ΕΞΕΛΙΞΗ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ SCP-ECG ΓΙΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΒΙΟΣΗΜΑΤΩΝ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΤΥΠΩΝ ΣΕ ΙΑΤΡΙΚΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ - ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΙΛΟΤΙΚΟΥ ΤΗΛΕΪΑΤΡΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ

ΕΞΕΛΙΞΗ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ SCP-ECG ΓΙΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΒΙΟΣΗΜΑΤΩΝ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΤΥΠΩΝ ΣΕ ΙΑΤΡΙΚΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ - ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΠΙΛΟΤΙΚΟΥ ΤΗΛΕΪΑΤΡΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΜΑΝΔΕΛΛΟΥ του Ιωάννη ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΥΧΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΥ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΑΡΙΘΜΟΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ: 217 ΜΑΪΟΣ 2009

Στον πατέρα μου Ιωάννη, στη σύζυγό μου Λίλα και στα παιδιά μας Παρασκευή-Ελένη και Ιωάννα

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στους χώρους του Εργαστηρίου Ενσύρματης Τηλεπικοινωνίας, του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών και αποτελεί μέρος της γενικότερης ερευνητικής δραστηριότητας του εργαστηρίου στην περιοχή των τηλεματικών υπηρεσιών και επικοινωνίας πολυμέσων και ειδικότερα στο χώρο των ιατρικών πληροφοριακών συστημάτων και της τηλεϊατρικής. Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να ευχαριστήσω όλους όσους συνέβαλαν άμεσα ή έμμεσα στην ολοκλήρωση της εργασίας αυτής και ιδιαίτερα: Τον επίκουρο καθηγητή κ. Μ. Κουκιά, πρόεδρο της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής, για την ανάθεση του θέματος, την επίβλεψη και την καθοδήγηση κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής, καθώς και για τη γενικότερη συνεργασία μας αυτά τα χρόνια. Τους κ. Γ. Παναγιωτάκη, καθηγητή κ. Γ. Αναστασόπουλο, επίκουρο καθηγητή, μέλη της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής, για το χρόνο τους, τη συνεργασία τους και τις παρατηρήσεις τους κατά τη διάρκεια της διατριβής. Τους κ. Ν. Φακωτάκη, καθηγητή, κ. Κ. Γκούτη, καθηγητή, Σ. Κωτσόπουλο, καθηγητή και κα. Ε. Κωσταρίδου, επίκουρο καθηγήτρια για την τιμή που μου έκαναν να συμμετέχουν ως μέλη της επταμελούς εξεταστικής επιτροπής. Τον αναπληρωτή καθηγητή κ. Δ. Λυμπερόπουλο, για τις πολύτιμες συμβουλές του κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής, καθώς και για τη γενικότερη συνεργασία μας. Τον Δρ. Ι. Στυλιάδη (ιατρό), διευθυντή της Καρδιολογικής κλινικής του Γενικού Νοσοκομείου Αιγίου, για τη συνεισφορά του σε διάφορες φάσεις της πορείας εκτέλεσης της παρούσας διατριβής, καθώς και κατά τη διαδικασία αξιολόγησης της αρχιτεκτονικής που παρουσιάζεται στην παρούσα διατριβή. Τον Σ. Ευσταθίου (τεχνικό υπεύθυνο) και την Μ. Καραμεσίνη (ιατρό) από το νοσοκομείο «Ολύμπιον» της Πάτρας, όπως επίσης τον Ε. Αναστασόπουλο (τεχνικό υπεύθυνο του τμήματος του Μαγνητικού Τομογράφου) και τον επίκουρο καθηγητή Π. Δημόπουλο (ιατρό) από το Πανεπιστημιακό Γενικό Νοσοκομείο της Πάτρας, για τη συνεισφορά τους σε διάφορες φάσεις που αφορούσαν άντληση ιατρικών πληροφοριών από ιατρικά συστήματα καθώς και τη δοκιμή πιλοτικών συστημάτων κατά την πορεία εξέλιξης της παρούσας διατριβής. Τους συναδέλφους και φίλους Δρ. Ε. Καραβατσέλου Δρ. Λ. Κολοβού, Δρ. Γ. Κουτελάκη, Θ. Παναγιωτακόπουλο και Α. Κουκιά, για τη συμπαράστασή και τη συνεργασία τους κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διατριβής. Τη σύζυγο μου Λίλα για την ειλικρινή συμπαράσταση, την κατανόηση και την αγάπη της όλα αυτά τα χρόνια.

2 Πρόλογος Τον πατέρα μου Ιωάννη και τα παιδιά μου Παρασκευή/Ελένη και Ιωάννα για την υποστήριξη και συμπαράστασή τους σε όλη τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διατριβής. Πάτρα, Μάϊος 2009 Γεώργιος Ι. Μανδέλλος

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... I ΠΕΡΙΛΗΨΗ... 1 ABSTRACT... 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1... 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 1.1 Οριοθέτηση της Διατριβής... 1 1.2 Υφιστάμενη κατάσταση... 2 1.3 Στόχοι και αποτελέσματα της Διατριβής... 3 1.4 Οργάνωση του συγγράμματος Πρωτότυπα σημεία... 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2... 9 ΖΩΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΕΩΤΟΠΟΘΕΣΙΑΣ... 9 2.1 Τα ζωτικά σήματα και η σημασία καθενός για την υγεία του ανθρώπου...10 2.2 Στοιχεία γεωτοποθεσίας... 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3... 13 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΛΗΨΗΣ ΖΩΤΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ.... 13 3.1 ASTM Ε-1467-94... 14 3.2 DICOM (Digital Imaging Communication in Medicine) supplement 30... 15 3.3 EDF (European Data Format).... 16 3.4 CEN-TC251/FEF (File Exchange Format for Vital Signs)... 17 3.5 SCP-ECG (CEN/ENV 1064 Standard Communication Protocol for computer assisted Electrocardiography).... 18 3.6 EBS (Extensible Bio-Signal Format).... 19 3.7 HL7 FDA annotated ECG (aecg)... 19

II Περιεχόμενα 3.8 Πρότυπο IEEE 1073 για επικοινωνία ιατρικών συσκευών... 19 3.9 ISHNE Holter Standard Output File Format... 20 3.10 MFER (Medical waveform description Format Encoding Rule)... 20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4... 21 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ SCP-ECG... 21 4.1 Σκοπός του πρωτοκόλλου... 22 4.2 Πεδίο εφαρμογής του πρωτοκόλλου... 22 4.3 Συμπίεση των δεδομένων... 22 4.4 Μεθοδολογία συμπίεσης των ΗΚΓ... 23 4.5 Τεχνική περιγραφή του πρωτοκόλλου.... 24 4.6 Τρόπος δημιουργίας αρχείου συμβατού με το πρωτόκολλο SCP-ECG... 31 4.6.1 CRC-Checksum... 31 4.6.2 Το μέγεθος του αρχείου... 31 4.6.3 Παράγραφος 0 (παράγραφος δεικτών)... 32 4.6.4 Παράγραφος 1 (παράγραφος κεφαλίδας)... 32 4.6.5 Παράγραφος 2 (πίνακες Huffman/κωδικοποίηση των ΗΚΓ δεδομένων) 32 4.6.6 Παράγραφος 3 (ορισμός απαγωγών του ΗΚΓ)... 33 4.6.7 Παράγραφος 4 (θέσεις συμπλεγμάτων QRS)... 33 4.6.8 Παράγραφος 5 (κωδικοποιημένα δεδομένα του κτύπου αναφοράς) 33 4.6.9 Παράγραφος 6 (συνολικά / εναπομείναντα δεδομένα)... 34 4.6.10 Παράγραφος 7 (γενικές μετρήσεις)... 34 4.6.11 Παράγραφος 8 (αποτελέσματα διάγνωσης)... 35 4.6.12 Παράγραφος 9 (δεδομένα του κατασκευαστή)... 35 4.6.13 Παράγραφος 10 (μετρήσεις των απαγωγών)... 35 4.6.14 Παράγραφος 11 (διεθνείς κωδικοί προτάσεων)... 36 4.6.15 Ανακεφαλαίωση... 36 4.6.16 Επιλογές συμπίεσης των ΗΚΓ δεδομένων... 36 4.6.17 Αρχές «Υψηλής» συμπίεσης SCP-ECG... 37 4.7 Ελάχιστες απαιτήσεις για την κωδικοποίηση και την συμπίεση των δεδομένων ΗΚΓ... 39 4.8 Αποσυμπίεση των δεδομένων SCP-ECG... 40 4.9 Επεξήγηση των μεθόδων συμπίεσης... 40

