Применение информационных технологий в медицине и реабилитации

Применение бурно развивающихся компьютерных информацион­ных технологий в разрабаты­ваемой современ­ной медицин­ской аппаратуре способ­ствует внедрению и исполь­зова­нию количествен­ных методов обработки, анализа и представ­ления электро­физио­логичес­ких данных в различных разделах медицины. Например, в электро­энцефало­графии это привело к появлению принципи­ально нового аппаратно-методичес­кого подхода — компьютер­ной электро­энцефало­графии (КЭЭГ) — выводящего методику на принципи­ально новый уровень (Зенков Л. Р., 1996) как в традицион­ной для электро­энцефало­графии области — эпилепто­логии, так и в области так называемых «функцио­нальных» расстройств — невротичес­ких, психических и эмоциональных, поведенческих и когнитивных нарушений, психо­соматичес­ких заболеваний, а также определения эффектив­ности применения лекарствен­ных препаратов, прогноза и экспертизы.

В новом электроэнцефалографе-анализаторе «Энцефалан-131-03» (НПКФ «Медиком-MТД» в 1998-2000 г.) возможности КЭЭГ исполь­зуют­ся как при записи, первичной обработке ЭЭГ и ее визуаль­ном анализе, аналогич­ном классичес­кому, так и при обработке получен­ных данных различ­ными математи­чес­кими методами, топографичес­ком картировании, трех­мерной локализации источников патологичес­кой активности мозга. Особен­ностью прибора, пред­назначен­ного для широкого исполь­зова­ния в повседнев­ной клиничес­кой практике, является уникаль­ная возмож­ность одновремен­ной и синхрон­ной регистра­ции ЭЭГ, сверх­медлен­ной актив­ности мозга (СМП), вызван­ных потенциалов (ВП), рео­энцефало­граммы для исследова­ния крово­обраще­ния мозга, а также регистра­ции различных физио­логичес­ких сигналов: (электро­миограм­мы (ЭМГ), электро­кардио­граммы (ЭКГ), пневмо­граммы (ПГ), электро­окуло­граммы (ЭОГ), фото­плетизмо­граммы (ФПГ), кожно-гальваничес­кой реакции (КГР) и температуры по 5 поли­графичес­ким каналам. При этом качество регистрации сигналов ЭЭГ соответ­ствует требованиям к компьютер­ной электро­энцефало­графии, сформули­рован­ным Nuwer M.R. (1991) для Американ­ского общества клиничес­кой электро­энцефало­графии и принятым за основу Конгрес­сом по био­электро­магнит­ной топографии (Амстердам, 1992).

Методы анализа ЭЭГ в «Энцефалане-131-03» предусматри­вают цифровую фильтра­цию сигналов в стандарт­ных или произвольно заданных частот­ных диапазонах, оценку соотношения мощностей ЭЭГ в различ­ных частот­ных диапазонах. Реализо­ван поиск не­стационар­ных участков записи и эпилепти­форм­ных феноменов, таких как спайки, острые волны, спайк-волна, разряды. Исполь­зуются стандарт­ные приемы оценки волновых процессов, включающие быстрое пре­образова­ние Фурье, с получени­ем спектров мощности, кор­реляцион­ный, спектраль­ный, когерент­ный анализ и накопление, статис­тичес­кие процедуры отличия от нормы, а также пред­ставле­ние результа­тов обработки в виде графиков, таблиц, топо­графичес­ких карт, отражаю­щих рас­пределе­ние того или иного параметра. Реализо­ваны специаль­ные методы для оценки глубины меж­корко­вых связей в процессе выполне­ния различ­ных видов деятель­ности. На основа­нии резуль­татов обработки автомати­чески формируется протокол по проведен­ному ис­следова­нию. Динамично развиваю­щее­ся направление — трех­мерная локализа­ция источни­ков пато­логичес­кой актив­ности мозга — реализо­вано в програм­ме «Энцефалан 3D», на основе метода много­шаговой дипольной локализации (Гнездицкий В.В., 2000).

