Korzystając z elektronicznego stetoskopu z niewielkim wyświetlaczem, lekarze mogą oglądać zmieniające się kształty fal bijącego serca
Swego czasu lekarze diagnozowali dolegliwości serca jedynie słuchając go. Przystawiali głowicę stetoskopu do klatki piersiowej pacjenta, a następnie na podstawie doświadczenia medycznego i wiedzy akustycznej wykrywali przypadłości od szmerów po niewydolność serca.
Zasłużony stetoskop może teraz mieć szansę na odzyskanie swojego miejsca wśród najlepszych lekarskich narzędzi diagnostycznych. Dzięki zintegrowaniu przetwarzania cyfrowego i technologii wyświetlania, obecnie lekarze mogą wykorzystywać stetoskop do „oglądania” tego, jak zachowuje się serce oraz do osłuchiwania go. Na dołączonym wyświetlaczu wielkości urządzenia PDA mogą obserwować zmieniające się kształty fal bijącego serca i stawiać wstępne diagnozy w krótszym czasie i po kosztach będących drobną częścią kosztów badań dokonywanych z wykorzystaniem echokardiogramu, czy innych złożonych badań.
To prawdziwy krok naprzód – twierdzi dr Nelson B. Schiller, kardiolog oraz uznany krajowy ekspert w dziedzinie kardiografii na Uniwersytecie Kalifornijskim, w Centrum Medycznym San Francisco. Urządzenie to jest lekkie, wygodne i łatwe w użyciu. A jakość danych jest naprawdę dobra.
Nowa technologia, opracowana przez HD Medical Group, może kiedyś służyć jako narzędzie do selekcjonowania pacjentów w szpitalnych izbach przyjęć. Może ono również zadomowić się w gabinetach lekarskich, gdzie lekarze rodzinni mogliby wykorzystywać je do badań kontrolnych pacjentów. Odegrało ono już swoją rolę w zatłoczonych klinikach medycznych Trzeciego Świata, które nie mają łatwego dostępu do drogich urządzeń diagnostycznych.
ViScope 100 może służyć jako narzędzie do selekcjonowania pacjentów w klinikach lub może pomagać lekarzom rodzinnym rozpoznawać, na ile poważny jest stan ich pacjenta.
Aby przeprowadzić selekcję pacjentów, nie są potrzebne bardzo złożone narzędzia – stwierdza Damon Coffman, kierownik i naczelny technik medyczny HD Medical Group, firmy, która opracowała nową technologię stetoskopową. Jeśli potrzebna jest jedynie decyzja o natychmiastowym leczeniu lub możliwości odłożenia go, stawianie pełnej diagnozy nie jest konieczne. Ten stetoskop pozwoli uzyskać odpowiedź bez konieczności inwestowania dodatkowych pieniędzy i czasu.
Cyfrowe bicie serca
Firma HD Medical rozpoczęła starania w kierunku udoskonalenia stetoskopu, gdy założyciel firmy, Arvind Thiagarajan, zainicjował projekt, w ramach którego studenci mieli opracować urządzenie o wielkości mniej więcej wiecznego pióra, które mogłoby wykrywać nieprawidłowości pracy serca. Thiagarajan chciał, by lekarz mógł skierować urządzenie w stronę klatki piersiowej pacjenta, a ono identyfikowałoby różne rodzaje szmerów serca oraz inne przypadłości sercowe. Badania doprowadziły go do Singapuru, gdzie udało mu się zebrać fundusze, a następnie ostatecznie do Sri Lanki, gdzie poddał urządzenie próbie w słabo wyposażonych klinikach, w okresie, jaki nastąpił po trzęsieniu ziemi na Oceanie Indyjskim i po wynikającym z niego tsunami w roku 2004.
Thiagarajan zrobił wrażenie na wizytujących te miejsca lekarzach dzięki szybkiej selekcji pacjentów w zatłoczonej klinice, ostatecznie identyfikując tych, którzy wymagali natychmiastowej opieki.
