История информационных технологий

         

Медицина


Долгие века врач для определения причины болезни мог доверять только своим рукам, глазам и ушам, своим чувствам, с помощью которых он обследовал больного. Первыми приборами, которые стали помогать врачу при осмотре, были стеклянный ртутный термометр для определения температуры тела, секундомер для подсчета пульса и деревянная слуховая трубка - стетоскоп - для прослушивания сердца, изобретенный французским врачом Рене Ланно в 1819 году. Позднее стетоскоп сменил фонендоскоп с чувствительной мембраной, камера под которой соединена с двумя гибкими трубками. Затем ко всему этому прибавились химические анализы состава крови и мочи.

В 1860 году итальянский врач Ривароччи придумал простой и удобный метод измерения артериального давления. Он основан на измерении внешнего давления, которое нужно для полного пережатия артерии. Для этого накладывают на руку выше локтя полую резиновую манжету и соединяют ее с резиновой грушей и манометром (ртутным или стрелочным). С помощью груши закачивают в манжету воздух и одновременно следят за пульсом на артерии предплечья (у локтевого сгиба) и за показаниями манометра. Давление воздуха увеличивают до тех пор, пока не исчезнет пульс, то есть пока не будет полностью пережата артерия. Измеренное в этот момент давление воздуха в манжете соответствует систолическому давлению. В 1905 году русский врач Н.С. Коротков усовершенствовал метод Ривароччи. Он предложил прослушивать пульс фонендоскопом. Это позволило измерять не только систолическое, но и диастолическое давление крови (то есть, соответственно, при сокращении и расслаблении сердечной мышцы). Современные автоматические цифровые тонометры (рис. 12.1) оснащены миниатюрным воздушным насосом и датчиком давления в манжете. Резиновая груша и фонендоскоп при измерении давления таким аппаратом не нужны. Надо только надеть манжету и нажать на кнопку аппарата. Он проделает весь цикл измерения и покажет цифрами на дисплее величины систолического (верхнего), диастолического (нижнего) давления и пульса.
Выпускаются даже тонометры, манжета которых надевается на запястье или на палец, но они, хотя и удобнее, не дают такой же точности измерения.


Рис. 12.1.  Цифровой тонометр

Открытие Вильгельмом Рентгеном (1845-1923) Х-лучей, названных его именем, дало врачам возможность "заглянуть" внутрь тела человека, не повредив его. Рентгеновское обследование позволило увидеть теневое изображение костей и внутренних органов. Появление рентгеновского аппарата вызвало к жизни новую область медицины - рентгенологию, изучающую применение рентгеновского излучения для исследования строения и функций органов и систем организма человека. В нее вошли рентгенодиагностика - для установления диагноза заболевания и рентгенотерапия - для лечения. Стал широко применяться такой метод рентгенодиагностики как флюорография: фотографирование теневого изображения с просвечивающего экрана на фотопленку небольших размеров для выявления заболеваний легких при массовых обследованиях. При флюорографии человек получает значительно меньшую дозу облучения, чем при рентгеноскопии (осмотре больного под рентгеновскими лучами) и при рентгенографии (получении рентгеновских снимков).

С середины XX века начали применять электрокардиографию - метод исследования сердечной мышцы, основанный на регистрации биоэлектрических потенциалов работающего сердца. Записанная на движущейся бумажной ленте или фотопленке прибора - электрокардиографа кривая - электрокардиограмма (ЭКГ) используется для диагностики заболеваний сердца.

Сокращению сердечной мышцы предшествует ее возбуждение, во время которого меняются физико-химические свойства мышечного волокна сердца - миокарда. Это сопровождается появлением электрического тока, который может быть зарегистрирован. Разные отделы сердца (предсердия и желудочки) сокращаются и расслабляются последовательно в разное время. Поэтому биоэлектрические явления, обусловленные их деятельностью, также регистрируются последовательно.

В наше время электрокардиография остается одним из основных методов исследования сердца и диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы.


Однако для грамотной расшифровки электрокардиограммы необходимо знание природы кардиографической кривой, поэтому расшифровку следует проводить только специалистам с опытом подобной работы. В последние годы нашла применение компьютерная электрокардиография, в которой расшифровка электрокардиограммы (ЭКГ) осуществляется компьютером.