Περιεχόμενα III 4.9.1 Αλλαγή του διαστήματος δειγματοληψίας (Sample Decimation)... 40 4.9.2 Υπολογισμός και αποθήκευση των διαφορών... 41 4.10 Κωδικοποίηση Huffman... 42 4.11 Αποκωδικοποίηση δεδομένων κωδικοποιημένων κατά Huffman... 43 4.12 Η κωδικοποίηση Huffman στο πρότυπο SCP-ECG... 43 4.12.1 Καθαρή κωδικοποίηση Huffman (Pure Huffman encoding)... 44 4.12.2 Αρχική κωδικοποίηση Huffman (Initial Huffman encoding)... 45 4.12.3 Αποκωδικοποίηση με τους πίνακες Huffman... 46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5... 47 ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ ΣΤΟ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ SCP-ECG... 47 5.1 Νέα πεδία στην Παράγραφο-1... 47 5.2 Νέες Παράγραφοι... 51 5.2.1 Η κεφαλίδα αναγνώρισης της παραγράφου... 52 5.2.2 Το μέρος δεδομένων.... 52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6... 71 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΤΗΛΕΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΥΓΕΙΑΣ ΑΣΘΕΝΩΝ... 71 6.1 Γενικά... 71 6.2 Αρχιτεκτονική ΣΤΥΑ... 72 6.2.1 Σταθμός Συλλογής Δεδομένων... 72 6.2.2 ΑΣΠΥ... 73 6.2.3 ΜΑΔ... 73 6.3 Δίκτυο Τηλεπαρακολούθησης Υγείας... 74 6.4 Λειτουργίες κάθε οντότητας του ΣΤΥΑ... 75 6.4.1 Ταυτοποίηση χρήστη... 76 6.4.2 Δημιουργία Αρχείου e-scp-ecg+... 76 6.4.3 Ενημέρωση Δεδομένων... 76 6.4.4 Παρουσίαση... 78 6.4.5 Επεξεργασία... 78 6.4.6 Αρχειοθέτηση... 79 6.4.7 Αναζήτηση... 79 6.4.8 Τροποποίηση... 79 6.4.9 Εκτύπωση... 80

IV Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7... 81 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ ΠΙΛΟΤΙΚΟΥ ΣΤΥΑ... 81 7.1 Αρχιτεκτονική του πιλοτικού ΣΤΥΑ... 81 7.1.1 Απομακρυσμένος Σταθμός Παρακολούθησης Υγείας (ΑΣΠΥ)... 82 7.1.2 Μονάδα αποθήκευσης δεδομένων (ΜΑΔ)... 83 7.2 Χρήση του πιλοτικού ΣΤΥΑ... 83 7.3 Ανάλυση της διαδικασίας παρακολούθησης... 84 7.4 Θέματα σχετικά με την Υλοποίηση... 85 7.5 Ασφάλεια... 86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8... 87 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΑΡΧΕΙΩΝ e-scp-ecg +... 87 8.1 Γενικά... 87 8.2 Περιγραφή του λογισμικού... 88 8.2.1 Η κεντρική οθόνη της εφαρμογής... 88 8.3 Παρουσίαση της λογικής διαχείρισης των δεδομένων βάση δεδομένων125 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9... 127 ΕΞΕΛΙΞΗ - ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΟΥ ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟΥ e-scp-ecg + / ΠΙΛΟΤΙΚΟΥ ΣΤΥΑ... 127 9.1 Πορεία Εξέλιξης του πρωτοκόλλου e-scp-ecg +.... 127 9.2 Αξιολόγηση του προτεινόμενου συστήματος... 130 9.2.1 Μεθοδολογία αξιολόγησης... 130 9.2.2 Χαρακτηριστικά χρηστών-ιατρών... 131 9.2.3 Χαρακτηριστικά χρηστών-ασθενών... 131 9.2.4 Απαντήσεις ερωτηματολογίων Χρήστες - Ιατροί... 132 9.2.5 Απαντήσεις ερωτηματολογίων Χρήστες - Ασθενείς... 134 9.2.6 Αποτελέσματα Αξιολόγησης... 135 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10... 139 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΞΕΛΙΞΗ... 139 10.1 Συμπεράσματα και Συμβολή της διατριβής... 139 10.2 Συνοπτική αποτίμηση της διατριβής... 141 10.3 Προτάσεις για μελλοντική επέκταση.... 141 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ... 143 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1... 145 ΠΙΝΑΚΕΣ ΒΑΣΕΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ... 145

Περιεχόμενα V ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2... 151 ΑΡΧΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΒΟΗΘΗΤΙΚΩΝ ΠΙΝΑΚΩΝ... 151 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3... 159 ΑΡΧΕΙΑ ΚΕΙΜΕΝΟΥ... 159 3.1 Αρχεία δεδομένων θερμοκρασίας... 159 3.2 Αρχεία δεδομένων ηλεκτροκαρδιογραφήματος... 160 3.3 Αρχεία δεδομένων κορεσμού οξυγόνου σφύξεων... 161 3.4 Αρχεία δεδομένων αρτηριακής πίεσης... 162 3.5 Αρχεία δεδομένων ποσοστού CO 2... 162 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 4... 163 ΠΗΓΕΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ ΚΑΤΑ ΤΗ ΦΑΣΗ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΧΩΡΟΥ ΕΡΓΑΣΙΑΣ... 163 4.1 Εταιρείες... 163 4.2 Χαρακτηριστικά αρχείων... 165 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 5... 167 ΥΛΙΚΟ ΚΑΙ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΕ... 167 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 6... 169 ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΑ... 169 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 7... 183 ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ΣΕ ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ ΣΤΑ ΠΛΑΙΣΙΑ ΤΗΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗΣ... 183 7.1 Δημοσιεύσεις... 183 7.1.1 Δημοσιεύσεις σε περιοδικά... 183 7.1.2 Δημοσιεύσεις σε πρακτικά συνεδρίων... 184 7.2 Κεφάλαιο σε βιβλίο... 186 7.3 Αναφορές σε δημοσιεύσεις... 186 7.4 Κριτής σε συνέδρια... 190 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 191

VI Περιεχόμενα ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Εικόνα 4.1 - Η γενική μορφή του SCP-ECG αρχείου...25 Εικόνα 4.2 - Η γενική μορφή κάθε τμήματος...25 Εικόνα 4.3 Το τμήμα δεδομένων (data part) της παραγράφου 0...26 Εικόνα 4.4 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 1...27 Εικόνα 4.5 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 2...27 Εικόνα 4.6 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 3...27 Εικόνα 4.7 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 4...28 Εικόνα 4.8 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 5...28 Εικόνα 4.9 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 6...28 Εικόνα 4.10 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 7...29 Εικόνα 4.11 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 8...30 Εικόνα 4.12 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 10...30 Εικόνα 4.13 Το τμήμα δεδομένων της παραγράφου 11...31 Εικόνα 4.14 - Παράδειγμα πρωτογενών δεδομένων, σημείων αναφοράς και τυποποίησης των QRS...37 Εικόνα 4.15 - Παράδειγμα ενός παλμού αναφοράς...38 Εικόνα 4.16 - Παράδειγμα εναπομείναντος σήματος...39 Εικόνα 4.17 - Παράδειγμα συμπίεσης των δεδομένων...39 Εικόνα 4.18 - Παράδειγμα κωδικοποίησης Huffman...42 Εικόνα 5.1 - Δομή τμήματος δεδομένων κορεσμού οξυγόνου - ρυθμού σφίξεων...53 Εικόνα 5.2 - Δομή τμήματος δεδομένων θερμοκρασίας...56 Εικόνα 5.3 - Δομή τμήματος δεδομένων διοξειδίου του άνθρακα...57 Εικόνα 5.4 - Δομή τμήματος δεδομένων συστολικής διαστολικής πίεσης....60 Εικόνα 5.5 - Δομή τμήματος δεδομένων για τα δεδομένα αλλεργιών....61 Εικόνα 5.6 - Δομή τμήματος δεδομένων για την πληθυσμογραφική καμπύλη του SPO 2...65 Εικόνα 5.7 - Δομή τμήματος δεδομένων για τις επιπλέον μετρήσεις του ΗΚΓ....67 Εικόνα 5.8 - Δομή τμήματος δεδομένων για τα στοιχεία τοποθεσίας-υψομέτρου...70 Εικόνα 6.1 Συλλογή δεδομένων και δημιουργία αρχείου e-scp-ecg +...73 Εικόνα 6.2 Τρόποι λήψης δεδομένων...74 Εικόνα 6.3 Αρχιτεκτονική του δικτύου διαχείρισης αρχείων e-scp-ecg +...75 Εικόνα 6.4 Λειτουργίες σε κάθε οντότητα του ΣΤΥΑ....76 Εικόνα 6.5 Διάγραμμα Ροής Εφαρμογής...77 Εικόνα 6.6 Διάγραμμα Ροής διεργασίας «Επεξεργασία»...78 Εικόνα 6.7 Διάγραμμα Ροής διεργασίας «Αναζήτηση»...80 Εικόνα 6.8 Διάγραμμα Ροής διεργασίας «Τροποποίηση»...80 Εικόνα 7.1 Συλλογή δεδομένων και δημιουργία αρχείου e-scp-ecg +...82 Εικόνα 7.2 Αρχιτεκτονική του πιλοτικού ΣΤΥΑ...83 Εικόνα 7.3 Λειτουργίες σε κάθε οντότητα του ΣΤΥΑ....85 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 4.1 - Η δομή δεδομένων του SCP-ECG πρωτοκόλλου...26 Πίνακας 4.2 -Διαδικασία αποκωδικοποίησης Huffman...43 Πίνακας 4.3 - Ο εξορισμού πίνακας Huffman...44

