Η χρήση του Διαδικτύου!!!

Transcript

1 Δ. Κουτσούρης Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Τομέας Συστημάτων Μετάδοσης Πληροφορίας και Τεχνολογίας

2 Η χρήση του Διαδικτύου!!!

3 ICT συστήματα και υπηρεσίες στην υγεία Ευρέως γνωστή πραγματικότητα: Η υγεία αντιμετωπίζει μεγάλες προκλήσεις Κατακερματισμός της φροντίδας υγείας Διαχείριση υπηρεσιών και πληροφοριών Γηράσκων πληθυσμός, αυξανόμενα κόστη Λιγότερο γνωστή παραγματικότητα: Οι νέες τεχνολογίες αποτελούν εργαλείο για τις νέες προκλήσεις Επιτρέπουν τη συνέχεια της φροντίδας υγείας και της διαχείρισης πληροφοριών και υπηρεσιών Υποστηρίζουν την ασφάλεια, την αυτονομία και τη μεταφερσιμότητα Έχουν αποδειχθεί οικονομικά αποτελεσματικότερες

4 Τι είναι και τι όχι η Βιοϊατρική Πληροφορική C. P. Friedman, Ένα Θεμελιώδες Θεώρημα της ιατρικής πληροφορικής, J Am Med Inform Assoc., Vol. 16, No 2, March / April 2009 Θεώρημα: Ένα πρόσωπο που εργάζεται σε συνεργασία με μια πηγή πληροφοριών είναι καλύτερο από όταν το πρόσωπο αυτό εργάζεται αβοήθητο

5 Τι είναι και τι όχι η Βιοϊατρική Πληροφορική Πόρισμα 1 Θεωρήματος: Η πληροφορική είναι περισσότερο για τους ανθρώπους παρά για την τεχνολογία. Η δημιουργία πηγών που λειτουργούν ως χρησμοί δεν περιλαμβάνεται στα ενδιαφέροντα της πληροφορικής Τι δεν είναι η πληροφορική Πόρισμα 2 Θεωρήματος: Για να μπορέσει το θεώρημα να ισχύσει, θα πρέπει οι πηγές να παρέχουν κάτι που το πρόσωπο δεν ξέρει ήδη. Οι προσφορές των πηγών στο νοσοκομειακό γιατρό δεν πρέπει μόνο να είναι σωστές αλλά να έχουν και πληροφοριακή αξία θα πρέπει να είναι σε θέση να αυξήσουν τη γνώση του με κάποιο σημαντικό τρόπο Πόρισμα 3 Θεωρήματος: Η ισχύς του θεωρήματος, εξαρτάται από μια αλληλεπίδραση μεταξύ του προσώπου και της πηγής, τα αποτελέσματα της οποίας δεν μπορούν να προβλεφθούν εκ των προτέρων. Το θεώρημα μπορεί να αποτύχει, ακόμα και αν η πηγή έχει τη δυνατότητα να είναι χρήσιμη, εάν χρησιμοποιείται από το νοσοκομειακό γιατρό με τρόπους που δεν επιτρέπουν να πραγματοποιηθούν οι δυνατότητές της.

6 Τι είναι και τι όχι η Βιοϊατρική Πληροφορική Αυτό που κάνουμε στην πληροφορική, είναι να δημιουργούμε και να υποστηρίζουμε τις πηγές πληροφοριών που επιδιώκουν να καταστήσουν την ανισότητα αληθινή. Μέρος της αποστολής μας είναι επίσης να μελετήσουμε αν έχουμε υποστηρίξει επιτυχώς τους νοσοκομειακούς γιατρούς στην επίτευξη των στόχων τους, και σε περίπτωση που διαπιστώσουμε ότι η απάντηση είναι αρνητική, να αναθεωρήσουμε την πηγή πληροφοριών με την ελπίδα ότι η τροποποιημένη έκδοση θα είναι επιτυχέστερη

