарных вмешательств.

Научные мероприятия и выставки, где были представлены и апробированы результаты диссертационного исследования:

- IV Международная конференция по реабилитологии в Центре реабилитации Медицинского центра Управления делами Президента РФ, Москва 2002 г.

- V и VI научно-практические конференции Главного клинического госпиталя МВД России «Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы», Москва 2003 и 2004 г.г.;

- Международный форум и выставка "ИНТЕРПОЛИТЕХ. Средства обеспечения безопасности государства», Москва 2003, 2004 и 2007 г.г.;

- Международная выставка «Здравоохранение», Москва 2003, 2005-2007 г.г.;

- Симпозиум Центра реабилитации Медицинского центра Управления делами Президента РФ «Использование математических и информационных методов в медико-социальной сфере», Москва 2004 г.;

- Московская областная научно-практическая конференция «Дистанционная многоуровневая региональная служба функциональной диагностики Московской области», МОНИКИ, Москва 2004 г.;

- Научная сессия Отделения информационных технологий и вычислительных систем РАН совместно с Отделением математических наук РАН и Отделением биологических наук РАН «Развитие телемедицины в России», Москва 2004 г.;

- III Всероссийская специализированная выставка "Российские производители и снабжение Вооруженных Сил", Москва 2005 г.

- II международная конференция «Наука-Бизнес-Образование. Биотехнология - Биомедицина - Окружающая среда», Москва 2005 г.;

- Научная конференция по итогам работы в рамках Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки -медицине», 2005 г.

- Российская национальная выставка в Пекине (презентация на стенде ФГУП «ЦНИИ «Комета»), 2006 г.

- Школа-конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Биомедицинская инженерия - 2007», Пущинский научный центр, 2007 г.

- Медико-фармацевтический конгресс и XIV международная фармацевтическая выставка «Аптека-2007», Москва, 2007 г.

- VIII Всероссийская научно-практическая конференция «Технологии функциональной диагностики в современной клинической практике», Москва, 2007 г.

- III Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине», Троицкий научный центр, 2008 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, из них 8 - в изданиях, рекомендованных ВАК.

4.5. Выводы к главе 4

1. На основе результатов, изложенных в гл. 2 и 3, разработана архитектура информационных измерительных микрокомплексов для реализации портативных клиентов-регистраторов на платформах коммуникаторов и им подобных.

1.1. Коммуникаторы предоставляют необходимые и достаточные ресурсы для реализации компонентов регистрации, обработки, отображения и передачи электрокардиосигналов.

1.2. Микрокомплексы на коммуникаторах отличаются постоянной готовностью и высокой мобильностью. В случае дистанционной диагностики методом ЭКГ покоя они позволяют сократить на 30% длительность исследований в сравнении с обычными телефонными регистраторами при эквивалентной себестоимости, а также в отличие от них обеспечивают поддержку СМЭКГ и других диагностических методов.

1.3. Предложенная архитектура отличается гибкостью в способах подключения к IP-сети и в способах сопряжения с измерительными приборами.

1.4. Показаны возможности эффективной реализации на коммуникаторах человеко-машинного интерфейса и локальных баз данных для телемедицинских клиентов-регистраторов.

2. Итерационный метод синтеза с наследованием архитектурных образцов - механизмов и каркасов, обеспечил последовательную реализацию систем мобильной электрокардиографии с клиентами-регистраторами на различных платформах коммуникаторов и им подобных. Показано, что метод позволяет продлевать жизненный цикл проектов для модификации и развития ранее синтезированных систем.

3. Реализованы и апробированы 2 типовые телемедицинские системы мобильной электрокардиографии - для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики.

3.1. Клиническая апробация системы МЭКГ для скорой помощи показала, что исследование методом ЭКГ покоя с дистанционной диагностикой выполняется за 6,6 минут — на 30% быстрее по сравнению с телефонными системами. По сравнению с обычной практикой обеспечивается исключение случаев пропуска срочной госпитализации и сокращение на 60% общего числа транспортировок больных.

3.2. Апробация системы МЭКГ для функциональной диагностики показала, что в отличие от обычной практики ее применение обеспечивает: сокращение сроков амбулаторного наблюдения - в 3 раза, пребывания в стационаре - в 1,5 раза; уменьшение количества случаев острых коронарных событий (острого инфаркта миокарда, внезапной смерти) - в 4,5 раза; увеличение случаев необходимых коронарных вмешательств - в 30 раз.