Не подлежит сомнению перспективность и целесообразность применения компьютер­ных методов анализа в научных ис­следова­ниях, поскольку они направ­лены на выявление фактов, критериев и законо­мернос­тей — ранее неизвестных. «Энцефалан-131-03» предостав­ляет уникаль­ные возмож­ности для научных ис­следова­ний, позволяя синхрон­но регистри­ровать и анализи­ровать «сырые» ЭЭГ, одиноч­ные вызван­ные потенциалы, меж­электрод­ные сопротив­ления, сверх­медлен­ные потенциалы голов­ного мозга по 21 отведению, а также различ­ные физио­логичес­кие сигналы по поли­графичес­ким каналам в любых сочета­ниях. Програм­мируе­мая стимуляция с исполь­зовани­ем двух­каналь­ных, независимо управля­емых, фоно- и фото­стимуля­торов, электро­стимуля­тора и видео­стимуля­тора (могут предъ­являть­ся слова, символы, вопросы, зритель­ные образы, в том числе и для под­сознатель­ного восприя­тия), дополни­тель­ный интерфейс для внеш­них устройств, а также наличие канала обрат­ной связи с испытуемым (пульт оператора) позволяют проводить сложные психо­физио­логичес­кие эксперимен­ты, связан­ные с ис­следова­нием когнитивных процес­сов, объектив­ным психо­анализом и тестиро­ванием, оператор­ской деятель­ностью, а также с функциональ­ным био­управлением.

Благодаря применению компьютерных информационных технологий все большее рас­простране­ние получают полно­масштаб­ные ис­следова­ния вызван­ных потенциа­лов мозга различ­ных модаль­ностей и латент­ностей, имеющие важное клинико-диагности­чес­кое значение для оценки функцио­наль­ного состоя­ния различ­ных структур мозга (Гнездицкий В. В., 1997, 2000). Ис­следова­ния ВП не­обходимы при нарушениях мозгово­го крово­обраще­ния, инсульте, рассеяном склерозе и других де­миелинизи­рую­щих заболева­ниях, метаболичес­ких и токсико­логических нарушениях, гепато­церебраль­ной дистрофии, опухоли голов­ного мозга, нейро­дегенератив­ных заболева­ниях, эпилепсии, деменции различного генеза, послед­ствиях черепно-мозговой травмы, коме и вегетатив­ных состоя­ниях, интра­операцион­ном и реанимацион­ном мониторинге, при оценке смерти мозга.

Сочетание современных компьютерных технологий и новейшей микро­электрон­ной элемент­ной базы — цифровых процес­соров обработки сигналов, фильтров, высоко­качествен­ных усилителей и аналого-цифровых преобразова­телей, предо­став­ляет возмож­ность широкого внедрения в диагнос­тику нервно-мышеч­ных заболева­ний электро­миографии (Гехт Б. М. и др., 1997). С помощью нейро­мио­анализа­тора НМА-4-01 «Нейромиан» можно проводить электро­мио­графи­ческие исследования, исполь­зуя как широко рас­пространен­ные методики, так и специфичес­кие, пред­назначен­ные для углублен­ной диф­ференци­рован­ной диагнос­тики нервно-мышечной патологии. Четырех­каналь­ный нейро­мио­анализатор обеспечи­вает тестиро­вание скорости рас­простра­не­ния возбуждения по двигатель­ным и чувствитель­ным волокнам периферичес­ких нервов, позволяет получить интеграль­ные характерис­тики отдель­ных мышц и мышеч­ных групп, выявить стадию де­нервацион­но-ре­иннервацион­ного процесса, ис­следо­вать состояние периферичес­кого нерва на самом проксималь­ном его участке, оценить статус корешка нерва, сегментар­ного аппарата спин­ного мозга. Реализация этих ис­следова­ний имеет ряд особен­ностей, как програм­мных, так и аппарат­ных. Например, при оценке состояния централь­ных систем регуляции двигатель­ных функций использу­ются два разных динамичес­ких диапазона усилителей для адекват­ного представ­ления прямого и рефлектор­ного ответов. Методика ис­следова­ния потенциалов двигатель­ных единиц, в которой реализова­ны оригиналь­ные алгоритмы выделения потенциалов в автоматичес­ком режиме, предостав­ляет исследова­телю качествен­ную и количествен­ную оценку спонтан­ной активности.

