Эффективность современных медицинских технологий тесно связана с совершенствованием методов и инструментальных средств объективного контроля состояния пациентов в процессе лечения.

В медицине критических состояний проблема непрерывного контроля диагностической информации занимает особое место, так как в этой области медицины слежение за текущим состоянием пациента может иметь жизненно важное значение.

Построение инструментальных средств диагностики состояния пациентов основано на регистрации физиологических данных и их последующей оценке с целью определения показателей, характеризующих работу важнейших систем организма.

Одними из первых технических средств, используемыми для этой цели, явились простейшие устройства - ртутный термометр для определения температуры тела и звукоусилительная трубка для прослушивания шумов сердца и дыхания, применяемые до настоящего времени.

Развитие техники, появление электроники и микроэлектроники, привело к созданию высокочувствительных методов регистрации биологических сигналов и эффективных средств их обработки для получения диагностической информации.

Биологические сигналы представляют собой разнообразные по характеру (электрические, механические, химические, и др.) проявления деятельности физиологических систем организма. Определение параметров и характеристик биологических сигналов и их оценка дополняет клиническую картину заболевания объективной диагностической информацией, позволяющей прогнозировать развитие состояния пациента.

Одним из основных методов медицины критических состояний является клинический мониторинг (от лат. monitor-предостерегающий), предполагающий непрерывный контроль состояния пациента на основе регистрации биологических сигналов и оценки диагностических показателей организма с целью выявления отклонения показателей от нормы, предупреждения опасностей и осложнений, возникающих в процессе лечения.

Методы исследования физиологических процессов, используемые в аппаратуре клинического мониторинга, должны обеспечивать непрерывность регистрации биологических сигналов в реальном масштабе времени в сочетании с высокой диагностической ценностью показателей, получаемых в результате обработки сигналов.

Этим требованиям удовлетворяет ряд методов получения физиологической информации, которые широко используются в медицине для целей функциональной диагностики.

Наиболее важными из них являются методы контроля показателей сердечно-сосудистой системы, ЦНС, функции внешнего дыхания.

Электрокардиография - метод исследования электрической активности сердца, осуществляемый с помощью регистрации и последующей обработки электрокардиограммы (ЭКГ). Используется в мониторной аппаратуре для визуального наблюдения ЭКГ и диагностики возникающих нарушений, для слежения за показателями вариабельности сердечного ритма, отражающими состояние регуляторных процессов в организме.

Электроэнцефалография - метод исследования биоэлектрической активности мозга, дающий информацию о функциональном состоянии мозга и его отдельных участков. Используется при мониторинге активности центральной нервной системы, в частности, при определении глубины анестезии.

Импедансная плетизмография (электроплетизмография, реография) - метод исследования центральной и регионарной гемодинамики, основанный на изучении сопротивления биологических тканей переменному электрическому току.

При мониторинге параметров гемодинамики (частоты сердечных сокращений (ЧСС), ударного объема, общего периферического сопротивления, параметров венозного отдела кровообращения и др.) оценивается пульсирующая составляющая сопротивления тканей, обусловленная изменением интенсивности кровотока.

При мониторинге содержания и распределения жидкости в организме оценке подвергается базовая составляющая сопротивления тела на различных частотах.

В многоканальных мониторах метод дополнительно используется для слежения за параметрами дыхания, например, частотой дыхания (ЧД).

Фотоплетизмография - метод исследования периферической гемодинамики, основанный на изучении поглощения света, проходящего через исследуемый участок ткани с пульсирующей кровью. Используется в мониторах пациента для определения ЧСС, величины интенсивности пульсации кровотока, а также в пульсоксиметрах.

Осциллометрия - метод исследования параметров периферической гемодинамики, осуществляемый путем регистрации и анализа пульсаций давления в окклюзионной манжетке, сжимающей исследуемый сосуд. Используется в клиническом мониторинге для слежения за параметрами артериального давления (АД) крови.