4. Продемонстрирована высокая робастность предложенной системы МЭКГ в смысле устойчивости к отказам цепей доставки данных. Показано, что при дистанционной диагностике с применением ЭКГ покоя задержка на восстановление соединения составляет в среднем 0,16% от длительности исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главными итогами диссертационной работы являются метод синтеза развивающихся систем внебольничной телемедицины, повышающий эффективность их разработки, производства и модификации, а также образцы архитектуры систем мобильной электрокардиографии, которые могут использоваться как шаблоны систем амбулаторных клинико-функциональных исследований с дистанционной диагностикой. В ходе работы были получены следующие результаты.

1. Предложен модельно-ориентированный метод синтеза и оптимизации развивающихся телемедицинских систем для амбулаторных клинико-функциональных исследований, в отличие от общепринятого каскадного подхода при равных условиях сокращающий в 2 раза и более сроки проектов развития или модификации систем с обеспечением их робастности. Результат достигается за счет применения итерационного V-процесса, унифицированного языка моделирования UML 2.0 и модифицируемых шаблонов проектирования, в которые включается концептуальная модель прикладной области, задаваемая в контексте амбулаторного медицинского обслуживания с определением процесса телемедицинского взаимодействия, а также сущностей и отношений принципиальных агрегатов системы - МТК и КТК.

2. Предложен двухкритериальный подход к оценке эффективности синтезируемых телемедицинских систем по Эджворту-Парето на основании показателей себестоимости и длительности диагностического исследования, являющихся одновременно показателями качества медицинского обслуживания.

3. Разработан шаблон архитектуры телемедицинской системы для амбулаторных клинико-функциональных исследований, в том числе и для МЭКГ, представляющий собой платформо-независимый агрегированный каркас развивающейся информационной измерительной системы, развертываемой в виде инвариантной к физическим соединениям IP-сети клиентов-регистраторов и серверов-анализаторов без ограничений на дальность связи и количество терминалов, с локальными базами данных на всех терминалах для их автономности, где каждый сервер-анализатор сети способен самостоятельно устанавливать и поддерживать соединение с любым клиентом-регистратором.

4. Показано, что решение на основе клиент-серверного взаимодействия в отличие от распространенного централизованного сервиса обеспечивает для телемедицинской системы амбулаторных клинико-функциональных исследований высокую устойчивость к отказам соединений и большую робастность, а также меньшие показатели длительности и себестоимости диагностического исследования. Кроме того, оно обеспечивает интеграцию диагностических методов и позволяет реализацию приложений реального времени.

5. Предложен метод информационного анализа ЭКС, основанный на критерии точности в виде остаточной среднеквадратической погрешности (ОСКП), позволяющий оптимизировать цифровое представление сигналов и согласовывать с ним разрядность и точность их преобразований. Показана возможность снижения требований к разрядности аналого-цифрового преобразования с 11.12 бит до 8.10 бит и разрешающей способности графических устройств с 760x1024 до 240x320 (пикселей), а также к скорости передачи 12-канальных ЭКГ в реальном масштабе времени - с 23 кбит/сек до 8 кбит/сек.

6. Синтезированы, отличающиеся адаптивной архитектурой типовые системы МЭКГ - для скорой кардиологической помощи и для амбулаторной функциональной диагностики, в которых серверы-анализаторы реализованы на персональных компьютерах консультантов, а клиенты-регистраторы - в виде портативных информационно-измерительных микрокомплексов на основе коммуникаторов мобильного медицинского персонала с использованием серийно выпускаемых электрокардиографических приборов. Для передачи данных разработаны протокол с восстановлением соединений и форматы данных, включающие клиническую информацию для повышения точности и скорости диагностики. Микрокомплексы в составе систем отличаются использованием беспроводной связи разных стандартов, адаптируемостью к телекоммуникационной инфраструктуре, высоким уровнем готовности и наибольшей мобильностью в сравнении с близкими аналогами.

