Когда до врача миллионы километров: кто и как создаёт космическую телемедицину

Фото: Пресс-служба МАИ / Архив

Современное общество привыкло к тому, что в случае необходимости врач за считанные минуты оказывается рядом с пациентом, и имеет как информационную так и инструментально-диагностическую поддержку для оказания помощи. Космос полностью меняет эти правила. Во время будущих экспедиций к Луне и Марсу доставить человека в больницу не получится, вызвать специалистов на помощь — тоже. До ближайшего стационара будут не часы пути, а миллионы километров, а любое медицинское оборудование придётся создавать с учётом жёстких ограничений по массе, объёму, энергопотреблению и даже времени задержки сигнала. Врач обязательно будет в экипаже, но быть высококлассным универсалом по всем  медицинским вопросам вряд ли получиться.

В такой ситуации медицина перестаёт быть только делом врача и становится задачей для инженеров, математиков, специалистов по связи, программистов и биологов. Разобраться, как создаются технологии, которые однажды помогут сохранить здоровье человека за миллионы километров от Земли, помог кандидат технических наук, доцент кафедры 614 «Экология, системы жизнеобеспечения и безопасность жизнедеятельности» института № 6 «Аэрокосмический» Московского авиационного института Юрий Васин в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий.

Телемедицина: что это вообще такое?

Эксперт МАИ отмечает, что космическая телемедицина — это не просто разговор с врачом на расстоянии. Это совокупность медицинских технологий, которые позволяют удалённо контролировать индивидуальное состояние здоровья космонавта, передавать данные, получать рекомендации в режиме реального времени, а также проводить научные медико-биологические исследования во время полёта. При этом важны не только цифры, которые дают датчики.

— Для оценки состояния космонавта требуются не только измеряемые физиологические данные, но и то, что космонавт говорит о своём самочувствии и даже как он это говорит. Это похоже на записи в истории болезни. Только в телемедицине такие данные не просто прослушивают, но и оценивают при помощи математических методов, в частности, контент-анализа, — объясняет Юрий Васин.

Эта мысль сразу разрушает главный миф о телемедицине: она не сводится к видеосвязи с врачом. В обычной больнице диагноз тоже не появляется только после разговора: пациент проходит обследования, врач изучает результаты анализов, при необходимости советуется с коллегами. В телемедицине происходит то же самое, только значительная часть этой работы переносится в цифровую среду.

Есть контакт «пациент — врач». Есть сбор большого массива медицинских данных. Есть возможность подключить экспертов по конкретному направлению. Есть системы поддержки принятия решений, математическая обработка параметров, а в перспективе — искусственный интеллект. Но принципиальная граница остаётся неизменной.

— Медико-технические и математические методы анализа состояния пациента-космонавта не могут поставить окончательный диагноз. Это делает только лечащий врач, — подчёркивает Юрий Васин.

Почему именно космос заставил медицину измениться

Космическая отрасль не единственная область, где возникла потребность в дистанционной медицине. Нефтяные платформы в океане, полярные станции, морские суда, экспедиции в труднодоступные районы, опасные производства — везде, где человек оторван от крупной медицинской инфраструктуры, требуется удалённая телемедицинская поддержка. Но космос довёл эту задачу до предела.

На Земле даже самая сложная ситуация обычно допускает эвакуацию пациента или доставку специалиста к больному. В космическом полёте такой возможности может не быть. Особенно если речь идёт не о работе на околоземной орбите, а о будущих межпланетных экспедициях. Чем дальше корабль уходит от Земли, тем выше роль автономных экспертных медицинских систем.

— Я бы не сказал, что сейчас космическая отрасль единолично задаёт трек развития телемедицины. Идёт обмен технологиями и методами между разными областями науки и техники, поиск лучших практик. Но для авиакосмической телемедицины есть одно очень важное направление: у врача в межпланетной экспедиции будут технические, биохимические системы поддержки принятия решений в условиях неопределённости и звенья искусственного интеллекта. Но, повторюсь, окончательное решение о состоянии пациента и алгоритме лечения принимает врач, — говорит Юрий Васин.

В космосе медицина сталкивается с проблемами, которых почти нет в обычной клинике. Космонавты проходят строгий отбор, но даже идеально здоровый человек в полёте оказывается под воздействием невесомости, радиации, замкнутого пространства, искусственной среды обитания, стресса, монотонности и высоких психофизических нагрузок.

