Научная статья на тему 'Программно-аппаратный комплекс БОСЛАБ. Траектория развития'

Программно-аппаратный комплекс БОСЛАБ. Траектория развития Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
920
103
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМЫ БИОУПРАВЛЕНИЯ / НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ / ИНТЕРНЕТ-ТЕХНОЛОГИИ

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Донская О. Г., Соколов А. В., Тарасов Е. А.

В работе рассматриваются основные направления развития компьютерных систем биоуправления. Обобщая свой десятилетний опыт работы в этой области, авторы считают наиболее актуальным развитие специальных лечебно-реабилитационных систем биоуправления и игровых лечебно-оздоровительных тренажеров. Основное внимание уделено специальным системам. Освещаются концептуальные вопросы, связанные с их использованием и совершенствованием; разработаны требования, предъявляемые к аппаратной и программной части систем биоуправления. Приводится описание специализированного лечебно-реабилитационного комплекса БОСЛАБ, разработанного в ИМБиБ СО РАМН, который давно и успешно используется в практической медицине, а также направления его совершенствования. В рамках повышения эффективности функционирования рассматриваются сетевые варианты применения методов биоуправления с использованием интернет-технологий, анализируются технические вопросы. Освещены перспективы внедрения сетевого биоуправления в лечебно-оздоровительную практику. Авторы анализируют наиболее интересные направления освоения сетевых технологий: разделение экранных представлений врача и пациента, создание сетевых хранилищ данных, возможность проведения удалённых сеансов тренинга. Выделяются ключевые возможности использования интернет-технологий в биоуправлении: •·проведение сеансов тренинга под контролем среднего медицинского персонала или в домашних •условиях под контролем врача посредством сети Интернет; •использование дистанционного обучения методам биоуправления в идеологии телемедицины для •студентов вузов, а также для профессионального образования; ••·реализация модели мониторинга в профилактических и реабилитационных целях. •

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE COMPUTER-BASED SYSTEM BOSLAB. TRENDS OF DEVELOPMENT

The paper eliminates the main trends of computer biofeedback systems development: •·treating and diagnostics systems with possible use of bio•feedback regime; ••·specialized treating and rehabilitating systems; •··-health-improving and prevention-oriented biofeedback units to be used at home, at work place, etc., which do not de mand doctor's control. The first line is related to the companies producing diagnostics equipment; these systems allow developing of new treating and diagnostic methods on multi-channel monitoring, but still the main function of them is diagnostic. 10-year experience of the authors allows considering the development of the last two trends as the most important. Conceptual questions of the use and developing of specialized systems are discussed, requirements to the biofeedback systems hardware and software are proposed. A detailed description of treating and rehabilitation complex BOSLAB, an IMBB product, which is successfully used in practical medicine, is given, and its developmental aspects are considered. It is obviously that nowadays specialized treating biofeedback systems are to be at the disposal of therapists, neuropathologists, pediatricians, etc. Devices designed to collect medical parameters and feed them back to specialists are to be in weight, small-sized and cheap, and to have minimal number of measured channels to work according to tasks. The authors analyze the most perspective rends of network solutions development: separate doctor-patient screen presentation; net storage of data; distant training sessions performing. The following aspects of net solutions in biofeedback procedures are singled out: conducting of Internet-based training sessions with the help of doctor's remote control; use of distant biofeedback learning in high-school students and in professional education; realization of monitoring model in preventing and health-improving tasks.

Текст научной работы на тему «Программно-аппаратный комплекс БОСЛАБ. Траектория развития»

СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА БИОУПРАВЛЕНИЯ

УДК 612.621

О.Г. Донская, А.В. Соколов, Е.А. Тарасов

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС БОСЛАБ. ТРАЕКТОРИЯ РАЗВИТИЯ

ГУ НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, Новосибирск

В работе рассматриваются основные направления развития компьютерных систем биоуправления. Обобщая свой десятилетний опыт работы в этой области, авторы считают наиболее актуальным развитие специальных лечебно-реабилитационных систем биоуправления и игровых лечебно-оздоровительных тренажеров.

Основное внимание уделено специальным системам. Освещаются концептуальные вопросы, связанные с их использованием и совершенствованием; разработаны требования, предъявляемые к аппаратной и программной части систем биоуправления. Приводится описание специализированного лечебно-реабилитационного комплекса БОСЛАБ, разработанного в ИМБиБ СО РАМН, который давно и успешно используется в практической медицине, а также направления его совершенствования.