7. Показано, что длительность дистанционного исследования методом ЭКГ покоя, выполняемого с помощью любой из предложенных систем, может составлять 6,6 мин., что на 30% меньше, чем при использовании транстелефонной системы-аналога. Клиническая апробация показала, что разработанные системы обеспечивают:

• при скорой кардиологической помощи - исключение пропуска случаев, в которых необходима срочная госпитализация больных, и сокращение общего количества транспортировок больных на 60%;

• при амбулаторной функциональной диагностике — сокращение в 3 раза длительности амбулаторного наблюдения и в 1,5 раза продолжительности пребывания в стационаре, уменьшение в 4,5 раза числа острых коронарных событий, увеличение в 30 раз количества необходимых коронарных вмешательств.

1. Багненко С.Ф., Архипов В.В., Перегудов С.И., Рухляда И.О. Анализ медико-экономической эффективности в оценке новых медицинских технологий // Экономика здравоохранения. 2002. - № 4. - С. 12-14

2. Балк Ф. Новые возможности развития WMAN: Электронный документ. // Сети и системы связи.- № 9, 2004http://ccc.ru/magazine/depot/0409/read.html70301.htm). Проверено 23.05.09.

3. Брежнев А.Ф., Смелянский Р.Л. Семейство протоколов TCP/IP: Электронный документ. // (http://www.mark-itt.ru/FWO/tcpip/index.html). -Проверено 29.05.09.

4. Буравков С.В., Григорьев А.И. Основы телемедицины. М.: Фирма «Слово», 2001. - 112 с.

5. Буч Г., Рамбо Дж., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. -М.: ДМК Пресс, 2004. 432 с.

6. Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. - 384 с.

7. Википедия. IEEE 802.11: Электронный документ. (http://ru.wikipedia.Org/wiki/IEEE802.l 1) Проверено 29.05.09.

8. Григорьев А.И., Орлов О.И., Логинов В.А. и др. Клиническая телемедицина. М.: Фирма «Слово», 2001. - 112 с.

9. Голуб Дж., Ван Лоун Ч. Матричные вычисления. М.: Мир, 1999. - 548 С.

10. Гома X. UML. Проектирование систем реального времени, параллельных и распределенных приложений: Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2002. - 704 с.

11. Гуров И.П. Основы теории информации и передачи сигналов. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2000. - 97 С.

12. Дроздов Д.В., Обухова Е.О., Орлов О.И., Леванов В.М., Ненастьева O.K., Сергеев Д.В. Опыт внедрения телемедицинской электрокардиографической системы в областной многопрофильной клинической больнице// Клиническая медицина. -2002. №5. - С. 62-69.

13. Казанцев А.П. Мобильная телемедицинская сеть «ТелеЭКГ» для электрокардиографических исследований // Мобильные телекоммуникации. -2003.-№9. -С. 30-32.

14. Казанцев А.П. Применение телеЭКГ в тренировочном процессе // Медицина и спорт. 2005. - №3. - С. 12-13.

15. Казанцев А.П. Разработка и исследование электрокардиографической телемедицинской информационной системы // Отчет по гранту РФФИ № 0407-97214 за 2004 г. 2005. - 23 с.

16. Казанцев А.П., Сенин А.А., Пикуленко О.В. Архитектура и реализация мобильных телемедицинских комплексов дистанционной электрокардиографии. // Вестник Рязанской государственной радиотехнической академии. Рязань, 2007, выпуск 20. - С. 85-90.

17. Казанцев А.П. Полиномиальная аппроксимация дрейфа изолинии электрокардиосигнала. // Перспективные проекты и технологии. 2007. -Вып. 2. - С.85-89.

18. Казанцев А.П. Информационный анализ электрокардиосигналов и их преобразований для мобильной телемедицины. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. - №7. - С.22-28.

19. Казанцев А.П., Сенин А.А. Метод сжатия электрокардиосигналов для передачи в реальном масштабе времени. // Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. - №7. - С.15-21.

20. Казанцев А.П. Объектно-ориентированный подход к синтезу информационных систем внебольничной телемедицины. // II международная конференция «Математическая биология и биоинформатика». Пущино, 713.09.2008 г.

21. Казанцев А.П. Оптимизация мобильных телемедицинских систем // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2009. - №7.

22. Казанцев А.П., Прошин Е.М. Метод синтеза и концептуальное моделирование телемедицинских систем мобильной электрокардиографии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2009. - №7.

23. Капустин В. Поиск информации в Интернет // Мир Интернет. 1998. - № 9. - С. 55-59.

