Повышение надежности технических средств для стабилометрии

Истомина Т.В., Карамышева Т.В., Ординарцева Н.П., Сазанов А.В.

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ДЛЯ СТАБИЛОМЕТРИИ

В последнее время Пензенская область становится регионом приоритетного развития биомедицинских технологий. Об этом свидетельствует и проведенное в Пензе заседание госсовета по медицинской проблематике, и выделение федеральных госбюджетных средств для строительства современных медицинских центров, в частности, открытие в 2008 г. первого в РФ кардиоцентра международного уровня и принятое в 2011 г. решение о создании Технопарка высоких технологий, что обеспечит базу для расширения производства медицинской техники, лекарственных средств и биоматериалов.

Стабилометрия как метод исследования в клинической практике используется относительно недавно, не более 30 лет. Однако этот метод приобретает все большее значение в самых различных областях практической медицины. В настоящее время методика стабилометрии уже включена в зарубежные и отечественные стандарты медицинской помощи. Основные направления медицинского применения метода, это диагностика и оценка нарушений функции равновесия (в неврологии, вертеброневрологии, нейрохирургии, оториноларингологии, ортопедии - травматологии, остеопатии) и реабилитация больных с нарушением функции равновесия, а также двигательной системы на основе биологической обратной связи.

Практическая значимость стабилометрии обусловлена устойчивым ростом потребности лечебно-профилактических и смежных учреждений Пензенской области в новых высокоинформативных неинвазивных методах медицинской диагностики опорно-двигательных заболеваний. В рамках проекта планируется, в частности, широкое использование стабилографических методов для разработки методик диагностики постуральных расстройств, определения стрессовой устойчивости и профпригодности населения.

На различные постурологические патологии приходится до 20% (данные 2003 г.) от общей заболеваемости населения Пензенской области по обращаемости. Постановка правильного диагноза для данной группы заболеваний, особенно на ранних стадиях, является весьма сложной задачей и требует применения усовершенствованного диагностического оборудования повышенной эффективности на основе создания новых диагностических методик и аппаратно-программного обеспечения.

Согласно результатам маркетинговых исследований в настоящее время около 62 % населения Пензенской области остаётся неудовлетворенным результатами проводимых медицинских обследований и заинтересовано в возможности проведения альтернативных обследований на коммерческой основе. Кроме того, было выявлено, что в настоящее время в учреждениях здравоохранения и на рынке товаров и услуг Пензенской области полностью отсутствует как специализированное, так и индивидуальное оборудование для стабилометрических обследований населения, что не позволяет обеспечить современный уровень диагностики и лечения постурологических заболеваний.

Поэтому актуальность разработки и внедрения инновационных диагностических методик, специализированного программного и методического обеспечения в области повышения достоверности медикоклинических исследований, предназначенных для диагностики постурологических заболеваний, не вызывает сомнений.

Однако отечественные разработки, проводящиеся в данном направлении, носят единичный характер и требуют дальнейшего совершенствования в направлении повышения их надежности и расширения функциональных возможностей. Проанализируем основные разработки.

Среди зарубежных производителей передовыми можно считать фирмы «Bertec Corporation» и «NeuroCom International, Inc» (США), выпускающие модели «BalanceCheck™ System», «Balance Master System», «EquiTest System» и «VSR System». Однако, несмотря на высокое качество изготовле-

ния и широкие функциональные возможности, эти разработки имеют высокий ценовой диапазон, в десятки раз превышающий стоимость отечественных изделий, и недоступны для отечественных учреждений здравоохранения.

За 10 лет развития отечественной компьютерной стабилографии только трем организациям удалось довести разработки до уровня серийного освоения медицинской техники, это:

• ЗАО ОКБ «Ритм» (г. Таганрог);

• научно-медицинская фирма «МБН» (г. Москва);

• научно-медицинская фирма «БиоМера» (г. Москва).

В 2001г. был сертифицирован первый отечественный компьютерный стабилограф, получивший название: стабилоанализатор компьютерный с биологической обратной связью «Стабилан-01» (рисунок 1). Этот комплекс был разработан и серийно выпускается в ЗАО «ОКБ «РИТМ» (г. Таганрог). По своим техническим показателям и функциональным возможностям стабилоанализатор вышел на уровень лучших мировых достижений в своем классе, а по ряду показателей стал лидером, что ознаменовало ликвидацию отставания России в этом направлении.

Рисунок 1. Внешний вид стабилоплатформы «Стабилан-01»

Сертификация еще одного отечественного компьютерного стабилографа названного «МБН Стабило» - постурологический комплекс для

диагностики и реабилитации опорно-двигательной системы и функции равновесия (рисунок 2), разработанного научной медицинской фирмой МБН (г. Москва). В настоящее время, по мнению ведущих медицинских специалистов, продукция фирмы не уступает, а зачастую и превосходит, зарубежные аналоги известных фирм. Разработаны и серийно выпускаются более десяти типов приборов, легко объединяющиеся между собой в сложнейшие диагностические комплексы. Каждый год передаются в производство новые варианты приборов.

Рисунок 2. Иследование на стабилоплатформе фирмы МБН

Фирма «БиоМера» возникла в 2010 году - на новом этапе развития группы предприятий «Мера». Основанием для создания фирмы с приставкой "био" стал особый акцент - разработка инновационных инструментов для исследования человека. В настоящее время предприятия Мера - это один из крупнейших российских производителей электронных средств измерения. Фирма «БиоМера» предлагает сертифицированный медицинский стабилометрический комплекс ST-150 «STABIP» и другие модификации.

Конструкция стабилометрической платформы ST-150 «STABIP» включает диагностико-реабилитационное оборудование и базируется на

новейших разработках инженеров группы предприятий «Мера» в области цифровой тензометрии. Электронное устройство ST-150 предназначено для исследования функции равновесия и других функций организма, прямо или косвенно связанных с поддержанием равновесия, а также тренировки систем организма человека, отвечающих за способность поддерживать равновесие тела (рисунок 3).

Стабилометрическая платформа состоит из основной плиты, на которую и встает обследуемый, и фиксированных к ней силоизмерительных датчиков, которые являются одновременно и элементами опоры.

Рисунок 3. Внешний вид стабилоплатформы ST-150

Основная плита платформы, как правило, квадратной или прямоугольной формы и опирается на три или четыре силоизмерительных датчика. Усилие, приходящееся на каждый датчик, позволяет вычислять проекцию общего центра масс тела на плоскость опоры (рисунок 4).

Стандартизированные стабилометрические платформы имеют три датчика, которые чувствительны только к вертикальной составляющей нагрузки. Использование трех датчиков дает устойчивый режим работы для всех датчиков, поскольку каждый из них имеет жесткую опору. Точность измерения таких платформ существенно выше.

А Б

Рисунок 4. Варианты расположения тензоатчиков стабилоплатформ

Недостатки отечественных разработок могут быть устранены за счет применения комплексного мультидиагностического обследования, как в процессе диагностик, так и при реабилитации. В настоящее время авторами выполняется грант «Интеллектуальные инновации в виде программнометодического обеспечения для медицинских постурологических исследований» по заказу правительства Пензенской области.

Преимущества предлагаемого подхода заключаются в:

• повышении эффективности обследований, достигаемом за счёт системного подхода при проведении комплекса биомедицинских измерений и применения параллельного;

• разработке современного программного обеспечения, реализующего последние достижения цифровой обработки медицинской диагностической информации;

• высоком качестве и доступности предоставляемых услуг;

• низких затратах на рекламу продукции ввиду ее узкой направленности;

• привлечении авторитетных специалистов, имеющих учёные степени в области медицины и техники, что в целом создаёт высокий уровень доверия у населения.

Стратегия развития разработки включает в себя:

• проведение полномасштабных маркетинговых исследований с выделением целевого сегмента рынка, поиск новых теоретических и практических работ в области постурологических исследований;

• создание специализированной научно - исследовательской лаборатории,

• разработку усовершенствованной медицинской методики для диагностики постурологических расстройств,

• создание специализированного программно-методического обеспечения и апробация разработки на базе лечебно профилактических учреждений;

• статистический сбор и архивирование биометрической информации;

• проведение анализа результатов научных исследований;

• публикацию и патентование результатов интеллектуальной деятельности.

Применение технологии дистанционных измерений и управления в сфере здравоохранения позволяет получить принципиальную возможность для создания системы дистанционного мониторинга пациентов, что является на сегодняшний день достаточно актуальной задачей.

Применение технологии дистанционных измерений непрерывно связаны с передачей сигнала на расстояние, что позволяет вынести ряд решений за пределы обычных проводных каналов связи. Использование современных подходов в передаче биомедицинской информации - задача недалекого будущего разработчиков сложнейших устройств диагностики и лечения.

