Сравнительный анализ методов передачи ЭКГ по телефонным линиям связи
27.05.2008
Аналоговый метод достаточно прост в реализации и недорог в производстве, но имеет ряд неустранимых недостатков, которые приводят к снижению диагностической ценности передаваемых на его основе ЭКГ. Именно поэтому еще в 1996 году, приступая к разработке транстелефонного оборудования, научно-исследовательский отдел нашего предприятия сделал выбор в пользу цифровой передачи, обеспечивающей качество ЭКГ на уровне лучших образцов стандартного электрокардиографического оборудования.
Тем не менее, до сих пор звучат вопросы: «А зачем вы сделали цифровой комплекс, если израильтяне и немцы прекрасно передают ЭКГ аналоговым способом?». В данной работе мы постарались кратко проанализировать на примерах особенности цифровой и аналоговой передачи, а также выявить их достоинства и врожденные слабости.
В качестве базиса сравнения был выбран транстелефонный передатчик A* производства израильской компании A*. Причин выбора именно этого прибора несколько. Среди них:
|
•
|
возможность беспроблемного доступа к передающему устройству, так как в Москве функционирует служба «Кардиоскан», на условиях предоплаты проводящая дистанционную ЭКГ-диагностику.
|
|
•
|
компания A* является одним из мировых лидеров по производству транстелефонных систем и имеет богатый опыт работы в СНГ. Пожалуй, в настоящее время передатчики именно данной торговой марки являются наиболее
|
|
•
|
распространенными в России и странах СНГ.
|
|
•
|
приборы A* выполнены на превосходном коммерческом и хорошем техническом уровне. Сравнивать оборудование имеет смысл именно с лучшими образцами.
|
|
•
|
любые другие транстелефонные ЭКГ-передатчики, использующие аналоговый способ передачи сигнала, будут иметь те же самые особенности, что и передатчик A*.
|
В ходе испытаний, которые длились два дня, были проведены следующие работы:
|
1.
|
Проверка работоспособности прибора. ЭКГ была передана в Москву, на ее основе было получено диагностическое заключение.
|
|
2.
|
Было проведено осциллографическое исследование параметров сигнала, передаваемого по проводному и мобильному телефонам. Были зарегистрированы существенные отличия параметров принимаемого сигнала, в связи с чем потребовалось более глубокое исследование.
|
|
3.
|
Поскольку в нашем распоряжении не было приемной станции A*, пришлось разработать систему дешифрования частотно-модулированного сигнала, передаваемого данным устройством. Таким образом, дальнейший анализ проводился на дешифрованном сигнале, то есть, на сигнале ЭКГ. При этом интерес вызывали параметры истинного, «сырого» сигнала, принимаемого станцией, до начала программных обработок.
|
|
4.
|
По окончании исследований ЭКГ пациента вновь была передана в Москву. Два раза по мобильному телефону, но, как и ожидалось, оператор приемной станции не смог провести диагностику в связи с невозможностью выделить электрокардиограмму на фоне шумов. На третий раз, по рекомендации оператора, передача ЭКГ была выполнена уже по проводному телефону. Проблем при передаче не возникло.
|
Примечание: В ходе проведенного исследования передатчик A* не вскрывался, внутреннее устройство прибора не анализировалось, коммерческие и технические тайны производителя попыткам раскрытия не подвергались.
Для сравнения ЭКГ пациента А. была зарегистрирована с помощью стандартного компьютерного 12-канального электрокардиографа и 12-канального цифрового транстелефонного комплекса «Телекард». Положение пациента при записях несколько отличалось, тем не менее, существенных отличий на ЭКГ это не повлекло (рис.1-2).
Электрокардиограмма этого же пациента была ранее зарегистрирована в центре «Кардиоскан» в качестве исходной для дальнейшего анализа с помощью оборудования A*. Отсканированное изображение ЭКГ приведено на рис.3.
Форма передаваемого ЭКГ сигнала, полученного на приемном конце, приведена на рис.4-5 (проводной телефон Panasonic, цифровая высококачественная телефонная линия) и рис.6 (мобильный телефон SonyEricssonK700i).