Оксиметрия и капнометрия - методы исследования функции внешнего дыхания, основанные на анализе состава выдыхаемых газов или газов крови исследуемых участков тканей. Используется в клиническом мониторинге с целью следящей оценки концентрации кислорода (углекислого газа) в выдыхаемом воздухе, напряжения кислорода в крови, сатурации гемоглобина крови кислородом.

Развитие средств регистрации и методов обработки биологических сигналов, а также широкое использование микропроцессорной техники привело к объединению отдельных приборов измерения и контроля физиологических параметров в многофункциональные мониторные системы, позволяющие вести комплексную оценку состояния пациента.

1-датчики физиологических параметров
2-блок первичной обработки данных
3-блок анализа информации
4-регистратор
5-дисплей
6-память
 
 

В клинических мониторных системах осуществляется сбор физиологических данных, анализ полученной информации, определение диагностических показателей с представлением результатов в удобном для восприятия виде (рис.1).

Сбор данных в мониторных системах основан на регистрации биологических сигналов, то есть преобразовании сигналов, отражающих функционирование физиологических систем в форму, удобную для дальнейшей обработки и анализа.

Физиологические параметры могут быть определены либо непосредственно, как измеряемые физические величины, например, температура, давление, биоэлектрические потенциалы, либо как величины, характеризующие взаимодействие физиологических процессов организма с физическими полями, например, величина ослабления прошедших через исследуемые ткани оптического излучения, ультразвука, электромагнитных волн.

Для регистрации и измерения физиологических параметров служат датчики, содержащие чувствительные элементы, преобразующие исследуемый физиологический параметр в электрический сигнал.

Анализ данных в мониторах включает первичную обработку электрических сигналов датчиков, например, усиление сигналов, фильтрацию помех, аналого-цифровое преобразование, измерение характеристик сигналов, имеющих диагностическую ценность.

Простейшим вариантом анализа данных, используемым в прикроватных мониторах является пороговый контроль величины текущих значений физиологических параметров с включением тревожной сигнализации при приближении значения контролируемого параметра к заранее заданной, “опасной”, величине.

После первичной обработки биологических сигналов анализ данных в мониторных системах ведется с помощью средств микропроцессорной техники, которая предоставляет большие возможности по реализации сложных диагностических алгоритмов обработки физиологической информации, в частности, проведение спектрального, статистического, регрессионного и др. методов математического анализа.

В то же время цифровая обработка сигналов в мониторах упрощает построение аппаратуры - реализацию многоканального отображения физиологических кривых на графических дисплеях, организацию памяти данных, передачу информации по цифровым сетям, формирование баз данных для отсроченного анализа и т.д.

Цифровая обработка сигналов в современных мониторах позволяет провести сложный многопараметровый анализ поступающей физиологической информации, что приводит к снижению влияния артефактов, возникающих при регистрации сигналов.

Использование компьютерных средств обработки данных дает возможность предоставлять всю информацию, поступающую от аппаратуры в удобном для врача виде. В "интеллектуальных" мониторах осуществляется переход от контроля отдельных физиологических параметров к наблюдению за изменениями интегральных показателей, характеризующих состояние пациента.

Интегральный показатель состояния может быть определен по способу формирования обобщенного критерия на основе меры отклонения частных критериев от “идеальной” альтернативы. В качестве меры обобщенного критерия состояния может быть использована степень соответствия значений физиологических параметров, в рассматриваемый момент времени, границам их динамической нормы.

Величина интегрального показателя состояния может быть определена как минимальное расстояние между точкой многомерного пространства нормированных значений физиологических параметров и областью данного пространства, соответствующей динамической норме. Относительное изменение расстояния, определяемое в различные моменты времени характеризует динамику изменения состояния пациента.

На основе слежения за изменением интегрального показателя состояния строятся простые и наглядные способы отображения информации. Например, в одной из таких систем на дисплей наблюдения за состоянием больных в палатах выводится план отделения с расположением палат и размещением в них пациентов. Каждое место в палате отображается на плане в виде цветной пиктограммы. Изменение цвета пиктограммы от зеленного к красному соответствует изменению показателя состояния пациента от нормы к “тревоге” и легко распознается медицинским персоналом, ведущим круглосуточное наблюдение.