Περιεχόμενα VII Πίνακας 4.4 - Πίνακας Huffman 1...45 Πίνακας 4.5 - Πίνακας Huffman 2...45 Πίνακας 5-1 Παράμετροι για δημογραφικά στοιχεία/εξοπλισμό στην Παράγραφο-1...48 Πίνακας 5-2 Νέες παράμετροι που έχουν οριστεί για το τμήμα-1...51 Πίνακας 5-3 Παράμετροι αλλεργιών που καταχωρούνται στην Παράγραφο-204...64 Πίνακας 9-1 : Χαρακτηριστικά ασθενών που συμμετείχαν στη αξιολόγηση / είδος χρησιμοποιούμενου εξοπλισμού...132 Πίνακας 9-2: Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης στη φάση της πιλοτικής λειτουργίας για τον ΑΣΠΥ....134 Πίνακας 9-3: Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης στη φάση της πιλοτικής λειτουργίας για τον ΣΣΔ...134 Πίνακας 4: Πεδία του πίνακα Διαθέσιμων Βάσεων Δεδομένων...145 Πίνακας 5: Πεδία του πίνακα φαρμάκων...146 Πίνακας 6: Πεδία του πίνακα Εξετάσεων...146 Πίνακας 7: Πεδία του πίνακα αντιστοίχισης ετικετών-τιμών...146 Πίνακας 8: Πεδία του πίνακα ετικετών...147 Πίνακας 9: Πεδία του πίνακα Ασθενών...147 Πίνακας 10: Πεδία του πίνακα Γενικών Ρυθμίσεων...147 Πίνακας 11: Πεδία του πίνακα κωδικοποίησης Απαγωγών...148 Πίνακας 12: Πεδία του πίνακα κωδικοποίησης του Ιατρικού Ιστορικού...148 Πίνακας 13: Πεδία του πίνακα Ιατρικών Κέντρων...148 Πίνακας 14: Πεδία του πίνακα προσωρινής καταχώρησης αποτελεσμάτων αναζήτησης...149 Πίνακας 15 Χαρακτηριστικά χρησιμοποιούμενων αρχείων...165

ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διατριβή ασχολείται με την εισαγωγή ενός νέου πρωτοκόλλου (e-scp-ecg+) με στόχο την μεταφορά και διαχείριση πολλαπλών τύπων πληροφορίας που προέρχονται από ιατρικές συσκευές συλλογής ζωτικών σημάτων και δημογραφικών στοιχείων από τους ασθενείς σε υπολογιστικούς σταθμούς επεξεργασίας, διαχείρισης και αποθήκευσης της. Ορίζει επίσης την αρχιτεκτονική ενός Συστήματος Τηλεπαρακολούθησης Υγείας Ασθενούς (ΣΤΥΑ) για την εφαρμογή και αξιολόγηση της απόκρισης του πρωτοκόλλου. Το ΣΤΥΑ πέρα από την λειτουργία του σε εργαστηριακό επίπεδο, δοκιμάστηκε πιλοτικά σε πραγματικές συνθήκες. Ζωτικά σήματα ή βιοσήματα, είναι τα ηλεκτρικά σήματα που δημιουργούνται κατά τη λειτουργία του ανθρωπίνου σώματος, η καταγραφή των οποίων αποκαλύπτει τη λειτουργική κατάσταση του σώματος. Αποτελούν κρίσιμες συνιστώσες ιατρικής φροντίδας και παρέχουν ολοκληρωμένη ιατρική εικόνα του ασθενούς για την υποστήριξη της διαδικασίας λήψης απόφασης όσον αφορά την εξαγωγή της διάγνωσης, διότι τιμές εκτός φυσιολογικών ορίων αποκαλύπτουν συνθήκες απειλητικές για την υγεία. Ο μακροπρόθεσμος έλεγχός τους μπορεί να δείξει όλες τις αλλαγές ή τις δημιουργούμενες τάσεις σχετικά με την υγεία των ατόμων, και να επηρεάσει την απόκριση και τη διαχείριση των ασθενειών τους. Οι συνθήκες διαβίωσης και εργασίας ενός ασθενή σε συνάρτηση με τις πιθανές αλλεργίες από τις οποίες υποφέρει, μπορούν επίσης να επιδεινώσουν την υγεία του ή να επηρεάσουν την φαρμακευτική αγωγή που πρέπει να του χορηγηθεί. Τα ανωτέρω σε συνδυασμό με την εμπειρία που έχει αποκτηθεί από τη μακρόχρονη συνεργασία με ιατρούς και την ενασχόληση με θέματα τηλεϊατρικής, ανέδειξαν την αναγκαιότητα της δημιουργίας ενός πρωτοκόλλου το οποίο θα επιτρέπει τη διαχείριση πολλαπλών δεδομένων που αφορούν έναν ασθενή. Αν και στον τομέα της διαχείρισης των παραπάνω δεδομένων, επικρατεί μια πανσπερμία πρωτοκόλλων το κυριότερο πρόβλημα είναι η μη ύπαρξη κάποιου που να επιτρέπει τον χειρισμό του συνόλου της πληροφορίας που απαιτείται για τη διαχείριση ενός καθημερινού ιατρικού περιστατικού. Έτσι, στα πλαίσια της διατριβής αυτής, αφού έγινε μελέτη των υπαρχόντων πρωτοκόλλων, προτείνεται ένα νέο πρωτόκολλο που ονομάστηκε e-scp-ecg+, και είναι βασισμένο στο μορφότυπο και τις γενικές αρχές επέκτασης του πρωτοκόλλου SCP- ECG (Standard Communication Protocol for Computer Assisted Electrocardiography), το οποίο έχει σχεδιαστεί για τη διαχείριση δεδομένων ηλεκτροκαρδιογραφίας. Η διατριβή αναλύει τις λειτουργικές προδιαγραφές του πρωτοκόλλου SCP-ECG, διαπιστώνει τις αδυναμίες του, τις οποίες διορθώνει και επεκτείνει τη δυνατότητα διαχείρισης του σε ένα

2 Περίληψη μεγάλο φάσμα πληροφορίας. Η πληροφορία αυτή, αφορά τα δημογραφικά στοιχεία του ασθενούς, στοιχεία σχετικά με την καταγωγή και τον τόπο κατοικίας του, το ιστορικό του, δεδομένα σχετικά με τις αλλεργίες που τυχόν υποφέρει ο ασθενής, δεδομένα γεωτοποθεσίας (γεωγραφικό πλάτος και ύψος, υψόμετρο), μετρήσεις βιοσημάτων που αφορούν το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG), την αναίμακτη μέτρηση της πίεσης (NiBP), τον κορεσμό οξυγόνου στο αίμα (SPO2), τον ρυθμό σφύξεων, την θερμοκρασία του σώματος, το ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στα αέρια εκπνοής, καθώς και δεδομένα που αφορούν τις συσκευές και το προσωπικό λήψης των μετρήσεων. Η παρούσα διατριβή ορίζει επίσης την αρχιτεκτονική ενός Συστήματος Τηλεπαρακολούθησης Υγείας Ασθενούς (ΣΤΥΑ), το οποίο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο e- SCP-ECG+ για τη μεταφορά, τη διαχείριση και την αρχειοθέτηση της συλλεγόμενης πληροφορίας. Το ΣΤΥΑ αποτελείται από το Σταθμό Συλλογής Δεδομένων (ΣΣΔ), την Μονάδα Αποθήκευσης Δεδομένων (ΜΑΔ) και τον Απομακρυσμένο Σταθμό Παρακολούθησης Υγείας (ΑΣΠΥ). Ένα Κέντρο Λήψης Δεδομένων (ΚΛΔ) μπορεί να αποτελείται από μία ΜΑΔ και έναν ή περισσότερους ΑΣΠΥ. Η δημιουργία ενός Δικτύου από ΣΤΥΑ περιλαμβάνεται επίσης στην αρχιτεκτονική αυτή, με στόχο την αναζήτηση πληροφορίας σχετικής με τον ασθενή μεταξύ διαφορετικών ΜΑΔ, εξασφαλίζοντας έτσι τη δυνατότητα του ελέγχου της πορείας της υγείας ενός ασθενούς. Τέλος στο προτεινόμενο πρωτόκολλο έχουν προστεθεί και προηγμένοι μηχανισμοί ασφάλειας για να εξασφαλίσουν τον προσδιορισμό της ταυτότητας των χρηστών και περιορισμούς της πρόσβασης στα δεδομένα σύμφωνα με τους ρόλους των χρηστών. Τόσο το πρωτόκολλο όσο και η προτεινόμενη αρχιτεκτονική υλοποιήθηκαν πιλοτικά και εξετάστηκαν τόσο σε περιβάλλον εργαστηρίου όσο και σε περιβάλλον νοσοκομείου. Η λειτουργικότητα της αρχιτεκτονικής που προτείνει η παρούσα διατριβή αξιολογήθηκε από μηχανικούς σε συνεργασία με ιατρούς και ασθενείς.

ABSTRACT This dissertation introduces a new protocol named e-scp-ecg +, which permits the transport and management of multiple information types collected from patients (vital signs, citizen demographic data, other information relative with the treated incident), through a communication network to a Health Reception Center. It also defines the architecture of a Health Tele-monitoring System (HTS) aiming to protocol s application and evaluation. The pilot HTS has been tested both on laboratory conditions and in real-world operation. Vital signals or Biosignals, are the electric signals created during human s body operation. Their recording reveals the functional situation of body. They comprise critical components of medical care and provide a complete patient s medical picture aiming the process of decision-making with regard to the diagnosis extraction, because values outside physiological limits reveal conditions threatening the citizen s health. Their long-term control can show the changes or created tendencies with regard to the health of individuals, and influence the response and the management of their illnesses. The individual s residence and work conditions related to the individual s allergies can also influence his health or influence his cure. The above reasons in combination with the acquired experience by the long-lasting collaboration with doctors in the framework of telemedicine projects, led to the necessity of a protocol s creation, allowing the management of multiple data relative to an incident. Many protocols have been defined in the area of medical data management. The main problem is the absence of a protocol that is able to manage the total amount of information a daily medical incident uses. Thus, this dissertation copes with the study of the existing protocols and proposes a new protocol named e-scp-ecg + protocol, based on the Standard Communication Protocol for Computer Assisted Electrocardiography (SCP-ECG) format and its general extension capabilities. The functional specifications of SCP-ECG are analyzed and some weaknesses have been derived. The e-scp-ecg + fixes the SCP-ECG and extends its ability of ECG data management wide spectrum of medical information. This information, concerns the patient s demographic, data relative to his origin and residence, his ancestry, allergy data, medical and mnemonic history, geo-topology data (geographic width and height, altitude), vital sign measurements concerning electrocardiogram (ECG), the Non invasive Blood Pressure (NiBP), the saturation of oxygen in blood (SPO 2 ), the heart rhythm, the body temperature, the percentage of carbon dioxide in respiration gases (CO 2 ), as well as data concerning the appliances and the personnel respective to the measurement s acquisition.