24. Коберн А. Быстрая разработка программного обеспечения. М.: Лори, 2002.-314 с.

25. Кузнецов М.Б. Трансформация UML-моделей и ее использование в технологии MDA. Программирование, 2007, №1, с. 65-78.

26. Ларман К. Применение UML 2.0 и шаблонов проектирования, 3-е изд.: Пер. с англ. М.: ООО «И.Д. Вильяме», 2007. - 736 с.

27. Медведев О.С. Мобильные технологии в медицине новая степень свободы // Материалы конференции «Современные инфокоммуникационные технологии в системе охраны здоровья» (Московская обл., Пансионат «Липки», 13-14 ноября 2003 г.). - М., 2003. - С. 85-86.

28. Медицина как производство: к вопросу об оценке эффективности системы ОМС. Здраво л огия. Русский медицинский сервер: Электронный документ. (http://www.rusmedserv.com/zdrav/econom/article31.html). Проверено 23.05.09.

29. Мельник О.В., Михеев А.А., Нечаев Г.И. Выделение дрейфа изолинии электрокардиосигнала // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2005. № 1-2, с. 26-30.37. "Мосвнешинформ". Что такое транкинговая связь?

30. Электронный документ. (http://telecom.sakha.ru/plain.php?page=service/trunk2).• Проверено 23.05.09.

31. Научно-исследовательская лаборатория «Динамика». «Аэлита». Миникомпьютерная система для самостоятельного контроля состояния здоровья: Электронный документ. (http://dyn.ru/products.php?id=3).1. Проверено 23.05.09.

32. Научно-производственное предприятие "Волготех". Кардинет-Онлайн: Электронный документ. (http://www.volgotec.ru/products/cardinet/). -Проверено 31.01.07.

33. Научно-технический центр радиоэлектронных медицинских приборов и технологий «ХАИ-МЕДИКА». CARDIO СЕ+ новый компьютерный карманный кардиограф: Электронный документ. (http://www.xai-medica.com/cardioce+/). - Проверено 23.05.09.

34. Научно-технический центр радиоэлектронных медицинских приборов и технологий «ХАИ-МЕДИКА». Комплекс холтеровского мониторирования CardioSens: Электронный документ. (http://www.xai-medica.com/cardiosens+/).- Проверено 23.05.09.

35. Нейбург Э., Максимчук Р. Проектирование баз данных с помощью UML. -М.: «Вильяме», 2002. 288 с.

36. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений.- Д.: Энергоатомиздат, 1991. 304 С.

37. Обухова О.Е., Дроздов Д.В., Леванов В.М., Сергеев Д.В. Дистанционный анализ ЭКГ в работе областной службы функциональной диагностики.

38. Н. Новгород: Изд. НГМА, 2003. 64 с.

39. Орлов О.И. Стратегическое управление телемедицинским проектом. (Серия «Практическая телемедицина» под общ. ред. академика А.И.Григорьева, выпуск 2) М., Фирма «Слово», 2002. - 56 с.

40. Подиновский В.В., Ногин В.Д. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. - 256 с.

41. Прилуцкий Д.А. Электрокардиографическая система на основе сигма-дельта аналого-цифрового преобразования. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.11.17 М., 1998.

42. Рамбо Дж., Якобсон А., Буч Г. UML: специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. - 656 с.

43. Сенин А.А., Казанцев А.П., Федорова С.И., Шокин В.И. Мобильная информационная система дистанционной функциональной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний. // 12-я международная Пущинская школа-конференция молодых ученых. Пущино, 10-14.11.2008 г.

44. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2002. -608 С.

45. Синицын В.Е., Морозов С.П. Медицина в Интернете. М.: Изд-во «Видар», 2003. - 104 с.

46. Степанов В.К. Русскоязычные поисковые системы в Интернет // Планета Интернет. 1997. - № 1. - С. 14-18.

47. Степанов В.К. Поисковые средства в Интернет // Планета Интернет.1997.-№1.-С. 18-22.

48. Столяр B.JL, Сельков А.И., Атьков О.Ю. Телемедицинские консультации для регионов (новые возможности медицины и рынок услуг) // Визуализация в клинике. 2000. - № 16. - С. 60-64.

49. Торчинов В.У., Казанцев А.П., Кочкин B.C., Курников B.C. Экспериментальная телемедицинская сеть мобильной дистанционной электрокардиографии // Главврач. 2005. - №10. - С. 82-85.