Общая оценка:
|
1.
|
ЭКГ не является стандартной синфазной и синхронной электрокардиограммой. Условие синфазности и синхронности выполняется для некоторых групп отведений, но не выполняется для всей электрокардиограммы.
|
|
2.
|
Наблюдаемые тренды, уровень шума и фона на регистрируемой электрокардиограмме делают невозможной анализ зубца Р, AV-проведения, и в ряде случаев – смещения ST-сегмента.
|
|
3.
|
Совокупное влияние пп.1 и 2, а также малая длительность записанных фрагментов ЭКГ (2,5 с) исключают возможность профессиональной топической диагностики.
|
|
4.
|
Оценка ритма по отведению II длительностью 10 с, по сути, представляет собой оценку пульса, так как в данном отведении зубец Р из-за высокого уровня шума и фона обнаружить и проанализировать не удается.
|
Дополнительная информация:
Система представляет собой модернизацию системы «Волна», разработанной в 60-х годах в СССР. Использует тот же формат передачи данных, с той же частотой несущей, и с теми же величинами девиации частоты. Однако, данная система является ухудшенной копией «Волны», имеет относительно нее более низкое качество записи и значительно более высокий уровень фона и шума. На наш взгляд, это обусловлено грубой ошибкой разработчика.
Вероятно, в целях конкурентной борьбы и удешевления аппаратуры, частотная полоса входных усилителей была недопустимо расширена. В рекламе прибора обозначена верхняя граница полосы пропускаемых частот 150 Гц. В то же время, использование формата передачи данных «Волна» приводит к нарушению базового требования соотношения частот модулирующего сигнала и несущей 10f<<F. Это приводит к нерасчетным нарушениям спектра сигнала частотной модуляции, и, как следствие, к возникновению при детектировании такого сигнала дополнительного мультипликативного шума. Регистрируемые и распечатанные системой электрокардиограммы подвергаются значительной программной фильтрации на приемном конце с целью маскировки реального уровня шумов.
ЭКГ пациента А., м., 1962 г.р.
Запись выполнена на стационарном 12-канальном компьютерном ЭКГ (Рис.1)
и 12-канальном транстелефонном электрокардиографе «Телекард» (Рис.2).
Рис.1-2. ЭКГ пациента А., м., 1962 г.р. Изображения масштабированы
Рис 3. Аналоговая ЭКГ.
|
Таблица 1. Описание выделенных фрагментов. |
|||
|
№ п/п |
Фрагмент |
Отв |
Комментарий |
|
1 |
|
I
II |
В отведениях I и II, как и во всех других, за исключением III, уровень и плотность шума, а также систематической помехи (фона) недопустимо высоки. Проблема препятствует обнаружению и оценке зубца Р, что совершенно недопустимо. Фактически полностью исключается возможность оценки AV-проведения сигнала, например, оценка степени AV-блокады невозможна в принципе. |
|
2 |
|
III |
III отведение получено вычитанием I и II. Заметное снижение уровня и плотности шума и фона в отведении III свидетельствует о том, что шум и фон в I и II отведениях – синфазный. Это однозначное подтверждение того, что реальный коэффициент КОСС прибора требованиям ГОСТ не соответствует. |
|
3 |
|
V6 |
Тренды, на данной ЭКГ особенно выраженные в отведениях III, aVF, V6 и II (мониторинг 10 с), программно не устраняются. Проблема может вызвать затруднения при анализе ЭКГ, особенно при визуальной оценке ST-сегмента. |
|
4 |
|
V4
V5
V2 |
Сигнал ЭКГ обрезан в отведениях V2, V4, V5. Прибор имеет ограниченный динамический диапазон, судя по данной ЭКГ, ± 1,5 мВ. Это явно недостаточно и не соответствует требованиям ГОСТ. Проблема очень серьезная, резко снижающая качество диагностики электрокардиокомплексов, имеющих высокую амплитуду. Экстрасистолы, в частности, будут искажены недопустимо, оценить их амплитуду, что очень важно для диагностики, не удастся. |
Исследовательским отделом предприятия была проведена работа по оценке качества передаваемых сигналов прибором A*. Дешифрование реального ЭКГ сигнала, переданного в телефонную линию, производилось спектроанализатором с частотным разрешением 0,2 Гц при использовании скользящего окна данных. Действительные сигналы, полученные на приемном конце высококачественной цифровой телефонной линии, показаны на рис.4-5.