2 Abstract Advanced security mechanisms are appended to the proposed e-scp-ecg +, in order to ensure communication encryption, user identification and access restrictions to data according to user roles. The proposed protocol is implemented as a software component and is used in an HTS. The HTS s architecture is also defined in this dissertation. HTS implements the e-scp-ecg + for transport, management and archiving of the collected information, in order the protocol to be evaluated. The HTS consists of 3 types of entities: a Data Acquisition Station (DAS), a Storage Unit (SU) and a Remote Health Monitoring System (RHMS). A Data Reception Center (DRC) includes a SU and one or more RHMS. The creation of an HTS s Network is also included in this architecture. This network supports health continuity and gives doctor the ability to search information relative to the patient between different networked HTSs. The implemented HTS was tested in laboratory and hospital environment. The functionality of the protocol and the architecture proposed in this dissertation was evaluated by engineers in collaboration with doctors.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Οριοθέτηση της Διατριβής Η διαχείριση της υγείας των ηλικιωμένων, των λιγότερο ικανών ατόμων ή εκείνων που παρουσιάζουν χρόνια προβλήματα υγείας μπορεί να τους εγγυηθεί βελτιωμένη ποιότητα της ζωής τους [1][2]. Για να είναι αυτό εφικτό, πρέπει να υπάρχει συνεχής έλεγχος των καθημερινών δραστηριοτήτων τους και αξιολόγηση των παραμέτρων των ζωτικών λειτουργιών τους (βιοσήματα) σε σχέση με εξατομικευμένες παραμέτρους. Βιοσήματα ή ζωτικά σήματα, είναι τα ηλεκτρικά σήματα που δημιουργούνται κατά τη λειτουργία του ανθρωπίνου σώματος. Η καταγραφή τους αποκαλύπτει τη λειτουργική κατάσταση του σώματος. Αποτελούν κρίσιμες συνιστώσες ιατρικής φροντίδας και παρέχουν ολοκληρωμένη ιατρική εικόνα του ασθενούς για την υποστήριξη της διαδικασίας λήψης απόφασης όσον αφορά την εξαγωγή της διάγνωσης, διότι τιμές εκτός φυσιολογικών ορίων αποκαλύπτουν συνθήκες απειλητικές για την υγεία. Ο μακροχρόνιος έλεγχος των συνιστωσών αυτών μπορεί να δείξει όλες τις αλλαγές ή τις δημιουργούμενες τάσεις σχετικά με την υγεία των ατόμων, και να επηρεάσει την φαρμακευτική απόκριση και τη διαχείριση των ασθενειών τους [3]. Σαν παράδειγμα, αναφέρεται ότι οι συνθήκες διαβίωσης και εργασίας ενός ασθενή σε συνάρτηση με τις πιθανές αλλεργίες από τις οποίες υποφέρει, μπορούν να επιδεινώσουν την υγεία του ή να επηρεάζουν την φαρμακευτική αγωγή που πρέπει να του χορηγηθεί. Οι τρέχουσες προσπάθειες για την υλοποίηση του στόχου που αφορά τη διαχείριση της υγείας των πιο πάνω κατηγοριών ατόμων, οδηγούν στη δημιουργία των Απανταχού Παρόντων Συστημάτων Τηλεπαρακολούθησης Υγείας (ΑΠαΣΤΥΑ) (Ubiquitous Health Telemonitoring Systems - HTSs) τα οποία επιτρέπουν την απομακρυσμένη παρακολούθηση της κατάστασης

2 Κεφάλαιο 1 ενός ατόμου και τη λήψη απόφασης σε περίπτωση κρίσης υγείας (π.χ. με την επέμβαση των εμπειρογνωμόνων υγείας). Τα ΑΠαΣΤΥΑ επιτρέπουν στα άτομα αυτά να κινηθούν και να δραστηριοποιηθούν, ανάλογα με τις δυνατότητές τους, σε διάφορους τομείς της καθημερινότητας, χωρίς περιορισμούς. Μπορούν επίσης να εφαρμοστούν αποτελεσματικά για τα πρόσωπα με διαφορετικές κατατομές (profile), π.χ. καρδιοπαθής, υπερτασικός, επιληπτικός, διαβητικός, ασθματικός και φοβικός. Ως εκ τούτου, το ΑΠαΣΤΥΑ πρέπει να βασιστεί σε ανοικτές και εύκαμπτες αρχιτεκτονικές που να επιτρέπουν την ολοκλήρωση των διάφορων βιοσημάτων και των υπόλοιπων απαραίτητων σχετικών πληροφοριών. Σχετικές πληροφορίες είναι οι πληροφορίες που σχετίζονται με τα δημογραφικά στοιχεία του ατόμου του οποίου τα βιοσήματα συλλέγονται, με στοιχεία του περιβάλλοντος στο οποίο κινείται το άτομο, με στοιχεία των συσκευών συλλογής, κα. Από την αρχιτεκτονική άποψη, τα ΑΠαΣΤΥΑ περιλαμβάνουν συνήθως δύο οντότητες. Η πρώτη οντότητα αποτελείται από ένα δίκτυο αισθητήρων που καλύπτει την περιοχή του σώματος (Body Area Network BAN) και το οποίο είναι επιφορτισμένο με τη συλλογή των πληροφοριών που σχετίζονται με τα βιοσήματα, όπως το ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG), η μη επεμβατική αρτηριακή πίεση (NiBP), η θερμοκρασία του σώματος (Temp), οι σφυγμοί, κ.λπ. Η δεύτερη οντότητα συλλέγει τις πληροφορίες που σχετίζονται με τα δημογραφικά στοιχεία τους ασθενούς, την κατατομή (προφίλ) του, τον προσδιορισμό θέσης (τοποθεσία, υψόμετρο) και τις λοιπές πληροφορίες περιβάλλοντος, όπως η υγρασία, η θερμοκρασία, κ.λπ. [4]. Για την αποδοτική λειτουργία των συστημάτων ΑΠαΣΤΥΑ σε περιβάλλοντα πελάτηεξυπηρετητή ή σε διομότιμα περιβάλλοντα είναι απαραίτητη η ενσωμάτωση σε ένα αρχείο τόσο της πληροφορίας που σχετίζεται με την μέτρηση των βιοσημάτων, όσο και των άλλων σχετιζόμενων πληροφοριών που έχουν ήδη αναφερθεί. Κατά αυτόν τον τρόπο, ελαχιστοποιούνται τόσο ο χρόνος μετάδοσης όσο και η πιθανότητα εισαγωγής λαθών. 1.2 Υφιστάμενη κατάσταση Στην προσπάθεια για κοινή κωδικοποίηση των κανόνων επικοινωνίας μεταξύ των ιατρικών συσκευών λήψης ζωτικών σημάτων, μερικοί οργανισμοί δημιουργίας προτύπων έχουν ήδη καθορίσει τους μορφότυπους αρχείων και τα πρωτόκολλα επικοινωνίας για την ολοκλήρωση διαφορετικών τύπων ιατρικών πληροφοριών [5]. Όμως, οι μορφότυποι αυτοί περιλαμβάνουν συνήθως τα βασικά δημογραφικά στοιχεία των ασθενών, όπως ο κωδικός αναγνώρισής τους, το όνομα, το επώνυμο, το βάρος και το ύψος. Επίσης, ενσωματώνουν κυρίως βιοσήματα όπως το ECG και το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG) και δευτερευόντως τα NiBP, Temp, κορεσμό οξυγόνου στο αίμα (SPO 2 ), ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα στα αέρια εκπνοής (CO 2 ), καρδιακός ρυθμός, κλπ. Παραδείγματος χάριν, το πρωτόκολλο SCP-ECG ενσωματώνει τα ECG, TEMP και NiBP, το πρωτόκολλο EDF+ ενσωματώνει τα EEG, ECG και το CO 2, ενώ το CEN File Exchange Format (CEN/FEF) είναι η μόνη δομή που ενσωματώνει περισσότερους τύπους βιολογικών σημάτων. Τα χαρακτηριστικά και η απόδοση