В рамках повышения эффективности функционирования рассматриваются сетевые варианты применения методов биоуправления с использованием интернет-технологий, анализируются технические вопросы. Освещены перспективы внедрения сетевого биоуправления в лечебно-оздоровительную практику. Авторы анализируют наиболее интересные направления освоения сетевых технологий: разделение экранных представлений врача и пациента, создание сетевых хранилищ данных, возможность проведения удалённых сеансов тренинга. Выделяются ключевые возможности использования интернет-технологий в биоуправлении:

• проведение сеансов тренинга под контролем среднего медицинского персонала или в домашних условиях под контролем врача посредством сети Интернет;

• использование дистанционного обучения методам биоуправления в идеологии телемедицины для студентов вузов, а также для профессионального образования;

•__реализация модели мониторинга в профилактических и реабилитационных целях.

Ключевые слова: системы биоуправления, направления развития, интернет-технологии

К 2000 году биоуправление как лечебно-реабилитационная технология для широкого круга нозологий была официально признана в России. Практически, сегодня все оборудование для биоуправления, производимое в России, включено в Государственный реестр медицинских изделий и, что наиболее важно, многие варианты терапевтических процедур с использованием биоуправления утверждены Министерством здравоохранения РФ и рекомендованы для клинического использования. Можно сказать, что биоуправление переживает этап бурного роста; меняется отношение к нему врачей: от представления как о парамедицинской процедуре с элементами суггестии и аутотренинга к представлению, опирающемуся на современные фундаментальные исследования механизмов саморегуляции физиологических функций, как о социально и экономически обоснованном методе.

В этой статье авторы, на своем опыте пережившие все этапы становления технологии, более 10 лет назад начавшие использовать биоуправление как академический исследовательский инструмент, преодолевшие отношение к нему как к осовремененному компьютеризированному “шаманскому бубну”, отдавшие много сил пропаганде идей и возможностей биоуправления, создав при этом целый ряд программно-аппаратных комплексов, хотели бы поделиться своим видением направлений

развития технологии, в первую очередь в техническом плане.

Сегодня отчетливо прослеживаются три линии развития систем биоуправления:

• Лечебно-диагностические комплексы с возможностью реализации режима биоуправления;

• Специализированные лечебно-реабилитационные системы;

• Изделия оздоровительной, профилактической ориентации, которые можно использовать в домашних условиях, на производстве, в учебном процессе и т. п., другими словами, не требующие участия врача в процедуре биоуправления.

В первом направлении движутся компании, традиционно производящие диагностическое оборудование [1,2]- электроэнцефалографы, электромиографы, - поскольку принципиальная реализация процедуры биоуправления в этом случае весьма необременительна. Вся приборная часть (с возможностью полиграфической регистрации большого количества сигналов) уже создана; следует добавить лишь небольшой блок программного обеспечения. Это направление весьма интересно; оно позволяет разрабатывать новые лечебно-диагностические методики, тестировать их, отслеживая все нюансы изменений многочисленных физиологических функций, участвующих в формировании адаптивных механиз-

мов, используя многоканальный мониторинг. Тем не менее основная функция таких систем остается диагностической; использовать эти системы для ежедневной лечебной “рутинной” процедуры нерационально, в первую очередь с экономической точки зрения.

Авторами статьи накоплен значительный опыт по созданию и практическому применению систем второго типа. На основании этого опыта была создана концепция развития данного направления, а также разработаны требования к специализированным лечебно-реабилитационным системам биоуправления.

Представляется совершенно очевидным, не требующим отдельного обоснования утверждение, что возможности технологии биоуправления должны быть предоставлены каждому врачу, независимо от его специализации (а также психологу, педагогу, тренеру). Система, позволяющая реализовать процедуру биоуправления, должна быть на каждом рабочем месте терапевта, невропатолога, нарколога, педиатра. В таком случае приборы, обеспечивающие сбор лечебно значимых параметров и организацию обратной связи, должны быть легкими, малогабаритными и максимально дешевыми. Персональные компьютеры уже не являются предметом роскоши, а становятся настольным инструментом практически любого врача. Современные физиологические интерфейсы для биоуправления, связывающие пациента с компьютером и занимающие на рабочем столе место, соизмеримое с компьютерной мышью, удобные и эргономичные, являются мощными инструментами для решения задач лечения, реабилитации и профилактики.

Интерфейсы для биоуправления должны иметь минимально необходимое для решаемых задач количество измерительных каналов. Например, пара каналов измерения электроэнцефалограммы и один канал ЭМГ, используемый, в основном, для выделения миографических артефактов из сигнала ЭЭГ, в приборах серии БИ, разработанных в Институте медицинской и биологической кибернетики СО РАМН, позволяют реализовать практически любые методики нейробиоуправления. Наличие двух каналов регистрации электромиограммы в приборе типа БИ-011 обеспечивает возможность осуществления широкого спектра мышечных тренингов, проведения большого количества восстановительных процедур.

