04.06.2018 10:06:00 Историй успеха

Как разработчики КНИТУ-КАИ помогают врачам диагностировать заболевания сердца

Как разработчики КНИТУ-КАИ помогают врачам диагностировать заболевания сердца.

Сердечно-сосудистые заболевания – одна из основных причин смертности во всём мире. Во многих случаях можно избежать летального исхода, контролируя сердечный ритм в режиме реального времени и вовремя обратившись за помощью к врачу. Для этих целей существуют портативные устройства – анализаторы, которые сообщают пациенту о возникших проблемах.

На кафедре радиоэлектронных и телекоммуникационных систем (РТС) КНИТУ-КАИ уже на протяжении 30 лет проектируют приборы, позволяющие анализировать и обрабатывать электрокардиосигналы. Последняя разработка команды – портативный анализатор аритмий. Директор инновационного предприятия «КАИ-ПУЛЬС» Алексей Коробков рассказал, как анализ радиосигналов радиолокационных систем помог создать медицинский прибор, что общего между кардиографом и AppleWatch и как устройство разработчиков из КНИТУ-КАИ может разгрузить врачей.

- Как ваша команда придумала анализатор аритмий?

- В 1996 году, когда я был на четвертом курсе, меня пригласили участвовать в создании устройств медицинской направленности. Работа велась достаточно активно. Почему именно это направление? Потому что медицинские устройства, которые регистрируют и анализируют электрические сигналы органов человека, очень схожи по задачам с радиолокационными системами – и там, и там обрабатываются электрические сигналы. Причём эти сигналы по уровню соизмеримы, а в некоторых случаях и меньше шумов, на фоне которых они регистрируются.

В начале нулевых команда нашей кафедры под руководством Татьяны Филипповны Щербаковой – Сергей Владимирович Козлов, Юрий Иванович Култынов, Станислав Сергеевич Седов, Виталий Львович Можгинский, Сергей Николаевич Горохов – взялась за создание портативного электрокардиографа.   В то время очень не хватало современного отечественного медицинского оборудования, и нужно было, в частности, оснастить наши станции скорой помощи портативными приборами для снятия электрокардиограммы.  

Создавали электрокардиограф из того, что удалось найти у отечественных предприятий: корпус взяли от малогабаритного кассового аппарата с встроенным экраном, клавиатурой и термопринтером, и уже для него создавали аппаратную часть. На технические и медицинские испытания электрокардиографа ушел год.

Для производства партии электрокардиографов мы обратились к давнему и надёжному партнёру – казанскому заводу «Радиоприбор». В руководстве завода того времени сразу поняли огромную значимость и перспективность разработки: привлекли ресурсы, за короткий срок доработали, а в некоторых случаях заново разработали техническую документацию для запуска производства. В результате было создано более 50 электрокардиографов. Позже некоторые сотрудники нашего института говорили, что электрокардиограмму им снимали нашим прибором. Я, когда ходил с ребёнком в поликлинику, также неоднократно видел наш прибор в действии.

После реализации этого проекта стало понятно, что нужно повышать оперативность диагностики и уменьшать габариты устройства. Мы начали создавать прототипы устройств со встроенным графическим экраном, на который выводится электрокардиограмма. Дальше были исследования возможностей уменьшения количества электродов для съёма электрокардиосигнала. В результате была создана концепция нашей следующей разработки – портативного анализатора аритмий сердца.

Особенностью аритмии является то, что она есть у каждого человека. Но если она проявляется достаточно сильно, то это уже угрожает жизни. В этих случаях очень важна оперативность, своевременность диагностики и мониторинга заболевания. Но самостоятельный съём показаний требует специальных навыков от пациента. Мы предложили регистрировать электрокардиосигнал с двух встроенных в корпус устройства электродов. Зарегистрированный сигнал записывается в память устройства и по мобильной сети передается на сервер медучреждения для анализа врачом. Далее специалист уже может связаться с пациентом и по результатам анализа порекомендовать ему обратиться к врачу или даже вызвать скорую помощь.

Для реализации проекта, естественно, были необходимы средства, и немалые. Поэтому в 2013 году мы открыли малое инновационное предприятие «КАИ-ПУЛЬС». Далее мы четко сформировали концепцию устройства и подготовили материалы для участия в конкурсе «50 [инновационных] идей». После того, как мы выиграли грант, нас рекомендовали к участию в конкурсе «Старт-1» (программа от Фонда содействия инновациям, подразумевающая финансовую поддержку стартапов на ранних стадиях развития – прим.). Нам удалось выиграть и этот конкурс. Кстати, здесь необходимо отметить поддержку руководства университета и управления инновационной деятельности, что в совокупности позволило получить финансирование.

Венчурный фонд Татарстана помогал нам вести бухгалтерию, организовывал тренинги в области маркетинга и коммерциализации результатов научных исследований. Мы неоднократно участвовали на венчурных ярмарках, и на одной из них нам удалось представить проект президенту РТ Рустаму Минниханову.

В результате нам удалось создать новое портативное устройство – анализатор аритмий – практически с нуля. Фактически, мы создали универсальную платформу, на основе которой можно создавать устройства с различным функционалом. Вся аппаратная часть устройства была разработана старшим преподавателем нашей кафедры Юрием Ивановичем Култыновым. Хотелось бы также отметить в прошлом аспиранта, а в настоящее время старшего преподавателя нашей кафедры Алексея Валерьевича Уланова. Им было разработано программное обеспечение для аппаратной части устройства, а также программы, позволяющей удаленно отслеживать состояние пациента.

