Носимая электроника в медицине — Ярослав Ашихмин

Кардиолог Ярослав Ашихмин об оптических сенсорах, оценке уровня стресса и применении смартфонов в медицине.

Мы видим, что современные носимые устройства все глубже и глубже проникают в нашу жизнь. И разумеется, медицина как одна из самых быстро развивающихся сфер является той, где все чаще и чаще применяются различные мобильные технологии. Мы можем это видеть на примере различных часов, носимых устройств. Но нужно понимать, что, конечно, главным драйвером медицинского прогресса служат более сложные устройства, такие как электрокардиостимуляторы, устройства для записи сердечного ритма и различные сенсоры, находящиеся во внутренних органах. Поэтому все-таки хотелось бы разделить такое настоящее сложное медицинское и то, с чем знакомы все, какие-то более простые вещи. Где же проходит водораздел? Что же является настоящей медицинской технологией, а что больше ради забавы, хотя понятно, что одно перетекает в другое?

Медицинская технология подразумевает не только точность, но и то, что ее применение влияет на клинический результат. В медицине мы стараемся ориентироваться не на какие-то мягкие показатели, изменения, а на то, приводят ли эти изменения потом к серьезному улучшению прогноза, к тому, что лечение эффективно или неэффективно. Мы строим клинические исследования. Поэтому для того, чтобы та или иная технология проникла в медицину, мы должны четко понимать, что она апробирована в рамках клинического исследования и ее применение точно транслируется в изменение стратегии лечения, в прогноз у тех или иных пациентов.

Начнем с более простых вещей. Все знают про умные часы. И когда мы говорим про носимые сенсоры, вспоминаем обычно часы или какие-то такие простые устройства. Что они могут? У них есть сенсоры оптические, сенсоры электрические и сенсоры движения.

Значит, электрический сенсор может фиксировать электрокардиограмму. Сегодня запись ее не очень хороша, и мы можем те данные, которые дает нам сенсор, использовать, для того чтобы понять, какова частота сердечного ритма и насколько он регулярный. Это дает информацию в отношении того, развился ли один из типов аритмии, который просто ловится, когда мы видим, что сердечные сокращения нерегулярны. Но более сложные типы аритмии, которые нам интереснее, сегодня поймать не можем. Поэтому, к сожалению, простые устройства вроде смартфонов, часов, качество записи кардиограммы недостаточно, для того чтобы принимать в большинстве своем медицинские решения.

Есть более сложные устройства, которые могут использоваться для записи кардиограммы пациентами с более высокой точностью. И есть еще продолжение этой технологии. То есть сейчас есть очень маленькие сенсоры, которые монтируются под кожу и могут очень длительно записывать электрокардиограмму.

Какой же практический интерес, если все-таки вернуться к этим часам, которые есть у всех, и технология развивается? Наиболее интересна запись кардиограммы при движении. Потому что если мы сможем точно фиксировать частоту сердечных сокращений при той или иной физической нагрузке, мы можем подбирать очень правильные нагрузки для разных людей. Но и здесь мы сталкиваемся с проблемой, потому что пока что носимые устройства в большинстве своем не записывают кардиограмму достаточно чисто. При движении есть масса артефактов. Но уже появляются устройства, которые фиксируются на грудной клетке, и они позволяют записать кардиограмму намного более точно. Но нужно понимать, что их удобно использовать в том случае, если предварительно был проведен все-таки так называемый кардиопульмональный тест и мы узнали, какой у человека анаэробный порог, какое пиковое потребление кислорода, можем связать правильную частоту сердечных сокращений с тем, что происходит с человеческими мышцами. Поэтому они пока что все равно не должны идти совсем отдельно. Мы должны знать чуть больше о человеке, чтобы точно применять технологию.