В интерфейсах серии БИ в дополнение к каналам ЭЭГ и ЭМГ присутствует канал регистрации кожной температуры, необходимый для реализации базовой методики биоуправления - релаксационного тренинга. В этих приборах также предусмотрена возможность замены канала ЭМГ на канал, регистрирующий электрокардиограмму.

К сожалению, для регистрации некоторых физиологических параметров, таких, как концентрация СО2 в выдыхаемом воздухе, требуется достаточно сложное оборудование, что повышает стоимость лечебной процедуры и в определенной степени тормозит распространение капнографического биоуправления [3].

Объективно, финансовые вложения в оборудование для терапевтического процесса и реабилитации обычно существенно ниже, чем в диагностический комплекс. Требование доступной стоимости оборудования для лечебно-реабилитационного этапа более чем актуально в связи с невысокой пропускной способностью процеду-

ры биоуправления. Поэтому ценовые характеристики в значительной степени определяют основную тенденцию развития систем биоуправления, эффективность их внедрения в традиционную практику здравоохранения.

И, наконец, третье направление, постепенно занимающее первую позицию во всем мире, - это профилактическая медицина, “здоровьесберегающие” технологии в быту, в образовании, на производстве. Здесь, несомненно, ведущую роль должны играть системы недорогие, простые в использовании. Наиболее демонстративным примером таких систем служат игровые лечебно-оздоровительные тренажеры, разработанные и производимые в институте [4-6].

Программно-аппаратный комплекс БОСЛАБ -генератор приложений для биоуправления (цветная вкладка “Программно-аппаратный комплекс БОСЛАБ”). В лаборатории компьютерных систем биоуправления Института молекулярной биологии и биофизики СО РАМН разработана серия приборов БИ для биоуправления и многоканального физиологического мониторинга в модификациях, различающихся комплектацией каналов [7]. Эти приборы, представляющие собой портативные малогабаритные устройства, подключаемые к персональному компьютеру через стандартный последовательный порт, обеспечивают регистрацию произвольного сочетания физиологических параметров: биопотенциалов мышц, сердца, мозга, кожной температуры.

Интерфейсы типа БИ-01Р и БИ-011 хорошо работают без специального экранирования даже в помещениях с густой сетью электропроводки и большим количеством включенных бытовых и медицинских электроприборов. Возможность стабильной работы приборов в условиях сильных электромагнитных полей, наведенных бытовой электросетью, обеспечена применением на входе измерительных каналов инструментальных усилителей фирмы “Burr-Brown” с высоким коэффициентом подавления синфазной помехи и режекторных фильтров на частоту 50 Гц. С этой же целью при измерении сигналов ЭЭГ, ЭМГ и ЭКГ пациента используются дифференциальные отведения с применением референтного электрода, соединенного с общей нулевой шиной прибора.

Высокое качество работы данных интерфейсов обеспечивается использованием современной элементной базы от ведущих мировых производителей: “Maxim” -экономичные преобразователи напряжения, аналогово-цифровые преобразователи и интерфейсные микросхемы; “Burr-Brown” - инструментальные усилители и усилители общего назначения; “Linear Technology” -усилители и стабилизаторы напряжения; “Microchip” -современные многофункциональные микроконтроллеры. Новейшие полупроводниковые электронные компоненты имеют низкое токопотребление и хорошие динамические параметры.

В настоящее время ведется работа по снижению себестоимости физиологических интерфейсов путем все более широкого применения электронных компонентов для поверхностного монтажа (планарных электронных компонентов). Это новшество позволяет уменьшить габариты и вес приборов, повысить их надежность и срок службы, упростить и ускорить процесс производства. Переход к монтажу планарных компонентов обусловлен

также тем, что некоторые фирмы-производители (например, упомянутая фирма “Maxim”) полностью прекратили выпуск большинства микросхем в корпусах DIP.

На протяжении десятка лет пара стандартных последовательных портов была неотъемлемой частью любого персонального компьютера. Если в “Спецификации PC99”, вышедшей в конце 1999 г., еще присутствовало требование наличия одного последовательного порта, то в современной “Спецификации PC2001” о последовательных портах речи не идет. Для различного рода внешних коммуникаций современные компьютеры оснащаются интерфейсом “FireWire” (стандарт IEEE 1394) и последовательной шиной USB (Universal Serial Bus). Изменения уже давно коснулись компьютеров типа “ноутбук”, у которых лишь старые, уже не выпускаемые модели имеют один последовательный порт. В связи с этим планируется перевод интерфейсной части приборов для физиологического мониторинга и биоуправления на стандарты современных коммуникационных портов персонального компьютера. Шина USB помимо высокой пропускной способности (скорости передачи данных 1 и 12 Мбит/с) обладает таким важным преимуществом, как возможность параллельного подключения до 127 устройств.