В настоящее время мы проводим отладку устройства. Наши студенты снимают сигналы с себя и близких для исследовательской части дипломных работ.

- Что из себя представляет анализатор и как он работает?

- Устройство собрано в корпусе размером чуть больше чем современный смартфон. При разработке мы особое внимание уделяли вопросам максимально простого управления устройством. Электроды, предназначенные для съёма сигнала с рук человека, встроены в корпус. Взяв устройство в руки, под большими пальцами оказываются крупные кнопки, отвечающие за управление основными функциями: включение устройства и начало регистрации сигнала. Пользователь обхватывает двумя руками корпус с электродами и в течение 30 секунд электрокардиосигнал записывается во внутреннюю память.

Если пациент по каким-то причинам не может удерживать устройство в руках или необходима длительная запись сигнала, то мы предусмотрели подключение внешних одноразовых электродов, которые сам пациент легко может закрепить на теле. При этом само устройство легко помещается в небольшом кармане.

С момента начала проекта мир уже несколько изменился. Вначале мы оперировали понятием сервера в медицинских центрах, на который передаётся вся информация для анализа врачом. Сейчас эта концепция трансформировалась в «облачные» решения. Поэтому текущая версия устройства после записи сигнала передаёт его на удалённый сервер – «облако». Доступ к этим данным имеет врач. Он, находясь в любой точке мира, через интернет может просматривать сигналы, контролировать по ним состояние пациента, удалённо посылать рекомендации.

Собственно именно так и выглядит в настоящее время концепция «Телемедицины», за которой будущее. Сейчас по этому пути идут многие компании. Разрабатывают устройства для съёма различных показаний и их передачи на серверы для анализа врачом. Но основной проблемой в этих задачах, как я говорил, остаётся большой уровень шумов, на фоне которых регистрируются  сигналы, необходимые для анализа. Уникальность нашей команды как раз заключается в том, что мы совместно с врачами изучаем особенности сигналов и разрабатываем алгоритмы их обработки. Это и есть наша «фишка».

- Вы собираетесь дальше развивать проект?

- Конечно. Проект продолжается. Сейчас мы работаем над следующей версией устройства, которая уже будет работать совместно со смартфоном. В настоящее время вычислительные возможности современных мобильных устройств достигли такого уровня, что позволяют реализовать функционал предварительной цифровой обработки кардиосигналов. В результате снятая кардиограмма хранится и передаётся в «облако» смартфоном. Это реализуется с помощью специализированного мобильного приложения, которое может быть интегрировано с электронной медицинской картой пациента, оно может делать напоминания и давать рекомендации.

Такая концепция открывает колоссальные возможности для человека по контролю своего здоровья, он может видеть свои основные показатели. Добавляя информацию об активности, количества и калорийности пищи, принятых лекарствах можно более точно давать рекомендации. И всё это может легко контролироваться врачом.

Эта концепция, мы считаем, очень актуальна для страховых компаний, которые могут разрабатывать специальные программы, позволяющие, с одной стороны, повысить качество медицинского обслуживания, с другой – «требовать» от застрахованного человека выполнения всех рекомендаций и ведения здорового образа жизни.

Использование мобильных устройств для контроля здоровья очень актуально для инвалидов. Это наиболее социально незащищенные люди, которым нужно помогать в первую очередь. Устройства регистрации кардиосигналов и основных показателей могут встраиваться в инвалидные коляски, кровати, протезы. Если человек один дома? Появляется возможность удалённого контроля его состояния.

Но в то же время существует серьезная философская и этическая проблема. Мы, как разработчики устройств регистрации и анализа электрических сигналов человека,  не имеем права автоматически ставить и формировать диагноз, это может делать только врач. Рекомендации может давать только врач. Ни один в мире врач никогда полностью не доверится автоматической системе. Связка техники и высококвалифицированных врачей незыблема, ее невозможно разрушить и изменить. Это, наверное, и правильно. При этом можно какую-то часть рутинной работы врача переложить на автоматические системы. Но окончательное решение принимает только высококвалифицированный врач. Другого варианта нет.

- Что нужно для того, чтобы запустить серийное производство устройства?

- В первую очередь необходимо пройти сертификацию устройства. Для этого нужны финансовые вложения. Накануне кризиса 2014 года мы нашли инвестора, он был заинтересован в использовании нашего устройства в своей частной клинике. К сожалению, события 2014 года скорректировали наши планы. Но, тем не менее, мы не стоим на месте, дорабатываем функционал нашего устройства, разрабатываем новые и совершенствуем существующие алгоритмы обработки кардиосигналов. Ищем возможности получения финансирования на совместные исследования и разработки с предприятиями и врачами. Очень перспективным, по нашему мнению, является сотрудничество с врачами, которые активно занимаются исследованиями. Им нужен инструментарий и новые возможности, которые дают нам современные технологии и электроника. Всё это в совокупности даёт нам уверенность в успешной реализации нашего, несомненно актуального и социально значимого проекта.

Источник: http://kazan.bezformata.com/listnews/aleksej-korobkov-obrabotka-signalov/73794931