«Спиро» против астмы

Телемедицинский спирограф нового поколения — компактный прибор, который можно будет выдавать пациентам для контроля показателей в процессе лечения, — назвали «Спиро». Прибор не имеет аналогов в России. Его прототип создали специалисты научно-технологического центра «Цифровая медицина и киберфизика» Сибирского государственного медицинского университета (СибГМУ) в рамках программы развития «Приоритет-2030».

В основе работы прибора — принцип измерения потока воздуха с помощью встроенных ультразвуковых датчиков, именно это отличает его от других имеющихся на рынке подобных устройств. Внутри дыхательной трубки расположен акустический тракт и два ультразвуковых преобразователя — излучающий и принимающий. Корпус спирографа печатается на 3D-принтере.

Проводить исследования в этом направлении в СибГМУ начали в 2017 году. Ученые опирались как на российские, так и на зарубежные методологии. Один из ключевых принципов работы устройства — метод расходометрии. Он необходим для создания надежной и долговечной системы со стабильными параметрами.

Благодаря «Спиро» пациенты с хронической обструктивной болезнью легких и бронхиальной астмой получат больше возможностей контролировать свое состояние, а врачи смогут точнее корректировать лекарственную терапию. Прибор также поможет при респираторной реабилитации после перенесенного COVID-19 по показаниям пульмонолога.

«Преимущество нового спирографа в том, что он компактный, прост в использовании и не требует калибровки в процессе работы, — рассказала “Стимулу” врач-пульмонолог, доктор медицинских наук, доцент, заведующая кафедрой общей врачебной практики и поликлинической терапии СибГМУ Елена Старовойтова. — Это дает пульмонологам возможность использовать его непосредственно на приеме. Бывают ситуации, когда врачу необходимо понимать текущие показатели функции дыхания у пациента, и специалист сможет это оценить самостоятельно, не направляя пациентов на дополнительное обследование. Причем программное обеспечение спирографа не требует специального оборудования. Очень важно, что его можно использовать и в домашних условиях. Пациенты с тяжелой бронхиальной астмой, хронической обструктивной болезнью легких нуждаются в постоянном мониторинге показателей функции внешнего дыхания, и спирограф подходит для решения этой задачи».

Руководитель стратегического проекта «Бионические цифровые платформы» СибГМУ, кандидат медицинских наук Иван Толмачев (слева) и один из участников проекта, младший научный сотрудник научно-образовательной лаборатории «Бионические цифровые платформы» СибГМУ Виктор Стасевский с прототипом спирографа нового поколения «Спиро»

Пресс-служба СибГМУ

Простой, надежный и долговечный

Как рассказали создатели прибора, перед его использованием пациенту нужно будет зарегистрироваться в личном кабинете приложения и указать пол, рост, вес, дату рождения и этническую группу. На основе этой информации будут рассчитаны индивидуальные показатели нормы.

Далее пользователь делает глубокий вдох и резкий выдох в спирограф. Через несколько секунд приложение выдаст параметры и укажет их на диаграмме в сравнении с ранее рассчитанными индивидуальными показателями. Доступ к результатам также будет иметь врач.

«Спиро» измеряет жизненную емкость легких, среднюю объемную скорость, пиковую объемную скорость выдоха и другие показатели. Всего их более 20. Числовые значения каждого показателя больше нужны медицинским специалистам, а пациент может оценить состояние легких по диаграммам, которые выводятся на экране.

«В больницах используется подобное оборудование, но измерение оно проводит с погрешностями, приборы для домашнего использования требуют постоянной калибровки, что неудобно, — рассказал “Стимулу” руководитель стратегического проекта “Бионические цифровые платформы” СибГМУ кандидат медицинских наук Иван Толмачев. — Ультразвуковой спирограф, разработанный нашими учеными, без дополнительных проверок сможет функционировать до пяти лет. При этом калибровать прибор требуется только один раз — в процессе производства. Качество данных не отличается от тех, что получают в кабинетах функциональной диагностики».

Разработка будет опробована на базе клиник СибГМУ. На данный момент готов MVP (минимально жизнеспособный продукт) спирографа. «До конца этого года мы собираемся получить практический продукт, запустить пилотные исследования на территории Томской области и зарегистрировать медицинское изделие. После этого можно будет говорить о коммерческом продвижении продукта», — поделился планами Иван Толмачев.

Прототип электроимпедансного томографа, который разрабатывают специалисты научно-технологического центра «Цифровая медицина и киберфизика» СибГМУ; череп имитирует реальную ситуацию для контроля работы прибора

Пресс-служба СибГМУ

Трамплин для научных разработок

Научно-технологический центр «Цифровая медицина и киберфизика», специалисты которого разработали «Спиро», начал работу совсем недавно. Центр создан на базе медико-биологического факультета СибГМУ в рамках реализации стратегического проекта «Бионические цифровые платформы» программы «Приоритет-2030». Он ориентирован на внедрение разработок ученых университета в клиническую практику. Цифровые продукты коллектива позволят снять с врачей рутинные задачи и создать условия оказания медицинской помощи там, где на данный момент она недоступна.

Иван Толмачев в беседе со «Стимулом» рассказал, почему было принято решение создать этот центр: «В классическом медицинском университете три основных направления деятельности — образование, наука, клиника. Чтобы сформировать четвертое — продуктовую, или инновационную, науку, понадобилось создать научно-технологический центр. Проще говоря, цель деятельности научно-технологического центра не диссертация, а законченный продукт, который востребован рынком».