7 Συστήματα Υποστήριξης Κλινικών Αποφάσεων Αυτό που αναφέρεται ως πηγή πληροφοριών στο θεώρημα, στην πράξη, είναι αυτό που καλούμε Συστήματα Υποστήριξης Κλινικών Αποφάσεων [Clinical Decision Support Systems (CDSS)] Τα CDSS είναι διαλογικά συστήματα υποστήριξης υπολογιστικών αποφάσεων (λογισμικό υπολογιστών), τα οποία σχεδιάζονται για να βοηθήσουν τους ιατρούς και άλλους επαγγελματίες υγείας στη λήψη αποφάσεων Τα συστήματα CDSS καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών: Υποστήριξη Διάγνωσης(Υπολογιστικά-Βοηθούμενα Διαγνωστικά Συστήματα) Υποστήριξη απόφασης θεραπευτικής στρατηγικής συγκεκριμένης για τον ασθενή Υποστήριξη επιλογής έντασης αγωγής συγκεκριμένης για τον ασθενή Υποστήριξη επιλογής πρωτοκόλλων Ελέγχου/Διαλογής

8 Συστήματα Υποστήριξης Κλινικών Αποφάσεων Τα CDSS στοχεύουν να κωδικοποιήσουν και να διαχειριστούν στρατηγικά τη βιοϊατρική γνώση για να χειριστούν τις προκλήσεις στην κλινική πρακτική χρησιμοποιώντας μαθηματικά εργαλεία μοντελοποίησης, τεχνικές επεξεργασίας ιατρικών δεδομένων και μεθόδους Τεχνητής Νοημοσύνης Με βάση σύνθετους αλγορίθμους, τα CDSS μπορούν να συνδυάσουν σε έναν μη γραμμικό σύνθετο τρόπο διάφορα χαρακτηριστικά, π.χ. δεδομένα σχετικά με τον ασθενή (επιδημιολογικά δεδομένα, ιατρικό ιστορικό κ.τ.λ.), δεδομένα σχετικά με την ασθένεια (αποτελέσματα εξετάσεων, πορεία της νόσου κ.τ.λ.), δεδομένα σχετικά με τη θεραπεία (επιλογή φαρμάκου, δοσολογία φαρμάκου κ.τ.λ.) Με βάση τα παραπάνω είμαστε σε θέση να παρέχουμε στους νοσοκομειακούς γιατρούς για να βοηθήσουμε την κλινική λήψη απόφασης αξιολογήσεις ή συστάσεις συγκεκριμένες για τον ασθενή, καθώς επίσης και προβλέψεις σχετικές με τη διάγνωση ή την πρόγνωση.

9 Πώς δουλεύουν τα CDSS Τα CDSS είναι συστήματα μαύρων κουτιών που βασίζονται σε κλασσικές στατιστικές μεθόδους ανάλυσης, όπως η ανάλυση παλινδρόμησης (regression analysis), και/ή τεχνικές εξόρυξης δεδομένων και τεχνητής νοημοσύνης, όπως νευρωνικά δίκτυα και μοντέλα αναγνώρισης προτύπων Τα CDSS που βασίζονται σε τεχνητή νοημοσύνη, χρησιμοποιούν μια μορφή τεχνητής νοημοσύνης που λέγεται εκμάθηση μηχανής (machine learning), που επιτρέπει στους υπολογιστές να μαθαίνουν από προηγούμενες εμπειρίες (ιατρικές βάσεις δεδομένων) και/ή να αναγνωρίζουν πρότυπα στα κλινικά δεδομένα. Η Αναγνώριση Προτύπων στοχεύει στην εξόρυξη κρυμμένων πληροφοριών με ουσιαστική κλινική αξία από μεγάλα σύνολα δεδομένων Δεδομένα ασθενούς(αποτελέσματα εξετάσεων, ιατρικό ιστορικό, κ.τ.λ.) CDSS Πληροφορία υποστήριξης (διαγνωστικές ή θεραπευτικές συστάσεις, προγνώσεις, κ.τ.λ.)

