CC BY
0В помощь практическому врачу
Интернет вещей в медицинском образовании: аналитический обзор применения технологии
Е.Н. Котенко, А.В. Котенко
Internet of Things in Medical Education: Analytical Review of Technology Applications
E.N. Kotenko, A.V. Kotenko
ДПО ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет»; ФГБОУ ВО «Омский государственный педагогический университет», г. Омск,
Ключевые слова: медицинское образование, интернет вещей, носимые устройства, датчики
Резюме
Интернет вещей в медицинском образовании: аналитический обзор применения технологии
Е.Н. Котенко, А.В. Котенко
Устойчивое развитие технологии Интернета вещей (1оТ) меняет различные сферы жизни человека. Образование не стало исключением, внедрение 1оТ-технологий существенным образом меняет систему образования, в том числе и медицинского. Интернет медицинских вещей - это совокупность различных датчиков и приложения 1оТ, подключенных к сети Интернет, программное обеспечение для обработки данных, различные протоколы связи для обмена данными, используемые в медицинских и здоровьесберегающих целях, для сбора и анализа данных, для мониторинга состояния здоровья пациентов и медицинских работников Авторы приводят статистику использования 1оТ устройств. В статье авторы рассматривают такие важные вопросы, как: какие тенденции присутствуют в исследованиях в области применения Интернета вещей в медицинском образовании? Каким образом в медицинском образовании применяются технологии и инструменты на основе Интернета вещей и каким образом они способствуют повышению качества и эффективности медицинского образования? Авторы определили основные направления использования технологии 1оТ в медицине: удаленный мониторинг состояния пациентов; системы оповещения; системы внутрибольничного мониторинга и диагностики; умные ингаляторы; умная подача лекарств; системы мониторинга окружающей среды; контроль наличия оборудования; контроль состояния самих датчиков. 1оТ дает возможность объединить электронные медицинские карты пациентов, медицинские технологии и носимые устройства в единую обучающую среду в медицинском образовании. Исследование раскрывает существующие достижения в сфере Интернета вещей в медицине, выделяет тенденции использования 1оТ технологий при обучении студентов-медиков. Описываются основные направления обучения медицинского персонала, в которых технологии Интернета вещей играют весомую роль.
Ключевые слова: медицинское образование, интернет вещей, носимые устройства, датчики
Е.Н. Котенко, к. пед. наук, доцент, заведующая кафедрой педагогики и психологии ДПО ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, 644099, Омская область, г. Омск, ул. Ленина, д. 12 e-mail answer1@mail.ru
А.В. Котенко, старший преподаватель кафедры прикладной информатики и математики ФГБОУ ВО «Омский государственный педагогический университет», 644099, Омская область, г. Омск, Набережная Тухачевского, 14 e-mail answer1@mail.ru
-Крымский терапевтический журнал-
Abstract
Internet of Things in Medical Education: Analytical Review of Technology Applications
E.N. Kotenko, A.V. Kotenko
The sustainable development of Internet of Things (IoT) technology is changing various areas of human life. Education is no exception; the introduction of IoT technologies is significantly changing the education system, including the medical one. The Internet of medical things is a collection of various sensors and IoT applications connected to the Internet, software for data processing, various communication protocols for data exchange, used for medical and health-saving purposes, for collecting and analyzing data, for monitoring the health status of patients and medical workers. The authors provide statistics on the use of IoT devices. In the article, the authors consider such important questions as: what trends are present in research in the field of application of the Internet of things in medical education? How are IoT technologies and tools used in medical education and how do they contribute to improving the quality and effectiveness of medical education? The authors identified the main areas of use of IoT technology in medicine: remote monitoring of patient conditions; warning systems; in-hospital monitoring and diagnostic systems; smart inhalers; smart drug delivery; environmental monitoring systems; equipment availability control; monitoring the state of the sensors themselves. IoT provides the opportunity to integrate electronic patient records, medical technology, and wearable devices into a unified learning environment in medical education. The study reveals existing achievements in the field of the Internet of Things in medicine and highlights trends in the use of IoT technologies in the training of medical students. The main areas of training for medical personnel in which Internet of Things technologies play a significant role are described.