50. Федулаев Ю.Н., Казанцев А.П., Щелкунова И.Г., Корочкин И.М., Лебедева А.Ю., Клыков Л.Л., Гордеев И.Г., Неведомская Т.В., Грибченко О.Ф. Дистанционная методика оценки результатов суточного мониторирования

51. ЭКГ в выявление преходящей ишемии миокарда. Организационные и прогностические аспекты. // Медицинский вестник МВД РФ. 2007. - №3. -С.25-27.

52. Чазов Е.И. "Столько людей мы не теряли со времен войны": Электронный документ. (http://www.russia-today.ru/2006/no07/07topic5.htm). Проверено 28.03.07.

53. Черников О.И., Орлов О.И., Логинов В.А. Современная аппаратная база домашней и мобильной телемедицины. Обзор ресурсов Интернета. (Серия «Практическая телемедицина» под общ. ред. академика А.И.Григорьева, выпуск 1) М.: Фирма «Слово», 2001. 44 с.

54. Чирейкин Л.В., Довгалевский П.Я. Дистанционные диагностические кардиологические центры. С.-Петербург, 1995. - С. 63

55. Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. М.: Иностранная литература, 1963. - 830 с.

56. Шульгин В.И. Кардиографы ХАИ-МЕДИКА: Электронный документ. (http://xai-medica.com/articles/kardiogral7kardiograf.shtml). Проверено 23.05.09.

57. Якобсон А., Буч Г., Рамбо Дж. Унифицированный процесс разработки программного обеспечения. СПб.: Питер, 2002. - 496 с.71. 3GPP Technologies: Электронный документ. (http://www.3gpp.org/technologies)- Проверено 29.05.09.

58. Active Corporation. Active ECG: Электронный документ. (http://www.activecenter.com/products.html). Проверено 23.05.09.

59. Alonso A. A new model for home care for COPD // Stud Health Technol Inform. -2004;103:368-73.

60. Altmann U., Tafazzoli A.G., Katz F.R., Dudeck J. XML-based application interface services~a method to enhance integrability of disease specific systems // Int J Med Inform. 2002 Dec 18;68(l-3):27-37.

61. Angood P.B. Telemedicine, the Internet, and world wide web: overview, current status, and relevance to surgeons // World J Surg. 2001. Nov;25(l 1): 1449-57.

62. Blobel B. Results of European projects enabling secure regional, national andinternational health care networks // Stud Health Technol Inform. 1999;64:73-82.

63. Brentwood Medical Technology Corp. IQmark Products: Электронный документ. (http://brentwood.ru/products/index.html). Проверено 23.05.09.

64. Brelstaff G., Moehrs S., Anedda P., Tuveri M., Zanetti G. Internet patient records: new techniques // J Med Internet Res. 2001 Jan-Mar;3(l):E8

65. Brown NA. Information on telemedicine // J Telemed Telecare. -2005;11(3):117-26.

66. Chan L.W., Zhou M.Z., Hau S.K., Law M.Y., Tang F.H., Documet J. International Internet-2 performance and automatic tuning protocol for medical imaging applications // Comput Med Imaging Graph. 2005, Mar-Apr; 29(2-3):103-14.

67. Chen T.S., Liao B.S., Lin M:G., Gough T.G. Security architecture for HL/7 message interchange // Medinfo. 2001;10(Pt 2):1247-51.

68. Choi J, Jenkins ML, Cimino JJ, White TM, Bakken S. Toward Semantic Interoperability in Home Health Care: Formally Representing OASIS Items for Integration into a Concept-oriented Terminology // J Am Med Inform Assoc. 2005 Mar 31

69. Chu Y, Ganz A. A mobile teletrauma system using 3G networks // IEEE Trans Inf Technol Biomed. 2004 Dec;8(4):456-62.

70. Collmann J., Alaoui A., Nguyen D., Lindisch D. Safe teleradiology: information assurance as project planning methodology // J Am Med Inform Assoc. 2005 Jan-Feb;12(l):84-9

71. CORDIS. Digital Electrocardiograph Project: Электронный документ. (http://cordis.europa.eu/search/index.cfm?fuseaction=part.simpledocumentlucene& HDID=5683338&CFID=771732&CFTOKEN=79284097). Проверено 31.01.07.