 |
 |
|
Рис. 4
|
Рис. 5
|
Очевидно, что прибор не только обеспечивает высокий уровень шума в принимаемом сигнале, но эта помеха еще и модулирована по амплитуде. Тем не менее, путем применения адаптивной (вероятно) фильтрации, приемная станция A* способна в какой-то мере избавиться от части наблюдаемого шума и привести ЭКГ к виду, представленному на рис.3, что позволяет проводить ограниченную ЭКГ-диагностику. При этом нужно учитывать, что любая применяемая фильтрация приводит к неминуемому искажению формы кардиокомплексов и неизбежно снижает диагностическую ценность исследования. Информация о том, что прибор A* способен передавать ЭКГ по сетям мобильной связи, была проверена экспериментально двумя способами. Зарегистрированная ЭКГ (см. рис.4-5) была передана по телефону SonyEricsson K700i, и сигнал телефонной линии был дешифрован указанным выше способом. Результат представлен на рис.6. Необходимо указать, что представлен наиболее читаемый фрагмент, на котором можно узнать импульс калибровочного сигнала (отмечен стрелкой). Остальная часть переданной ЭКГ не поддается дешифрованию никакими способами.
Рис. 6
Та же ЭКГ была дважды передана в Москву на пульт компании «Кардиоскан», где находится на обслуживании исследуемый прибор. В обоих случаях оператор не смог выполнить никакую ЭКГ-диагностику, даже оценку частоты сердечных сокращений, и настоятельно рекомендовал сменить телефон. После замены телефона на обычный проводной, по переданной заново ЭКГ было дано диагностическое заключение. Тот же оператор службы «Кардиоскан» порекомендовал и в дальнейшем мобильным телефоном при передаче ЭКГ не пользоваться.
Таком образом, заявления о том, что прибор A* с аналоговой передачей данных может использовать мобильную связь для передачи ЭКГ, следует признать несоответствующими действительности. Появление таких заявлений, видимо, вызвано коммерческой необходимостью или особенностями конкурентной борьбы на рынке дистанционной ЭКГ-диагностики.
Резюме по аналоговым устройствам:
1. Аппаратура A* является развитием системы «Волна», выполненным на высоком коммерческом уровне, но с грубыми ошибками проектирования. В результате диагностическая ценность принимаемой ЭКГ существенно ниже, чем у «Волны» в связи со следующим:
• стойкость к высокочастотным помехам недопустимо мала;
• малая длительность передаваемых фрагментов ЭКГ (2,5 с);
• невозможность определения зубца Р на фоне шумов;
• узкий динамический диапазон;
• отсутствие функции устранения трендов.
2. Следует признать, что данная аппаратура условно применима только для обнаружения грубых патологий и предварительной оценки ритма. Ограниченно пригодна для оценки ишемических изменений.
3. Аппаратура A* не пригодна для:
• топической диагностики;
• определения особенностей AV-проведения;
• точной оценки ишемических нарушений;
• детальной оценки ритма;
• особенностей внутрижелудочкового проведения импульсов.
4. Аппаратура A* ограниченно пригодна для эксплуатации частными пользователями в рамках коммерческих сетей дистанционной ЭКГ-диагностики при условии наличия исходной ЭКГ пациента, служащей для сравнения и обнаружения изменений на электрокардиограмме. Не пригодна для профессиональной кардиологической работы на всех уровнях оказания медицинской помощи в рамках государственной системы здравоохранения.
5. Аппаратура A* не может быть использована для передачи ЭКГ по сетям мобильной связи.
6. При включении в телефонную линию на любом ее участке современных устройств связи – радиорелейных узлов, радиоудлинителей, вокодеров, цифровых систем уплотнения линий и т.п, аналоговая передача либо невозможна, либо приведет к значительным неустранимым артефактам на ЭКГ. С каждым годом таких устройств становится все больше, об их применении даже в обычных проводных телефонных сетях пользователь не информируется. В ближайшее время следует ожидать прогрессирующего отказа любых систем аналоговой передачи сигнала по телефонным линиям, в том числе, и аппаратуры A* в стандартном исполнении.