Для постоянного наблюдения (так называемого мониторинга) за состоянием сердечно-сосудистой системы выпускаются суточные мониторы артериального давления и ЭКГ (рис. 12.2).


Рис. 12.2.  Суточный монитор артериального давления и ЭКГ

Для исследования биоэлектрической активности головного мозга применяется электроэнцефалография: графическая регистрация потенциалов головного мозга прибором - электроэнцефалографом. Записываемая при этом кривая - электроэнцефалограмма - используется в исследовательских и диагностических целях.

Все более широкое применение в медицине находит ультразвуковая диагностика - использование ультразвуковых колебаний для распознавания заболеваний мозга (эхоэнцефалография), сердца (эхокардиография), исследования плода и т. д. Такая диагностика основана на свойстве ультразвуковых волн отражаться от границ, разделяющих среды. Это позволяет видеть контуры внутренних органов и различать образования с различной плотностью.

Ультразвуковое исследование (УЗИ) применяется для диагностики заболеваний мозга (эхоэнцелография), сердца (эхокардиография), исследования плода и т.д.

Широко используется УЗИ для диагностики болезней органов брюшной полости, например, желчно-каменной болезни. А определение пола будущего ребенка с помощью ультразвука стало обыденной процедурой. Аппараты УЗИ есть даже на станциях московского метро.

"Заглянуть" в такие внутренние органы, как пищевод, желудок, мочевой пузырь, бронхи дает возможность эндоскоп. Это оптический прибор, который вводится внутрь исследуемого органа. Он представляет собой световод - тонкий гибкий пучок стеклянных волокон из специального оптического стекла.


Этот световод освещает внутреннюю поверхность органа и передает его изображение на экран телевизора или в фотокамеру.

В конце 1960-х годов начали использовать томографию (от греч. tomos - ломоть, слой и grapho - пишу), метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта, например мозга. Оно осуществляется с помощью многократного просвечивания в различных пересекающихся направлениях, число которых достигает 10-106 (так называемое сканирующее просвечивание). По виду излучения различают электромагнитную томографию (рентгеновскую, гамма-томографию и магнитную или ядерно-магнитно-резонансную (ЯМР), пучковую томографию (например, протонную), а также ультразвуковую и др. С помощью томографии получают изображения слоев толщиной до 2 мм. Обработку сигналов осуществляют на компьютере: это так называемая компьютерная томография. Томография используется в медицинской диагностике и других областях науки и техники. В медицине благодаря своей высокой точности наибольшее применение получила ядерно-магнитная томография (ЯМР), использующая диапазон сверхвысоких частот. Однако компьютерная и ядерно-магнитная томографи

`і я имеют побочные эффекты и применяются строго по показаниям.

Еще один метод томографии - магнитно-резонансный. Он позволяет сканировать любую часть тела в нужном направлении. Основная задача медиков при постановке диагноза - определить места уплотнений, разрежений, кровяных сгустков в ткани. Магнитно-резонансная томография позволяет это сделать. За ее разработку Пол Лотербур (США) получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2003 году. После математической обработки сигналы от магнитно-резонансного томографа превращаются в изображение на экране компьютера. Через несколько секунд врач может увидеть, как выглядит больной орган. Этот метод разработал второй нобелевский лауреат по физиологии и медицине в 2003 году Питер Мэнсфилд (Великобритания). С помощью магнитно-резонансной томографии можно с высокой вероятностью диагностировать злокачественные опухоли, воспалительные процессы, кисты, инсульты, рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера, вывихи, переломы, смещение межпозвонковых дисков.



За последние годы значительно улучшилась техника и сократилось время получения четкого рентгеновского изображения. Этого удалось достичь благодаря использованию электронно-оптических усилителей и высокочувствительных датчиков. При компьютерной томографии излучатель движется вокруг биологического объекта, формируя множество отдельных рентгенограмм. Полученные изображения исследуемой области организма поступают в компьютер, где подвергаются обработке. В результате получается компьютеризированный срез человеческого тела с четкой прорисовкой всех деталей или стереоскопическое изображение исследуемой области.

До недавнего времени рентгеновские компьютерные томографы использовались только для исследования головного мозга. Это было связано с большим временем получения томограмм (4-6 мин) и с малым диаметром зоны томографирования (24 см). Незначительные естественные движения человека во время исследования (например, дыхание) приводили к значительным помехам в формировании изображения. В современных томографах время томографирования снижено до 1-3 с, а диаметр зоны исследования доведен до 70 см. Это позволило исследовать любую область человеческого тела и свести до минимума помехи от непроизвольных движений пациента.