10 Πώς δουλεύουν τα CDSS Μετασχη - ματισμός Δεδομένων Μοντέλα Τεχνητής Νοημοσύνης Στατιστικά Πρότυπα Μοντέλα Αναγνώρισης (Bayesian, SVM, κ.τ.λ.) Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα Γενετικοί Αλγόριθμοι Ασαφής Λογική Ερμηνεί α (ιατρικά δεδομένα σε μαθηματικά δεδομένα) Δεδομένων (νούμερ α σε ιατρικές πληροφορίες)

11 Τα CDSS στην κλινική πρακτική Πολλά CDSS έχουν αναπτυχθεί και έχουν χρησιμοποιηθεί κατά τη διάρκεια της προηγούμενης δεκαετίας και έχει αποδειχθεί ότι τέτοια συστήματα θα μπορούσαν να αποτελέσουν ένα ισχυρό εργαλείο διαθέσιμο στους νοσοκομειακούς γιατρούς, βοηθώντας τους να επιτυγχάνουν γρηγορότερη και καλύτερη υγειονομική περίθαλψη. Οι εφαρμογές των CDSS ποικίλλουν από αυτοματοποιημένη ανίχνευση και χαρακτηρισμό πνευμονικών οζιδίων υποστήριξη λήψης απόφασης σε νοητικές διαταραχές

12 Η ευφυής διαχείριση πληροφοριών στην κλινική πρακτική και τα CDSS σκοπεύουν να Βελτιωμένος Έλεγχος και Διάγνωση Βελτιωμένη Αντιμετώπιση και επιλογή Θεραπείας Βελτιωμένη Παρακολούθηση

13 Συστήματα Υποστήριξης Κλινικών Αποφάσεων Η ανάπτυξη των CDSS είναι ένας συνεταιριστικός στόχος μεταξύ των ιατρών και των μηχανικών υπολογιστών Ιατρός Ανάλυση Προβλήματος Ιατρικά Δεδομένα Μηχανικός Υπολογιστών Ιατρικά Δεδομένα. Μετατροπή σε Μαθηματική Μορφή Ανάπτυξη και Αξιολόγηση του CDSS λογισμικού Ερμηνεία των δεδομένων εξόδου του CDSS στην ιατρική μορφή Ιατρός Δοκιμή και Αξιολόγησ η του CDSS Ανάδραση στον Μηχανικό Μηχανικός Υπολογιστών Αναθεωρή σεις Συστήματος και Τελική Επαλήθευ ση Τελικό Σύστημα

14 Ενοποίηση βιοϊατρικών δεδομένων για καλύτερη υγεία Public Health Informatics Medical Informatics Medical Imaging Bioinformatics Σύνθεση σε όλα τα «βιολογικά επίπεδα»

15 Νέες τεχνολογίες στη Χειρουργική Η Χειρουργική είναι από τους καταλληλότερους και πιο πρόσφορους τομείς για την ενσωμάτωση νέων τεχνολογιών Ποικιλία και πληθώρα συστημάτων και εφαρμογών έχουν ήδη αναπτυχθεί και εφαρμόζονται σε καθημερινή βάση

16 Νέες τεχνολογίες στη Χειρουργική Αλλάζει ο τρόπος που η χειρουργική

17 Εθνικά & Τοπικά Υγειονομικά Δίκτυα Health Center Hospital Emergency Pharmacy Clients LAN Firewall Region 2 Region 3 mobile PC ISDN analog ADSL Server Home A80218-Siemens GT

18 ICT στην Υγεία Παραδείγματα Ερευνητικών Δραστηριοτήτων Πρόληψη π.χ. συστήματα παρακολούθησης Εξατομίκευση πληροφόρηση, παροχές υγείας, θεραπείες π.χ. γονιδιακή θεραπεία

19 Μεγάλες Ευρωπαϊκές Βάσεις Δεδομένων N. Fox P. Thompson Φυσιολογικοί και ασθενείς απεικονίσεις-εικόνες (longitudinal/multiscale) γενετικές πληροφορίες rain atrophy detection in Alzheimer s Disease modeling of brain tumor evolution Ρύθμιση και επικύρωση μοντέλων Ανακάλυψη παραγόντων που σχετίζονται ισχυρά με παθολογία (Φαινότυπου/Γονότυπου) Σχεδιασμός νέων δεικτών για γρηγορότερη διάγνωση Σχεδιασμός και έλεγχος φαρμάκων In vivo cellular imaging of brain tissues N. Ayache, INRIA