Κεφάλαιο 1 3 αυτών των πρωτοκόλλων έχουν επίσης κατά καιρούς αναλυθεί και από άλλους ερευνητές στην προσπάθειά τους να αναδείξουν το καταλληλότερο πρωτόκολλο για χρήση στην εκάστοτε ερευνητική δουλειά. Είναι έτσι προφανές, ότι κανένα από αυτά τα πρωτόκολλα δεν είναι σε θέση να υποστηρίξει την πλήρη λειτουργία ενός ΑΠαΣΤΥΑ. Θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα δύο ή περισσότερα πρωτόκολλα, εισάγοντας κατά συνέπεια έναν υψηλό βαθμό πολυπλοκότητας, με ότι αυτό συνεπάγεται όσον αφορά την ταχύτητα και την αξιοπιστία της μετάδοσης καθώς επίσης και τον όγκο των διαχειριζόμενων δεδομένων. 1.3 Στόχοι και αποτελέσματα της Διατριβής Ως στόχος της παρούσας διατριβής οριοθετείται η δημιουργία ενός νέου πρωτοκόλλου, το οποίο να μπορεί να χειρίζεται το σύνολο της ιατρικής και της μη ιατρικής πληροφορίας ενός ασθενούς η οποία συλλέγεται από ένα ΑΠαΣΤΥΑ σύστημα. Το πρωτόκολλο αυτό θα πρέπει να επιτρέπει την εύκολη διακίνηση/διαχείριση της πληροφορίας και την επίτευξη διαλειτουργικότητας μεταξύ των συσκευών συλλογής της πληροφορίας και των σταθμών λήψης και επεξεργασίας της. Το πρωτόκολλο πρέπει, επίσης, να μπορεί να δίνει τη δυνατότητα της πλήρους ή μερικής διαχείρισης πληροφορίας, ανάλογα με το προς εξυπηρέτηση ιατρικό συμβάν. Μετά από μελέτη και ανάλυση των δυνατοτήτων των υπαρχόντων ιατρικών πρωτοκόλλων επιλέχθηκε ως βάση το πρωτόκολλο SCP-ECG το οποίο έχει προταθεί από την Ευρωπαϊκή Επιτροπή Προτυποποίησης (CEN TC/251). Το SCP-ECG είναι ένα τηλεπικοινωνιακό πρωτόκολλο, το οποίο χρησιμοποιείται στην ιατρική πληροφορική για τη μεταφορά δομημένης πληροφορίας που σχετίζεται με το ηλεκτροκαρδιογράφημα. Το πρωτόκολλο SCP- ECG, επιβάλλει συμβατότητα μεταξύ των ιατρικών εξετάσεων που παράγονται και διακινούνται από ιατρικές συσκευές ECG και συστημάτων τηλεπληροφορικής διαφορετικών κατασκευαστών. Ορίζει μεταξύ των συσκευών που επικοινωνούν μια σειριακή διεπαφή, ένα σύνολο κανόνων ανταλλαγής δεδομένων και μηνυμάτων, καθώς και ένα συγκεκριμένο μορφότυπο (format) αρχείου ιατρικών εξετάσεων τύπου ECG. Το μορφότυπο αυτό καλύπτει κατηγορίες δεδομένων, όπως μια βασική ομάδα δημογραφικών στοιχείων του ασθενούς, το ιατρικό ιστορικό και τη φαρμακευτική αγωγή, τα στοιχεία των κυματομορφών του ECG, τυχόν αποτελέσματα επεξεργασίας σήματος, καθώς επίσης και διαγνωστικές αναφορές. Το SCP-ECG είναι ένα πρωτόκολλο ευέλικτο, αποδεκτό από μεγάλους κατασκευαστές ιατρικών οργάνων και ταυτόχρονα κοντινό στις ανάγκες υλοποίησης του ΑΠαΣΤΥΑ. Στο πρωτόκολλο αυτό, προτείνονται κατάλληλες επεκτάσεις ώστε το νέο πρωτόκολλο να είναι σε θέση να υποστηρίξει την πλήρη λειτουργικότητα ενός ΑΠαΣΤΥΑ. Το νέο πρωτόκολλο, έχοντας προς τα πίσω συμβατότητα με το SCP-ECG αναφέρεται ως πρωτόκολλο e-scp-ecg +. Η δομή του πρωτοκόλλου e-scp-ecg + περιλαμβάνει παραγράφους για την διαχείριση ζωτικών σημάτων, ασθενοκεντρικών δεδομένων καθώς και άλλων σχετιζόμενων δεδομένων. Οι παράγραφοι που αναφέρονται στα βιοσήματα περιλαμβάνουν τουλάχιστον έξι βιολογικά σήματα (ECG, NiBP, SPO 2, Temp, Pulse Rate και CO 2 ), καθώς επίσης και πληθυσμογραφικά δεδομένα (PLE) για το SPO 2. Η παράγραφος για τις σχετιζόμενες πληροφορίες περιλαμβάνει κατ ελάχιστο τα στοιχεία για την γεωγραφική θέση και το υψόμετρο. Η παράγραφος με τις

4 Κεφάλαιο 1 ασθενοκεντρικές πληροφορίες ενσωματώνει τα στοιχεία για την ομάδα αίματος, τα περιβαλλοντικά στοιχεία (κατοικία, εργασία, κ.λπ.), και τους προσωπικούς περιορισμούς (π.χ. απαγόρευση της μετάγγισης αίματος για θρησκευτικούς λόγους). Τέλος, η παράγραφος για τις αλλεργίες περιλαμβάνει δεδομένα για τις αλλεργίες, από τις οποίες υποφέρει ο ασθενής. Το προτεινόμενο πρωτόκολλο προκειμένου να ελεγχθεί η ικανότητά του να διαχειριστεί το σύνολο της πληροφορίας, υλοποιήθηκε στα πλαίσια μιας αρχιτεκτονικής, ο σχεδιασμός της οποίας αποτελεί, επίσης, τμήμα της διατριβής. Η αρχιτεκτονική αποτελεί έναν ολοκληρωμένο ηλεκτρονικό χώρο εργασίας, κατάλληλο για όλες τις ειδικότητες ιατρών που ασχολούνται με τους τομείς των επειγόντων περιστατικών, του τραύματος και της καρδιολογίας, διότι μπορεί να διαχειριστεί ένα πλήθος πληροφοριών σχετικών με τον ασθενή. Επιπλέον, παρέχει στο χρήστη-ιατρό ένα σύνολο υπηρεσιών, όπως η συλλογή, επικοινωνία, αρχειοθέτηση, επεξεργασία, αναζήτηση, εκτύπωση. Η αρχιτεκτονική αυτή, δίνει επίσης τη δυνατότητα δημιουργίας ενός δικτύου διασύνδεσης συνεργαζόμενων ιατρικών μονάδων (ιατρείων, κέντρου πρώτων βοηθειών, ασθενοφόρων, Νοσοκομείων κλπ.), το οποίο παρέχει στον ιατρό τη δυνατότητα αναζήτησης παλαιοτέρων εξετάσεων του ιδίου ασθενούς που έχουν πραγματοποιηθεί σε κάποιες από αυτές τις μονάδες. Μια τέτοια αναζήτηση προσφέρει στον ιατρό τη δυνατότητα να έχει πιο ολοκληρωμένη εικόνα, όχι μόνο για την τρέχουσα κατάσταση του ασθενούς αλλά και για την πορεία της υγείας του έως τη δεδομένη χρονική στιγμή. Για τον έλεγχο της απόδοσης και αξιοπιστίας του πρωτοκόλλου e-scp-ecg + σε πραγματικές συνθήκες, πραγματοποιήθηκε η πιλοτική υλοποίηση ενός Συστήματος Τηλεπαρακολούθησης Υγείας Ασθενούς (ΣΤΥΑ), το οποίο δοκιμάστηκε με τη συνεργασία της καρδιολογικής κλινικής του Γενικού Νοσοκομείου Αιγίου. Προηγούμενες εκδόσεις του πρωτοκόλλου είχαν επίσης δοκιμαστεί σε ερευνητικά προγράμματα στο χώρο της Τηλεϊατρικής τα οποία έχουν παρουσιαστεί σε εργασίες σε συνέδρια και περιοδικά. 1.4 Οργάνωση του συγγράμματος Πρωτότυπα σημεία Η παράγραφος αυτή, έχει ως στόχο να παρουσιάσει την δομή πάνω στην οποία έχει βασιστεί η συγγραφή της παρούσας διατριβής. Το κεντρικό θέμα πάνω από το οποίο περιστρέφεται η διατριβή, είναι τα βιοσήματα ή αλλιώς ζωτικά σήματα. Έτσι λοιπόν δίδεται ο ορισμός για τα «ζωτικά σήματα», γίνεται παρουσίαση της σημασίας του καθενός, του τρόπου μέτρησής του, του τρόπου δημιουργίας του και των επιπτώσεών του στη υγεία του ανθρώπου. Στην συνέχεια πραγματοποιείται η παρουσίαση του πρωτοκόλλου το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί ως βάση για το βελτιωμένο πρωτόκολλο μεταφοράς και διαχείρισης ζωτικών σημάτων που παρουσιάζεται στη διατριβή. Ακολουθούν οι βελτιώσεις που έχουν προταθεί. Η περιγραφή του πιλοτικού ΣΤΥΑ που δημιουργήθηκε με στόχο τη δοκιμή του πρωτοκόλλου e-scp- ECG +, είναι το επόμενο θέμα που διαπραγματεύεται το παρόν σύγγραμμα. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η γενική εφαρμογή συλλογής, σύνθεσης, μετάδοσης, παραλαβής, επεξεργασίας και αρχειοθέτησης των ζωτικών σημάτων. Τέλος, παρουσιάζεται η αξιολόγηση και τα συμπεράσματα που έχουν προκύψει.