Все эти современные методы позволили "заглянуть" в организм человека, не разрушая его. Для этого нет нужды ждать, пока "вскрытие покажет", как говорилось в мрачной медицинской шутке.

Теперь - о молекулярной медицине, эпоха которой наступила в начале XXI века в результате поразительных успехов, достигнутых генетикой и генной инженерией.

Молекулярная медицина - это диагностика, лечение и профилактика наследственных и ненаследственных болезней на генном уровне. Она сможет выявить генетическую предрасположенность человека к различным болезням, проводить лечение наследственных и ненаследственных заболеваний на генном уровне. При этом в качестве лекарственного препарата будут выступать гены. Генная терапия не только устраняет определенные симптомы болезни, но и корректирует функции клеток и всего организма.




Ее терапевтический эффект может достигаться заменой "больного" гена на "здоровый", коррекцией его структуры и функции, частичным или полным его подавлением.

Днем рождения реальной генной терапии может считаться 14 сентября 1990 года. В этот день было благополучно завершено лечение 4-летней девочки, родившейся с редким заболеванием - первичным иммунодефицитом. Любая детская болезнь могла убить ее в первые месяцы или годы жизни. Ученые национального института здоровья США забрали клетки иммунной системы девочки, ввели в них с помощью вирусов нормальные человеческие гены, которых ей недоставало, и вернули их в организм ребенка. Вскоре эту процедуру провели еще одной 9-летней девочке. В следующие два года детям проводили такую процедуру еще 12 раз. И хотя она не принесла девочкам полного излечения, перестроенные клетки выживают и производят необходимый больным недостающий фермент.

Существует два способа введения генетической информации в организм больного.

В первом из них, как в случае с американскими девочками, клетки извлекают из организма, вводят в них необходимый ген и снова возвращают. Эти клетки для организма "свои", иммунная система их не отторгает, и они затем синтезируют необходимый продукт, которого не хватало организму.

Другой способ - доставка генов прямо в организм. Чаще всего для доставки используют измененные и поэтому безопасные для организма вирусы, к которым "приклеивают" необходимые гены или их фрагменты.

Еще один важный принцип молекулярной медицины: любое лекарственное лечение должно подбираться строго индивидуально, учитывая особенности генома данного больного. Этим занимается новая наука - фармакогенетика.

В наши дни уже началось практическое применение молекулярной медицины. Широко используется молекулярная диагностика наследственных заболеваний, в том числе и до рождения (так называемая пренатальная диагностика). Проводится определение генов предрасположенности к некоторым распространенным болезням, точная идентификация личности на основе анализа особенностей структуры ее генома.


Этот метод был с успехом применен при генетическом анализе останков царской семьи. Используется он и для определения личности погибших в первой чеченской войне.

В геноме человека насчитывается несколько десятков тысяч различных генов. Изменения в некоторых из них приводят к наследственным заболеваниям. Гены наиболее частых и сравнительно редких наследственных болезней уже выявлены. Методы их обнаружения достаточно просты и универсальны и поэтому широко применяются в медицине.

Выявление генов наследственных болезней на ранних сроках беременности (с 10-ой недели) позволяет предотвратить рождение больного ребенка. Методы генной терапии дают возможность лечить различные генетические патологии в период внутриутробного развития. Введенный ген или генная конструкция предотвращает начало развития болезни у плода. После такой терапии можно обойтись без искусственного прерывания беременности: ребенок рождается здоровым.

Еще более важно выявление бессимптомных взрослых носителей наследственных заболеваний - потенциальных родителей. Врачи обязаны предупредить таких людей о вероятности рождения у них больных детей.

Методы молекулярной диагностики дают возможность выявить не только гены наследственных болезней, но и гены предрасположенности к тому или иному заболеванию.

В будущем предполагается создать "генетический паспорт" гражданина. Он должен содержать информацию о наличии в его геноме генов наследственных болезней и генов предрасположенности к другим заболеваниям.

Кроме всех этих технических и биологических средств диагностики, к услугам врача экспертные системы, которые на основе проведенных исследований помогают установить правильный диагноз и назначить соответствующее лечение. В эти системы заложен весь предыдущий врачебный опыт.