Keywords: medical education, Internet of things, wearable devices, sensors
Стремительное развитие технологий открывает новые возможности в различных сферах, в том числе в здравоохранении и медицинском образовании. В условиях пандемии COVID-19 отмечается существенное увеличение использования технологии Интернета вещей в различных отраслях: здравоохранение, розничная торговля, аэропорты, развитие технологий Умного дома, Умного города, Умных рабочих мест. Вместе с ростом использования IoT технологий растут и расходы на исследование и разработку в сфере IoT и умных носимых устройств. По прогнозам к 2026 году эти затраты превысят 1 млрд. долларов. Общая установленная база подключенных к IoT устройств во всем мире к 2025 году составит 30,9 млрд единиц [1]. Исследование компании Statista показывает, что к 2025 году в мире будет установлено почти 200 млн медицинских устройств IoT [2]. Внедрение современных технологий в медицинское образование идет уже многие годы, при этом внедрение технологий Интернета вещей может произвести настоящую революцию в подготовке медицинских работников. К IoT технологиям относят сеть физических объектов со встроенными датчиками, программным обеспечением и возможностью подключения к сети Интернет для взаимодействия и обмена информацией с другими подключенными в сеть устрой-ствами[3]. IoT обладает потенциалом полностью изменить сложившуюся систему здравоохранения путем использования удаленного мониторинга состояния здоровья пациентов, персонализированного подхода к лечению и, как следствие, улучшения результатов оказания медицинской помощи [4]. В сфере медицинского образования Интернет ве-
щей позволяет создать комплексную интерактивную среду обучения за счет объединения носимых электронных устройств, позволяющих вести постоянный мониторинг состояния здоровья человека, электронных медицинских карт и различных медицинских устройств в единую базу данных с возможностью удаленного доступа [5]. Использование современных интеллектуальных устройств и Интернета вещей возможно в школах и высших учебных заведениях, данные технологии могут применяться как обучающимися, так и преподавателями. Дистанционный мониторинг облегчает сбор и анализ данных, в том числе в медицинской сфере. Использование IoT в системе медицинского образования может решить проблемы, присущие традиционным методам обучения, например, обеспечить объективную обратную связь о навыках обучающихся. Кроме того, в условиях развивающегося дистанционного обучения у обучающихся и преподавателей появляются дополнительные возможности доступа к образовательным ресурсам и взаимодействию с коллегами и экспертами со всего мира [5]. Интернет вещей предоставляет доступ к актуальной информации и облегчает взаимодействие между обучающимися и преподавателями, позволяет быть в курсе последних достижений в области медицинского образования и постоянно улучшать свои знания и навыки. В нашей работе мы рассмотрим текущее состояние Интернета вещей в медицинском образовании, преимущества и проблемы при использовании этой технологии, а также возможности для будущих исследований.
Цель исследования
Проанализировать достижения в сфере медицинского Интернета вещей и использования IoT технологий при обучении студентов медицинских учебных заведений, выделить тенденции и перспективы дальнейшего применения технологии, отметить положительное влияние Интернета вещей на сферу образования.
Задачи исследования
Формирование вопросов исследования, сбор информации, извлечение, классификация и анализ данных.
Материал и методы исследования
В своем исследовании авторы использовали систематический анализ публикаций в библиографических базах данных и сети интернет.
Вопросы исследования. Какие тенденции присутствуют в исследованиях в области применения Интернета вещей в медицинском образовании? Каким образом в медицинском образовании применяются технологии и инструменты на основе Интернета вещей и каким образом они способствуют повышению качества и эффективности медицинского образования?