В последние годы мониторные системы преобразуются в клинические информационные системы, обладающие широкими возможностями по использованию баз медицинских данных.

В таких системах реализуется концепция “гибкого” мониторинга, основанная на использовании технологии компьютерных локальных сетей. Каждый мониторный прибор, участвующий в контроле или управлении состоянием пациента, снабжается “сетевой карточкой” - устройством, с помощью которого осуществляется обмен данными в компьютерной сети клиники. Прикроватные мониторы, пульсоксиметры, инфузионные дозаторы, наркозно-дыхательная и другая аппаратура связываются с центральным компьютером - рабочей станцией клиники.

Удобство использования компьютерных сетей в медицинских учреждениях заключается в том, что соединение всех приборов осуществляется с помощью дешевого телефонного кабеля, что существенно снижает стоимость оборудования клиники средствами мониторинга.

Рабочая станция является общим коллектором данных, поступающих со всех приборов. Данные о жизненно важных физиологических параметрах передаются от рабочей станции на многодисплейные мониторы поста наблюдения за состоянием пациентов. База данных, являющаяся ядром клинической информационной системы, позволяет заносить данные пациента в “электронную” историю болезни, которая может быть распечатана в привычном для врача виде. Компьютерная сеть охватывает все источники информации в клинике: приемное отделение, клинические лаборатории, кабинеты функциональной диагностики, получения медицинских изображений и др., что позволяет концентрировать все данные относящиеся к пациенту на рабочей станции.

Локальная сеть системы имеет выход в сеть телемедицы, что дает возможность проводить консультации с ведущими специалистами других клиник. Терминалы системы могут быть установлены на любом рабочем месте врача, предоставляя ему всю необходимую информацию о пациенте. Имеется возможность включение баз знаний, предоставляющих обширный справочно-информационный материал, а также стандартные программные приложения, позволяющие вести обработку медицинских данных.

Таким образом, современные системы клинического мониторинга осуществляют не только многопараметровый контроль состояния пациента, но и подсказывают решения по диагностике, выбору оптимальной тактики лечения и даже по проведению неотложной интенсивной терапии.

Ценность использования систем мониторинга для клинической практики определяется следующими факторами:
-высокой точностью и объективностью получаемой диагностической информации;
-cлежением за изменениями жизненно важных параметров организма в реальном масштабе времени, определяемым высоким быстродействием обработки физиологической информации;
-возможностью одновременной обработки изменений нескольких физиологических параметров и установлением связи между ними;
-ранним выявлением признаков нарушения управления в системах организма;
-наблюдением за изменениями диагностических показателей, являющихся производными от текущих значений физиологических параметров (например, слежение за изменением периферического сопротивления, сердечного выброса, индексов активности вегетативной регуляции и т.п.).

Данные возможности делают методы и средства клинического мониторинга незаменимым фактором, без которого невозможно эффективное ведение больных, находящихся в критических состояниях.

Клинический мониторинг в медицине критических состояний может включать несколько направлений / 1 / :

контроль физиологических функций пациента, например, контроль частоты сердечных сокращений при электрической нестабильности сердца с включением сигнала тревоги при выходе парметра за установленные границы и автоматическое включение электрокардиостимулятора или дефибрилятора;

контроль лечебных воздействий - мониторинг глубины анестезии, уровня нейромышечного блока, дозировки инфузии, концентрации вдыхаемых газов и др.;

контроль окружающей Среды - мониторинг температуры, влажности воздуха в кювезе для новорожденного, давления и газового состава воздуха в барокамере и т.п.

Результаты клинического мониторинга позволяют более точно оценить состояние пациента, а также дают возможность реализации систем управления состоянием путем автоматического дозирования лечебных воздействий.

