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MyHeart Vencer as doenças cardiovasculares: a contribuição da engenharia Paulo de Carvalho Jorge Henriques Laboratório de Informática Clínica Grupo de Computação Adaptativa CISUC Centro de Informática e Sistemas da Universidade de Coimbra Encontro Anual – Colégio Informática - 16 de Setembro de 2005 Sumário Introdução Tele-Saúde Tele-Monitorização MyHeart PPVM Gestão preventiva de próteses valvulares VAA Avaliação de arritmias ventriculares Heart Failure Gestão de insuficiência cardíaca Conclusões e Futuro 2 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc 2 Introdução 1 Saúde: Situação Actual Factores Económicos Aumento das despesas (13.3%PIB -2000; 14.1% PIB 2001) Factores Sociais Envelhecimento da população, aumento esperança média de vida Suporte à independência na velhice Aumento da exigência na qualidade, na opção e na transparência 3 4 Factores Geográficos Regiões isoladas Distribuição não uniforme dos recursos Falta de pessoal médico especializado 5 Factores Clínicos 80% das mortes devem-se a um número restrito de doenças (cardiovasculares, bronquite crónica, asma, cancro, diabetes); Evitáveis em grande medida, desde que tratadas precocemente 3 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc 2 Introdução 1 Desafios Mais com Menos Redução dos custos, mantendo a qualidade dos cuidados 3 Acesso a cuidados especializados em qualquer parte e em qualquer altura 4 Controlar os períodos de hospitalização e descentralizar a prestação dos cuidados de saúde 5 Deslocar o investimento da clínica curativa para a clínica preventiva (maior envolvimento do paciente) Satisfação dos intervenientes 4 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc 2 Introdução 1 3 Qual o papel da tecnologia ? DICOM ICD9 TeleSaúde eHealth TeleMonitorização Home Care 4 HL7 TeleConsulta TeleMedicina 5 Sistemas de Apoio à Decisão TeleEducação 5 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 Arden Syntax pc/jh-cisuc 2 Introdução 1 Qual o papel da tecnologia ? eHealth 3 4 TeleSaúde/TeleMedicina 5 TeleMonitorização 6 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Áreas de intervenção 1 3 TeleSaúde 2 eHealth Comunidade Conteúdos Comércio Cuidados TeleConsulta 4 TeleMonitorização 5 Tele Saúde TeleTerapia TeleEducação 7 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Áreas de intervenção 1 3 TeleSaúde 2 TeleConsulta Área de intervenção mais comum (por vezes usada como sinónimo de TeleMedicina) Consulta realizada com fins de diagnóstico, quando o paciente e o clínico se encontram em locais remotos TeleRadiologia TeleCardiologia TeleDermatologia 4 -… 5 8 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Áreas de intervenção 1 3 TeleSaúde 2 TeleMonitorização Envio de sinais biológicos, imagens médicas, dados laboratoriais, desde o local do paciente a um centro especializado de seguimento (monitorização), interpretação e análise Monitorização pós intervenção Monitorização de curta duração (ex: ECG) e longa duração (ex: INR) peso actividade 4 Ritmo cardiaco Inalação 5 Pressão sanguínea Auscultação Glucose 9 ECG Medicação Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Áreas de intervenção 1 3 TeleSaúde 2 TeleTerapia Envolve a aplicação e seguimento de cuidados terapêuticos à distância Tele-cirurgia Tele-reabilitação Fisioterapia Terapia da Fala 4 5 10 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Áreas de intervenção 1 3 TeleSaúde 2 TeleEducação Educação/formação dos intervenientes, quer dos prestadores dos cuidados de saúde quer dos próprios pacientes eLearning, formação avançada Segunda opinião clínica HeartBit Sistema de segunda opinião clínica 4 Centro de Cirurgia Cardio-tóracica dos HUC Instituto do Coração -Moçambique 5 11 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Vantagens 1 3 TeleSaúde 2 Acessibilidade Permite o acesso a serviços especializados a utentes localizados em zonas desfavorecidas e em qualquer instante Económicas Alternativa à deslocação dos pacientes e profissionais Permite a optimização de recursos humanos/materiais 4 Eficiência Uso mais eficiente dos recursos disponíveis 5 Equipas especializadas (quase sempre dispendiosas) podem ser rentabilizadas num menor intervalo de tempo 12 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Vantagens 1 3 TeleSaúde 2 4 Qualidade Permite, à partida, um diagnóstico mais fundamentado Sistemas de apoio À decisão Melhoria da qualidade de vida TeleMonitorização permite ao doente manter a sua actividade normal diária (casa, trabalho) sem a necessidade de permanecer no hospital Acompanhamento contínuo, mais seguro Base fundamental na prevenção 5 eHealth TeleSaúde/TeleMedicina ►TeleMonitorizaç TeleMonitorização 13 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Porquê a telemonitorização 