Автоматизация киберфизического мониторинга состояния пациентов в умных палатах
Ключевые слова:
информатизация здравоохранения, медицинская информатика, автоматизация мониторинга состояния, умная палата, киберфизическая система, программный компонент, киберфизический мониторингАннотация
Цифровизация здравоохранения предполагает широкое внедрение технологий информатизации и автоматизации процессов мониторинга состояния человека, ориентированных на сохранение, укрепление и восстановление его здоровья. Для адаптации существующих решений в области электронного здравоохранения к медицинской инфраструктуре выполнено моделирование расширяемых программных компонентов автоматизированного киберфизического мониторинга состояния пациентов в умных палатах. Представлена математическая модель процессов киберфизического мониторинга состояния пациента, описывающая медицинский алгоритм как эстафету с альтернативными маршрутами с помощью аппарата параллельных полумарковских процессов. Охарактеризованы особенности программных компонентов киберфизического мониторинга состояния пациента как гибкого, расширяемого интегрируемого элемента умной медицинской палаты, позволяющего персонифицировать и оптимизировать лечебно-диагностические процедуры с помощью целевой функции, характеризующей отклонение показателей текущего состояния пациента от показателей его целевого состояния. Продемонстрированы потенциальные возможности автоматизации медицинских процессов при реализации методик диагностики и рискометрии здоровья, основанных на использовании балльных шкал. Результаты моделирования показали, что использование программных компонентов автоматизированного киберфизического мониторинга состояния пациентов в умных палатах позволяет не только ускорить расчёты, но и сократить время получения данных благодаря их автоматической загрузке из информационных систем и автоматизированному снятию показателей с медицинских устройств, открывая новые возможности персонифицированного управления оказанием стационарной медицинской помощи.
Литература
1. Шадеркин И.А. Дистанционный мониторинг состояния здоровья и окружающей среды человека: возможности и ограничения // Журнал телемедицины и электронного здравоохранения. 2022. Т. 8. № 3. С. 45–49. DOI: 10.29188/2712-9217-2022-8-3-45-54.
2. Богомолов A.В. Информационные технологии цифровой адаптационной медицины // Информатика и автоматизация. 2021. Т. 20. № 5. С. 1154–1182.
3. Ушаков И.Б., Богомолов А.В. Цифровая профилактическая медицина // Вестник Российской академии наук. 2024. Т. 94. № 11. С. 1003–1013. DOI: 10.31857/S0869587324110043.
4. Труханова И.Г., Гуреев А.Д., Лунина А.В. Влияние цифровой трансформации на повышение качества медицинского обеспечения и снижение врачебных ошибок // Биомедицинская радиоэлектроника. 2025. Т. 28. № 1. С. 83–90.
5. Зарубина Т.В. Актуальные вопросы внедрения информационных технологий в здравоохранении // Вестник Росздравнадзора. 2018. № 3. С. 20–25.
6. Zhukova N., Motienko A., Levonevskiy D., Subbotin A., Anh P.T. Smart room for patient monitoring based on IoT technologies // Proceedings of the 2023 6th Artificial Intelligence and Cloud Computing Conference. 2023. pp. 151–158. DOI: 10.1145/3639592.3639630.
7. Denis F., Viger L., Charron A., et al. Detection of lung cancer relapse using self-reported symptoms transmitted via an internet web-application: pilot study of the sentinel follow-up // Supportive Care in Cancer. 2014. vol. 22. pp. 1467–1473. DOI: 10.1007/s00520-013-2111-1.
8. Denis F., Viger L., Charron A., et al. Detecting lung cancer relapse using self-evaluation forms weekly filled at home: the sentinel follow-up // Supportive Care in Cancer. 2014. vol. 22(1). pp. 79–85. DOI: 10.1007/s00520-013-1954-9.
9. Лебедев Г.С., Фомина И.В., Артемова О.Р., и др. Обзор семейства стандартов по обмену данными с персональными медицинскими приборами // Вестник Росздравнадзора. 2022. № 6. С. 75–84.
10. Denis F., Lethrosne C., Pourel N., et al. Randomized trial comparing a web-mediated follow-up with routine surveillance in lung cancer patients // JNCI: Journal of the National Cancer Institute. 2017. vol. 109. no. 9. DOI: 10.1093/jnci/djx029.