Κεφάλαιο 1 5 Στα παραρτήματα, για ενημέρωση του αναγνώστη και εξοικείωσή του με ορισμένους «νέους» όρους, παρουσιάζονται εκτός των άλλων και κάποια θέματα φυσιολογίας, ανατομίας αλλά και θέματα ιατρικής φύσεως. Περιληπτικά τα κεφάλαια που ακολουθούν αναφέρονται σε: Στο κεφάλαιο 1 «Εισαγωγή», πραγματοποιείται η εισαγωγή στο πρόβλημα που πρόκειται να αναλυθεί, οι προδιαγραφές που τέθηκαν για την αντιμετώπισή του καθώς και μία σύντομη αναφορά στην προτεινόμενη λύση. Γίνεται επίσης αναφορά στην οργάνωση του συγγράμματος και αναφέρονται τα πρωτότυπα σημεία της διατριβής. Στο κεφάλαιο 2 «Ζωτικά σήματα Δεδομένα γεωτοποθεσίας», αρχικά δίνεται η ανάλυση του όρου ζωτικά σήματα ή βιοσήματα. Στην συνέχεια πραγματοποιείται αναφορά των κυριότερων ζωτικών σημάτων για τον προσδιορισμό της κατάστασης της υγείας του ασθενούς και ακολουθεί μια σύντομη περιγραφή της σημασίας που κατέχει η μέτρηση καθενός από αυτά στην εύρυθμη λειτουργία του ανθρώπινου οργανισμού. Τέλος, αναλύεται η ανάγκη γνώσης της θέσης στην οποία βρίσκεται ο ασθενής. Το κεφάλαιο 3 «Πρωτόκολλα για την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ συσκευών λήψης ζωτικών σημάτων και υπολογιστών» παρέχει μια βιβλιογραφική αναφορά σε τεχνολογικά πρωτόκολλα ειδικού σκοπού στο χώρο της υγείας, τα οποία διαχειρίζονται κυματομορφές (π.χ. DICOM supplement 30, HL7, SCP-ECG, κ.α.). Τα πρωτόκολλα αυτά έχουν προταθεί με στόχο την διασύνδεση συσκευών καταγραφής λήψης μετρήσεων προερχόμενων από συσκευές διαφορετικών κατασκευαστών και ετερογενών τηλεπληροφορικών συστημάτων. Το κεφάλαιο 4 «Πρωτόκολλο SCP-ECG», παρουσιάζει το μορφότυπο του πρωτοκόλλου SCP-ECG. Το πρωτόκολλο αυτό έχει ενσωματώσει στο μορφότυπό του απαραίτητες πληροφορίες για τα βασικά δημογραφικά στοιχεία του ασθενούς και τις ηλεκτροκαρδιογραφικές του μετρήσεις. Επιλέχθηκε ανάμεσα από άλλα πρωτόκολλα του χώρου κατά την φάση βιβλιογραφικής αναζήτησης που έχει παρουσιαστεί στο κεφάλαιο 3 ως βάση για τις επεκτάσεις που προτείνονται από την παρούσα διατριβή με στόχο την διαχείριση περισσότερων δεδομένων σχετικών με τον ασθενή καθώς επίσης και άλλων ζωτικών σημάτων. Στο κεφάλαιο 5 «Επεκτάσεις στο πρωτόκολλο SCP-ECG», παρουσιάζονται λεπτομερώς οι προσθήκες βελτιώσεις που προτείνονται έτσι ώστε χρησιμοποιώντας ως βάση το πρωτόκολλο SCP-ECG να καταστεί δυνατή η μετάδοση πέραν των βασικών δημογραφικών στοιχείων του ασθενούς και των δεδομένων του ηλεκτροκαρδιογραφήματός του, στοιχείων που αφορούν και άλλα δεδομένα. Τα επιπλέον δεδομένα που μπορούν να μεταδοθούν και διαχειριστούν με βάση τις προτεινόμενες βελτιώσεις προσθήκες, αφορούν περισσότερα δημογραφικά στοιχεία του ασθενούς, δεδομένα αλλεργιών, δεδομένα γεωτοποθεσίας αλλά και ζωτικά σήματα όπως ο κορεσμός του αίματος σε οξυγόνο, η αναίμακτη αρτηριακή πίεση (συστολική-διαστολική), η θερμοκρασία του σώματος, ο καρδιακός ρυθμός και τέλος το ποσοστό διοξειδίου του άνθρακα στα αέρια εκπνοής, ως μια τελευταία προσθήκη. Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει πρωτότυπη εργασία. Στο κεφάλαιο 6 «Αρχιτεκτονική του Συστήματος Τηλεπαρακολούθησης Υγείας Ασθενών (ΣΤΥΑ)», παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική του συστήματος που σχεδιάστηκε με

6 Κεφάλαιο 1 στόχο την δοκιμή της απόκρισης του πρωτοκόλλου e-scp-ecg + σε πραγματικές συνθήκες. Το ΣΤΥΑ αυτό αποτελείται από τρεις οντότητες, τον Σταθμό Συλλογής Δεδομένων (ΣΣΔ), την Μονάδα Αποθήκευσης Δεδομένων (ΜΑΔ) και τον Απομακρυσμένο Σταθμό Παρακολούθησης Υγείας (ΑΣΠΥ). Ένα Κέντρο Λήψης Δεδομένων (ΚΛΔ) αποτελείται από μία ΜΑΔ και έναν ή περισσότερους ΑΣΠΥ. Η αρχιτεκτονική αυτή ορίζει επίσης και τη δημιουργία δικτύου από ΜΑΔ με στόχο την διασφάλιση της συνεχόμηνης παρακολούθησης της υγείας ενός ασθενούς. Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει πρωτότυπη εργασία. Στο κεφάλαιο 7 «Υλοποίηση αρχιτεκτονικής του ΣΤΥΑ», γίνεται η περιγραφή της υλοποίησης της αρχιτεκτονικής του ΣΤΥΑ. Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει πρωτότυπη εργασία. Στο κεφάλαιο 8 «Παρουσίαση χώρου εργασίας Κέντρου Λήψης Δεδομένων (ΚΛΔ)», γίνεται λεπτομερής περιγραφή της υλοποίησης του χώρου εργασίας του ΚΛΔ που έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια της εκπόνησης της παρούσας διδακτορικής διατριβής, υπό τη μορφή ενός ολοκληρωμένου συστήματος λογισμικού. Το λογισμικό αυτό υλοποιεί το σύνολο των λειτουργιών που περιέχονται στα υποσυστήματα του ΣΤΥΑ. Κατά τη περιγραφή της υλοποίησης δίνονται μια σειρά από οθόνες που αντλήθηκαν από την λειτουργία του παραπάνω χώρου εργασίας. Παράλληλα, δίνονται εξηγήσεις για την λειτουργία της κάθε διεπαφής και παρουσιάζεται η χρησιμότητά της στην ολοκλήρωση του χώρου εργασίας. Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει πρωτότυπη εργασία. Στο κεφάλαιο 9 «Εξέλιξη - Αξιολόγηση του Πρωτοκόλλου e-scp-ecg + / Πιλοτικού ΣΤΥΑ», πρώτα γίνεται μια αναδρομή σε προγράμματα τηλεϊατρικής από τα οποία αντλήθηκε η απαραίτητη εμπειρία και η αναγκαιότητα της δημιουργίας του πρωτοκόλλου e-scp-ecg +, και στα οποία έγινε ενσωμάτωση του πρωτοκόλλου κατά τα διάφορα στάδια εξέλιξής του με στόχο τον σταδιακό έλεγχό του. Κατόπνιν, περιγράφεται η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση της απόδοσης του πρωτοκόλλου σε ένα πιλοτικό σύστημα τηλεπαρακολούθησης της υγείας, όσο και της ευχρηστίας, αξιοπιστίας, απόδοσης του προτεινόμενου πιλοτικού συστήματος. Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει πρωτότυπη εργασία. Στο κεφάλαιο 10 «Συμπεράσματα - Προτάσεις για μελλοντική επέκταση» παρουσιάζονται τα οφέλη που αναδείχθηκαν και τα συμπεράσματα που εξάγονται από την εκπόνηση της παρούσας διατριβής. Παρουσιάζονται επίσης ιδέες και σκέψεις για μελλοντικές επεκτάσεις των αρχιτεκτονικών, των λειτουργιών και των υπηρεσιών που παρουσιάστηκαν στα πλαίσια της παρούσας διατριβής. Στο παράρτημα 1 «Βάση Δεδομένων», παρουσιάζονται οι πίνακες που αποτελούν τις βάσεις δεδομένων που χρησιμοποιούνται από τις εφαρμογές του ΚΛΔ. Στο παράρτημα 2 «Αρχικοποίηση πινάκων», παρουσιάζεται η αρχικοποίηση των βοηθητικών πινάκων. Στο παράρτημα 3 «Αρχεία κειμένου», παρουσιάζεται η μορφή των αρχείων κειμένου που χρησιμοποιούνται σαν είσοδοι δεδομένων από τις εφαρμογές του ΚΛΔ. Τα αρχεία κειμένου χρησιμοποιούνται συνήθως σαν «ενδιάμεσοι», όταν οι χρησιμοποιούμενες συσκευές παράγουν μη συμβατά με το πρωτόκολλο αρχεία.