Под контролем оказываются сердечно-сосудистая система, органы дыхания, почки, печень, зрение, желудочно-кишечный тракт, состояние кожного покрова, вестибулярные реакции, тепловой баланс организма. Отдельное значение имеет гравитационная физиология — область, изучающая, как организм приспосабливается к изменённой гравитации.

Но проблема не только в том, что у космонавта может измениться состояние здоровья. Проблема в том, что привычные методы диагностики часто невозможно просто перенести на борт станции. Космический аппарат ограничен по объёму. В невесомости иначе ведут себя жидкости. Есть радиационная составляющая. Нельзя разместить полноценную лабораторию, как в земной больнице. Нельзя бесконечно расширять набор оборудования: каждый прибор должен быть оправдан по массе, энергопотреблению, надёжности и безопасности.

— Большая часть диагностических методов просто неприменима в условиях ограниченного объёма космической станции, невесомости, радиации и других условий полёта. Например, многие биохимические технологии анализа не будут работать в невесомости из-за изменения поведения жидкости. Остаётся лишь «сухая» биохимия, — поясняет Васин.

Именно поэтому космическая телемедицина требует не только наличия врачей. Ей нужны инженеры, которые понимают, как адаптировать технический прибор и методологию его работы к полёту; математики, способные работать с большими массивами данных; специалисты по связи, отвечающие за надёжную передачу информации; программисты, создающие системы поддержки решений; и медико-биологические исследователи, которые знают, какие параметры организма действительно важны.

Что видит врач, когда пациент находится на орбите

Современная система дистанционного медицинского контроля строится вокруг постоянного сбора данных. В стандартный протокол входят регистрация ЭКГ, мониторинг давления, пульса, частоты дыхания, температуры. Часть параметров может считываться с помощью специальных датчиков, размещённых в медицинском поясе, который подгоняется под параметры тела конкретного космонавта.

Такое динамическое наблюдение позволяет вовремя заметить перенапряжение, оценить функциональные резервы организма и обнаружить изменения, которые могут быть связаны с действием факторов космического полёта. При необходимости проводятся дополнительные исследования: биохимический анализ крови и мочи, анализ специальных маркеров методами «сухой биохимии», регистрация электрокардиограммы в разных отведениях, пульсограмма, сфигмограмма, реограмма, контроль гематокрита, массы тела, УЗИ и денситометрия.

Но телемедицина в космосе не ограничивается физиологией. Анализируются сон, переговоры экипажа, психологические тесты, реакции на нагрузку. Электрофизиологические исследования могут проводиться с дозированной нагрузкой, чтобы определить резервные возможности организма в экстремальных ситуациях. После этого данные поступают на Землю. Специалисты анализируют результаты и при необходимости выдают на борт рекомендации: по лечению, режиму труда и отдыха, дальнейшему выполнению программы полёта. В некоторых случаях именно медицинская информация влияет на то, как будет выстроен день конкретного члена экипажа.

Юрий Васин подчёркивает: при создании таких систем всегда приходится искать компромисс между медицинскими потребностями и техническими возможностями.

— Используемые методики медицинской поддержки на борту космического аппарата обусловлены не только потребностями в контроле физиологических параметров и раннем выявлении отклонений, но и возможностями средств медицинского контроля в условиях полёта. В любом случае оптимальный баланс между медицинскими потребностями и техническими возможностями достигается как компромисс, — говорит он.

Это и есть одна из главных инженерных задач космической телемедицины: не собрать «как можно больше данных», а выбрать действительно важные параметры, обеспечить их точную регистрацию, передачу и корректную интерпретацию.

Что для телемедицины разрабатывают в МАИ

В МАИ космическая телемедицина развивается как междисциплинарное направление на стыке инженерии, медицины, биологии, информатики и систем жизнеобеспечения. На кафедре 614 студенты, дипломники и аспиранты участвуют в научно-технических исследованиях, связанных с поиском новых диагностических методик и адаптацией медицинского оборудования к условиям космических миссий.

Среди направлений, о которых говорит Юрий Васин, — оценка уровня кортизола в слюне космонавта, адаптация «земных» диагностических приборов к условиям полёта, разработка систем фиксации оборудования, проектирование диагностических медицинских стоек и медицинских отсеков для космической и лунной станции.