Оптические сенсоры могут фиксировать сатурацию, то есть это эквивалент насыщения крови кислородом. В принципе это очень полезная штука, но для тех людей, у которых выраженная дыхательная недостаточность. Этот показатель у здоровых пациентов практически не меняется. Поэтому если вы достаточно здоровы, сатурация у вас будет нормальной в самых разных условиях.

И также оптические сенсоры могут фиксировать форму пульсовой волны. Вы помните, наверное, про китайскую пульсовую диагностику. Сегодня есть второе рождение пульсовой диагностики, и по форме пульсовой волны мы можем вытащить большое количество самых разных характеристик в отношении сердечно-сосудистой системы. Но опять же проблемой здесь служит качество записи. Совсем небольшие движения рук приводят к выраженным артефактам, и информативность этого исследования значительно снижается. В принципе мы можем делать это по форме пульсовой волны, анализируя ее, такие заключения, как насколько жесткие наши сосуды, насколько изменены, например, в связи с артериальной гипертензией.

Будущее оптических сенсоров и носимых устройств — это неинвазивный анализ уровней биологических составляющих, без забора крови. И сегодня огромное количество крупных компаний трудится над тем, чтобы создать оптический сенсор для измерения уровня глюкозы, что очень бы помогло большому количеству пациентов, страдающих сахарным диабетом. К сожалению, сегодня пока еще такой сенсор не создан. Величина ошибки достаточно велика у такого сенсора. Предполагается, что работать сенсор, который будет измерять уровень глюкозы, будет за счет такой технологии, как спектроскопия.

Есть технологии, которые вы можете найти в вашем мобильном устройстве, но которые не очень валидизированы с точки зрения науки. Первая технология — это оценка фаз сна. В принципе многие производители говорят, что они могут это делать, каким-то образом проникать в то, как вы спите, в качество сна, в фазы сна. Они это делают за счет комбинации оценки электрической активности сердца, изменения пульса и изменения пульсовых волн, изменения насыщения кислородом. К сожалению, пока что и мобильные устройства, и даже полупрофессиональные версии медицинских устройств очень неточны. Наука о сне — сомнология — это большая и быстро развивающаяся наука. И все-таки правильно, что, если мы хотим узнать, что происходит со сном, нужно использовать специфическое оборудование, очень сложное. Метод исследования называется полисомнография. К сожалению, простые датчики не позволяют сегодня глубоко проникнуть и оценить качество и фазы сна.

И вторая технология — это так называемая оценка уровня стресса. Мобильное устройство говорит о том, что оно может оценить, насколько выражен уровень стресса. Обычно оно делает это с помощью метода оценки вариабельности сердечного ритма. Если говорить очень простым языком, чем хуже дела обстоят со стрессом, с различными системами в организме, тем более четко бьется сердце. У совсем больного человека оно бьется как метроном. А соответственно, у вас оно может в определенный период времени изменять свою частоту в одну или в другую сторону, и чем в более широких пределах оно может ее менять, тем ниже считается уровень стресса.

Но эта методика на самом деле очень поверхностная, и ошибок в ней заложено очень много. Поэтому не стоит очень доверять этому методу исследования. Скорее это игрушка, нежели серьезная вещь.

Значит, что еще может устройство? В мобильных устройствах есть акселерометр. Он помогает оценить уровень физической активности и подвижности. Его очень удобно использовать как фитнес-трекер, если вы хотите квантифицировать свой уровень физической активности. Но у него есть и другое применение: датчик позволяет также понять, упал ли пожилой человек или нет. Это может дать важную информацию людям, которые ответственны за его здоровье.

Важным драйвером в развитии медицинских технологий являются системы распознавания изображений. И камера, которая вмонтирована в устройство, обладает очень высоким разрешением. И за счет того, что сегодня у нас есть очень большое количество технологий распознавания изображений, базирующихся на нейронных сетях, мы все дальше и дальше идем по тому, чтобы наше медицинское устройство помогало нам за счет камеры и аналитики разобраться лучше в том, что с нами происходит.