Интерфейсы серии БИ функционируют под управлением программной системы “БОСЛАБ для Windows”, работающей в среде “Windows’95/ 98/2000/XP” на персональных компьютерах минимальной конфигурации PENTIUM (Celeron).

“БОСЛАБ для Windows” сегодня представляет собой комплекс, отвечающий современным критериям генератора приложений для проведения сеансов биоуправления [8]. Программная система предназначена для создания и последующего использования методик для мониторинга и биоуправления; обеспечивает регистрацию, обработку и визуализацию физиологических сигналов в реальном режиме времени, сохранение в базе данных. Комплекс обладает достаточной гибкостью в построении медицинских приложений, не представляет трудностей в освоении и прост в использовании.

Система имеет два уровня освоения - уровень конкретной терапевтической методики, выполненной как подмножество инструментального комплекса, и уровень исследовательского эксперимента, имеющий неограниченные перспективы роста.

На уровне конкретной терапевтической методики процесс работы можно разбить на несколько основных этапов: ввод информации о пациенте; формирование курса лечения; проведение курса тренинга; отображение результатов сессий биоуправления; просмотр результатов проведённых курсов тренинга.

В программе хранятся два вида информации о пациентах. Первый - общие, справочные сведения. Они расположены в отдельном окне и включают в себя: общие сведения о пациенте (фамилия, адрес и т. д.); данные объективного исследования; данные дополнительных исследований; эпикриз. Все обозначенные выше пункты наполняются форматированным текстом. Второй - информация о курсе лечения, его содержании и состоянии. Она представлена в формате “Microsoft Explorer” и отображается в виде дерева, структуру которого схематично можно представить следующей последовательно-

стью: пациент—>курс —>сеанс (процедура)—> сессия (минимальная единица мониторинга и тренинга).

Процесс настройки, формирования курса лечения достаточно гибок, нагляден и прост в использовании. Каждый курс составлен из сеансов - лечебных процедур, проводимых с пациентом. В свою очередь, каждый сеанс разбит на отдельные структурные единицы - сессии. Сессия является минимальным блоком, из которого строится весь курс. В программу встроена библиотека сессий. Она содержит шаблоны сессий, которые используются при формировании сеанса и, соответственно, курса. Все сессии в библиотеке представлены графическими иконками и разбиты на группы. Основным классификационным критерием группы является методика проведения сессии. Например: мониторинг, тренинг в режиме биоуправления, музыкотерапия, игровая терапия. Каждая сессия обладает набором характеристик, которые делают её уникальной. Все характеристики сессии отражены в отдельном окне настроек. Ниже приведён список основных характеристик сессии:

• Общие параметры: название; длительность;

описание; тип сессии (встроенное представление или внешнее приложение); шаблон отчёта для обработки в Excel;

• Параметры контрольной формы;

• Условия;

• Экранные представления;

• Список записываемых сигналов.

После того как курс сформирован, т. е. определено количество сеансов и их наполнение, можно приступать к его проведению. Курс может формироваться в процессе работы, т. е. изначально состоять только из одного сеанса, а в дальнейшем на основе результатов тренинга врач может конструировать следующий сеанс.

При проведении сеанса используется следующая схема: перед началом каждой сессии отображается контрольная форма, содержащая краткую информацию о сессии и необходимых действиях; проводится сессия в соответствии с её настройками; графически представляются результаты сессии (динамика параметров).

В режиме тренинга врач имеет возможность изменять значения порогов, подстраивая их под конкретного пациента. Реализован механизм автоматической передачи пороговых значений из одной сессии в другую и функциональной зависимости выполнения нескольких условий. Комплекс БОСЛАБ позволяет создавать несколько экранных форм для представления одной сессии, что даёт пользователю возможность выбора формы отображения в процессе тренинга.

В интерактивном режиме после проведения сеанса тренинга программа позволяет просмотреть динамику результатов по сессиям, а также экспортировать данные в MS Excel для более детального анализа, который выполняется специ- ально созданными шаблонами отчетов, содержащими макросы обработки. Для расширенного просмотра, сравнения трендов управляемых и мониторируемых параметров по курсу или по нескольким сессиям, выбранным по определенному критерию, используется отдельное приложение “Курсовая динамика”.

Более глубокий уровень освоения программы включает в себя управление библиотекой сессий, создание

новых и модификацию существующих элементов сессий, конструирование приложений биоуправления. Расширение возможностей программного комплекса основано на пластичности процесса формирования сессии за счет управления ее характеристиками.