Поиск интересующих нас исследований осуществлялся по 4 базам данных статей: Web of Science, Scopus, PubMed и IEEE и основывался на таких понятиях, как IoT, носимые устройства, медицинское образование и их вариации. Исследование включало в себя статьи в период до конца 2022 года. По результатам поиска мы получили выборку из 199 статей (IEEE 16, PubMed 36, Scopus 125, Web of Science 22). После удаления повторяющихся статей осталось 144. Дальнейший процесс отбора статей проходил в два этапа с использованием метода включения и исключения. В итоговую выборку включались статьи, посвященные эмперическим исследованиям, отчете об опыте использования технологий IoT в медицинском образовании, при этом исключались статьи, в которых отсутствовал полный текст, либо статьи, которые были посвящены только одной из ключевых тем: Интернет вещей и медицинское образование. На первом этапе были изучены аннотации статей на наличие интересующей нас информации, в результате остались 58 исследований. На втором этапе был изучен текст каждой статьи, в результате мы отобрали 24 статьи, позволяющие ответить на поставленные вопросы.
Результаты и их обсуждение. Анализируя публикации, мы получили данные об использовании технологии Интернета вещей и различных сенсоров в медицинском образовании для постоянного мониторинга активности и сбора и обработки данных о физиологических показателях человека. Применение этих устройств улучшает качество практического обучения, дает объективную обрат-
ную связь, помогает в проведении исследований. По результатам исследования мы выделили 3 основных направления применения IoT технологий в подготовке будущих врачей.
Хирургическая подготовка: для улучшения качества обучения студентов в области хирургической подготовки широко применяются системы видеозаписи на основе экшн-камер и специальных видеоочков. Использование данных устройств позволяет создавать специальные обучающие видеомодули и используется при проведении симуляционных занятий. Видеоочки, например Google Glass, используются в обучении ординаторов по направлению нейрохирургия [6], при проведении тонзилэктомии и аденоидэктомии. Подобные системы позволяют преподавателям контролировать «слепые» зоны, повышая качество выполняемой обучающимися работы. В хирургическом обучении датчики отслеживания движения и носимые инерционные датчики используются для оценки и улучшения работы ординаторов хирургического профиля. К примеру, при проведении симуляции лапароскопической операции по поводу вентральной грыжи ординаторы носили датчики отслеживания движения, это позволило упростить разбор проведенной операции для конкретного ординатора, поскольку данные с датчиков позволили оценить действия каждого обучающегося на отдельных этапах операции. Другим примером использования носимых IoT устройств являются инерционные датчики, которые, например, позволяют оценить эффективность работы хирургов-ортопедов. Данные датчики позволили установить обратную связь между количеством движений в плече и локте и хирургическим опытом. Эти технологии дают ценную информацию о работе стажеров-хирургов и помогают улучшить их навыки.
Нехирургическая подготовка. Помимо подготовки будущих хирургов, IoT технологии широко применяются и в других областях медицины. В частности, упомянутые выше Google glasses использовались для повышения качества подготовки студентов-медиков, а также для обеспечения дополнительной безопасности пациентов. Другим направлением использования Интернета вещей и носимых устройств является создание симуляци-онных заданий, AR приложений, использование потокового видео для оценки качества работы обучающихся. Одним из примеров такого использования является мобильный симулятор дополненной реальности (AR), который позволяет выявлять различные шумы в сердце, обеспечивая иммерсивный опыт обучения. Технологии Интернета вещей и умные датчики используются при создании перевернутых классов, при этом информация с датчиков используется для предоставления интерактивной обратной связи обучающимся. Системы обратной связи успешно зарекомендовали себя при обучении студентов проведению сердечно-легочной реанимации. Применение IoT технологий повышает качество обучения и способствует улучшению результа-
тов обучающихся.
Мониторинг активности обучающихся. В рамках этой категории IoT технологии и мобильные устройства используются для мониторинга физической активности, сна, состояния обучающихся, оценивается влияние этих факторов на качество обучения. При изучении влияния сна на риск развития депрессии среди обучающихся медицинских ВУЗов с использованием устройства мониторинга сна Fitbit Charge 2TM было установлено, что нестабильный сон повышал риск развития депрессии. Данные, получаемые с носимых устройств, позволили установить, что недостаточный сон, сменная работа и снижение физической активности способствуют развитию стрессового состояния у врачей. При помощи методов нейровизуализации и IoT устройств удалось установить снижение функций мозга у людей, лишенных сна. Использование датчиков и IoT технологий призваны определять влияние различных показателей активности на успешность обучения, общее психологическое состояние обучающихся медицинских ВУЗов и при необходимости дать обратную связь, направленную на корректировку режима отдыха.