20 nano ATP micro sarcomeres meso fibers macro organ INRIA in silico electromechanical cardiac model Υπολογιστικά Μοντέλα του Ανθρωπίνου Σώματος Αναπαριστά ανατομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά φυσιολογικών συστημάτων σε διάφορα επίπεδα μόρια, πρωτεΐνες, κύτταρα, ιστοί, όργανα, συστήματα, σώμα, κτλ. Ενσωματώνει Γεωμετρία, Φυσική, Χημεία, Φυσιολογία, Ανατομία Βοηθά στην κατανόηση φυσιολογικών και παθολογικών μηχανισμών: συστήματα: Καρδιο-αγγειακό, Κεντρικό Νευρικό, Γαστρεντερικό, Αναπαραγωγικό, κτλ. N. Ayache, INRIA

21 Εικονικός (Ψηφιακός) Φυσιολογικός Άνθρωπος Η Μεγάλη Πρόκληση Βασίζεται στο physiome project: Πολλά έργα σε κυτταρολογικό επίπεδο (eκύτταρα) και σε επίπεδο οργάνων (καρδιά, νεφρά, πνεύμονες, μυοσκελετικό) Παραδείγματα στις ΗΠΑ: εικονικός στρατιώτης

22 Υπολογιστικά Μοντέλα Τρισδιάστατη αναπαράσταση της ανατομίας του ανθρωπίνου σώματος Δημιουργούνται με βάση γενικά δεδομένα ανθρώπινης ανατομικής και χρησιμοποιούνται κυρίως για εκπαιδευτικούς σκοπούς

23 Εξατομικευμένα Υπολογιστικά Μοντέλα Αντικατοπτρίζουν την ανατομία του συγκεκριμένου ασθενή σχεδιασμό επέμβασης πρόβλεψη του αποτελέσματος επέμβασης άσκηση σε συγκεκριμένη επεμβατική τεχνική για την αντιμετώπιση δεδομένου προβλήματος

24 Λειτουργικά Μοντέλα Μοντέλα που απεικονίζουν τη φυσιολογία και τη λειτουργία συστημάτων

25 Εικονική Πραγματικότητα Επιτρέπει η πληροφορία να προβληθεί σε ένα προσομοιωμένο περιβάλλον που δίνει όμως την αίσθηση του πραγματικού

26 Προσομοίωση χειρουργικών επεμβάσεων Εκπαίδευση και άσκηση του χειρουργού Αξιολόγηση των χειρουργών Σχεδιασμό χειρουργικής επέμβασης Λειτουργικό έλεγχο και πρόβλεψη του αποτελέσματος Έρευνα και βελτίωση χειρουργικών τεχνικών και εργαλείων

27 Προ-εγχειρητικός σχεδιασμός Λεπτομερής σχεδιασμός της επέμβασης - αξιόπιστη πρόβλεψη του αποτελέσματος Mείωση του κόστους Mείωση του κινδύνου της επέμβασης Bελτίωση του θεραπευτικού αποτελέσματος

28 Ενισχυμένη Πραγματικότητα Συνδυάζει το πραγματικό περιβάλλον με επιπλέον πληροφορία Βοηθά στον προεγχειρητικό σχεδιασμό της επέμβασης Αποτελεί έναν εναλλακτικό τρόπο παρουσίασης δεδομένων προεγχειρητικά και διεγχειρητικά Περιλαμβάνει απεικονιστική καθοδήγηση κατά τη διάρκεια της επέμβασης

29 Χειρουργική με απεικονιστική καθοδήγηση Τεχνολογίες που επιτρέπουν στο χειρουργό να «βλέπει» μέσα και πίσω από συμπαγή όργανα και ιστούς κατά τη διάρκεια της επέμβασης

30 Ρομποτική χειρουργική Ο ρόλος των ρομπότ στη σύγχρονη χειρουργική δεν είναι να αντικαταστήσουν το χειρουργό, αλλά να λειτουργούν ως βοηθοί του Από το da Vinci Surgical System και ZEUS robotic surgical system από την Intuitive Surgical

31 Ρομποτική χειρουργική Η επέμβαση γίνεται αποκλειστικά από το χειρουργό Πρέπει να είναι πολύ έμπειρος και να έχει εκπαιδευτεί στη χρήση των ρομποτικών συστημάτων Παρέχονται λεπτομερή εργαλεία Βελτιώνουν το ταλέντο του και την ακρίβεια των κινήσεών του Intuitive Surgical, Inc.