72. CORDIS. Development of a Multiple Indication Telemonitoring System. Projectproposal: Электронный документ.http://cordis.europa.eu/searcMndexxfm?fuseaction=part.simpledocumentlucene& HDID=5683713&CFID=771732&CFTOKEN=79284097). Проверено 31.01.07.

73. Cybernet Medical Corporation. MedStar System: Электронный документ. (http://www.cybernetmedical.com/). Проверено 23.05.09.

74. DICOM reference guide. Health Devices. 2001 Jan-Feb;30(l-2):5-30.

75. Dolin R.H., Alschuler L., Beebe C., Biron P.V., Boyer S.L., Essin D., Kimber E., Lincoln Т., Mattison J.E. The HL7 Clinical Document Architecture // J Am Med Inform Assoc. 2001 Nov-Dec;8(6):552-69.

76. Duedal Pedersen C. E-health in the Scandinavian countries // Stud Health Technol Inform.-2004; 106:137-43

77. Duncan R.G., Shabot M.M. Secure remote access to a clinical data repository using a wireless personal digital assistant (PDA) // Proc AMIA Symp. 2000. P 210-214.

78. Enterprise Architect UML Design Tools and UML CASE tools for software development. - Sparx Systems, 2008:http://www.sparxsystems.com.au/products/ea/index.html). Проверено 29.05.09.

79. ETSI. Mobile technologies GSM: Электронный документ. (http://www.etsi.org/WebSite/Technologies/gsm.aspx). Проверено 29.05.09.

80. Eriksson H.-E., Penker M. Business Modeling with UML: Business Patterns at Work. Wiley Computer Publishing, 2000. - 459 p.

81. Gemmill J. Network basics for telemedicine // J Telemed Telecare. 2005;ll(2):71-6.

82. Giguere E. Palm database programming: the complete developer's guide. New York, Chichester, Weinheim, Brisbane, Singapore, Toronto: Wiley Computer Publishing, 1999.

83. Grimson W., Jung В., van Mulligen E.M., van Ginneken A., Pardon S., Sottile P.A. Extensions to the HISA standard—the SynEx computing environment // Methods Inf Med. 2002;41(5):401-10.

84. Horsch A., Balbach T. Telemedical information systems // IEEE Trans Inf Technol Biomed. 1999 Sep;3(3): 166-75.

85. Hull E., Jackson K., Dick J. Requirements Engineering. Springer, 2004. -198 P.

86. Hussein R., Engelmann U., Schroeter A., Meinzer H.P. DICOM structured reporting: Part 1. Overview and characteristics // Radiographics. 2004 May-Jun;24(3):891-6.

87. Hussein R., Engelmann U., Schroeter A., Meinzer H.P. DICOM structured reporting: Part 2. Problems and challenges in implementation for PACS workstations // Radiographics. 2004 May-Jun;24(3):897-909.

88. Istepanian R., Philip N., Wang X.H., Laxminarayan S. Non-telephone healthcare: the role of 4G and emerging mobile systems for future m-health systems // Stud Health Technol Inform. 2004;103:465-70

89. Jacobus C. Telemedicine Technology Review: Why Hasn't Telemedicine Taken Off Yet? Электронный документ.http://www.cybernetmedical.com/files/telemedicinereview.pdf). Проверено 23.05.09.

90. James D.A., Rowlands D., Mahnovetski R., Channells J., Cutmore T. Internet based ECG medical information system // Australas Phys Eng Sci Med. 2003 Mar;26(l):25-9.

91. Jenders R.A., Sailors R.M. Convergence on a standard for representing clinical guidelines: work in health level seven // Medinfo. 2004; 1 l(Pt 1): 130-4.

92. Kiley R., Medical information on the Internet. A guide for health professionals. Edinburgh; London; Madrid; Melbourne; New York; Tokyo: Churchil Livingstone, 1996.

93. Kim J.H., Ferziger R., Kawaloff H.B., Sands D.Z., Safran C., Slack W.V. A web-based rapid prototyping and clinical conversational system that complementselectronic patient record system // Medinfo. 2001;10(Pt l):628-32

94. Kleppe A., Warmer J., Bast W. MDA Explained. The Model Driven Architecture: Practice and Promise. Pearson Education, 2003. - 192 p.