1 Modelo “Informação-conhecimento: S5” 2 4 5 TeleMonitorização 3 14 Munido da informação adequada o médico poderá actuar rapidamente (Speed), permitindo tratamentos seguros (Safe), baseados em decisões fundamentadas (Sound), garantindo à sobrevivência do paciente (Survival), originando uma prestação de cuidados de saúde de sucesso (Successfull) Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Importância 1 Avaliação e Prevenção 2 4 5 TeleMonitorização 3 Avaliação dos efeitos de tratamentos Prevenção para a intervenção atempada (doenças crónicas) 80% das mortes devem-se a um número restrito de doenças (cardiovasculares, bronquite crónica, asma, cancro, diabetes); Evitáveis em grande medida, desde que tratadas precocemente Prevenção pela integração de hábitos de saúde (wellness and fitness management) Suporte eficaz à independência na velhice 15 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Requisitos tecnológicos 1 2 4 5 TeleMonitorização 3 Facilidade de interacção com o utilizador Estética (miniaturização), baixa intrusividade, privacidade Identificação do utilizador Privacidade e confidencialidade da informação Fiabilidade, robustez, durabilidade Manutenção reduzida e permitir recuperação de falhas Baixo custo – de comunicações e de recursos humanos (manutenção) Tratamento inteligente da informação, nomeadamente a detecção de doenças ainda em estado incipiente 16 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Passado / presente 1 Ponto central do 4º e 5º programa quadro da EU 2 4 5 TeleMonitorização 3 Sistemas de aquisição e de armazenamento de informação encontram-se em locais distintos (local/hospital) Processamento off-line e remoto (no hospital) Epi-medics peso actividade MobiHealth ... Ritmo cardiaco Inalação Pressão sanguínea Auscultação Glucose 17 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 ECG Medicação pc/jh-cisuc Presente / Futuro 1 O Ponto central do 6º (actual) e 7º (futuro) PQ da EU 2 4 5 TeleMonitorização 3 18 Sensores integrados em vestuário Processamento automático e local (no dispositivo do paciente) Algoritmos de interpretação inteligentes Permitir Interacção com o utilizador (terapêutica Utilização prolongada, baixa intrusividade Acessibilidade dos profissionais de saúde Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Projecto MyHeart MyHeart 6º Programa Quadro 1 Liderado pela Philips Research Laboratories – 2 Aachen 3 Envolve 34 parceiros de 11 países (UE + EUA) MyHeart 4 Industrias Universidades Hospitais Início: 31-12-2003 5 Duração:45 meses Orçamento: 37 M€ (17 M€ - UE) 19 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Missão 1 6º Programa Quadro MyHeart Doenças cardiovasculares são a principal causa de morte 2 nos países industrializados 3 MyHeart 4 Combater doenças cardiovasculares através de prevenção e diagnóstico precoce Desenvolvimento de algoritmos de diagnóstico que se adaptem às especificidades dos doentes Desenvolvimento de sistemas minimamente intrusivos pela integração de sensores em vestuário 5 20 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Organização MyHeart WP 1 – Aplicações e algoritmos personalizáveis 1 2 16 Conceitos 3 MyHeart 4 5 Bio-engineering/hospitals WP 2 – Sensores têxteis Fibres, Yarns, Garments, Design WP 3 - Electrónica Sensors, Processing, Packaging WP 4 – Interacção com o utilizador Communication, Wireless WP 6 - Design & Business assessment Portfolio of concepts WP 5 – Interacção com o profissional Integration 21 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Planeamento MyHeart Fase 1 (18 meses) – Desenvolvimento de conceitos 1 Conceito = aplicação + parceiro clínico + parceiro tecnológico Definição e validação de requisitos (protótipo não funcional) 2 Selecção/integração de conceitos (3/5) 3 MyHeart 4 Fase 2 (12 meses) – Desenvolvimento de protótipos 5 Especificação e desenvolvimento de 4 protótipos de futuros produtos Validação hospitalar do protótipo funcional Fase 3 (15 meses) – Desenvolvimento de produtos Teste globais de validação Validação de modelos de negócio Disseminação 22 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Fase 1 - Conceito O MyHeart WP1- Conceito O : Seguimento Pós-Intervenção 1 Grupo de Computação Adaptativa – CISUC 2 Centro Cirurgia Cardio-torácica – HUC 3 MyHeart 4 Duas aplicações distintas PPVM - Preventive Prosthetic Valve Management (Gestão Preventiva de Próteses Valvulares) 5 VAA – Ventricular Arrhythmias Assessment (Avaliação de Arritmias Ventriculares) 23 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc PPVM | O quê ? MyHeart Objectivo 1 Disponibilizar um sistema que permita monitorizar o estado da prótese valvular do paciente para o resto da vida usando o som do coração e o Electrocardiograma (ECG) 2 3 MyHeart 4 Detecção da formação de uma disfunção da prótese valvular em estado incipiente. 