11. Wattanapisit, A., Teo, C.H., Wattanapisit, S., et al. Can mobile health apps replace GPs? A scoping review of comparisons between mobile apps and GP tasks // BMC medical informatics and decision making. 2020. vol. 20. no. 1. DOI: 10.1186/s12911-019-1016-4.
12. Galetsi P., Katsaliaki K., Kumar S. Exploring benefits and ethical challenges in the rise of mHealth (mobile healthcare) technology for the common good: An analysis of mobile applications for health specialists // Technovation. 2023. vol. 121. DOI: 10.1016/j.technovation.2022.102598.
13. Хохлов А.Л., Зарубина Т.В., Котловский М.Ю., и др. Механизмы внедрения технологий искусственного интеллекта в здравоохранение: новые этические вызовы // Медицинская этика. 2024. Т. 12. № 3. С. 4–10.
14. Jian W.S., Wang J.Y., Rahmanti A.R., et al. Voice-based control system for smart hospital wards: a pilot study of patient acceptance // BMC health services research. 2022. vol. 22. no. 1. DOI: 10.1186/s12913-022-07668-1.
15. Brunete A., Gambao E., Hernando M., Cedazo R. Smart assistive architecture for the integration of IoT devices, robotic systems, and multimodal interfaces in healthcare environments // Sensors. 2021. vol. 21. no. 6. DOI: 10.3390/s21062212.
16. Azhiimah A.N., Khotimah K., Sumbawati M.S., Santosa A.B. Automatic Control Based on Voice Commands and Arduino // Proceedings of the International Joint Conference on Science and Engineering (IJCSE 2020). 2020. pp. 29–34. DOI: 10.2991/aer.k.201124.006.
17. Cronin S., Doherty G. Touchless computer interfaces in hospitals: A review // Health informatics journal. 2018. vol. 25. no. 4. pp. 1325–1342. DOI: 10.1177/1460458217748342.
18. Ali H., Cole A., Panos G. Transforming Patient Hospital Experience Through Smart Technologies // Design, User Experience, and Usability. Case Studies in Public and Personal Interactive Systems: 9th International Conference (DUXU 2020), Held as Part of the 22nd HCI International Conference (HCII 2020). 2020. pp. 203–215. DOI: 10.1007/978-3-030-49757-6_14.
19. Wen M.H., Bai D., Lin S. et al. Implementation and experience of an innovative smart patient care system: A cross-sectional study // BMC Health Services Research. 2022. vol. 22. no. 1. DOI: 10.1186/s12913-022-07511-7.
20. Bouldin E.D., Andresen E.M., Dunton N.E. et al. Falls among adult patients hospitalized in the United States: prevalence and trends // Journal of patient safety. 2013. vol. 9. no. 1. pp. 13–17. DOI: 10.1097/PTS.0b013e3182699b64.
21. Hempel S., Newberry S., Wang Z., et al. Hospital fall prevention: a systematic review of implementation, components, adherence, and effectiveness // Journal of the American Geriatrics Society. 2013. vol. 61. no. 4. pp. 483–494. DOI: 10.1111/jgs.12169.
22. Yadav S., Manohar M., Jeba Shiney O., Priestly Shan B., Das G.J. A Smart System for Monitoring Flow in Drip Bottles in Healthcare // Proceedings of the International Conference on Futuristic Communication and Network Technologies (VICFCNT 2020). 2022. pp. 663–669. DOI: 10.1007/978-981-16-4625-6_66.
23. Gayathri S., Ganesh C.S.S. Automatic indication system of glucose level in glucose trip bottle // International Journal of Multidisciplinary Research and Modern Education. 2017. vol. 3(1). pp. 148–151. DOI: 10.5281/zenodo.438622.
24. Feng Y.S., Liu H.Y., Hsieh M.H., Fung H.C., Chang C.Y., Yu C.C., Huang C.W. An RSSI-based device-free localization system for smart wards // IEEE International Conference on Consumer Electronics-Taiwan (ICCE-TW). 2021. pp. 1–2. DOI: 10.1109/ICCE-TW52618.2021.9603249.
25. Ценципер Л.М., Мотиенко А.И., Терехов И.С., Левоневский Д.К., Самочерных К.А., Кондратьев А.Н. Цифровое решение для определения тяжести синдрома пароксизмальной симпатической гиперактивности у пациентов с повреждением головного мозга // Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2023. Т. 20. № 6. С. 90–96. DOI: 10.24884/2078-5658-2023-20-6-90-96.