Новая разработка НПКФ «Медиком-МТД» — реограф-поли­анализатор для комплекс­ного ис­следова­ния параметров крово­обраще­ния «РЕАН-ПОЛИ» — пред­назна­чена для оценки состоя­ния различ­ных звеньев сердечно-сосудис­той системы, централь­ной гемо­динамики (тетра­полярная грудная реография по Кубичеку, интеграль­ная реография по Тищенко), мозгов­ого крово­обращения (рео­энцефало­графия), периферичес­кого крово­обращения (рео­вазо­графия — плечо, предплечье, кисть, пальцы рук, бедро, голень, стопа в различ­ных сочетаниях), крово­обраще­ния внутрен­них органов (рео­гепато­графия, рео­пульмоно­графия, рео­рено­графия), а также адаптацион­ных реакций сердечно-сосудис­той и вегетатив­ной нервной системы на внеш­ние воздействия методами реографии и полиреографии. Применяется «РЕАН-ПОЛИ» для монитори­рова­ния и оценки основных количест­вен­ных показателей системного крово­обращения (ударный объем крови, частота сердеч­ных сокраще­ний, вероят­ност­ный минут­ный объем крови, ударный индекс, сердеч­ный индекс, показатели периферичес­кого сосудис­того сопротив­ления и др.). Реограф содержит 6 рео­графических и 6 универсаль­ных поли­графичес­ких каналов, которые, в зависимости от методики ис­следова­ния, могут исполь­зовать­ся для съема таких физио­логичес­ких сигналов как ЭКГ, ФПГ, ПГ, КГР, ЭЭГ, био­потенциа­лов любого происхож­дения, фоно­кардио­граммы (ФКГ) и др. Важным отличи­ем нового реографа-поли­анализа­тора от извест­ных является исполь­зова­ние рео­графичес­ких каналов для биполяр­ного и тетра­полярного съема реограмм любых бассей­нов крово­обраще­ния при настраива­емой в широком диапазоне частоте зондирова­ния тока и примене­ние принципа времен­ного раз­деления (Патент РФ № 207984 от 20.05.1997 г., патенто­обладатель НПКФ «Медиком МТД»). Это позволяет корректно (без взаимного влияния токов разных каналов друг на друга) проводить комплексные ис­следова­ния крово­обраще­ния. В приборе также преду­смотре­на дополни­тель­ная возмож­ность под­ключе­ния различ­ных устройств, например, автомати­чес­кого измерите­ля артериаль­ного давления, компрес­сора для окклюзион­ных проб, устройств для стимуляции и тестовых воздейст­вий, что расширяет спектр возмож­ных приложений прибора.