95. Korner E.J., Oinonen M.J., Browne R.C. The power of collaboration: using internet-based tools to facilitate networking and benchmarking within a consortium of academic health centers // J Med Syst. 2003 Feb;27(l):47-56.

96. Kruchten P. The 4+1 View Model of Architecture. IEEE Software 12(6), 1995.

97. Lamminen H. Mobile satellite systems // J Telemed Telecare. 1999;5(2):71-83

98. Law M.Y. A model of DICOM-based electronic patient record in radiation therapy // Comput Med Imaging Graph. 2005 Mar-Apr;29(2-3): 125-36.

99. Lovis C.L., Lamb A., Baud R., Rassinoux A.M., Fabry P., Geissbuhler A. Clinical documents: attribute-values entity representation,context, page layout and communication // AMIA Annu Symp Proc. 2003;:396-400.

100. Lykins H., Friedental S., Meilich A. Adapting UML for an Object Oriented Systems Engineering Method (OOSEM). www.omg.org/docs/syseng/02-06-ll.pdf . Проверено 10.05.2009. 8 P.

101. Mallick M. Mobile and wireless design essentials. Indianapolis: Wiley Publishing, 2003. 454p.

102. Malmqvist G., Nerander K.G., Larson M. Sjunet. The national IT infrastructure for healthcare in Sweden // Stud Health Technol Inform. 2004;100:41-9.

103. Marsh A. Mobile technology for global health. Stud Health Technol Inform. 2003;96:60-6.

104. Maulden S.A. Information technology, the internet, and the future of neurology //Neurologist. 2003 May;9(3): 149-59.

105. Miller J., Mukerji J. (eds.). MDA Guide version 1.0.1/ OMG-document. -2003: (http://www.omg.org/docs/omg/03-06-01.pdf). Проверено 29.05.09.

106. The MIT-BIH Arrhythmia Database: http://www.physionet.org/physiobank/database/mitdb/ Проверено 29.04.09.

107. MOBIL.RU. WiMax беспроводная сеть завтрашнего дня: Электронный документ. (http://www.mobil.ru/article.php?advice==85). - Проверено 23.05.09.

108. Moreland С. An Introduction to the OMG Systems Modeling Language.: Электронный документ. (http ://www.omg.org/news/meetings/workshops/Real-timeWSFinalPresentations2008/Tutorials/00-T2Moreland.pdf). Проверено 29.05.09.

109. National Instruments. Lab VIEW Analysis Concepts. April 2003 Edition. -162 P.

110. Navein J., Fisher A., Geiling J., Richards D., Roller J., Hagmann J. Portable satellite telemedicine in practice // J Telemed Telecare. 1998;4 Suppl 1:25-8

111. NOVA Technology Corporation. Petite System: Электронный документ. (http://www.novatechcorp.com/petite.html/). Проверено 23.05.09.

112. Object Management Group UML: Электронный документ. (http://www.uml.org/). - Проверено 29.05.09.

113. OSGi Alliance. The OSGi Service Platform Dynamic services for networked devices: Электронный документ. (http://www.osgi.org/). - Проверено 23.05.09.

114. Panzarasa S., Bellazzi R., Larizza C., Stefanelli M. A careflow management system for chronic patients // Medinfo. 2004; 1 l(Pt l):673-7.

115. Pitsillides В., Pitsillides A., Samaras G., Andreou P., Georgiadis D., Christodoulou E., Panteli N. User perspective of DITIS: virtual collaborative teams for home-healthcare // Stud Health Technol Inform. 2004;100:205-16.

116. Rainey D. Product Innovation: Leading Change through Integrated Product Development. McGraw-Hill/Irwin, 2005. 640 P.

117. Rassinoux A.M., Lovis C., Baud R., Geissbuhler A. XML as standard for communicating in a document-based electronic patient record: a three years experiment // Stud Health Technol Inform. 2002;90:673-8.

118. Rialle V., Duchene F., Noury N., Bajolle L., Demongeot J. Health "Smart" home: information technology for patients at home // Telemed J E Health. 2002 Winter;8(4):395-409.

119. Rialle V., Lamy J.B., Noury N., Bajolle L. Telemonitoring of patients at home: a software agent approach // Comput Methods Programs Biomed. 2003 Nov;72(3):257-68.