Особого внимания заслуживает возможность задания условий, управляющих сигналами биологической обратной связи, а также экранных форм, задающих формат представления сигналов на экране. Именно эти характеристики сессии обеспечивают достаточную гибкость её построения.

Редактор условий, выполненный в синтаксисе традиционного языка логики, позволяет формировать управляющие условия, задавая специальную область значений для физиологических сигналов, настраивая пороги: если значение сигнала находится в обозначенной области, то выполняется определённое пользователем действие (например, воспроизведение звукового подкрепления).

Экраны наполняются визуальными компонентами -традиционными графиками, индикаторами, спектральными полигонами и т. д., - при этом каждый экран имеет собственное наполнение; задание их количества и настройка осуществляются в дизайнере экранов. Пользователь может изменить существующие или создать новые экраны, наполнить их компонентами и настроить их свойства; эти настройки автоматически останутся в базе данных.

Опытный пользователь может создавать свои приложения, формируя новые сессии и пополняя ими библиотеку.

Перспективы развития. Основные усилия по совершенствованию программной системы БОСЛАБ направлены на увеличение удобства ее использования, гибкости и надёжности; расширение функциональных возможностей. В последних версиях программы расширен спектр поддерживаемых устройств (кроме серии БИ, возможно подключение электронной приставки БОС-ПУЛЬС) с одновременным использованием нескольких устройств; развивается редактор виртуальных каналов; расширяются функциональные возможности взаимодействия с внешними программами; дополнен список сигналов обратной связи (событий); добавлены новые способы визуального представления сигналов.

Бесспорно, что увеличение спектра поддерживаемых устройств и одновременное их использование благотворно отразится на качестве и разнообразии методик, расширит возможности проведения лечебной (тренировочной) процедуры или физиологического эксперимента.

Создание в программе редактора виртуальных каналов обеспечит пользователю возможность самостоятельной математической обработки сигнала и выделения из него тех компонентов, которые необходимы для исследований. При ЭЭГ-тренинге, используя традиционно вычисляемые программой параметры (величину электрической активности в тета-, альфа- и бета-диапазонах), можно будет получать дополнительно любые их комбинации. Например, (9/Р) - соотношение, успешно применяемое при коррекции синдрома дефицита внимания; (алев.-аправ.) - разность величин электрической активности для оценки межполушарной асимметрии в альфа-диапазоне и т. д. Такие виртуальные сигналы, на-

равне с обычными, отображаются, сохраняются в базе данных и используются в условиях для генерации событий.

В последних версиях программы появилась возможность использовать для тренинга внешние приложения. Система БОСЛАБ в этом случае является контроллером приложений и обеспечивает поставку в них данных, их запись в базу для последующей обработки. Такой механизм существенно расширяет возможности комплекса и позволяет дополнять систему внешними модулями (в том числе созданными сторонними исполнителями). В частности, этот принцип используется в сеансах игрового биоуправления. Этот же механизм может прекрасно выполнять функцию мониторинга физиологических сигналов при работе с произвольной внешней программой.

Список событий необходимо существенно расширить не только за счет использования аудио- и визуальных эффектов, возникающих при определенных событиях (превышение сигналом порогового значения), но и создавая в рамках условий события, управляющие ходом тренинга. Например, наступление определенного события (сигнал достигает заданного значения) влечет за собой определенное действие (сессия завершается, пороговое значение меняется и т. д.).

Большая работа предстоит и по созданию дополнительных аудио- и визуальных способов представления сигналов. Именно от качества представления информации пациенту во многом зависит лечебная эффективность тренинга; здесь главную роль может сыграть игровое представление, которое эффективнее всего исполнять в виде отдельных приложений или плагинов для БОСЛАБ, что неизбежно приведет к расширению возможностей взаимодействия между основной программой и внешним приложением.

Даже это краткое перечисление тех возможностей, которые в ближайшем будущем будут доступны пользователям БОСЛАБ, ярко демонстрирует направление развития системы, превращающейся в инструментальную программную среду, в которой переход от одной исследовательской или лечебной методики к другой не представляет каких-либо сложностей.

Сетевые технологии в биоуправлении. Перспективы развития. Повышение эффективности функционирования систем биоуправления требует включения их в единое информационное пространство с целью расширения области использования принципов биологической обратной связи путем создания новых комплексов, базирующихся на современной идеологии глобальных сетей.

Современный уровень компьютерного оснащения медицинской и педагогической областей, где используются программно-аппаратные комплексы биоуправления, ставит задачу освоения новых информационных технологий в полном объеме - от разделения потоков информации для врача (педагога) и пациента (ученика) в пределах одного рабочего места до дистанционного контроля и оперативного управления процессом с использованием глобальной сети Интернет.