Umieszczał swój przyrząd na pacjencie i mówił: „To dziecko ma szmery związane z niedomykalnością aorty” albo coś podobnego – dodaje Coffman. Po trzech czy czterech trafnych diagnozach lekarze zaczęli prosić go o szybkie określenie stanu pacjentów. Uświadomili sobie, że może on w ciągu godziny przejść przez całe zatłoczone pomieszczenie, gdzie było ok. 200 dzieci i odnaleźć 10, którym potrzebna była najszybsza pomoc.
Od tego czasu koncepcja Thiagarajana przybrała postać produktu, który może obecnie znaleźć miejsce w amerykańskich placówkach medycznych. Dzisiejsza wersja, w której przez ostatnie cztery lata zmienione zostały pewne szczegóły, wciąż opiera się na tym samym podstawowym założeniu. W przeciwieństwie do konwencjonalnego stetoskopu, ViScope 100 HD zawiera zwykły mikrofon, podobny do wykorzystywanych w telefonach komórkowych, umieszczony w pobliżu głowicy (tej części, którą lekarz umieszcza na klatce piersiowej pacjenta). Służy on do wykrywania dźwięków uderzeń serca. Sygnały analogowe z mikrofonu są przesyłane do filtra antyaliasingowego, digitalizowane przez przetwornik analogowo-cyfrowy, a następnie przesyłane dalej do procesora sygnału cyfrowego (DSP) Quickfilter Technologies. DSP. Z kolei Quickfilter rozdziela sygnał wejściowy na cztery oddzielne sygnały, które następnie przekazuje do mikrosterownika ultra małej mocy TI MSP430. Stamtąd wysyłane są dwa sygnały do elektronicznego wyświetlacza stetoskopu, jeden jest przesyłany do opcjonalnego laptopa, a ostatni jest ponownie zamieniany na sygnał analogowy audio i przesyłany do głośnika w stetoskopie, dzięki czemu lekarz może usłyszeć oryginalne bicie serca tak, jak brzmiałoby ono przed digitalizacją. W rezultacie lekarz nie tylko może obserwować przebieg fali — może również słuchać bicia serca przez słuchawki stetoskopu.
Zespół inżynierów Damona Coffmana opracował sposób zamieniania sygnału analogowego bicia serca na sygnał cyfrowy, przetwarzania go i wyświetlania 3-sekundowej informacji w postaci fal dźwiękowych na elektronicznym wyświetlaczu stetoskopu.
Inżynierowie HD twierdzą, że ciężko pracowali nad przeobrażeniem oryginalnej wersji urządzenia Thiagarajana w produkt, z którego lekarze mogliby faktycznie korzystać. Aby to osiągnąć, Coffman i inżynierowie HD nacisk położyli na prostotę.
Nasz pierwszy produkt został wprowadzony na rynek, a później go wycofaliśmy, bo zdaliśmy sobie sprawę, że jest zbyt skomplikowany – wspomina Coffman.
W miarę upływu czasu zespół inżynierów HD pracował nad zminimalizowaniem wielkości i zmaksymalizowaniem prostoty kolejnych wersji produktu, mówi Coffman. W końcu wyświetlacz został zredukowany do rozmiarów zaledwie 38 x 63,5 mm, a jego oprogramowanie było sukcesywnie upraszczane, dopóki nie umożliwiono lekarzom łatwego stawiania za każdym razem szybkiej diagnozy.
Obecny produkt odpowiada na pytania „czy pacjent ma szmery (serca)?” oraz „jeśli tak, to jaki jest rodzaj tych szmerów? — nadmienia Coffman.
Ponadto inżynierowie HD współpracowali z zespołem z Texas Instruments, by zmaksymalizować przydatność akumulatora. Wykorzystując mikrokontroler MSP430 z Texas Instruments, udało im się zredukować zużycie prądu podczas eksploatacji oraz w trybie czuwania urządzenia. MSP430, który pełni rolę głównego sterownika stetoskopu, zapewnia niskie aktywne zużycie prądu na poziomie nieprzekraczającym 160 μA/ MHz, a w trybie czuwania na poziomie 1,5 μA/ MHz. Dzięki temu lekarz może korzystać ze stetoskopu przez cały dzień roboczy, nie martwiąc się wyczerpaniem akumulatora.