120. Riva G., Botella C., Castelnuovo G., Gaggioli A., Mantovani F., Molinari E. Cybertherapy in practice: the VEPSY updated project // Stud Health Technol Inform. 2004;99:3-14.

121. Rhodes N., McKeehan J. Palm OS programming. Beijing, Cambridge, Farnham, Koln, Paris, Sebastopol, Taipei, Tokyo: O'Reilly, 2002.

122. Saxena S.C., Kumar V., Giri V.K. Telecardiology for effective healthcare services // J Med Eng Technol. 2003 Jul-Aug; 27(4):149-59.

123. Schoenfeld M.H., Compton S.J., Mead R.H., Weiss D.N., Sherfesee L., Englund J., Mongeon L.R. Remote monitoring of implantable cardioverter defibrillators: a prospective analysis // Pacing Clin Electrophysiol. 2004 Jun;27(6 Pt l):757-63.

124. SHL Telemedicine. Голландия: новинка компании Philips аппараты дистанционного наблюдения за здоровьем: Электронный документ. (http://marketmed.ru/news/7358/?sect=l). - Проверено 29.08.08.

125. Strang N., Cucherat M., Boissel J.P. Which coding system for therapeutic information in evidence-based medicine // Comput Methods Programs Biomed. -2002 Apr;68(l):73-85.

126. Suzuki I., Yamada K., Yamakawa Т., Hashiba M., Akazawa K. Delivery of medical multimedia contents through the TCP/IP network using RealSystem //

127. Comput Methods Programs Biomed. 2003 Mar; 70(3):253-8.

128. Ta'eed O. Using Multimedia in Medicine Электронный документ. // Pocket PC Magazine.- March 2002http://www.pocketpcmag.com/archives/mar02/MultimediaInMedicine.asp). -Проверено 23.05.09.

129. Tachakra S., Wang X.H., Istepanian R.S., Song Y.H. Mobile e-health: the unwired evolution of telemedicine // Telemed J E Health. 2003 Fall;9(3):247-57

130. Tachinardi U., de Sa Rebelo M., de Magalhaes Oliveira P.P. Jr, Pilon P.E. Real time information from bedside monitors as part of a web-based patient record // Proc AMIA Symp. -2001. P 691-695.

131. TIA/EIA INTERIM STANDARD. Introduction for cdma2000 Standards for Spread Spectrum Systems. TIA/EIA/IS-2000.1-A: Электронный документ. (http://www.tiaonline.org/standards/technology/cdma2000/documents/TIA-EIA-IS-2000-1-A.pdf). Проверено 29.05.09.

132. Turunen P. A framework for evaluation of medical information systems // Stud Health Technol Inform. 2003;95:611-6.

133. Tyrer H.W., Wiedemeier P.D., Cattlet R.W. Rural telemedicine: satellites and fiber optics // Biomed Sci Instrum. 2001;37:417-22.

134. Villalar J.L., Arredondo M.T., Meneu Т., Traver V., Cabrera M.F., Guillen S., Del Pozo F. A telemedicine model for integrating point-of-care testing into a distributed health-care environment // J Telemed Telecare. 2002;8 Suppl 2:92-3.

135. Virone G., Noury N., Demongeot J. A system for automatic measurement of circadian activity deviations in telemedicine // IEEE Trans Biomed Eng. 2002 Dec; 49(12):1463-9.

136. Vitaphone. Telemedizin im Internet: Электронный документ. (http://www.vitaphone.de/de/). Проверено 23.05.09.

137. Winton G. Palm OS Network Programming. Beijing, Cambridge, Farnham, Koln, Paris, Sebastopol, Taipei, Tokyo: O'Reilly, 2001. -384p.

138. Wikipedia. Dynamic DNS: Электронный документ. (http://en.wikipedia.org/wiki/DynamicDNS). Проверено 27.05.09.

139. Yaghmai V., Salehi S.A., Kuppuswami S., Berlin J.W. Rapid wireless transmission of head CT images to a personal digital assistant for remote consultation // Acad Radiol. 2004 Nov; 11 (11): 1291 -3.

140. Zeng H., Fei D.Y., Fu C.T., Kraft K.A. Internet (WWW) based system of ultrasonic image processing tools for remote image analysis // Comput Methods Programs Biomed. 2003 Jul;71(3):235-41.

141. Zuker A. From computerized patient records to national resource // Stud Health Technol Inform. 2003;95:892-7