Можно выделить наиболее интересные направления освоения сетевых технологий в системах биоуправления:

1. Разделение экранных представлений врача и пациента.

Использование сетевых технологий позволяет разделить компьютерную систему биоуправления на две части. Серверная часть системы предназначена для врача (педагога, тренера); клиентская часть - для пациента (ученика, тренирующегося). В функции серверной части входит создание приложений, ведение базы данных, статистическая обработка данных и контроль сеанса тренинга. Клиентское приложение обеспечивает отображение (проведение) сеанса тренинга (получение данных от одного или нескольких устройств, отображение сигналов и их состояний, воспроизведение сигналов обратной связи, передача информации серверной части системы).

Опыт практической эксплуатации систем биоуправления показал, что использование одного рабочего места для врача (педагога, тренера) и пациента (ученика, тренирующегося) является крайне неудобным. Пациенту приходится воспринимать ненужную для него служебную информацию, в результате чего эффективность тренинга снижается.

Простейшим решением в этой ситуации может служить двухмониторная система (рис. 1). На экране пациента можно разместить интересную динамическую картинку или иной визуальный элемент, на котором он может сосредоточить своё внимание. В то же время врач видит на своём мониторе и физиологический сигнал, и пороговые значения. Кроме того, нет необходимости отвлекать внимание пациента при подстройке различного рода параметров во время тренинга; врач может это сделать со своего рабочего места.

Технически системы с двумя мониторами на базе персонального компьютера реализуются с использованием двух видеоадаптеров на одном компьютере, один из которых использует AGP-слот, а второй - PCI-слот. В этом случае система обладает невысокой стоимостью и сравнительно простой адаптацией программного обеспечения, поскольку операционная система “Microsoft Windows” обеспечивает поддержку такой конфигурации. К недостаткам этого варианта следует отнести зависимость от исчезающих с рынка устройств PCI-совместимых видеокарт и достаточно большую нагрузку на процессор.

Для реализации варианта с двумя компьютерами можно использовать соединение через сетевой адаптер, что практически эквивалентно использованию локальной сети. Использование системы в локальной сети -это наиболее продуктивный вариант тренинга как для лечебного учреждения, так и для системы школьного образования. Здесь, используя достаточно высокую пропускную способность уже существующей в учреждении сети, можно обеспечить мониторинг данных одновременно и врачом (педагогом, тренером), и пациентом (учеником, тренирующимся). Вся система состоит из рабочего места врача (серверная часть) и лечебных мест пациентов (клиентские части) (рис. 2).

Преимуществами такого решения являются возможность одновременного контроля врачом нескольких сеансов тренинга; обеспечение централизованного сбора данных; конфиденциальность служебной информации; стандартность решений и хорошая интегрируемость в условиях локальной сети.

К недостаткам следует отнести то, что при взаимодействии по сети скорость передачи данных ограничена ее пропускной способностью. Однако для целей и задач, которые решаются сегодня в биоуправлении, эта характеристика не является критической. По сети со средней пропускной способностью в 10 Мбит при 50% загрузке можно передать примерно 600 кбайт информации или около тридцати 16-битных каналов со скоростью оцифровки 10000 значений в секунду, что вполне может соответствовать мониторингу сигналов с 32-канального электроэнцефалографа. При решении же типовых задач биоуправления требуется существенно меньшая скорость передачи данных.

2. Создание сетевых хранилищ данных.

Еще одна актуальная задача - объединение локальных баз данных (создание единого хранилища), позволяющее просматривать и анализировать результаты тренинга, проведенного на различных компьютерах. Например, пациенту было проведено несколько сеансов в клинике, а затем он продолжил курс амбулаторно; в этом случае данные хранятся в двух базах, и для оценки эффективности лечебного процесса необходимо объединить их.

В предположении, что все компьютеры объединены сетью Интернет, для решения этой задачи достаточно иметь сервер, на котором будут сохраняться все данные, полученные в ходе сеансов биоуправления на каждом локальном компьютере. В этом случае любой исследователь, подключенный к сети Интернет, имеет доступ к общей базе (естественно, если ему этот доступ разрешен административно). Способ реализации протокола передачи данных имеет второстепенное значение; информация, полученная в ходе тренинга, может передаваться на сервер в режиме реального времени либо может быть предварительно упакована, а затем отправлена по почте на сервер после проведения сеанса биоуправления с использованием протокола 8МТР. Во втором случае на программное обеспечение сервера возлагается задача сортировки поступающей корреспонденции с целью корректного извлечения данных из письма и последующего размещения их в базе данных сервера. Помимо хранения информации, сервер может решать ещё и задачу её математической обработки. В этом случае пользователи такой системы могут получать результаты исследований, а при размещении на сервере аналитической программы - делать заключения и выводы.