Благодаря развитию современных информационных технологий и, прежде всего, средств связи началось развитие телемедицины (то есть "медицины на расстоянии") - использование современных компьютерных средств обработки и передачи информации между "центром" и "периферией" здравоохранения.



Она даст возможность врачам даже небольших городов и населенных пунктов консультироваться у специалистов из медицинских центров Москвы, Санкт-Петербурга, Новосибирска, передавать истории болезни из одной клиники в другую, проводить всероссийские медицинские телеконференции, курсы повышения квалификации врачей, что называется, "без отрыва от производства".

Участковый врач не может одинаково хорошо разбираться во всех болезнях. Его задача - быстро и точно определить характер болезни, оказать необходимую помощь. В более сложных случаях появляется необходимость направить больного к узкому специалисту, например окулисту, урологу или гинекологу. А квалифицированные узкие специалисты, чаще всего, работают в больницах и институтах больших городов.

Смысл телемедицины - в создании федеральной информационной сети, объединяющей медицинские учреждения (специализированные академические институты, клиники, больницы, учебные медицинские институты и училища). Медицинские учреждения внутри каждого города должны соединяться системами локальной связи (оптоволоконными, телефонными, радиорелейными), а в разных городах - междугородными коммуникациями (в основном системами спутниковой связи). Для этого необходимо развивать средства передачи, приема и воспроизведения информации в самих медицинских учреждениях и объединять их внутрибольничными сетями. Такие сети позволят передать информацию о больных (рентгеновские снимки, результаты анализов, электрокардиограммы, данные компьютерной томографии, УЗИ) напрямую квалифицированному узкому специалисту. И тогда во многих случаях необходимость поездки больного в Москву, Санкт-Петербург или другой крупный город на консультацию отпадет.

Приходит на помощь медицине и робототехника. Уже выполнено 35 уникальных операций на сердце с помощью хирургической роботизированной системы. Одна из них проведена в России, в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. Бакулева.

В операционной хирург должен соответствующим образом положить больного, подвести к нему робот, разместить его, а дальше операция проводится роботом по указаниям компьютера.


Хирург голосом отдает команды компьютеру, в который заложены определенные программы, а он в свою очередь командует роботом, имеющим набор инструментов: иглодержатель, пинцет, ножницы и др. Инструменты зафиксированы в руках-держателях робота, обладающих высокой подвижностью. Робот манипулирует ими лучше, чем бригада из двух-трех хирургов. Он может работать из самых неудобных положений.

Роботизированная система способна продлить профессиональную деятельность выдающихся хирургов. Ведь с возрастом снижается выносливость, пальцы быстрее устают и начинают дрожать, а знания и опыт остаются.

С помощью такой роботизированной системы в Научном центре имени Бакулева впервые в медицинской практике было осуществлено шунтирование сосудов сердца, забитых атеросклеротическими отложениями, на бьющемся сердце без использования аппарата искусственного кровообращения. При этом было вшито 3 шунта.

Один из хирургов вскрывает грудную клетку больного и подготавливает пораженные сосуды к шунтированию. Другие вырезают из вен на его ногах фрагменты сосудов для шунтов. А затем хирург-оператор, глядя на монитор, через компьютер, отдающий команды роботу, начинает делать основную часть операции - подшивать шунты. Робот воспринимает только голосовые команды хирурга-оператора, не реагируя на остальные звуки в операционной. При этом робот докладывает хирургу о своих действиях. Когда робот заканчивает подшивать шунты, хирург закрывает грудную клетку больного и накладывает швы. Операция закончена.

В Европе и США успешно проводят операции эндоскопического (то есть без вскрытия грудной клетки) шунтирования сосудов сердца с помощью хирургического робота Da Vinci. При эндоскопической операции достаточно проделать только четыре отверстия в грудной клетке диаметром 0,5 см. Хирург управляет манипуляторами робота, вводимыми через эти отверстия. При этом он следит за ними по монитору, соединенному с миниатюрной телевизионной камерой, даже не видя самого пациента. При помощи робота Da Vinci выполняются все этапы операции.После такой роботизированной операции восстановление пациента происходит за считанные дни. При эндоскопических операциях без вскрытия грудной клетки снижается вероятность послеоперационной инфекции.

Следует подчеркнуть, что робот не заменяет хирурга, а только является помощником, облегчающим его труд при проведении операции.


Содержание раздела