26. Tang E.W., Wong C.K., Herbison P. Global Registry of Acute Coronary Events (GRACE) hospital discharge risk score accurately predicts long-term mortality post acute coronary syndrome // American heart journal. 2007. vol. 153. no. 1. pp. 29–35.
27. Беззубцева Е.Н., Сахарова А.В., Лавлинская Л.И., Черных Е.А., Лавлинская Т.А. Оценка риска летальности по шкале GRACE у больных, перенесших инфаркт миокарда // Молодежный инновационный вестник. 2017. Т. 6. № 2. С. 302–303.
28. Пирадов М.А., Супонева Н.А., Рябинкина Ю.В. и др. Шкала комы Глазго (Glasgow Coma Scale, GCS): лингвокультурная адаптация русскоязычной версии // Журнал им. НВ Склифосовского «Неотложная медицинская помощь». 2021. Т. 10. № 1. С. 91–99. DOI: 10.23934/2223-9022-2021-10-1-91-99.
29. Соловьева П.И., Синкин М.В., Талыпов А.Э. Шкала комы Глазго и шкала FOUR для оценки уровня сознания // Нервные болезни. 2023. № 3. С. 20–26. DOI: 10.24412/2226-0757-2023-13003.
30. Larkin E.V., Bogomolov A.V., Privalov A.N., Dobrovolsky N.N. Discrete model of paired relay-race // Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mathematical Modelling, Programming & Computer Software. 2018. vol. 11. no. 3. pp. 72–84.
31. Larkin E.V., Privalov A.N., Bogomolov A.V. Discrete approach to simulating synchronized relay races // Automatic Documentation and Mathematical Linguistics. 2020. vol. 54. no. 1. pp. 43–51.
32. Larkin E.V., Bogomolov A.V., Privalov A.N., Dobrovolsky N.N. Relay races along a pair of selectable routes // Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mathematical Modelling, Programming & Computer Software. 2018. vol. 11. no. 1. С. 15–26.
33. Кибзун А.И., Синицын И.Н. Современные проблемы теории оптимизации стохастических систем // Автоматика и телемеханика. 2020. № 11. С. 3–10.
34. Ларкин Е.В., Привалов А.Н., Богатырева Ю.И. Парное дискретное соревнование со свободным выбором маршрута // Чебышевский сборник. 2021. Т. 22. № 2(78). С. 145–159.
35. The Glasgow Coma Scale – GCS (Teasdale G.M., Jennett B.). URL: https://cpd-program.ru/methods/gcsc.htm (дата обращения 14.01.2025).
36. Левоневский Д.К., Мотиенко А.И. Моделирование и автоматизация процессов сбора и обработки данных в умной медицинской палате // Программная инженерия. 2023. Т. 14. № 10. С. 502–512. DOI: 10.17587/prin.14.502-512.
2. Богомолов A.В. Информационные технологии цифровой адаптационной медицины // Информатика и автоматизация. 2021. Т. 20. № 5. С. 1154–1182.
3. Ушаков И.Б., Богомолов А.В. Цифровая профилактическая медицина // Вестник Российской академии наук. 2024. Т. 94. № 11. С. 1003–1013. DOI: 10.31857/S0869587324110043.
4. Труханова И.Г., Гуреев А.Д., Лунина А.В. Влияние цифровой трансформации на повышение качества медицинского обеспечения и снижение врачебных ошибок // Биомедицинская радиоэлектроника. 2025. Т. 28. № 1. С. 83–90.
5. Зарубина Т.В. Актуальные вопросы внедрения информационных технологий в здравоохранении // Вестник Росздравнадзора. 2018. № 3. С. 20–25.
6. Zhukova N., Motienko A., Levonevskiy D., Subbotin A., Anh P.T. Smart room for patient monitoring based on IoT technologies // Proceedings of the 2023 6th Artificial Intelligence and Cloud Computing Conference. 2023. pp. 151–158. DOI: 10.1145/3639592.3639630.
7. Denis F., Viger L., Charron A., et al. Detection of lung cancer relapse using self-reported symptoms transmitted via an internet web-application: pilot study of the sentinel follow-up // Supportive Care in Cancer. 2014. vol. 22. pp. 1467–1473. DOI: 10.1007/s00520-013-2111-1.
