Телемедицина: проблемы и перспективы развития

УДК 004

Телемедицина - это использование достижений телекоммуникаций в медицине. Попытки использовать проводные или радиолинии связи проводились ещё в первой четверти двадцатого век. В 1905 г. Основоположник ЭКГ В. Эйтховен предпринял попытку передать кардиосигнал по телефону. В Швеции с 1922 года в госпитале Готтенбурга с использованием радио проводились медицинские консультации моряков, находящихся в плавании. Практическое же использование телемедицины начинается в Норвегии,[1] где труднодоступные места делают оказание скорой медицинской помощи сложной задачей. Следующими стали страны Европы и Америка. [2] Необходимость оперативно прибывать к пациенту, а также небольшое число высокоуровневых специалистов не позволяют предоставлять медицинские услуги населению в необходимом объеме. Как правило, такие доктора и консультанты находятся при клинических центрах, лабораториях и исследовательских институтах. Необходимость же в их знаниях и способностях возникает повсеместно. А при возникновении сложных медицинских случаев требуется совместная работа двух или более специалистов, что ещё более усложняет задачу лечения пациента.

Именно для решения таких задач и была задумана телемедицина. Первым крупномасштабным проектом применением телемедицинских методов в России по праву считается осуществленный под эгидой советско-американской рабочей группы по космической биологии и медицине "мосты", позволившие провести более 300 клинических консультаций пострадавших от землетрясения в Армении в 1988 г. и взрыва газопровода в Уфе в 1989 г. Он включал одновременную аудио-, видео - и факсимильную связь между зонами бедствия, московскими клиниками и четырьмя ведущими медицинскими центрами США.[3] Факсимильная связь подразумевает использование сети традиционной телефонии для передачи данных со скоростью 64 Кбит/с, что по современным меркам довольно медленно. В данном случае, передаваемыми данными были фотоснимки, рентгенограммы и т.д. Таким образом стало возможным оперативное взаимодействие нескольких специалистов, которые могут находиться как в разных городах так и на разных континентах.

Следующим шагом стали конференции с использованием «интерактивной доски», на которой можно разместить, к примеру, рентгеновский снимок и отмечать проблемные зоны и наносить необходимые пометки. Теперь работа телемедицины становится ещё более оперативной и продуктивной.

 С развитием телекоммуникаций, с вводом новых технологий и стандартов, скорость передачи данных значительно увеличивается. Это позволяет использовать все преимущества видео связи между двумя или большим числом людей. Таким образом, помимо консультаций и обмена данными появляется возможность «вживую» увидеть пациента и самостоятельно оценить его состояние, что очень важно, потому как, несмотря на высокий уровень принимающих участие в конференции специалистов могут быть упущены из виду некоторые детали, которые впоследствии могли бы повлиять на ход лечения. Современные технологии позволяют организовать один канал связи между несколькими точками, используя в основе глобальную сеть Интернет. Такой канал может одновременно передавать как звук, так и видео, а также другие данные. Используя принцип приоритетов, можно добиться передачи видео и звука в режиме реального времени. Данные в таком случае будут передаваться с задержкой, что совсем не критично.

Видео связь предоставляет большие возможности не только для диагностирования пациентов, но и для обучения молодых специалистов и повышения квалификации. На базе многих лечебных центров создаются или уже созданы телемедицинские центры[4], в котором с одной стороны принимает участие высококлассный специалист, а с другой стороны медики, желающие повысить свою квалификацию. Использование телекоммуникаций позволяет не покидая рабочего места получить необходимые знания, а также делает обмен опытом несравненно быстрее по сравнению с конференциями и научными собраниями. Всё это значительно повышает уровень оказываемых медицинских услуг и ведёт к интеграции всех медицинских и научных центров по всей планете. Это позволяет отдельным институтам заниматься некоторым узким, проблемным направлением в медицине, что даёт возможность глубокого и полного изучения. В настоящее время телемедицинские центры используют два типа телекоммуникационных сетей для обеспечения услуг телемедицины: ISDN(цифровая сеть с интеграцией служб) и IP. Сеть ISDN является развитием сети традиционной телефонии и появилась в результате её модернизации. Широко развита в Европе. Сети IP включают в себя глобальную сеть Интернет, а также построенные по её примеру частные и корпоративные сети. В России большее распространение получили сети IP так как во-первых предлагают больший спектр услуг, например, значительно большую скорость передачи, а во-вторых, в результате слабого развития сетей ISDN, что привело к их значительной стоимости.[5]

Параллельно развитию медицины, активным темпом идёт накопление знаний в электронном виде. Целые библиотеки оцифровываются и сохраняются в базах данных на компьютерах, чтобы сделать доступными все знания для любого желающего. Не только печатные материалы, но и видеозаписи, лекции профессоров, схемы, диаграммы, справочники- всё это вносит огромный вклад в развитие медицины, а телекоммуникации делают эти материалы общедоступными в любом месте, где появляется такая необходимость.

Однако развивающиеся технологии предоставляют всё новые сферы деятельности для телемедицины. Достижения в робототехнике, микроэлектронике, информатике открывают фантастические возможности для медицины. В 2010 году впервые была проведена хирургическая операция при использовании роботов Da Vinci и McSleepy.[6] Необходимые действия проводили роботы, но управлял ими настоящий хирург, который получал на свой компьютер 3D-видео и данные о состоянии пациента. В 2011 году в рамках проекта Robocast был продемонстрирован робот, позволяющий делать операции на головном мозге человека с точностью десятых долей миллиметра.  При помощи этой системы проводятся эндоскопическое обследование мозга, отбор проб мозговой жидкости, локальное криогенное удаление тканей, стимуляции участков мозга, а также лечение опухолей, болезни Паркинсона, эпилепсии и др. Нейрохирург даёт роботу задания с компьютера, которые тот выполняет самостоятельно. Предусмотрен и режим ручного управления чтобы руководить операцией непосредственно.[7]

В 2012 компания Advanced Arm Dynamics совместно с компанией Otto Bock продемонстрировали новый бионический протез кисти руки, оснащенный электронным большим пальцем. «Рука Микеланджело» управляется электрической активностью нервов и мышц предплечья. Использование специальных материалов с большой точностью повторяет структуру настоящих пальцев. Добавив сюда достижения в области тактильных сенсоров, получаем роботизированную руку с большой степенью свободы, которая позволит хирургу проводить сложные удаленные операции.А специальное программирование исключит возможность случайных движений, что позволит проводить требуемые действия с максимальной точностью. [8] Таким образом, клиники получают возможность проводить сложные операции при помощи робота и высококлассного хирурга, который сам может находиться в любой точке мира. При этом специалист хирург работает в одном месте, где выполнены все необходимые условия для удаленного проведения операции, как то компьютерный терминал и скоростной и надежный выход в сеть.

 В связи с этим, появляется смысл в централизации таких терминалов. Экономически выгоднее оборудовать одно место, чем множество удаленных. Перед таким центром могут быть поставлены самые разные задачи, могут быть обеспечены самые разные лаборатории, кабинеты и научные установки. Находясь на территории такой клиники, специалисты могли бы работать вместе, проводить консультации, медицинские и научные опыты и иметь непосредственную возможность обмениваться опытом. Эффективность медицины многократно увеличится. Но для использования «концентрированных» знаний, опыта и умений необходима связь с конечными больницами, клиниками, институтами, где появилась необходимость в помощи специалистов. Несмотря на то, что такие технологии на данный момент являются экспериментальными или находятся на стадии разработки, есть все возможности подготовить телекоммуникационные сети. Современное оборудование отвечает всем необходимым требованиям.

Как говорилось выше, телемедицина использует сети ISDN и IP. Это два типа сетей, независимых друг от друга, так как используют разные принципы работы, разное оборудование и связаны между собой лишь в отдельных точках в целях интеграции услуг. Соответственно различаются и предоставляемые возможности. В рамках телемедицины востребованными являются услуги по высокоскоростной передачи данных и телеконференции.

Сети ISDN предоставляют широкий спектр услуг, начиная с будильника, заканчивая многосторонними конференциями. [9] В силу исторически более раннего развития, сеть ISDN является наиболее распространенной и имеет большое покрытие территорий. Особенно актуальной она приходится в сельских и малонаселенных районах, где зачастую является единственным видом связи, не считая почты. Так как современные линии связи в таких районах будут маловостребоваными и в силу своей дороговизны,  использование ISDN сетей является хорошим решением.

Сеть на основе IP это, прежде всего Интернет. Интернет предоставляет услуги по передачи данных. На его основе с использованием программных средств появились IP-телефония, видеосвязь и другие возможности. Главными требованиями к телекоммуникациям со стороны телемедицины являются высококачественная, непрерывная связь с минимально возможными задержками при передаче. Несмотря на ограничения, налагаемые протоколом IP, сеть Интернет является хорошим посредником для телемедицины. Основными причинами использования IP-сетей являются высокая пропускная способность и широкое распространение в густонаселенных районах, то есть городах. Всё это дает возможность развитию перспективных направлений телемедицины. Медицинские роботы,  удаленное диагностическое оборудование эффективнее и надежнее использовать в тандеме с IP-сетями, отвечающими самым строгим требованиям.

Особенностью IP-сетей является принцип доставки информации. Пакеты с данными от пункта А в пункт Б идут не по одному определенному каналу связи, а делятся, и каждый пакет может передаваться отдельно от других, используя другую линию связи. Протокол IP обеспечивает доставку пакетов данных между любыми узлами сети через произвольное число промежуточных узлов, он не гарантирует надёжной доставки пакета до адресата — в частности, пакеты могут прийти не в том порядке, в котором были отправлены, продублироваться, оказаться повреждёнными или не прийти вовсе. Гарантию безошибочной доставки пакетов дают некоторые протоколы более высокого уровня. [10]

Ещё одна важная особенность сети Интернет - её открытость. То есть отсутствие шифрования данных. Вся пользовательская информация передается «открытым текстом». Так как история болезни и другая информация о пациенте является конфиденциальной, то появляется потребность в защищенных каналах связи. Однако установка защиты может увеличить время передачи данных, за счет процессов шифровки и дешифровки, что также является негативным фактором.

 Всё вышеперечисленное ставит перед телекоммуникациями три основные задачи:

1.  Доступность телемедицины в удаленных и малонаселенных регионах;
2. Предоставление необходимой скорости передачи данных для оперирования большими объёмами информации.
3. Обеспечение защищенности и надежности передаваемой конфиденциальной информации.

Современные медицинские центры, предоставляющие услуги телемедицины, имеют оборудование для работы как в ISDN сетях, так и в IP-сетях. Это обеспечивает большую доступность телемедицины в силу резервирования, а также разного распространения сетей ISDN и IP по областям.

Для успешного предоставления доступа к телемедицине, телекоммуникации должны держать вышесказанные направления развития на современнм уровне. Для этого необходимо разделить области предоставления услуг на густонаселенные и малонаселенные. В малонаселенных районах, деревнях и посёлках по причине большого их удаления от областных центров первоочередной задачей является поддержание телекоммуникационных линийв рабочем состоянии. Обрыв кабеля приведет к полной потере связи, что в критической ситуации может стать решающим фактором. Для бесперебойной работы линий связи необходимо вводить резервирование каналов. В таком случае, при обрыве одного канала, второй примет на себя трафик, пока ведутся ремонтные работы на первом. Для предотвращения повреждения кабеля необходимо использовать износостойкие материалы и вести отслеживание характеристик линии. Локальные повреждения вносят затухание и помехи в линию связи, поэтому их можно вовремя обнаружить и предотвратить дальнейшее разрушение провода.

В густонаселенных районах, где уже введено многократное резервирование всех каналов, основной проблемой стоит необходимая полоса пропускания. В часы максимальной нагрузки, линии связи не могут обеспечить всех условий для качественной работы телемедицины. Решением этой проблемы для медицинских центров может стать заключение договоров с несколькими телекоммуникационными компаниями, а также в дополнительных соглашениях о минимальной полосе пропускания. А для провайдеров услуг связи, решением может стать ввод нового, высокоскоростного оборудования, которое обеспечит возрастающие потребности населения или введение приоритетов. Так, при большой загрузке средств связи, для медицинских центров может выделяться дополнительное время передачи или же дополнительная полоса пропускания, за счет сокращения полосы у пользователей, чей приоритет является менее высоким. Хорошим выходом будет предоставление медицинским центрам выделенных каналов, которые будут всегда свободны и оказывать услуги связи при необходимости.

Для обеспечения безопасноти конфеденциальных, личных данных при их передаче наиболее простым и экономически выгодным решением может стать программная защита и шифрование. Таким образом, данные могут быть прочитаны только на терминале-источнике и терминале-приёмнике. По линии связи будут передаваться уже зашифрованные пакеты. Это позволит операторам связи не вводить дополнительное оборудование и не изменять конфигурацию работающих станций. Всё это приводит к значительной экономии средств и следовательно, к доступности телемедицины для населения.

В настоящее время медицина и телекоммуникации развиваются бурными темпами. При взаимном сотрудничестве этих направлений открываются большие возможности для здравоохранения. Современные сети связи позволяют медикам заглянуть в самые дальние уголки света и помочь тем людям, кто нуждается в их помощи. Видео конференции с участием множества абонентов уже являются обыденным явлением и используются повсеместно. А электронные справочники и библиотеки появились ещё в конце прошлого столетия. Следующим шагом в телемедицине будут телехирургия и теледиагностирование, то есть использование медицинского оборудования и роботов для удаленного лечения пациентов и установления диагноза. Перспективы телемедицины основаны на успехах в области роботостроения, нанотехнологий, миниатюризации контрольно-измерительных средств, информатики и пр. В свою очередь перед телекоммуникациями стоят вышеперечисленные задачи и их выполнение является обязательным фактором распространения телемедицины как глобальной науки во всем мире.