Κεφάλαιο 1 7 Στο παράρτημα 4 «Πηγές Δεδομένων», παρουσιάζονται οι εταιρείες, αρχεία των οποίων είχαν χρησιμοποιηθεί κατά την ανάπτυξη του λογισμικού ανάγνωσης/δημιουργίας αρχείων SCP-ECG με στόχο τον έλεγχο ορθής λειτουργίας συμβατότητας. Στο παράρτημα 5 «Υλικό και Λογισμικό», περιγράφεται η σύνθεση του ηλεκτρονικού υπολογιστή που χρησιμοποιήθηκε κατά την υλοποίηση του λογισμικού της παρούσας διατριβής, καθώς επίσης και το λογισμικό (γλώσσες προγραμματισμού, βιβλιοθήκες, βάσεις δεδομένων) που χρησιμοποιήθηκε. Στο παράρτημα 6 «Ερωτηματολόγια», παρουσιάζονται τα ερωτηματολόγια που δομήθηκαν προκειμένου οι δύο ομάδες χρηστών (ιατροί και ασθενείς) να καταγράψουν τις απόψεις τους σχετικά με τη χρήση του συστήματος κατά τη διάρκεια της πιλοτικής εφαρμογής. Για το λόγο αυτό στο παράρτημα 6 παρουσιάζονται δύο είδη ερωτηματολογίων, ένα που αφορά τους χρήστες-ιατρούς και ένα που αφορά τους χρήστες-ασθενείς. Στο Παράρτημα 7 «Δημοσιεύσεις-Αναφορές», παρουσιάζονται οι εργασίες που δημοσιεύθηκαν σε διεθνή περιοδικά και συνέδρια κατά την εκπόνηση της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Επίσης παρουσιάζονται και οι αναφορές που έχουν γίνει από τρίτους στις παραπάνω εργασίες έως και την ημερομηνία συγγραφής του παρόντος κειμένου. Στη «Βιβλιογραφία», παρουσιάζεται η σημαντικότερη βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε κατά την εκπόνηση της παρούσας διατριβής και ακολουθούν κατά προτεραιότητα τη σειρά εμφάνισης τους στα κεφάλαια της διατριβής.

8 Κεφάλαιο 1

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΖΩΤΙΚΑ ΣΗΜΑΤΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΓΕΩΤΟΠΟΘΕΣΙΑΣ Με το όρο ζωτικά σήματα ή βιοσήματα, περιγράφονται τα σήματα που δημιουργούνται κατά την λειτουργία των διαφόρων οργάνων του ανθρωπίνου σώματος [1]. Η μέτρησή τους χρησιμοποιείται για τη διάγνωση και εξακρίβωση τόσο της καλής λειτουργίας του κάθε οργάνου, όσο και της φυσικής κατάστασής του [2][3]. Ένα ζωτικό σήμα δεν συνδέεται απαραίτητα μόνο με ένα όργανο του ανθρωπίνου σώματος. Υπάρχουν ζωτικά σήματα όπως το ηλεκτροκαρδιογράφημα το οποίο συνδέεται με την καρδιακή λειτουργία και άλλα όπως η μέτρηση της θερμοκρασίας που συνδέεται με την κατάσταση πολλών οργάνων του ανθρωπίνου σώματος. Τα κυριότερα ζωτικά σήματα [4], τα οποία είναι απαραίτητα για τον καθορισμό της υγείας ενός ασθενούς είναι τα ακόλουθα: Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ-ECG) Αρτηριακή πίεση (NiBP- Non Invasive Blood Pressure) και καρδιακός ρυθμός Κορεσμός οξυγόνου στο αίμα (SpO 2 ) Θερμοκρασία σώματος (Temp) Ως πέμπτο ζωτικό σήμα εδώ και χρόνια γίνεται προσπάθεια να καταγραφεί ο πόνος [5]. Αυτό δεν έχει όμως καταστεί δυνατό, αφού μέχρι στιγμής δεν έχει βρεθεί ο τρόπος μέτρησης του πόνου. Διοξείδιο του άνθρακα (CO 2 )

10 Κεφάλαιο 2 Τα δεδομένα γεωτοποθεσίας, είναι δεδομένα που φανερώνουν την γεωγραφική θέση του ασθενούς. Σαν τέτοια δεδομένα στην παρούσα εργασία περιλαμβάνονται το γεωγραφικό πλάτος και μήκος και το υψόμετρο της θέσης που βρίσκεται ο παρακολουθούμενος ασθενής. 2.1 Τα ζωτικά σήματα και η σημασία καθενός για την υγεία του ανθρώπου. Η ηλεκτροκαρδιογραφία είναι η σημαντικότερη και η πιο αξιόπιστη μέθοδος για αναίμακτη διάγνωση και ανίχνευση των καρδιακών παθήσεων [1]. Η καταγραφή των αλλαγών δυναμικού που μεταδίδονται στην επιφάνεια του σώματος λόγω ηλεκτρικών συμβάντων που λαμβάνουν χώρα στον μυ της καρδιάς χρησιμοποιείται για να δώσει στους γιατρούς είτε μια άμεση ένδειξη του καρδιακού ρυθμού και της καρδιακής αγωγιμότητας, είτε μια έμμεση ένδειξη της κατάστασης της ανατομίας της καρδιάς (μέγεθος, πάχος τοιχωμάτων, κ.α.). Η ηλεκτροκαρδιογραφία επίσης παρέχει δεδομένα σχετικά με τη ροή του αίματος, μεταξύ της καρδιάς και του σώματος, τη λειτουργική κατάσταση της καρδιάς κ.λ.π. Η καταγραφή των αλλαγών δυναμικού στον καρδιακό μυ καλείται ηλεκτροκαρδιογράφημα (ECG) και πραγματοποιείται με τη χρήση ηλεκτροδίων που ονομάζονται απαγωγές. Κάθε απαγωγή τοποθετείται σε συγκεκριμένο σημείο στην επιφάνεια του ανθρωπίνου σώματος. Τα δεδομένα που συλλέγονται παρουσιάζονται ως μια ομάδα κυματομορφών. Η παλμική οξυμετρία προσφέρει έναν σχετικά φθηνό, απλό και αξιόπιστο τρόπο για την παρακολούθηση της λειτουργίας της αναπνοής σε ένα ευρύ πεδίο κλινικών εφαρμογών, τόσο στα νοσοκομεία, όσο και στον ευρύτερο κοινωνικό χώρο [1]. Χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση ασθενών που έχουν πραγματικά ή δυναμικά αναπνευστικά προβλήματα. Η παλμική οξυμετρία μετρά τα επίπεδα κορεσμού οξυγόνου στο αίμα (SpO 2 ), με καταγραφή του ποσοστού της αιμοσφαιρίνης, η οποία είναι κορεσμένη με οξυγόνο, καθώς επίσης και τον καρδιακό ρυθμό. Η οξυμετρία μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε για την καταγραφή σημειακών μετρήσεων, είτε για συνεχόμενη καταγραφή. Οι μετρήσεις αυτές, πρέπει να μελετώνται και αξιολογούνται, λαμβάνοντας πάντα υπόψη όλα τα κλινικά δεδομένα που συλλέγονται για τον συγκεκριμένο ασθενή. Μία σημειακή μέτρηση του κορεσμού της αιμοσφαιρίνης μπορεί να αναδείξει αναπνευστικά προβλήματα. Για αυτό το λόγο οι συνεχόμενες μετρήσεις δίνουν πιο αξιόπιστα αποτελέσματα. Η θερμοκρασία του σώματος είναι ένα κρίσιμα σημαντικό ζωτικό σήμα, το οποίο συχνά επηρεάζει την διαδικασία λήψης αποφάσεων για την θεραπεία ενός ασθενούς [1]. Η καταγραφή της θερμοκρασίας έχει ως σκοπό τον έλεγχο για την εξακρίβωση εάν η θερμοκρασία του ασθενούς είναι πάνω από τα φυσιολογικά επίπεδα. Σε αυτήν την περίπτωση ο ασθενής έχει πυρετό. Τις περισσότερες φορές ο πυρετός είναι ένα σημάδι για την ύπαρξη μιας λοίμωξης και συνήθως συνυπάρχει και με άλλα συμπτώματα. Σε σπάνιες περιπτώσεις οι υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες μπορεί να είναι κρίσιμες για τη ζωή του ασθενούς. Το αίμα, μεταφέρεται από την καρδιά προς όλα τα μέρη του ανθρωπίνου σώματος μέσω αγγείων, τα οποία καλούνται αρτηρίες. Η πίεση του αίματος, είναι η δύναμη με την οποία το αίμα πιέζει τα τοιχώματα των αρτηριών. Κάθε φορά που η καρδιά χτυπά, εξωθεί αίμα προς