Появление в клинической практике современной наркозно-дыхательной аппаратуры, систем искусственного кровообращения и гипотермии, аппаратуры для временного замещения функций отдельных органов привело к созданию эффективных методов управления состоянием организма при проведении длительных хирургических операций / 2 /. В этих условиях становится необходимым непрерывное слежение за изменением физиологических показателей, отражающих реакцию организма на развитие операционного стресса, действие наркоза, изменение факторов внешней среды.

Использование для этой цели систем клинического мониторинга рассматривается в анестезиологии, прежде всего, как необходимая мера по обеспечению безопасности пациента во время наркоза Мониторинг позволяет предупредить развитие осложнений, возникающих во время наркоза и в послеоперационном периоде, в первую очередь, за счет ранней диагностики состояния наиболее важных систем организма и проведения соответствующих действий до появления у больного выраженных патофизиологических и метаболических изменений / 3,4 /.

Выбор физиологических параметров и показателей для систем анестезиологического мониторинга определяется их информационными возможностями по оценке действия хирургического стресса на организм больного и его реакции на наркоз.

Хирургическая травма вызывает возбуждение соматосенсорных нервов и активирует центральную и вегетативную нервную систему (ВНС). Сенсорные возбуждения ведут к возникновению болевых ощущений, двигательные - к рефлекторным сокращениям мышц. Активность ВНС ведет к изменениям параметров гемодинамики (ЧСС, АД, венозное давление, сердечный выброс, периферическое сосудистое сопротивление), дыхания (газовый состав крови, газовый состав выдыхаемого воздуха, ЧД, параметры вентиляции), гормонального фона .

Подавление нежелательных реакций на операционную травму при комбинированном наркозе осуществляется путем использования препаратов, вызывающих: торможение восприятия, блокаду болевых ощущений, торможение вегетативных реакций, выключение двигательной активности ( рис. 2).

Недостаточная глубина наркоза может привести к централизации кровообращения из-за спазма периферических сосудов, роста периферического сосудистого сопротивления и падения сердечного выброса. Может развиться артериальная гипоксемия, что приводит к серьезным осложнениям. В то же время чрезмерное увеличение доз анальгетиков и нейролептиков приводит к неблагоприятным влияниям, проявляющимся наиболее полно в послеоперационном периоде.

Поэтому в процессе управления кровообращением, газообменом, метаболизмом во время наркоза требуется мониторный контроль и оценка физиологических показателей, характеризующих глубину анестезии, параметры гемодинамики, внешнего дыхания, нейромышечной передачи, терморегуляции ( рис.3).

На основе анализа информативности физиологических показателей, а также ретроспективного анализа анестезиологических ошибок и осложнений разработаны рекомендации, регламентирующие параметры мониторинга в различных ситуациях / 5,6 /.

Определены стандарты мониторинга, содержащие необходимые методы и средства контроля физиологических показателей, вошедшие в законодательные акты здравоохранения развитых стран. Типичным примером таких требований является стандарт Гарвардской медицинской школы / 5 /, который подразделяет средства мониторинга на ряд категорий.

К обязательным средствам отнесены: пульсоксиметрия, капнометрия, инвазивное измерение параметров гемодинамики.

Необходимые средства: регистрация и обработка ЭКГ, слежение за величиной сердечного выброса, анализ концентрации ингалируемого кислорода, неинвазивное измерение артериального давления.

К категории полезных средств отнесен мониторинг температуры и состояния нейромышечного блока.

В операционных, послеоперационных палатах, отделениях реанимации и интенсивной терапии требования к составу средств мониторинга различны. В послеоперационных палатах важное значение имеет контроль углекислого газа в выдыхаемом воздухе как средство предупреждения осложнений, вызываемых гипоксемией, остановкой дыхания или нарушением легочной вентиляции. В палатах интенсивной терапии этот контроль помогает быстро выявить нарушения вентиляции при астме, хронических обструктивных заболеваниях легких и коме.

Важной функцией анестезиологических мониторов является, наряду с непрерывным контролем и отображением физиологической информации, автоматическое выявление угрожающих состояний во время наркоза и подача сигналов тревоги.