8. Denis F., Viger L., Charron A., et al. Detecting lung cancer relapse using self-evaluation forms weekly filled at home: the sentinel follow-up // Supportive Care in Cancer. 2014. vol. 22(1). pp. 79–85. DOI: 10.1007/s00520-013-1954-9.
9. Лебедев Г.С., Фомина И.В., Артемова О.Р., и др. Обзор семейства стандартов по обмену данными с персональными медицинскими приборами // Вестник Росздравнадзора. 2022. № 6. С. 75–84.
10. Denis F., Lethrosne C., Pourel N., et al. Randomized trial comparing a web-mediated follow-up with routine surveillance in lung cancer patients // JNCI: Journal of the National Cancer Institute. 2017. vol. 109. no. 9. DOI: 10.1093/jnci/djx029.
11. Wattanapisit, A., Teo, C.H., Wattanapisit, S., et al. Can mobile health apps replace GPs? A scoping review of comparisons between mobile apps and GP tasks // BMC medical informatics and decision making. 2020. vol. 20. no. 1. DOI: 10.1186/s12911-019-1016-4.
12. Galetsi P., Katsaliaki K., Kumar S. Exploring benefits and ethical challenges in the rise of mHealth (mobile healthcare) technology for the common good: An analysis of mobile applications for health specialists // Technovation. 2023. vol. 121. DOI: 10.1016/j.technovation.2022.102598.
13. Хохлов А.Л., Зарубина Т.В., Котловский М.Ю., и др. Механизмы внедрения технологий искусственного интеллекта в здравоохранение: новые этические вызовы // Медицинская этика. 2024. Т. 12. № 3. С. 4–10.
14. Jian W.S., Wang J.Y., Rahmanti A.R., et al. Voice-based control system for smart hospital wards: a pilot study of patient acceptance // BMC health services research. 2022. vol. 22. no. 1. DOI: 10.1186/s12913-022-07668-1.
15. Brunete A., Gambao E., Hernando M., Cedazo R. Smart assistive architecture for the integration of IoT devices, robotic systems, and multimodal interfaces in healthcare environments // Sensors. 2021. vol. 21. no. 6. DOI: 10.3390/s21062212.
16. Azhiimah A.N., Khotimah K., Sumbawati M.S., Santosa A.B. Automatic Control Based on Voice Commands and Arduino // Proceedings of the International Joint Conference on Science and Engineering (IJCSE 2020). 2020. pp. 29–34. DOI: 10.2991/aer.k.201124.006.
17. Cronin S., Doherty G. Touchless computer interfaces in hospitals: A review // Health informatics journal. 2018. vol. 25. no. 4. pp. 1325–1342. DOI: 10.1177/1460458217748342.
18. Ali H., Cole A., Panos G. Transforming Patient Hospital Experience Through Smart Technologies // Design, User Experience, and Usability. Case Studies in Public and Personal Interactive Systems: 9th International Conference (DUXU 2020), Held as Part of the 22nd HCI International Conference (HCII 2020). 2020. pp. 203–215. DOI: 10.1007/978-3-030-49757-6_14.
19. Wen M.H., Bai D., Lin S. et al. Implementation and experience of an innovative smart patient care system: A cross-sectional study // BMC Health Services Research. 2022. vol. 22. no. 1. DOI: 10.1186/s12913-022-07511-7.
20. Bouldin E.D., Andresen E.M., Dunton N.E. et al. Falls among adult patients hospitalized in the United States: prevalence and trends // Journal of patient safety. 2013. vol. 9. no. 1. pp. 13–17. DOI: 10.1097/PTS.0b013e3182699b64.
21. Hempel S., Newberry S., Wang Z., et al. Hospital fall prevention: a systematic review of implementation, components, adherence, and effectiveness // Journal of the American Geriatrics Society. 2013. vol. 61. no. 4. pp. 483–494. DOI: 10.1111/jgs.12169.
22. Yadav S., Manohar M., Jeba Shiney O., Priestly Shan B., Das G.J. A Smart System for Monitoring Flow in Drip Bottles in Healthcare // Proceedings of the International Conference on Futuristic Communication and Network Technologies (VICFCNT 2020). 2022. pp. 663–669. DOI: 10.1007/978-981-16-4625-6_66.