32 Μίκρο-ρομπότ Εξέλιξη της ρομποτικής και των μίκρο-ήλεκτρομηχανικών συστημάτων (Micro Electro Mechanical Systems ή MEMS) ρομπότ με μέγεθος μικρότερο από 1 cm Σχετικά φτηνά Μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μεγάλο αριθμό (ρομποτικά σμήνη-swarm robotics)

33 Μίκρο-ρομπότ στη χειρουργική Χρήση στη λαπαροσκοπική και στη χειρουργική δια μέσου φυσικών οπών (NOTES)

34 Συνεργαζόμενα Μίκρο-ρομπότ Κάνουν χρήση μιας κοινής μονάδας που μπορεί να εναλλάσσει τα διαφορετικά εργαλεία, ενώ η κάθε συσκευή ελέγχεται ανεξάρτητα με μαγνήτες, εξωτερικά

35 Αρθρωτά μίκρο-ρομπότ Μίκρο-ρομποτικές υπομονάδες που συνδυάζονται μεταξύ τους ώστε να συναρμολογήσουν ένα μεγαλύτερο αρθρωτό μίκρο-ρομπότ με όλες τις επιθυμητές λειτουργίες (Modular Robot)

36

37 Μίκρο & Νάνο-συστήματα Έργα σε διαγνωστικές μεθόδους - BIOFINGER - γενικής χρήσης διαγνωστικό εργαλείο - βασίζεται σε μετρήσεις μοριακών αλληλεπιδράσεων DG INFSO - Micro & Nanosystem unit

38 Μίκρο & Νάνο-συστήματα Έργα σε εμφυτεύσιμα συστήματα Intracranial Pressure Sensor Glaucoma Sensor Gyro Retina Implant IMU for Human Body Motion Accelerometer Cochlear Implant Artificial Intra-Urethral Sphincter Functional Electrical Stimulation Healthy Aims DG INFSO - Micro & Nanosystem uni

39 Τηλεϊατρική στη χειρουργική Τηλε-χειρουργική Τηλε-συμβούλευση Operation Lindberg, 2002

40

41 Χειρουργική υποβοηθούμενη από υπολογιστές Ποιοτική αναβάθμιση των αισθήσεων του χειρουργού Λεπτομερής σχεδιασμός της επέμβασης Καθοδήγηση του χειρουργού κατά τη διάρκεια της επέμβασης

42 Εν τέλει τα συστήματα είναι φτιαγμένα από ανθρώπους!

43 Νέες τεχνολογίες στη χειρουργική εκπαίδευση Η πρακτική άσκηση διεξάγεται σε ελεγχόμενο περιβάλλον, χωρίς σημαντικό κίνδυνο για ειδικευόμενους ή ασθενείς Οποιαδήποτε διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί όσες φορές είναι απαραίτητο Η άσκηση μπορεί να διακοπεί σε οποιοδήποτε σημείο και να συνεχιστεί σε κατάλληλο χρόνο Ο βαθμός δυσκολίας μπορεί να επιλεγεί ώστε να συμφωνεί με τις ιδιαίτερες ανάγκες του κάθε ειδικευόμενου Η δυνατότητα για εκπαίδευση είναι πάντα και παντού διαθέσιμη, χωρίς την ανάγκη αναμονής για το κατάλληλο περιστατικό Δεν υπάρχουν τα ηθικά διλήμματα της άσκησης χρησιμοποιώντας πειραματόζωα Υπάρχει αξιόπιστη ανάδραση για αξιολόγηση και αυτοαξιολόγηση

44 Captain, let me make something clear to you: I m a doctor!... not a!&#$%! computer operator! Blackford Middleton, Hillsboro, Ore., USA