Во многих исследованиях на тему использования IoT технологий в медицине рассматриваются примеры применения носимых устройств для оценки здоровья медицинских работников. Так, устройство Empatica E4 применяется для мониторинга частоты сердечного ритма, при помощи данного устройства установлено, что у врачей, работающих в отделениях интенсивной терапии, во время смены существенно повышается частота сердечных сокращений. Возможность постоянного мониторинга жизненных показателей врачей и обучающихся медицинских ВУЗов при помощи умных устройств снижает риск эмоционального и физического выгорания.
Основываясь на вышеизложенном, мы можем выделить 3 основных категории устройств, которые целесообразно применять в медицинском образовании: видеозаписывающие устройства - такие устройства позволяют записывать проведение операций, приемов и консультаций, разбирать снятое видео с обучающимися, отслеживать происходящее в режиме реального времени; датчики для мониторинга состояния здоровья, которые применяются как пациентами, так и обучающимися, данные устройства позволяют в режиме реального времени контролировать все жизненные показатели человека, предоставлять данные об уровне стресса, качестве сна и др.; сенсоры на основе акселерометров, гироскопов и других датчиков движения призваны отслеживать действия обучающихся, к примеру, во время проведения учебных заданий и дают возможность внести необходимые корректировки.
В первой категории устройств выделяются очки Google Glass, которые являются одним из наиболее востребованных IoT устройств в области медицинского образования. Очки включают в себя каме-
ру, акселерометр, гироскоп, магнитометр, датчик внешней освещенности, датчик приближения, микрофон, все это позволяет пользователям получать доступ к информации, общаться и погружаться в мир дополненной реальности. Google Glass показали свою эффективность для улучшения навыков у обучающихся хирургических специальностей. Например, при помощи этих очков был создан образовательный видеоролик по трансплантации печени от живого донора, который превосходит по эффективности традиционные текстовые и видеоматериалы [7]. Такие видеоролики обеспечивают уникальный вид от первого лица, погружая обучающихся в процесс обучения [8, 9]. Применение подобных технологий позволяет студентам посмотреть на процесс оказания помощи непосредственно глазами врача или иного медицинского работника, что способствует лучшему пониманию специфики той или иной области медицины. Создание интерактивных симуляционных сред и приложений дополненной реальности эффективно используются при обучении студентов нехирургических специальностей, так, созданная при помощи устройства Google Glass телесимуляция применялась для отработки навыков оказания экстренной медицинской помощи в случае возникновения чрезвычайных ситуаций с большим количеством пострадавших.
За последнее десятилетие существенно возросло производство устройств, относящихся ко второй категории - различных датчиков, позволяющих в режиме реального времени вести мониторинг показателей здоровья, уровня стресса, физической активности во время учебного процесса. Устройства, относящиеся к третьей категории, разрабатываются для отслеживания определенных действий обучающихся, в том числе при проведении операций, что позволяет скорректировать движения в процессе обучения, персонализировать обучение, улучшить понимание того, что требуется от врачей в конкретных ситуациях.
Создание «перевернутых классов» с использованием технологии Интернета вещей и различных датчиков позволяет проводить увлекательные интерактивные занятия. Использование таких платформы вместе с элементами машинного обучения позволяет собирать данные о вовлеченности обучающихся в образовательный процесс в режиме реального времени, оценивать физиологические параметры и давать рекомендации непосредственно во время занятий. Это способствует более активному обучению и способствует лучшей запоминаемости учебного материала.