На сегодняшний день актуальной задачей является ранняя донозо­логичес­кая диагнос­тика наруше­ний регулятор­ного характера, вызван­ных ухудшени­ем экологичес­кой обстанов­ки, стрес­сами, связан­ными с экстремаль­ными ситуациями, информационными перегрузками, социальными условиями, и корректировка этих нарушений по возможности немедикаментозными методами. Решению этой задачи может способ­ство­вать создание лечебно-диагнос­тичес­ких и реа­били­тацион­ных комплексов и приборов для осуществ­ления процедур функциональ­ного био­управле­ния (ФБУ), основан­ных на принципе био­логичес­кой обратной связи (БОС). Как реа­били­тацион­ный прием БОС призвана мобилизовать и расширить функцио­наль­ный резерв, улучшить нервную регуляцию и функцио­наль­ное взаимо­действие между физио­логичес­кими системами. Методы ФБУ эффективны при дис­функциях и дис­балансе управляю­щих и гомео­статичес­ких процес­сов организма под влиянием пере­напряже­ния, утомления, а также при функцио­наль­ной и органичес­кой патоло­гии различ­ного характера. Они позволяют осуществ­лять динамичес­кое тестиро­вание регуляцион­ных свойств организма, опреде­лять тип физио­логичес­кой реакции на стресс, выбирать оптималь­ный набор физио­логичес­ких параметров и форм предъ­явления сигналов для организа­ции контура БОС, формир­овать для каждого пациента индиви­дуаль­ную стратегию. Компьютер­ные информа­цион­ные технологии, применя­емые для осуществ­ления ФБУ с БОС, дают гибкие возмож­ности по отображе­нию как первич­ных физио­логичес­ких сигналов и резуль­татов тренинга, так и сигналов БОС в виде графиков, диаграмм, различных образов, игровых ситуаций, средствами компьютер­ной графики и синтеза звука. Так, например, комплекс реабили­тацион­ный психо­физио­логичес­кий для тренинга с БОС «РЕАКОР» (НПКФ «Медиком-МТД» 1999-2000 г.), исполь­зующий такую техноло­гию, позволяет осуществ­лять процедуру ФБУ по парамет­рам наиболее важных физио­логичес­ких процессов — ЭМГ, ЭЭГ, КГР, частоте сердеч­ных сокраще­ний (ЧСС), параметрам гемо­динамики и температуры. При этом возможна мульти­параметри­чес­кая и поли­функциональ­ная обрат­ная связь. В первом случае исполь­зуется несколько сигналов, отражаю­щих параметры какой-то одной системы организма, например, сигналы о соотноше­нии ритмов ЭЭГ (каноно­грамма) или о коэф­фициен­те асим­метрии. Во втором случае сигналы относятся к различ­ным системам организма, например к ЦНС (ЭЭГ) и к ВНС (ЧСС). С помощью комплекса может быть осуществ­лено два вида био­управле­ния: специфи­чес­кое, когда обучае­мая функция не­посредствен­но кор­релирует с клини­чес­кими симптомами, и не­специфичес­кое, когда получае­мый в результате био­управле­ния терапев­тичес­кий эффект не связан прямо с механизма­ми обрат­ной связи. Важным является то, что повыше­ние эмоцио­наль­ной устой­чивос­ти, достигае­мое с помощью ФБУ с БОС по КГР, приводит не только к стой­кому сниже­нию личност­ной тревож­ности, но и к повыше­нию резистент­ности организма к различ­ным психичес­ким, био­логичес­ким и физичес­ким факторам среды обитания и деятельности.

Представленный краткий обзор возможностей компьютерных информационных технологий, реализованных в доступных уже сегодня изделиях НПКФ «Медиком-МТД», свидетельствует о реальности перевода диагности­чес­ких и реа­били­тацион­ных процедур на качествен­но новый уровень.

Список литературы:
1. Гехт Б. М., Касаткина Л. Ф., Самойлов М. И., Санадзе А. Г. Электромиография в диаг­нос­тике нервно-мышечных заболеваний. — Таганрог: Изд-во ТРТУ. — 1997.— 370с.
2. Гнездицкий В. В. Вызванные потенциалы мозга. — Таганрог: Изд-во ТРТУ. — 1997. — 252с.
3. Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография (картирование и локализация источников электрической активности мозга) — Таганрог: Изд-во ТРТУ. — 2000.— 680с. — 455 иллюстраций. Список литературы — 547 названий (источников).
4. Зенков Л. Р. Клиническая электроэнцефалография (с элементами эпилептологии). — Таганрог: Изд-во ТРТУ. — 1996.— 358с.