Данные, отправляемые от клиента (пациента) к серверу, должны содержать лишь концентрированную информацию, полученную по завершении сеанса, необходимую для контроля тренинга, оценки эффективности и выбора направления корректировки курса. Это существенно снижает требования к скорости и надежности каналов связи.

Организация на сервере общедоступных рейтинговых листов (например, неспецифические показатели успешности тренинга: относительный прирост параметра, процент времени успешного выполнения задания в течение процедуры и т. д.) реально поддерживает заинтересованность тренирующегося в продолжении занятий, так как он может следить за своими успехами, сравнивать их с результатами других участников. Кроме того, размещение на сервере консультационной службы специалистов дает возможность получать рекоменда-

ции по оптимизации, повышению эффективности тренинга; обеспечивает объективный контроль, т. е. обратную связь с лечащим врачом, а также позволяет использовать дистанционные формы обучения, идеи телемедицины в профилактической и реабилитационной практике.

Подобный сервер с возможностью централизованного хранения данных создан в лаборатории компьютерных систем биоуправления НИИМББ СО РАМН совместно с компьютерной студией “Альбатрос” (Новосибирск) для систем игрового биоуправления [4].

3. Возможность дистанционного проведения сеансов тренинга.

Реализация тренинга с использованием интернет-броузера предполагает наличие у пользователя аппаратной части системы биоуправления и компьютера, имеющего доступ в Интернет (рис. 3).

Часть приложений может быть построена с использованием web-технологий (Java, ActiveX, скрипты). При этом клиент получает возможность из своего броузера запускать приложение (тренинг, игру, тест), а сервер принимает данные от клиента либо в реальном режиме времени, либо после окончания тренинга. Таким образом:

- клиент автоматически имеет доступ к последним версиям программ на сервере, а сервер имеет возможность накапливать базу данных от большого количества людей;

- лечебное учреждение может проводить процесс мониторирования и лечения пациентов на дому, т. е. дистанционно.

От сервера к клиенту могут передаваться различные типы данных: графические изображения, звук, анимация, как в режиме реального времени, что имеет в настоящее время ограничения по скорости передачи по каналам связи, так и единовременно при первоначальной установке приложения на компьютере клиента. В таком случае отпадает необходимость в дистрибуции программного обеспечения разнообразных методик, а при использовании унифицированного интерфейса аппаратных частей систем биоуправления, которые могут быть отправлены обыкновенной почтой, резко расширяется спектр возможностей применения и область распространения технологии.

Вследствие ограничений скорости обмена данными в глобальной сети Интернет распределенные системы биоуправления, основанные на взаимодействии между пользователями в режиме реального времени, требуют серьезной проработки алгоритмов передачи данных. Наиболее последовательно возможности использования глобальной сети Интернет в технологии биоуправления реализованы в проекте “VitalWeb” американской компании “TeleVital”, поддерживаемой грантом NASA [9]. Компания объявляет о возможности обмена данными в режиме реального времени с задержкой менее 1 с при использовании для связи модема 56К по обычной (по американским стандартам) телефонной линии.

Интересное применение сетевых подходов (как глобальных, так и локальных) просматривается в системах многопользовательского игрового биоуправления применительно к группе людей, которые используют его в домашних условиях или на производстве. Тип взаимодействия: тренирующийся <=> тренирующийся и все

тренирующиеся <=> врач (сервер). Наиболее подходящая технология для реализации взаимодействия между игроками в сети - это “Пкес1Р1ау”. Она обеспечивает взаимодействие между играющими, используя самые разнообразные способы соединений (модем, локальная сеть, интернет). Сейчас в институте ведутся интенсивные работы в этом направлении.

Кратко резюмируя всё вышесказанное, можно выделить следующие возможности использования интернет-технологий в биоуправлении:

• Проведение сеансов тренинга дистанционно: врач ставит задачу пациенту, и тот выполняет её под контролем среднего медицинского персонала.

• После нескольких начальных сеансов в кабинете врача/тренера последующие проводятся в домашних условиях под контролем врача посредством сети Интернет.

• Использование дистанционного обучения методам биоуправления в идеологии телемедицины для студентов вузов, а также в профессиональном образовании.

• Реализация модели мониторинга в профилактических и реабилитационных целях.

• Многопользовательское игровое биоуправле-

ВРАЧ/ПЕДАГОГ ПАЦИЕНТ/УЧЕНИК

Рис. l. Двухмониторная система

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ние.