7. Все указанные выводы относятся к любой транстелефонной аппаратуре, использующей аналоговый способ передачи ЭКГ.
8. Любой передатчик ЭКГ, использующий аналоговую передачу, следует считать морально устаревшим независимо от качества и даты его изготовления.
9. Качество ЭКГ, передаваемой цифровым комплексом «Телекард», несопоставимо выше качества ЭКГ, передаваемых аналоговым способом с помощью любых аналоговых передатчиков.
Примечание: При выборе звуковоспроизводящей аппаратуры в 21 веке покупают цифровые системы, а не граммофоны или патефоны, какими бы уважаемыми фирмами они не были изготовлены…
Проблема выбора между цифровой файловой передачей на базе стандартных устройств и специализированной цифровой передачей, реализованной в «Телекарде», на первый взгляд, достаточно проста. Развитие телекоммуникационных технологий позволяет элементарно, как из кубиков, создать гибрид портативного электрокардиографа и модема для передачи записанной ЭКГ на удаленный приемный пункт. Далее все просто – модем передатчика ЭКГ автоматически устанавливает соединение с модемом приемника и с использованием стандартных протоколов обмена осуществляет передачу ЭКГ. При этом возможно как использование мобильных телефонов, так и стационарных проводных, была бы возможность подключиться к телефонной линии.
Стандартное решение при всех прочих равных условиях всегда эффективнее нестандартного, и, казалось бы, именно такой подход должен получить самое широкое распространение в клинической практике. Однако прочие условия совсем не равны, и проблема выбора вовсе не так проста, как кажется на первый взгляд.
Еще в 2000-2001 годах ООО "Компания TREDEX" выполнила разработку транстелефонного электрокардиографа с передачей ЭКГ в файловом режиме в стандарте GSM/GPRS и по проводным линиям связи с использованием стандартного модема. В ходе тестирования разработанного оборудования в городских и сельских условиях, а также при обсуждении особенностей работы аппаратуры с практикующими кардиологами, проявились неотъемлемо присущие такому способу передачи недостатки, несовместимые с обеспечением высокой надежности транстелефонной консультативной сети и ее ургентности. В результате, было принято решение о новой разработке, свободной от выявленных недостатков.
Имеет смысл подробно рассмотреть достоинства и недостатки двух методов цифровой передачи данных – стандартного с использованием модемов и специализированного, разработанного для использования в транстелефонном диагностическом оборудовании «Телекард»:
1. Качество передачи. Цифровая передача в обоих случаях обеспечивает высокое диагностическое качество ЭКГ.
2. Время передачи. Длительность передачи файла при стандартной передаче заметно короче по времени, чем при использовании «Телекарда». Впрочем, разница между 20-30 сек. и 2,5 минутами с точки зрения ургентности невелика. Но если рассматривать общую длительность консультации, учитывая время на подготовку оборудования, коммутацию с линией, установление модемного соединения и неоднократные перезванивания, необходимые при стандартной передаче, то разница во времени оказывается в пользу «Телекарда».
3. Надежность соединения. «Телекард» обеспечивает гарантированную передачу сигнала ЭКГ по любым, самым зашумленным телефонным линиям, в некоторых случаях даже поверх голосов абонентов. С легкостью функционирует на сельских коммутаторах и низкокачественных аналоговых телефонных линиях, характерных для сельской глубинки во всех регионах Украины. Связаться с помощью стандартного модема в таких условиях крайне сложно, а во многих случаях и совершенно невозможно. Что такое Интернет по телефону на плохих линиях связи, отлично знают пользователи «dial-up»-соединений. Иногда в попытках установить модемное соединение проходят десятки минут и даже часы. При этом в любую секунду соединение может разорваться, и все придется начинать заново. Понятно, что ни о какой ургентности и надежности в таком случае говорить не приходится.
4. Гарантированная ургентность. При использовании мобильных телефонов, особенно в праздничные дни, а также при работе в удаленных регионах, качество соединения часто оставляет желать лучшего или связь вообще бывает недоступна. Телекард, имеющий встроенный динамик, легко может использовать любой доступный телефон для передачи ЭКГ. При файловой передаче необходимо подключать модем к телефонной линии параллельно или вместо основного телефона, что бывает технически достаточно проблематично и несовместимо с ургентностью передачи ЭКГ, особенно в случаях быстрого развития кардиологического приступа. Кроме того, при перегрузках каналов мобильной связи, что совсем не редкость в Украине, особенно – в праздники, отправить файл, как и обычное SMS-сообщение, иногда не удается долгие десятки минут, а то и часы, после чего сообщение может так же долго добираться до адресата. Ни с какой гарантированной ургентностью риски таких задержек несовместимы.
5. Универсальность использования. «Телекард» для передачи ЭКГ может использовать любые мобильные, стационарные и радиотелефоны, а также радиоудлинители и даже радиостанции любого частотного диапазона. При использовании файловой передачи необходима конкретная модель мобильного телефона, не ко всем телефонным линиям можно достаточно легко подключиться, а о передаче по радиоканалу речь и вовсе идти не может.
6. Удобство использования. На всех телефонах «Телекард» работает в режиме одного телефонного звонка, когда дозвон, разговор, передача ЭКГ и последующая консультация выполняются в ходе единственного телефонного звонка. Общие затраты времени на проведение одной транстелефонной ЭКГ-консультации редко превышают пять минут. Управление прибором осуществляется одной кнопкой.
При файловой передаче необходимо позвонить в приемный центр, сообщить о предстоящей передаче, затем разорвать соединение, перевести мобильный телефон в режим передачи данных, снова дозвониться в приемный центр на специальный номер, выделенный для приема цифровых данных, передать ЭКГ, разорвать соединение, снова перевести телефон в голосовой режим, затем еще раз дозвониться в приемный центр и получить, наконец, консультацию. Трудно предположить, что все эти действия легко и безошибочно выполнимы для медицинского персонала, особенно в условиях спешки и психологических нагрузок при увеличении тяжести симптоматики у пациента. Примерно такой же объем действий плюс подключение модема к телефонной линии необходимо выполнить и при файловой передаче посредством обычного телефона.
7. Обеспечение гарантированного обслуживания поступающих вызовов. «Телекард» может передать ЭКГ в любой Дистанционно-диагностический центр Украины, которых существует уже более шестидесяти. При любых проблемах с телефонной связью в своем региональном диагностическом центре (ДДЦ) можно набрать номер соседнего ДДЦ и получить срочную консультацию там. При файловой передаче телефонный номер ДДЦ либо адрес приемного Интернет-сайта записывается в память модема и не может быть легко изменен на месте. Таким образом, при возникновении любых проблем на приемном конце получение консультационной помощи становится практически невозможным.
Выводы:
1. Аналоговая передача ЭКГ однозначно проигрывает цифровой передаче по качеству сигнала и не может быть реализована на мобильных телефонах. Диагностирование по аналоговой ЭКГ затруднено и допустимо лишь для некоторых типов кардиологических заболеваний. Применение любых аналоговых транстелефонных систем в клинической практике следует признать нерациональным и неэффективным ввиду их явного морального устаревания.
2. Цифровая файловая транстелефонная передача ЭКГ с использованием стандартных или встроенных модемов мобильных телефонов во многих случаях может обеспечить быструю трансляцию качественной ЭКГ, но проигрывает «Телекарду» в надежности, ургентности, удобству и универсальности использования. Этот факт ставит под серьезное сомнение перспективы ее применения в отечественной клинической практике, и особенно – в сельской местности, где эти недостатки становятся катастрофическими.
3. ООО "Компания TREDEX" готово к проведению сравнительных испытаний аппаратуры «Телекард» с любыми образцами транстелефонного оборудования, производимыми и поставляемыми в Украину. Учитывая стремительное развитие телемедицины, грамотный и всесторонне обдуманный подход к выбору аппаратуры для массового применения в отечественной медицине, особенно при оснащении ФАПов, сельских и семейных амбулаторий, а также бригад СМП, должен базироваться на результатах, получаемых в реальных условиях эксплуатации такого оборудования.
- Войдите, чтобы оставлять комментарии
|
|
|