23. Gayathri S., Ganesh C.S.S. Automatic indication system of glucose level in glucose trip bottle // International Journal of Multidisciplinary Research and Modern Education. 2017. vol. 3(1). pp. 148–151. DOI: 10.5281/zenodo.438622.
24. Feng Y.S., Liu H.Y., Hsieh M.H., Fung H.C., Chang C.Y., Yu C.C., Huang C.W. An RSSI-based device-free localization system for smart wards // IEEE International Conference on Consumer Electronics-Taiwan (ICCE-TW). 2021. pp. 1–2. DOI: 10.1109/ICCE-TW52618.2021.9603249.
25. Ценципер Л.М., Мотиенко А.И., Терехов И.С., Левоневский Д.К., Самочерных К.А., Кондратьев А.Н. Цифровое решение для определения тяжести синдрома пароксизмальной симпатической гиперактивности у пациентов с повреждением головного мозга // Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2023. Т. 20. № 6. С. 90–96. DOI: 10.24884/2078-5658-2023-20-6-90-96.
26. Tang E.W., Wong C.K., Herbison P. Global Registry of Acute Coronary Events (GRACE) hospital discharge risk score accurately predicts long-term mortality post acute coronary syndrome // American heart journal. 2007. vol. 153. no. 1. pp. 29–35.
27. Беззубцева Е.Н., Сахарова А.В., Лавлинская Л.И., Черных Е.А., Лавлинская Т.А. Оценка риска летальности по шкале GRACE у больных, перенесших инфаркт миокарда // Молодежный инновационный вестник. 2017. Т. 6. № 2. С. 302–303.
28. Пирадов М.А., Супонева Н.А., Рябинкина Ю.В. и др. Шкала комы Глазго (Glasgow Coma Scale, GCS): лингвокультурная адаптация русскоязычной версии // Журнал им. НВ Склифосовского «Неотложная медицинская помощь». 2021. Т. 10. № 1. С. 91–99. DOI: 10.23934/2223-9022-2021-10-1-91-99.
29. Соловьева П.И., Синкин М.В., Талыпов А.Э. Шкала комы Глазго и шкала FOUR для оценки уровня сознания // Нервные болезни. 2023. № 3. С. 20–26. DOI: 10.24412/2226-0757-2023-13003.
30. Larkin E.V., Bogomolov A.V., Privalov A.N., Dobrovolsky N.N. Discrete model of paired relay-race // Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mathematical Modelling, Programming & Computer Software. 2018. vol. 11. no. 3. pp. 72–84.
31. Larkin E.V., Privalov A.N., Bogomolov A.V. Discrete approach to simulating synchronized relay races // Automatic Documentation and Mathematical Linguistics. 2020. vol. 54. no. 1. pp. 43–51.
32. Larkin E.V., Bogomolov A.V., Privalov A.N., Dobrovolsky N.N. Relay races along a pair of selectable routes // Bulletin of the South Ural State University. Ser. Mathematical Modelling, Programming & Computer Software. 2018. vol. 11. no. 1. С. 15–26.
33. Кибзун А.И., Синицын И.Н. Современные проблемы теории оптимизации стохастических систем // Автоматика и телемеханика. 2020. № 11. С. 3–10.
34. Ларкин Е.В., Привалов А.Н., Богатырева Ю.И. Парное дискретное соревнование со свободным выбором маршрута // Чебышевский сборник. 2021. Т. 22. № 2(78). С. 145–159.
35. The Glasgow Coma Scale – GCS (Teasdale G.M., Jennett B.). URL: https://cpd-program.ru/methods/gcsc.htm (дата обращения 14.01.2025).
36. Левоневский Д.К., Мотиенко А.И. Моделирование и автоматизация процессов сбора и обработки данных в умной медицинской палате // Программная инженерия. 2023. Т. 14. № 10. С. 502–512. DOI: 10.17587/prin.14.502-512.
Опубликован
2025-12-04
Как цитировать
Левоневский, Д. К., Мотиенко, А. И., & Богомолов, А. В. (2025). Автоматизация киберфизического мониторинга состояния пациентов в умных палатах. Информатика и автоматизация, 24(6), 1865-1899. https://doi.org/10.15622/ia.24.6.11
Раздел
Робототехника, автоматизация и системы управления
Copyright (c) Дмитрий Константинович Левоневский, Анна Игоревна Мотиенко, Алексей Валерьевич Богомолов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).