Разрабатываемые технологии должны гарантировать создание условий, при которых компьютерное биоуправление будет доступно не только единицам, сумевшим попасть в лечебный кабинет биоуправления (чаще всего жителям крупных городов), но и обитателям провинции и сельских районов. Сетевые технологии ликвидируют информационную изолированность врачей, школьных психологов; создадут возможность общения, обмена опытом с коллегами из крупных центров, а также значительно увеличат количество людей, освоивших навыки саморегуляции, активно относящихся к своему здоровью. Сеть кабинетов биоуправления с повышенной пропускной способностью позволит более интенсивно использовать потенциал специалистов в области биологической обратной связи.

THE COMPUTER-BASED SYSTEM BOSLAB. TRENDS OF DEVELOPMENT

O.G. Donskaya, A.V. Sokolov, E.A. Tarasov

КЛИЕНТЫ (ПАЦИЕНТЫ/УЧЕНИКИ)

Рис. 2. Вариант системы в локальной сети

The paper eliminates the main trends of computer biofeedback systems development:

- treating and diagnostics systems with possible use of biofeedback regime;

- specialized treating and rehabilitating systems;

- health-improving and prevention-oriented biofeedback units to be used at home, at work place, etc., which do not demand doctor’s control.

The first line is related to the companies producing diagnostics equipment; these systems allow developing of new treating and diagnostic methods on multi-channel monitoring, but still the main function of them is diagnostic. 10-year experience of the authors allows considering the development of the last two trends as the most important. Conceptual questions of the use and developing of specialized systems are discussed, requirements to the biofeedback systems hardware and software are proposed. A detailed description of treating and rehabilitation complex BOSLAB, an IMBB product, which is successfully used in practical medicine, is given, and its developmental aspects are considered. It is obviously that nowadays specialized treating biofeedback systems are to be at the disposal of thera-

CEPBEP (врач) КЛИЕНТ (пациент)

pists, neuropathologists, pediatricians, etc. Devices designed to collect medical parameters and feed them back to specialists are to be in weight, small-sized and cheap, and to have minimal number of measured channels to work according to tasks.

The authors analyze the most perspective rends of network solutions development: separate doctor-patient screen presentation; net storage of data; distant training sessions performing. The following aspects of net solutions in biofeedback procedures are singled out: conducting of Internet-based training sessions with the help of doctor’s remote control; use of distant biofeedback learning in high-school students and in professional education; realization of monitoring model in preventing and health-improving tasks.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адамчук А.В. Полифункциональный мультипараметри-ческий комплекс для биоуправления / А.В. Адамчук, С.М. Захаров, А.А. Скоморохов // Биоуправление-4: теория и практика. Новосибирск, 2002. С. 287-290.

2. Слива С.С. Биологическая обратная связь на основе методов и средств компьютерной стабилографии // Биоуправление-4: теория и практика. Новосибирск, 2002. С. 291-300.

3. Коррекция гипервентиляционного синдрома с использованием БОС-капнографии на основе формирования игровой доминанты у детей школьного возраста, больных бронхиальной астмой / О.В. Гришин, М.И. Евтушенко, А.А. Зубков и др. // Биоуправление-4: теория и практика. Новосибирск, 2002. С. 216-220.

4. Игровое биоуправление как технология профилактики стресс-зависимых состояний / О.А. Джафарова, О.Г. Донская, А.А. Зубков, М.Б. Штарк // Биоуправление-4: теория и практика. Новосибирск, 2002. С. 86-96.

5. Технология виртуальной реальности и физиологические функции // Вестник Рос. акад. мед. наук / О.А. Джафарова, О.Г. Донская, А.А. Зубков и др. М., 1999. № 10. С. 26-30.

6. Игровое биоуправление (история и современное состояние) / Р.И. Великохатный, О.А. Джафарова, О.Г. Донская и др. // Бюл. СО РАМН. 1999. № 1. С. 23-29.

7. Джафарова О.А. Компьютерные системы биоуправления: тенденции развития / О.А. Джафарова, М.Б. Штарк // Медицинская техника. 2002. № 1. С. 34-35.

8. Тарасов Е.А. Разработка инструментальной среды для создания приложений мониторинга физиологических параметров и биоуправления / Е.А. Тарасов // Известия ТРТУ. Тематический выпуск. Медицинские информационные системы. 2000. № 4. С. 100-102.

9. Perry J.D. Biofeedback Telemedicine: Here Now and Ready to Use / J.D. Perry [Electronic resourse] // Biofeedback News Magazine. 2001. Vol. 29. № 2. P. 6. http://www.tele-vital.com

Рис. З. Система биоуправления с использованием интернет-технологий

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.