Самый, наверное, большой прогресс здесь в дерматологии. Потому что есть программы, которые могут проанализировать различные кожные образования, в частности невусы (в просторечье — родинки), и с достаточно высокой долей вероятности указать на то, каков риск того, что это образование является злокачественным. И все больше и больше таких технологий, которые позволяют за счет распознавания изображений узнавать, что с нами происходит.

Помимо кожных образований и того, что с нами происходит в плане эмоций, это может быть распознавание калоража продуктов питания. Есть программы — и они все время совершенствуются, — которые позволяют, сфотографировав порцию еды, проанализировав это с использованием нейронной сети, предположить достаточно точно, какой калораж. И вам не нужно записывать или вести сложный дневник: программа сама будет обсчитывать то количество калорий, после того как внесете правки, и она поймет, какой у вас стандартный рацион. Это очень полезно для людей с ожирением. Это блок простых технологий, к которым каждый может подступиться.

Есть медицинские технологии, которые развиваются параллельно. Одним из ключевых трендов на Западе является создание такого стационара на дому. Больница — это не то место, где должен наблюдаться пациент. Даже тяжелые пациенты должны наблюдаться в больнице как можно меньше, потому что внутригоспитальные инфекции и другие факторы очень опасны. Поэтому сегодня стараются перенести диагностическую часть в дом. И там человек может быть окружен самыми разными сенсорами, которые могут обладать различной степенью мобильности.

Сегодня, наверное, самые интересные устройства, которые есть у нас, — это различные внутрисердечные устройства, электрокардиостимуляторы и более сложные устройства, кардиовертеры-дефибрилляторы, которые могут вернуть сердечный ритм при сильной аритмии. Мы видим, что сегодня производители на кончики этих устройств, которые установлены в сердце, устанавливают все больше датчиков. То есть там появляются датчики давления, и это совсем другая медицина. Если мы можем понять, что повышается давление в полостях сердца, например, у человека, мы можем задолго предсказать декомпенсацию сердечной недостаточности. И сегодня развиваются мобильные технологии, в частности, в Соединенных Штатах таким образом, что доктор может получать информацию, в том числе по удаленным каналам, о том, как изменяется давление внутри полостей сердца, и намного быстрее принимать медицинские решения.

Конечно, здесь встает вопрос о безопасности. Известно, что крупные производители электрокардиостимуляторов периодически выпускают новые обновления прошивки кардиостимуляторов именно с обновлениями, которые защищают их от взлома, потому что обратной стороной медали такой мобильности являются, к сожалению, риски, связанные с хакерскими атаками.

И мы видим, что постепенно все-таки между пациентом и врачом включается большой класс самых разных устройств, которые собирают о нем информацию. Пока это неоформленная наука. Но я уверен, что в ближайшем будущем эта прослойка будет становиться все более четкой, все больше будет количество технологий, которые помогают доктору принимать решения в отношении того, что происходит с пациентом, а пациенту — получать более точную информацию о состоянии своего здоровья.

Я в данном случае все-таки скептик и считаю, что достаточно долго качество датчиков обыкновенных носимых устройств — умных часов, смартфонов — будет недостаточно, для того чтобы делать суждения о том, что происходит с организмом человека. Где может быть реальный прогресс в ближайшие годы, так это запись кардиограммы во время физической активности и точное дозирование правильных физических нагрузок. В спортивной медицине, для атлетов, для тех, кто восходит в горы, для альпинистов мобильные устройства могут быть исключительно полезны. Но для обычного человека, достаточно здорового, эти устройства долго будут оставаться игрушкой.

В то же время для тяжелобольных людей уже разработаны более сложные устройства, которые могут использоваться на дому. И здесь тоже ожидаем очень серьезный прогресс. Наибольшую пользу от такого рода устройств могут получить сердечно-сосудистые пациенты с различными аритмиями и пожилые пациенты с неврологическими заболеваниями.

Источник: postnauka.ru

Комментарии: