Разработка биотехнической системы оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения

Актуальность проблемы.

Современные медицинские технологии в кардиохирургии (например, мини-инвазивная реваскуляризация миокарда (МИРМ), трансмиокардиальная лазерная реваскуляризация миокарда (TMJIP), коронарное стентирование и др.) связаны с выраженными быстротекущими процессами, когда существенные изменения функции и состояния происходят в течение нескольких минут, иногда даже секунд. Неадекватная оценка этих процессов, приводит к тяжелым, требующим интенсивного вмешательства, осложнениям [12- 73]. Контроль и оценку этих процессов в операционных и блоках интенсивной терапии обеспечивают мониторно-компьютерные системы и технологии. Несмотря на высокие технические качества, эти системы в ряде технологических свойств не соответствуют современным медицинским задачам [17- 18]. Одним из таких несоответствий является отсутствие возможностей для глубокого алгоритмического анализа данных и оценки острых состояний. При этом, в настоящее время большое внимание уделяется разработке руководств, стандартов и протоколов ведения больных [41- 76- 77- 78- 79], так как они позволяют упорядочить схемы лечения, что способствует повышению его качества, а также достигнуть большей прозрачности в расходовании средств [34- 35- 43- 67]. Существующие протоколы, стандарты, алгоритмы, руководства и рекомендации по диагностике, классификации и оценке нарушений кровообращения обобщают большой клинический опыт [например, 28−31−44- 69−72- 89−99−105- 106- 111- 122]. Вместе с тем большинство из них являются вербальными и не имеют программной реализации. При этом процессы диагностики и терапии в современной клинике имеют столь сложный и комплексный характер, что отразить их языковыми средствами в полноте, необходимой врачу практически невозможно [6- 67]. При лечении нарушений кровообращения, особенно острых, врачу необходимо быстро оценить состояние больного и принять решение. Все это сейчас делается врачом «в уме», держа в памяти основные нормы, рекомендации клинических руководств, протоколы и схемы лечения. Данный процесс требует внимания и времени, которое может оказаться решающим фактором, определяющим исход лечения.

Эти трудности возможно преодолеть, реализовав клинические рекомендации, протоколы и технологии лечения с помощью средств вычислительной техники. Такое решение дает в руки врача очень эффективный инструмент, позволяя минимизировать время, затраченное специалистом на принятие решений, и учесть при оценке ситуации и выборе терапии индивидуальность состояния пациента, сложность и специфику расстройств. В НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН за несколько десятилетий накоплен опыт по информационному обеспечению решений врача [19- 21- 56- 60- 61- 62- 83], и, тем самым, созданы предпосылки для разработки и внедрения компьютерных систем и технологий анализа и оценки состояния больных, а также поддержки диагностических решений.

Цель исследования.

Создание биотехнической системы оценки состояния сердечно-сосудистой системы для поддержки принятия решений при кардиохирургических операциях и в раннем послеоперационном периоде у больных с острыми нарушениями кровообращения.

Задачи исследования.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Обобщить и развить решения по алгоритмическому анализу состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения.

2. Разработать программное обеспечение, реализующее алгоритм оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения.

3. Интегрировать разработанное программное обеспечение и контрольно-измерительную аппаратуру в биотехническую систему оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения.

4. Провести с помощью биотехнической системы контроль, анализ и оценку тяжести нарушений кровообращения у больных во время кардиохирургиче-ских операций и в раннем послеоперационном периоде.

Научная новизна работы.

1. Биотехническая система реализует алгоритмический подход к оценке состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения, впервые представленный в части программного обеспечения компьютерной базой данных, разработанной в среде СУБД MS Access под операционной системой MS Windows.

2. Биотехническая система впервые обобщает интегрирует средства мониторинга, передачи и преобразования данных, методы контроля и измерений, разработанную компьютерную базу данных и возможности их графического представления, знания по классификации острых нарушений кровообращения, математическому моделированию и алгоритмическому анализу состояния сердечно-сосудистой системы.

3. Биотехническая система на основании данных мониторного контроля впервые обеспечивает выявление, разделение и количественную оценку основного и сопутствующих патологических процессов и адаптивных реакций сердечно-сосудистой системы у больных при острых нарушениях кровообращения.

Практическая значимость.

1. Разработанная биотехническая система обеспечивает возможность в режиме реального времени по данным мониторного контроля проводить детальный алгоритмический анализ и углубленную оценку состояния сердечнососудистой системы, что позволяет использовать БТС при ведении тяжелых и осложненных больных с острыми нарушениями кровообращения во время кардиохирургических операций и в раннем послеоперационном периоде.

2. Разработанное программное обеспечение биотехнической системы позволяет выявить, разделить и количественно оценить основной и сопутствующие патологические процессы и адаптивные реакции сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения, поэтому возможно всесторонне оценить результаты этапов и процедур терапии, а также качество лечения в целом.

3. Заложенные в программном обеспечении биотехнической системы возможности имитации на модели кровообращения позволяют не в ущерб пациенту спрогнозировать предположительные состояния сердечно-сосудистой системы в ответ на лечебные воздействия и манипуляции, что позволяет применять БТС как для поддержки принятия решений при выборе и коррекции терапии, так и для обучения специалистов.

Положения, выносимые на защиту.

1. Разработана биотехническая система, реализующая алгоритмический подход к оценке состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения.

2. В биотехнической системе объединены средства мониторинга, передачи и преобразования данных, методы контроля, измерений и первичной обработки данных, компьютерная база данных, знания по классификации острых нарушений кровообращения, математическому моделированию и алгоритмическому анализу состояния сердечно-сосудистой системы.

3. Биотехническая система обеспечивает выявление, разделение и количественную оценку основного и сопутствующих патологических процессов и адаптивных реакций сердечно-сосудистой системы у больных во время кар-диохирургических операций и в раннем послеоперационном периоде.

4. Биотехническая система является инструментом для поддержки принятия решений врача при выборе и коррекции терапии.

5. Применение биотехнической системы расширяет возможности клинициста и позволяет ему в режиме реального времени проводить тщательный и углубленный анализ причин острых нарушений кровообращения, а также прогнозировать течение нарушения в ответ на выбранную тактику лечения.

Реализация результатов работы.

Алгоритмический метод оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения реализован в компьютерной базе данных в среде СУБД MS Access под операционной системой MS Windows. Биотехническая система введена в практику лечебного процесса в оперблоке и в отделении реанимации и интенсивной терапии НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН, и используется, совместно с ранее выполненными и в течение нескольких десятилетий применяемыми в клинике разработками НЦССХ, для мониторного контроля параметров гемодинамики, обработки и анализа полученных данных, оценки тяжести нарушений кровообращения, поддержки принятия решений в перии постоперационном периоде для больных с тяжелыми и комплексными расстройствами сердечно-сосудистой системы и больных, направленных на операцию по жизненным показаниям.

Апробация работы. Результаты исследования доложены и обсуждены на Десятой и Одиннадцатой Ежегодных Сессиях Научного центра сердечнососудистой хирургии им. А. Н. Бакулева РАМН с Всероссийской конференцией молодых ученых (Москва, 2006, 2008), IX и ХП Всероссийских Съездах сердечно-сосудистых хирургов (Москва, 2003, 2006), УП международной научно-технической конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологииФРЭМЭ 2006» (Владимир, 2006) и на V Конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (Москва, 2008).

1. Разработан алгоритмический метод оценки острых состояний сердечно сосудистой системы в кардиохирургии и интенсивной терапии, обобщаю щий ранее предложенные алгоритмы и методики.2. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритм оценки со стояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообра щения и представляющее данные в компьютерной базе данных.3. Сформулированы требования к биотехнической системе оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения: ве дение протокола лечебного мероприятия, непрерывность измерений, усред нение результатов измерений на значимых этапах лечения, использование системы клинико-физиологических показателей кровообращения, алгорит мическая оценка патологических процессов и адаптивных реакций сердеч но-сосудистой системы, хранение и упорядоченная организация данных в компьютерной базе, визуализация результатов анализа (отчеты, тренды, диа граммы).4. Создана биотехническая система оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения, которая включает в себя средства мониторинга, передачи и аналого-цифрового преобразования дан ных, методы контроля и измерений, компьютерную базу данных и возмож ности их графического представления, знания по классификации острых на рушений кровообращения, математическому моделированию и алгоритми ческому анализу состояния системы кровообращения.5. Разработанная биотехническая система позволила на основании данных мо ниторного контроля выявить, разделить и количественно оценить основной и сопутствующие патологические процессы и адаптивные реакции сердеч но-сосудистой системы у больных при острых нарушениях кровообращения во время кардиохирургических операций и в раннем послеоперационном пе риоде.6. Использование разработанной биотехнической системы в практике лечебно го процесса обеспечило поддержку принятия решений по тяжелым и ослож ненным больным с острыми нарушениями кровообращения при кардиохи рургических операциях и в раннем послеоперационном периоде.7. Сформированы нормативы для значимых этапов хирургического лечения и в раннем послеоперационном периоде пациентов с гипертрофической об структивной кардиомиопатией (ГОКМП) — системные наборы показателей АД, ЦВД, АДС, АДД, ЛАДС, ЛАДД, ЛАД, МОК, СИ, ЧСС, ЛВД, ИПЖ, ИЛЖ, ИСС, ИЛС, ИЭА, ИЭВ, ИЭЛА, ИЭЛВ.

8. С помощью разработанной БТС выявлено, что после окончания операции по хирургической коррекции ГОКМП по сравнению с состоянием в начале операции в целом по группе пациентов (п=18) достоверно возросли — ЧСС на 65%, ЦВД на 63%, СИ на 34%, МОК на 33%, ЛАД, ЛАДС и ЛАДД в пре делах 25%, ЛВД на 24%- достоверно снизились — ИЭЛА на 35%, ИСС на.

32%, ИЭВ на 32%, ИЭЛВ на 32%, ИЭА на 23%). Достоверно увеличился ИЛЖ на 37% на этапе «перед экстубацией» по сравнению с началом опера ции, и незначительно изменялся ИПЖ, сначала в сторону снижения на 18% к концу операции, а потом повышения на 13% перед экстубацией. Незначи тельно, без общей тенденции к росту или снижению, изменяются АД, АДС, АДД, и ИЛС.

9. С помощью разработанной БТС выявлено, что в результате хирургического лечения у пациентов группы с ГОКМП патологическими процессами пре имущественно являются спазм венозных сосудов большого круга кровооб ращения и спазм легочных венозных сосудов на 32% (ИЭВ и ИЭЛВ сниже ны в 1,47 раза), а также гиперфункция левого желудочка на 37% (ИПЖ по вышен в 1,37 раза). Адаптивной реакцией у таких пациентов преимущест 145 венно является дилатация резистивных сосудов большого круга кровообра щения на 32% (ИСС снижен в 1,50 раза). Выявленная гиперфункция левого желудочка детерминируется лечебным эффектом операции (иссечением ги пертрофии межжелудочковой перегородки), а адаптивная реакция направле на на сдерживание АД в пределах опорных значений. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Рекомендуется использовать разработанную биотехническую систему оцен ки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях крово обращения для контроля, анализа и оценки тяжести нарушений кровообра щения у больных во время кардиохирургических операций и в раннем по слеоперационном периоде.2. При принятии решений и выборе тактики лечения рекомендуется учитывать не только основной, но и сопутствующие патологические процессы и адап тивные реакции сердечно-сосудистой системы, выявленные и количествен, но оцененные с помощью разработанной биотехнической системы.3. При сравнении состояния сердечно-сосудистой системы и причин острых нарушений кровообращения у различных пациентов рекомендуется пользо ваться индексами и относительными величинами показателей, входящих в системный набор контролируемых параметров гемодинамики.