Κεφάλαιο 2 11 τις αρτηρίες. Η πίεση του αίματος είναι μέγιστη, όταν η καρδιά χτυπά εξωθώντας το αίμα. Αυτή η πίεση καλείται συστολική πίεση. Από την άλλη μεριά, όταν η καρδιά βρίσκεται σε ηρεμία ανάμεσα σε δύο κτυπήματα- η πίεση του αίματος πέφτει. Αυτή είναι η διαστολική πίεση. Η πίεση μετράται πάντα με δύο αριθμούς, την συστολική (υψηλότερη) και την διαστολική (χαμηλότερη). Και οι δύο είναι σημαντικές. Η υψηλή πίεση καλείται και υπέρταση- είναι παγκοσμίως ένα σημαντικό πρόβλημα υγείας σήμερα. Μερικές φορές χαρακτηρίζεται σαν «ο σιωπηλός δολοφόνος», επειδή δεν εμφανίζει κανένα σύμπτωμα, αν και μπορεί να προκαλέσει κρίσιμη ζημιά στο εσωτερικό του σώματος. Είναι η πρωταρχική αιτία πρόκλησης εγκεφαλικών επεισοδίων, καρδιακών παθήσεων, νεφρικής ανεπάρκειας, καθώς επίσης και τύφλωσης. Τριπλασιάζει τις πιθανότητες ένας άνθρωπος να εμφανίσει καρδιακά επεισόδια, ενισχύει την πιθανότητα της καρδιακής προσβολής επτά φορές, και της αποτυχίας της καρδιακής αιμάτωσης τρεις φορές. Η πίεση του αίματος μπορεί να μετρηθεί είτε με αναίμακτες (μη επεμβατικές) μεθόδους, είτε με αιματηρές (επεμβατικές) μεθόδους. Η ευκολότερη μέθοδος είναι η αναίμακτη μέτρηση της αρτηριακής πίεσης (NiBP). Η καπνογραφία είναι ένα αποτελεσματικό εργαλείο παρακολούθησης [1] για επαλήθευση της διασωλήνωσης, τον εντοπισμό της αποσύνδεσης του συστήματος αναπνοής ή αερισμού, τον εντοπισμό της αποτελεσματικής καρδιοπνευμονικής επαναφοράς, την εξακρίβωση των συνθηκών κρίσεων, την εξακρίβωση βρογχοσπασμών και άσθματος, την αποτίμηση του μεταβολισμού. Επίσης χρησιμοποιείται για παρακολούθηση της επάρκειας του αερισμού, της ανάκτησης των αισθήσεων μετά από νάρκωση, του αερισμού σε τραυματισμούς του κεφαλιού και της κακοήθους υπερθερμίας. 2.2 Στοιχεία γεωτοποθεσίας Ο προσδιορισμός των γεωγραφικών συντεταγμένων και του υψόμετρου της θέσης όπου βρίσκεται ο ασθενής, είναι παράγοντες ιδιαίτερα χρήσιμοι σε ένα σύστημα απανταχού παρακολούθησης της υγείας. Σε αρκετές περιπτώσεις, υπάρχει αδυναμία εκμέρους του ασθενούς να εντοπίσει κάποια οργανική δυσλειτουργία. Σε άλλες περιπτώσεις, μια ξαφνική υποτροπή, δημιουργεί καταστάσεις που θέτουν τον ασθενή εκτός ελέγχου (ξαφνική ζάλη, ίλλιγγος, εγκεφαλικά επεισόδια). Σε παρόμοιες καταστάσεις, ο ιατρός που παρακολουθεί τον ασθενή, έχει τη δυνατότητα γνωρίζοντας τη θέση του ασθενούς να στείλει ένα ασθενοφόρο για να τον παραλάβει. Η γνώση του υψομέτρου στο οποίο βρίσκεται ο παρακολουθούμενος από την άλλη είναι απαραίτητο στον ιατρό για να μπορεί να προσδιορίσει εάν κάποια αλλαγή στις ζωτικές παραμέτρους του ασθενούς είναι φυσιολογική ή οφείλεται σε κάποια δυσλειτουργία. Για παράδειγμα, τα μεγάλα υψόμετρα, όπου η πυκνότητα του αέρα είναι μικρότερη, οδηγούν στη χαμηλότερη ροή αίματος προς τα άκρα με αποτέλεσμα τη λανθασμένη μέτρηση του κορεσμού οξυγόνου [6], την εμφάνιση ταχυκαρδιών, κα.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΤΑΛΛΑΓΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΜΕΤΑΞΥ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΛΗΨΗΣ ΖΩΤΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Η πρόοδος στην απανταχού παρούσα υπολογιστική τεχνολογία καθιστά δυνατή τη μέτρηση των βιοσημάτων οπουδήποτε και οποτεδήποτε. Για την έγκαιρη διάγνωση, τη θεραπεία, και την πρόληψη, τα συλλεγόμενα δεδομένα πρέπει να μπορούν να προσπελαθούν εύκολα και παράλληλα να επιτρέπουν την κατάλληλη διαχείρισή τους. Για την υλοποίηση της απανταχού παρούσας τεχνολογίας για την τηλεπαρακολούθηση της υγείας, απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ενσωμάτωση αισθητήρων και υπολογιστών στα ρούχα ή σε αντικείμενα που το άτομο χρησιμοποιεί, ώστε να μπορούν να καταγράφονται οι ζωτικές του παράμετροι όπως επίσης και δεδομένα σχετικά με την αλληλεπίδρασή του με το περιβάλλον. Ο απανταχού παρών υπολογιστικός εξοπλισμός μπορεί να συνοδεύει το άτομο στις μετακινήσεις του είτε εντός των ορίων του σπιτιού του, είτε εκτός αυτών. Σε καμιά περίπτωση δεν πρέπει να παρεμβαίνει στην ελευθερία των κινήσεων του ατόμου και να του δημιουργεί εμπόδιο στις καθημερινές του δραστηριότητες. Στο χώρο για την υλοποίηση των επιμέρους τμημάτων που απαρτίζουν τον απανταχού παρόντα εξοπλισμό, δραστηριοποιούνται πολλοί κατασκευαστές. Δυστυχώς όμως, οι διαφορετικοί τύποι συσκευών παράγουν διαφορετικούς μορφότυπους δεδομένων [1], αφού κάθε κατασκευαστής χρησιμοποιεί αποκλειστική συχνά κλειστή - κωδικοποίηση στα δεδομένα που εξάγει από τις συσκευές του, με αποτέλεσμα η ολοκλήρωση των συσκευών αυτών σε ένα ενιαίο σύνολο να δημιουργεί ένα μεγάλο εμπόδιο στον χώρο της υγείας. Προκειμένου να βρεθεί μια λύση σε αυτό πρόβλημα, έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για τη δημιουργία τυποποιημένων πρωτοκόλλων επικοινωνίας μεταξύ των συσκευών λήψης των δεδομένων και των υπολογιστικών συστημάτων επεξεργασίας και διαχείρισής τους

14 Κεφάλαιο 3 [1][2][3]. Τα πρωτόκολλα όμως αυτά εστιάζουν κυρίως σε ένα τύπο δεδομένων ή λιγότερο συχνά σε περισσότερους του ενός τύπους δεδομένων και δεν προσφέρουν μια γενικότερη δυνατότητα συγκέντρωσης του συνόλου της πληροφορίας που μπορεί να καταγραφεί από ένα σύστημα τηλεπαρακολούθησης υγείας. Εκτός αυτού, για τον ίδιο τύπο δεδομένων, εμφανίζεται η ύπαρξη περισσοτέρων του ενός πρωτοκόλλων. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται μια παρουσίαση των υπαρχόντων πρωτοκόλλων στον χώρο των βιοσημάτων με μια περιληπτική αναφορά στις δυνατότητες του καθενός. Επίσης γίνεται αναφορά στα μειονεκτήματα, τις δυσκολίες, αλλά και στην έκταση διείσδυσής τους σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Στόχος της μελέτης των υπαρχόντων πρωτοκόλλων είναι η ανάδειξη κάποιου που να συγκεντρώνει αρκετά πλεονεκτήματα, ώστε να μπορέσει να αποτελέσει τη βάση για τη δημιουργία ενός νέου πρωτοκόλλου που να μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαχείριση της πληροφορίας ενός συστήματος τηλεπαρακολούθησης της υγείας. 3.1 ASTM Ε-1467-94. Το ASTM E-1467-94 [10], είναι το μόνο πρωτόκολλο για νευροφυσιολογία, το οποίο υποστηρίζεται από την Αμερικανική ομάδα τυποποίησης. Ο ορισμός του ο οποίος ολοκληρώθηκε το 1994- έχει πραγματοποιηθεί σε συνεργασία με την ομάδα HL7 και στην πραγματικότητα ορίζει ένα μήνυμα χρησιμοποιώντας την μηνυματοδοσία του HL7. Υποστηρίζει την διαχείριση ηλεκτροεγκεφαλογραφημάτων (EEG), polysomnograms (PSG), προκλητών δυναμικών (EP), ηλεκτρομυογραφημάτων (EMG), καθώς επίσης και ΗΚΓ. Ο ορισμός παρέχει τη δυνατότητα για αποθήκευση τόσο των πρωτογενών όσο και παραγόμενων δεδομένων. Εκτός από τις πολυκάναλες ψηφιοποιημένες κυματομορφές των βιοσημάτων, τα πρωτογενή δεδομένα περιλαμβάνουν τον ορισμό των καναλιών, την ευαισθησία, τα χρησιμοποιούμενα φίλτρα, τη συχνότητα δειγματοληψίας, διάφορες άλλες παραμέτρους, χρονοσήμανση, την τοποθέτηση των απαγωγών, μετρούμενες αποστάσεις, παραμέτρους διέγερσης, δεδομένα ισοστάθμισης, δεδομένα σχολιασμού, χορηγηθείσα φαρμακευτική αγωγή, ειδική μεταχείριση, καθώς επίσης και χρησιμοποιούμενο ιατρικό εξοπλισμό. Τα παραγόμενα δεδομένα μπορούν να προέρχονται από την διεξαγωγή μετρήσεων, τον προσδιορισμό καθυστερήσεων και τα οποία μπορεί να τα έχει δημιουργήσει ο χειριστής του μηχανήματος ή να έχουν παραχθεί αυτομάτα. Η εφαρμογή του προτύπου αυτού διευκολύνεται από τον ορισμό διαφορετικών επιπέδων εφαρμογής, ανάλογα με τις ανάγκες του κάθε συστήματος. Το επίπεδο 1 είναι το βασικό επίπεδο και περιέχει μόνο τις κυματομορφές των βιοσημάτων και την ονομασία τους. Το επίπεδο 2 εκτός από τα δεδομένα του επιπέδου 1 διαχειρίζεται και σχολιασμό σχετικά με τις μετρήσεις. Στο επίπεδο 3 ορίζονται τυποποιημένοι αλφαριθμητικοί κωδικοί για τύπους δεδομένων όπως π.χ. τα στοιχεία των διαγνώσεων. Το μήνυμα που δομείται σύμφωνα με το πρότυπο ASTM 1467 αποτελείται από ακολουθιακές σειρές τμημάτων, με κάθε τμήμα να μεταφέρει ένα είδος πληροφορίας. Υπάρχουν τμήματα κεφαλίδας, τμήματα τα οποία περιέχουν τη σειρά μιας εξέτασης και τμήματα με