Внедрение научных идей в практику — процесс очень непростой, ему сопутствуют значительные трудности. «В медицине внедрять сложно. По той причине, что сделать продукт полноценным медицинским изделием можно только после получения регистрационного удостоверения. Этот путь, к сожалению, долгий, и он затягивает разработку примерно на год, причем год — это самый оптимистичный вариант. Кроме того, требуется обязательная сертификация производственной площадки согласно ISO 13485. Это отдельная работа по созданию методологии менеджмента качества для подразделения, чтобы оно могло быть легальным производителем медицинских изделий», — поясняет Иван Толмачев.

В центре организовано четыре отдела. Первый — отдел быстрого прототипирования медицинских изделий, в него входит все, что касается непосредственно разработки какого-либо медицинского устройства. Второй — отдел разработки медицинского программного обеспечения, это следующий этап после регистрации данных, когда их нужно правильно интерпретировать, визуализировать. Третий — отдел медицинских данных и биоинформатики — все, что касается поддержки принятия решений, систем искусственного интеллекта.

«Эти три отдела составляют современную концепцию медицинского изделия, которое работает следующим образом: есть устройство, регистрирующее данные; есть персональный компьютер, который данные обрабатывает и визуализирует, обеспечивает интерфейс-взаимодействие с этим устройством; есть поддержка принятия решений, чаще всего она находится в облаке. В результате у нас получается полная связка, мы делаем и приборы, и ПО, и модели на основе искусственного интеллекта в том числе», — рассказывает Толмачев.

Четвертый отдел — отдел продвижения. «Это подразделение не техническое, а, скорее, для сопровождения. Во-первых, он правильно определит направление деятельности, потому что у ученых есть проблема: они любят делать то, что умеют, а не то, что востребовано. Во-вторых, отдел решает вопросы продвижения, то есть каким образом и по какой бизнес-модели мы должны выходить на рынок», — говорит руководитель проекта.

По словам ректора СибГМУ Евгения Куликова, исключительно важная для университета задача — включить это подразделение в образовательный процесс медико-биологического факультета: выполнение дипломных работ, проектирование тем для проектной работы цифровой кафедры, трудоустройство талантов.

«Офтальмик +» («Ретина»). Это система поддержки принятия врачебных решений для врача-офтальмолога

Пресс-служба СибГМУ

Нейрокинезис и электроимпедансный томограф

Иван Толмачев также рассказал о некоторых проектах, которые разрабатываются в центре.

«У нас есть перечень проектов разного уровня готовности. Из самых готовых — “Офтальмик +” (“Ретина”). Это система поддержки принятия врачебных решений для врача-офтальмолога, то есть система, которая собирает данные со всего региона, предоставляет их врачам, а также на основе ИИ выставляет вероятность диабетической ретинопатии. Это уже пилотируемый проект в Томской области. За полтора года использования — 30 человек, спасенных от потери зрения. Сейчас мы на этапе завершения технических испытаний, мы их уже прошли. Следующий этап — клинические испытания, в ближайшее время будем получать регистрационное удостоверение, то есть готовность проекта максимальная».

Второй тема — нейрокинезис. Это система моторно-восстановительного лечения для мелкой моторики, еще один проект высокой стадии готовности. Он уже не совсем из области медицины, скорее из области здравоохранения — так называемая клиническая бизнес-аналитика. Это то, что позволяет главврачу правильно отслеживать работу своей клиники с точки зрения потока пациентов, экономики, статистических групп и так далее. То есть система управления.

«Другой проект более научный, и по этой причине он дольше выходит в практику, — рассказывает Иван Толмачев. — Это электроимпедансная визуализация, электроимпедансный томограф. Мы последовательно выстроили цепочку областей применения: начинаем с хирургии и продолжаем интенсивной терапией, в том числе головного мозга. Сейчас это интраоперационный мониторинг, контроль состояния тканей, контроль типа тканей в процессе технического вмешательства».

Есть и более простые проекты, например вакуумный пинцет для задач хирургии, то есть удержания органов ткани при помощи вакуума в процессе хирургической операции. Таких устройств по каким-то причинам в России не производят, но они востребованы.

В центре также изготавливают различные изделия, связанные с образовательным процессом. К примеру, из области хирургии — по лапароскопии, учебные коробки с контентом, с применением дополненной реальности.

«Еще, конечно, стоит отметить проект “Репозиторий”, это открытые медицинские данные. Мы его запустили и всячески поддерживаем. Этот проект не совсем медицинский, а скорее из области открытых данных, разработки систем речевой аналитики. Хотел бы также упомянуть научный проект совместно с Вэньчжоуским университетом (КНР) по радиомике. Это поиск дополнительных свойств на медицинских изображениях, больше научный проект, но с последующим практическим применением. И интересный проект на стадии НИР — по контролю кровотечения в условиях интенсивной терапии. Нам нужно подтвердить гипотезы, что разработанная нами модель работает в реальности. Если мы это подтвердим, можем переходить к задачам военной медицины, медицины катастроф. Эта разработка, в частности, поможет вести мониторинг состояния военнослужащих на передовой», — говорит Иван Толмачев.