На первый взгляд может показаться, что это узкие инженерные задачи. На самом деле именно из них складывается медицина будущего. Если прибор невозможно закрепить в невесомости, он не сможет работать на орбите. Если анализ требует жидкостей, поведение которых в невесомости меняется, методику нужно пересматривать. Если датчик мешает космонавту, система не будет применяться регулярно. Если данные нельзя надёжно передать, вся диагностика теряет смысл.

Поэтому космическая телемедицина начинается с очень практических вопросов: где разместить прибор, как закрепить датчик, какие параметры регистрировать, как защитить канал передачи, как обработать поток данных, как не перегрузить космонавта лишними процедурами и врача — лишней информацией.

С партнёрами МАИ работает именно в этой логике. По словам Васина, кафедра ведёт сотрудничество с ГНЦ России — Институтом медико-биологических проблем РАН, Центром подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина, НПО «Звезда», Институтом космических исследований РАН, а также Центром космической медицины и биологии ФМБА России. Студенты и аспиранты участвуют в научно-практических работах, которые проводятся в этих организациях.

— Чтобы какая-нибудь задумка практически реализовалась, нужно пройти большой путь со множеством препятствий — методических, практических, финансовых, а иногда и бюрократических. Для аспирантских работ очень ценится практическое внедрение. И наше взаимодействие с ведущими организациями отрасли направлено как раз на эту реализацию, — отмечает Васин.

При этом часть исследований пока находится на стадии теоретического обоснования и математического моделирования. Это не слабое место, а нормальный этап для сложных космических разработок. Прежде чем изделие попадёт в экспериментальную отработку, нужно доказать, что сама идея жизнеспособна, методика корректна, а ожидаемый результат оправдывает дальнейшие усилия.

От космоса — к Земле

Большая ценность космической телемедицины в том, что её решения не остаются только на орбите. Технологии, созданные для экстремальных условий, со временем могут возвращаться на Землю — в гражданскую медицину, промышленность, транспорт, Арктику, морские суда, полярные станции и труднодоступные территории.

Логика здесь понятна. Если система способна контролировать состояние человека в космосе, она может быть полезна и там, где рядом нет крупного медицинского центра. Особенно для профессиональных групп, работа которых связана с повышенной ответственностью: пилотов гражданской авиации, водителей, авиадиспетчеров, операторов опасных производств.

— Авиакосмическая медицина за счёт многолетнего опыта медицинского обеспечения космических полётов позволяет вычленить среди множества параметров жизнедеятельности человека наиболее важные для контроля, наиболее уязвимые при действии экстремальных условий или стресса. Впоследствии данные, полученные в ходе космических исследований, позволяют создать новые подходы к оценке состояния здоровья и прогнозу развития ситуации для профессиональных групп, подверженных повышенному стресс-воздействию, — говорит Юрий Васин.

Пандемия COVID-19 дала телемедицине дополнительный импульс. Быстро развивались дистанционные консультации, анализ медицинских изображений, цифровые платформы, системы персонального мониторинга. Но Васин обращает внимание: сегодня интерес постепенно смещается от простой телеконсультации к более сложным технологиям — системам поддержки принятия решений, анализу больших массивов данных, ИИ в медицине, обработке МРТ, КТ, цитологии и других диагностических данных.

То есть телемедицина становится не заменой приёма у врача, а способом собрать, обработать и правильно интерпретировать информацию о пациенте там, где обычная клиника недоступна. Особенно важной такая логика может стать для удалённых регионов России. В крупных областных больницах уже существуют телемедицинские центры, однако остаются вопросы связи, оборудования, кадров, финансирования, правового регулирования и доступности услуги для конкретного человека. Если речь идёт о морских судах, полярных станциях, нефтяных платформах или экспедициях, к этому добавляется ещё один вопрос: какое оборудование вообще нужно включать в систему, чтобы она была полезной, но не избыточной.

Здесь опыт космоса особенно ценен. Он приучает выбирать главное. Не всё, что можно измерить, действительно нужно измерять постоянно. Не каждый поток данных помогает врачу. Иногда важнее не количество параметров, а правильный выбор тех, которые позволяют вовремя заметить опасное изменение состояния.

Почему телемедицина невозможна без связи

Любая дистанционная медицина начинается с передачи данных. Без надёжной связи телемедицина превращается в набор приборов, которые не могут выполнить свою главную функцию.