Как правило, при обработке биомедицинского сигнала, специалиста интересует наступление критического состояния, связанного с опасностью для жизни пациента, что подразумевает сигнализацию системы диагностики только патологического состояния. Задача мониторинга таких состояний, как и диагностики в целом, стоит несколько шире. Мониторинг подразумевает длительное наблюдение за состоянием пациента и обработку большой последовательности данных для вынесения экспертного заключения. При использовании обычного радиоканала передача такого рода сигнала затруднитель-

на, а зачастую, и вовсе невозможна, поэтому предлагается использование других беспроводных технологий (Bluetooth, Интернет).

Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и медицинские данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, каковым является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров. Разница в расстоянии, безусловно, большая, однако соединение в пределах 10 м позволяет сохранить низкое энергопотребление, компактный размер и достаточно невысокую стоимость компонентов. Такая технология имеет широкие перспективы применения в устройствах для диагностики постурологических заболеваний.

Рассмотрим общую функциональную схему предлагаемого устройства.

Стабилограф представляет собой технологическую платформу, установленную на ровной твердой поверхности и подключенную к устройству со специализированным программным обеспечением. Недостатком такой схемы можно считать достаточно небольшое максимальное удаление платформы от устройства обработки сигнала (ПК или специализированной консоли), обусловленное длинной соединительного кабеля.

В случае использования устройств мониторинга «башмачки» это приводит к определенным неудобствам, связанным с ограничением передвижений за счет непосредственного контакта проводного канала передачи информации с регистрирующим устройством (например, тензометрические датчики, конструктивно помещенные в стельку или подошву обуви). Такой подход позволяет использовать диагностическую аппаратуру в достаточно ограниченном пространстве, что может привести к неполноте получаемых диагностических данных о поведении органов (исследуемого сустава, аппарата в целом) и, как следствие, может привести к неточным заключениям.

Для повышения точности диагностики заболеваний и улучшения удобства проведения стабилометрических исследований предполагается использовать следующую схему устройства (рисунок 5).

Рисунок 5. - Схема устройства диагностики

Что приведет к незначительному изменению общей технологической схемы диагностики (рисунок 6).

ПК или

специализированная консоль с ПО

Рисунок 6. - Технологическая схема диагностики.

Обоснованием преимуществ такого подхода к построению канала передачи биомедицинской информации является относительная дешевизна устройства передачи, увеличение радиуса действия такого канала по сравнению с проводным каналом связи (до 100 м), удобство для обследуемого (не нужно заботится о соединительном кабеле).

Данная схема подключения позволит повысить надежность канала подключения по сравнению с «проводной» технологией (перетирание проводов), а так же расширить число одновременно обследуемых пациентов за счет использования многоканальной схемы подключения.

Таким образом, повышение надежности отечественных разработок в области стабилометрии может быть достигнуто практически без удорожания

изделий за счет применения предложенного беспроводного канала передачи биомедицинской информации постурологического характера.

Наиболее эффективной стратегией контроля лечения постурологических заболеваний является доказательный мультидисциплинарный подход, основанный на постоянном наблюдении за прогрессом лечения, сфокусированном на множественных нарушениях работы организма, функциональных ограничениях и соответствующих выводах о выявленных патологиях. Клинические исследования показали, что контроль терапии, основанный на подобной модели, применительно к каждому индивидуальному случаю позволяет достичь гораздо лучших результатов по сравнению с обычным подходом, исходящим только из выявленной патологии.

Список источников:

1. Миллер М.А., Смирнов А.И. Линии передачи // Физическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия , 1990. Т. 2. С. 596.

2. Istomina T.V., Kireev A.V. Multiparametric Monitoring System for Central and Peripheral Hemodynamics// Russian Electrical Engineering, Volume 80, Number 3, 2009.

3. Акжигитов Р.Ф. Перспективы применения комплекса «Стабилан» для тестирования спортсменов // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск. «Перспективы медицинского приборостроения», - Таганрог. Изд-во ТТИ ЮФИ, 2010, №8 (109).

4. Истомина Т.В., Ординарцева Н.П. Вопросы метрологии в задачах медико-биологической диагностики // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск. «Медицинские информационные системы» № 9. - Таганрог, 2009.