Выводы
В нашем исследовании изучались различные аспекты использования в медицинском образовании технологии Интернета вещей и применение в совокупности с ней устройств мониторинга, видеозаписи и различных носимых датчиков. Мы раскры-
ли влияние применения современных технологий на хирургическую подготовку и развитие нехирургического персонала. Устройства видеозаписи, подобные Google Glass, доказали свою эффективность в обучении медицинских работников за счет создания современных обучающих видеоуроков, развития приложений дополненной реальности, создания эффекта полного погружения в процесс обучения. Они позволяют персонализировать занятия, дают обратную связь в режиме реального времени. Устройства на основе Интернета вещей активно используются при мониторинге физического состояния обучающихся, оценке режима работы и отдыха. В исследовании этой категории оценивались носимые устройства, такие как Fitbit, биометрические устройства, носимые на запястьях для мониторинга сна, частоты сердечных сокращений, физической активности и эмоционального состояния обучающихся. Результаты выявили связь между малым количеством сна и эмоциональным состоянием и благополучием. Непрерывный мониторинг частоты сердечных сокращений выявил значительное увеличение частоты, свидетельствующее об эпизодической тахикардии во время смен в отделениях интенсивной терапии. Более того, использование носимых устройств позволило оценить уровень выгорания среди медицинских работников, установить связь между характеристиками сна и развитием депрессии. Эти результаты подчеркивают важность постоянного мониторинга физического и эмоционального состояния с помощью технологии Интернета вещей для выявления потенциальных факторов риска. Интеграция технологий Интернета вещей в медицинское образование улучшает процесс обучения, делает его более увлекательным, способствует повышению успеваемости обучающихся. Результаты исследования показывают, что технология Интернета вещей способна произвести революцию в медицинском образовании. Внедрение технологий Интернета вещей в медицинское образование потенциально может изменить методологии обучения, предложить реалистичное моделирование, обеспечить обратную связь в режиме реального времени и повысить общее благосостояние практикующих врачей. Дополнительно следует обратить внимание на безопасность данных пациентов при использовании технологий Интернета вещей и их плавную интеграцию в существующие образовательные системы.
things for health care: a comprehensive survey. IEEE access. 2015; 3:6785. Wu J-H, Wang S-C, Lin L-M. Mobile computing acceptance factors in the healthcare industry: A structural equation model. International journal of medical informatics. 2007; 76 (1): 66-77.
6. Nakhla J, Kobets A, De la Gar^a Ramos R, Haranhalli N, Gelfand Y, Ammar A, et al. Use of Google Glass to Enhance Surgical Education of Neurosurgery Residents: "Proof-of-Concept" Study. World neurosurgery.
2017; 98:711.
7. . Lee SA, Lee JM, Suh KS, Hong SK, Cho JH, Yi NJ, Lee KW. Wearable recording video technology for surgical training in living donor liver transplantation. Annals of hepato-biliary-pancreatic surgery. 2020; 24(1): 3843.
8. Aslani N, Behmanesh A, Garavand A, Maleki M, Davoodi F, Shams R. The Virtual Reality Technology Effects and Features in Cardiology Interventions Training: A Scoping Review. Medical journal of the Islamic Republic of Iran. 2022; 36: 77.
9. Jiang H, Vimalesvaran S, Wang JK, Lim KB, Mogali SR, Car LT. VirtualReality in Medical Students Education: Scoping Review. JMIR medical education. 2022; 8 (1): e34860.
Литература
1. Deloitte. Medtech and the Internet of Medical Things. How connected medical devices are transforming health care. URL: https:llwww2. deloitte. com/globallenlpagesliife-sciences-andhealthcarelarticleslmedtech-inter-net-of-medicalthings.html
2. Statista. Internet of Things (IoT) and nonloT active device connections worldwide from 2010 to 2025. URL: https:llwww.statista.coml statis-ticsl1101442liot-number-of-connected-devicesworldwidel
3. Sadoughi F, Behmanesh A, Sayfouri N. Internet of things in medicine: a systematic mapping study. Journal of biomedical informatics. 2020103:103383
4. Islam SR, Kwak D, Kabir MH, Hossain M, Kwak K-S. The internet of