В основе современных систем лежат сотовая связь 4G и 5G, проводные сети, беспроводные каналы, защищённые протоколы обмена информацией. Для космоса требования ещё жёстче: важны не только скорость и пропускная способность, но и помехозащищённость, устойчивость канала, стандартизация протоколов, защита медицинских данных и возможность работы при ограничениях бортовой системы.

— В любой сфере современной деятельности информация, её количество и качество выходят на первое место. Телемедицина — это обычно большие потоки данных, и обработать их нужно быстро, здесь и сейчас, — говорит Юрий Васин.

Это особенно важно для будущих дальних миссий. На околоземной орбите связь с Землёй можно организовать почти в реальном времени. В межпланетной экспедиции всё иначе: чем дальше корабль, тем выше задержка сигнала. Значит, часть решений должна приниматься автономно — с помощью врачей на борту, систем поддержки принятия решений, алгоритмов анализа и заранее подготовленных медицинских протоколов. Именно здесь космическая телемедицина выходит за пределы обычной дистанционной консультации. Она становится частью системы автономности экипажа.

82 разработки, которые дошли до космоса

Один из самых сильных аргументов в пользу участия студентов в таких проектах — опыт кафедры 614 МАИ. По словам Юрия Васина, за почти 40 лет её работы более 82 разработок студентов, аспирантов и соискателей были поставлены на борт пилотируемых космических станций.

Среди примеров он выделяет систему «ПОТОК» и исследования жидких сред человека в условиях изменённой гравитации методом «сухой химии». По словам эксперта, до сих пор нет лучшего аналога этим решениям. Часть новых работ пока нельзя обсуждать публично: в медико-биологической практике есть не только закрытая информация, но и этические ограничения.

Для студентов это важный сигнал. Космическая телемедицина — не абстрактная тема из научных прогнозов. В университетской среде можно заниматься разработками, которые проходят путь от идеи и расчётов до реального применения в отрасли. Не каждая работа попадает на борт, но сама возможность такого пути меняет отношение к учёбе. Здесь уже недостаточно просто хорошо знать формулы. Нужны усидчивость, интерес к смежным областям, готовность разбираться в медико-биологических и физико-химических науках, умение работать с данными, моделями, приборами и ограничениями реальной космической техники.

— Чёткое знание основ предметов, которые преподаются в МАИ, обязательно. Для технаря важно знакомиться с медико-биологическими и физико-химическими науками. Возможность принимать участие в проектах есть. Главное — желание, наличие времени и усидчивость, — подчёркивает Васин.

Кто будет создавать медицину для дальнего космоса

В ближайшие 10–20 лет системы дистанционного медицинского сопровождения могут измениться радикально. Среди перспективных направлений Юрий Васин выделяет портативные устройства и импланты, учёт индивидуальных особенностей пациента, цифровые двойники, обработку больших массивов данных в реальном времени, прогнозирование развития ситуации, расчёт рисков и помощь звеньев искусственного интеллекта. Но всё это требует специалистов нового типа.

Проекты на стыке космоса, медицины, телекоммуникаций и информационных технологий не могут развиваться силами одной профессии. Здесь нужны люди с широким научно-техническим кругозором: инженеры, которые понимают биологию; программисты, которые умеют работать с медицинскими данными; медики, которые готовы осваивать технические системы; специалисты по связи, которые понимают цену сбоя в передаче информации; исследователи, способные соединять разные области знаний.

— Нужны специалисты не только с узкой специализацией, но и со знанием или интересом к смежным областям. Важны желание реализовывать проекты, учиться новому и применять эти знания на практике, — говорит Васин.

В этом смысле космическая телемедицина становится очень точным образом будущей инженерии. Она больше не делится на «чистую технику» и «чистую медицину». В ней всё связано: датчик, организм, алгоритм, канал передачи данных, врачебное решение, безопасность экипажа, ограничения космического аппарата и перспективы применения на Земле.

— Когда-нибудь человек действительно окажется так далеко от Земли, что ждать помощи будет невозможно. И рядом с ним окажутся не только врачебные инструкции и медицинская аппаратура, но и инженерные решения, созданные за годы до полёта — в лабораториях, университетах, научных институтах и конструкторских организациях, — заключает эксперт.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России.