Повышение требований к мониторам, особенно по точности измерения физиологических параметров, связано, в последние годы, с переходом на новое поколение средств ингаляционного наркоза и внутривенной анестезии, позволяющих осуществить точное динамическое дозирование вводимых препаратов. Управление состоянием пациента становится более гибким, позволяя поддерживать адекватную глубину наркоза на различных этапах операции.

Привычные для анестезиолога стетоскоп, сфигмоманометр и электрокардиоскоп вытесняются в настоящее время пульсоксиметрами, анализаторами выдыхаемого газа, системами обработки ЭКГ и вызванных потенциалов мозга, анализаторами нейромышечного блока и многими другими приборами.

Современная наркозно-дыхательная аппаратура включает в себя блоки задания программы анестезии и контроля параметров респиратора, испарителя, смесителя газов. Появились дисплеи, показывающие динамику дыхательных объемов, изменения концентрации газов, анестезирующих агентов.

Использование компьютерных средств позволяет следить за изменением таких интегральных показателей состояния, как глубина наркоза, степень нейромышечного блока, активность вегетативной нервной системы, наиболее полно отражающих состояние пациента во время анестезии.

С помощью анестезиологических мониторов осуществляется автоматическая запись данных во время анестезии в реальном времени и их хранение. Автоматически формируется протокол анестезии - наркозная карта, содержащая все необходимые для анализа анестезии данные. В протоколе заносятся результаты непрерывной регистрации мониторируемых показателей, отмечаются основные моменты оперативного вмешательства, доза вводимых препаратов, автоматически записываются параметры вентиляции, концентрации газов и анестетиков.

Автоматическое ведение протокола анестезии позволяет получить полную картину наркоза в едином формате для любых операций, что важно для дальнейшего анализа, накопления базы данных, проведения клинических исследований, обучения специалистов / 7 /.

В 90-е годы в медицинском приборостроении окончательно сформировалась концепция интеграции всей аппаратуры, относящейся к ведению наркоза, в единый комплекс, так называемую рабочую станцию, включающую ПЭВМ / 8 /.

Анестезиологические рабочие станции позволяют повысить безопасность пациента во время наркоза и в этом заключается их главная особенность. Данные мониторинга пациента и параметры анестезии выводятся на один дисплей, что позволяет анестезиологу наблюдать картину течения анестезии полностью и, не распыляясь на наблюдения отдельных приборов, больше внимания уделить больному. Повышается надежность использования наркозно-дыхательной аппаратуры за счет ее непрерывного контроля, автоматического определения неисправностей или ухудшения параметров функционирования и своевременного обслуживания или ремонта. Рабочая станция обладает развитым программным обеспечением, дружественным интерфейсом, что делает ее легкой в работе. В то же время программное обеспечение станции просто модернизируется при введении в систему новых средств мониторинга и новых методик лечения больных.

Известные производители наркозно-дыхательной аппаратуры, такие как Drager, Datex, Gambro Engstrom, включают мониторные системы с автоматическим ведением протокола анестезии в наркозно-дыхательную аппаратуру, создавая единый комплекс.

По оценкам экспертов, рынок анестезиологических мониторов является наиболее динамично развивающимся. Так, в 1994 году объем продаж одних только мониторов для слежения за газовым составом крови вырос на 50%, что составило 54 млн.долларов США / 9,10 /.

Такое положение на рынке стимулирует интенсивные исследования в области разработки новых методов и технических средств оценки состояния организма пациента во время операции.

Помимо традиционных методов мониторинга на сегодняшний день введены новые методы, в которых оценка состояния пациента ведется на основе анализа электроэнцефалограммы, кислотно-щелочных показателей крови, содержания воды в легких.