Inżynierowie Texas Instruments mówią, że HD zrobiło również użytek z integracji funkcji MSP430. Ponieważ MSP430 obejmuje kilka wbudowanych funkcji, takich jak sterowniki ekranu LCD, analogowe urządzenia peryferyjne oraz zarządzanie zasilaniem, dzięki niemu w mniejszej przestrzeni udało się zmieścić więcej funkcji. Pozwolił on również HD szybciej wprowadzić ViScope 100 na rynek, a także dokonać od ręki zmian oprogramowania w kolejnych wersjach.
Wyświetlacz pokazuje 3-sekundowe przebiegi fal sygnału audio stetoskopu.
Kiedy jesteś wschodzącą firmą, taką jak HD Medical, i usiłujesz szybko wprowadzić produkt na rynek, potrzebujesz urządzenia, które rozrusza twój rozwój – twierdzi Matt Harrison, kierownik marketingu aplikacji medycznych i wysokiej niezawodności w Texas Instruments. Posiadanie sterownika LCD i analogowych urządzeń peryferyjnych kontrolera 430 dało dużą przewagę producentowi z perspektywy czasu, jaki zajęło wprowadzenie produktu na rynek.
Inżynierowie Texas Instruments wspominają również współpracę z HD nad kwestiami technicznymi związanymi z przekształcaniem dźwięku stetoskopu z analogowego na cyfrowy i odwrotnie. Niestety, nie żyjemy w cyfrowym świecie „jedynek” i „zer” — dodaje Harrison. Istniejemy w prawdziwym, analogowym świecie i jest to miejsce trudne, szczególnie jeśli ma się do czynienia z sygnałami akustycznymi i dużym wzmocnieniem tak, jak ma to miejsce w przypadku tego projektu.
Powrót do łask
Powstała technologia może stanowić dobrodziejstwo zarówno dla lekarzy w USA jak i w klinikach medycznych Trzeciego Świata. Kardiolodzy uważają, że może ona przywrócić procedurę badania znaną jako fonokardiografia, w toku której lekarz zapisuje dźwięk bicia serca pacjenta jako sposób zbierania informacji. Fonokardiografia uważana kiedyś za sensowny sposób badania serca popadła w niełaskę, ponieważ była droga i trudna do przeprowadzenia, w związku z czym została wyparta przez echokardiogram i elektrokardiogram.
Wizualny stetoskop może przywrócić fonokardiografię do łask, ponieważ staje się łatwiejsza i dużo mniej kosztowna od pozostałych metod. ViScope HD dostarcza około 3-sekundowe — zazwyczaj trzy lub cztery uderzenia serca — informacje dźwiękowe o sercu, pokazywane na wyświetlaczu urządzenia.
Ten sposób przywraca do życia fonokardiografię — twierdzi Schiller. Wyświetlane informacje są takie same jak te, z którymi pracowaliśmy ponad 30 lat temu. Są one znane kardiologom, którzy pracowali z wykorzystaniem fonokardiogramów.
MSP430 Texas Instruments, który pełni rolę sterownika stetoskopu, pozwolił inżynierom zminimalizować zużycie prądu.
Coffman twierdzi, że spodziewa się, iż urządzenia będą wykorzystywane przez niewielu kardiologów, za to przez znacznie więcej lekarzy rodzinnych, którym zależy na postawieniu szybkiej diagnozy, dzięki której będą mogli podjąć decyzję, czy muszą wysłać pacjenta do specjalisty. Dlatego właśnie HD już planuje ulepszenia produktu poprzez wprowadzenie możliwości wykonania elektrokardiogramu, a także zautomatyzowanej procedury diagnostycznej przeznaczonej do użytku przez lekarzy. Coffman mówi, że spodziewa się, iż firma wprowadzi na rynek te generacje produktów w ciągu najbliższych dwóch lat.
Tymczasem kardiolodzy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco opublikowali wyniki badań sugerujące, że praca serca może być lepiej zrozumiana dzięki przeglądaniu zapisów audio pochodzących z urządzeń takich, jak ViScope.
Jeśli o mnie chodzi, to dopiero początek — nadmienia Schiller. Nasz produkt może służyć jako narzędzie do nauczania oraz może pomagać zrozumieć funkcjonowanie serca. Na razie to tylko czubek góry lodowej.