В настоящее время практически все страны с развитой медицинской и электронной промышленностью выпускают компьютеризированные мониторные системы для анестезиологии, отличающиеся набором исследуемых показателей, способом представления информации, структурным построением, cервисными функциями. Ведущими производителями мониторных систем клинического назначения по маркетинговому анализу 1995 г. являются фирмы: Hewlett-Packard (USA), Spacelabs Medical (USA), Nihon Kohden (Japan), Critikon/J&J (USA), Marquette Electronics ( USA), Siemens Medical (Germany), Datascope ( USA), Protocol Systems (USA). В таблице 1 приведены основные данные мониторной аппаратуры этих фирм / 11 /.

Фирма Datex / 12 / разработала анестезиологический монитор AS/3tm в котором контролируются ЭКГ в трех отведениях с анализом сегмента ST, ЧСС, SpO₂ с диагностической плетизмограммой, инвазивное давление в двух точках, неинвазивное артериальное давление, сердечный выброс, концентрации газов: CO₂, O₂, N₂O, анестезирующие агенты с их автоматической идентификацией. Параметры состояния пациента и физиологические кривые выводятся на символьно-графический дисплей. При выходе параметров за установленные границы выдается сигнал тревоги, имеющий 3 цвета на экране дисплея и 3 типа звучания, которые соответствуют 3 уровням опасности для пациента.

Фирмой Marquette Electronics разработана интегрированная система UNITLY / 13 / включающая мониторы пациента TRAM, устанавливаемые в операционных или в палатах интенсивной терапии, центральный монитор контроля, клиническую информационную систему, телеметрический канал контроля, развитую систему тревожной сигнализации с использованием звуковых сигналов, световых табло и пейджеров для медицинского персонала.

Все устройства соединены в компьютерную сеть, позволяющую осуществлять быстрый доступ к информации с различных рабочих мест. Монитор пациента позволяет регистрировать ЭКГ, определять параметры ЭКГ, многоточечное инвазивное и неинвазивное давление крови, температуру, частоту дыхания и периферического пульса, сатурацию кислорода, параметры сердечного выброса.

Интегрированная система анестезии EAS 9010 (Gambro Engstron) / 14 / включает аппаратуру ИВЛ, смеситель газов, испаритель, монитор параметров анестезии. Система позволяет использовать монитор пациента Hewlett Packard с полным подбором физиологических данных с автоматической записью и слежением за состоянием.

Аппаратура мониторинга параметров анестезии позволяет контролировать давление дыхательной газовой смеси в дыхательном контуре пациента, объемы дыхания, концентрации кислорода, закиси азота, углекислого газа и анестезирующих агентов, что облегчает использование и повышает безопасность в работе. Особенностью системы является возможность слежения за величинами концентрации анестетиков в конечной фазе выдоха.

Примечание.

НД-неинвазивное измерение артериального давления крови,

ИД - инвазивное измерение давления крови,

SpO₂ - сатурация кислорода по методике пульсоксиметрии,

PO₂ - напряжение кислорода в выдыхаемом газе,

PCO₂ - напряжение углекислого газа в выдыхаемом газе.

Совершенствование средств измерительной техники и методов обработки физиологической информации открывает новые возможности в диагностике состояния пациентов во время наркоза. За последние пять лет в практике анестезиологического мониторинга появился целый ряд новых методов физиологических исследований:

-оценка глубины наркоза путем контроля слуховых вызванных потенциалов мозга или с помощью биспектрального анализа ЭЭГ в реальном масштабе времени;

-внутрисосудистые измерения сатурации кислорода с помощью катетеров с волоконно-оптическими датчиками для определения артериовенозной разности по сатурации кислорода;

-определение сатурации кислорода в сосудах головного мозга с помощью транскраниальных датчиков;

-определение региональной сатурации кислорода у плода при мониторинге в родах;

-чреспищеводная эхокардиография;

-интраоперационное измерение параметров потока крови с помощью цветной допплеровской системы с высоким разрешением;

-неинвазивный мониторинг сердечного выброса импедансным или фотоплетизмографическим способом.

Данные методики позволяют существенно повысить эффективность использования клинического мониторинга в медицине критических состояний.