5 24 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc PPVM | Para quem ? MyHeart 1 Pessoas com um implante valvular cardíaco e que 2 Incidência retomaram as suas vidas. 100,000 válvulas mecânicas + 100,000 válvulas bioprostéticas 3 MyHeart 4 Aumento de 240% nos últimos anos Prevalência 1,000,000 válvulas St. Jude nos últimos 25 anos 300,000-500,000 de outros fabricantes (mecânicas) 5 25 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc PPVM | Porquê ? MyHeart Problemas 1 Formação de trombos, calcificações, regurgitações 2 Disfunções ocorrem em mais de 40% das situações num prazo de 15 anos (válvulas mecânicas) 3 Disfunções são assimptomáticas Desenvolvimento entre consultas MyHeart 4 5 26 Tratamento em situações de emergência (mortalidade 9-67%) Redução acentuada quando detectas precocemente Acesso a tratamentos não invasivos Cerca de 2/3 das mortes por disfunção da prótese valvular não têm diagnóstico prévio Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc PPVM | Porquê ? 1 Clinically Unrecognised Measurable sound changes 2 MyHeart 4 Time 3 MyHeart Clinically Recognised Invasive treatment Goal Goal Auscultation Non -Invasive treatment 5 Echo Detection Missing Clicks Thromboembolic event Hemodynamic deterioration Treatment risks & costs; death/permanent injury risk; morbidity 27 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc PPVM | Como ? MyHeart 3 Valve Status Medication Guidance&Support Appointments Acq. Reminder Feedback 4 Follow-Up Vital Signals MyHeart 2 @home/travel Status Feedback Surveillance 1 Ask the Expert Always Together 5 28 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc PPVM | Como ? 1 MyHeart 0.6 0.4 0.2 Heart-Sound 2 0 -0.2 3 -0.4 -0.6 5 5.5 6 t-sec. 6.5 7 7.5 20 0 Power Spectral Density (dB/ rad/sample) MyHeart 4 5 -20 demo -40 -60 -80 -100 0 29 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Normalized Frequency (×π rad/sample) Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 0.8 0.9 1 pc/jh-cisuc PPVM | Como ? MyHeart Signal Quality Assessment Reference Heart Sound Identification 1 Sound Quality Assessment Heart Sound Acquisition 2 ECG Acquisition ECG Quality Assessment QRS Identification 3 Heart Sounds with good signal quality QRS Heart Sound Segmentation MyHeart 4 5 Multi-scale Heart Sound Lobe Segmentation Lobe Validation S1 and S2 Identification S1, S2, S1-S2, S2-S1 Diagnosis Murmur Identification and classification Temporal Feature Extraction Timber Feature Extraction Sound components Base-line features Comparator Frequency Shift Amplitude Ratio Murmur frequency & intensity Identified new murmur Diagnosis Classifier Valve Status 30 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc VAA | O quê ? MyHeart VAA - Avaliação de Arritmias Ventriculares tem por 1 objectivo 2 Desenvolvimento de uma aplicação para a monitorização permanente (24/7) de doentes cardíacos 3 MyHeart 4 Avaliar o risco de morte súbita devido à evolução de arritmias ventriculares Permitir avaliar a evolução da arritmia ventricular Ferramenta para a selecção dos candidatos para implante de desfibrilhadores automáticos 5 Permitir uma intervenção atempada: PREVENÇÃO 31 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc VAA | Para quem ? MyHeart EUA: manifesta-se em aproximadamente 500000 pacientes/ano 1 VT 62% VF 8% 2 Utilizadores finais 3 MyHeart 4 Quem tenha já sofrido um episódio crítico de arritmia ventricular Quem seja suspeito de vir a desenvolver arritmias ventriculares críticas, ou quem tem tenha sofrido recentemente um enfarte de miocárdio. Dirige-se também a todos os potenciais candidatos para implantação de um desfibrilhador automático. 5 32 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc VAA MyHeart As arritmias ventriculares são uma doença progressiva, 1 Evoluem desde simples extra-sístoles a situações críticas de VT taquicardias ventriculares e VF fibrilhações ventriculares, estas últimas mortais caso não seja efectuada a desfibrilhação (choque eléctrico). 2 Envolvem frequentes períodos de hospitalização 3 MyHeart 4 | Porquê ? 5 Evolução Detectar a evolução antes de atingir situações críticas VF – Fibrilhação ventricular VT – Taquicardia Ventricular NVT - Taquicardia Ventricular não mantida PVC – Extra sístoles Situação crítica 33 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc VAA MyHeart É portanto importante acompanhar a sua evolução e, se 1 possível, prever a sua evolução para situações críticas (VF). 2 A maioria das arritmias não são detectadas com os meios normais de diagnóstico (electrocardiograma) 3 Não existem um tratamento “perfeitos” (medicamento) MyHeart 4 | Porquê ? 5 A terapia ideal consiste na implantação de um desfibrilhador automático Equipamento bastante dispendioso (>15 000 €) Selecção adequada de pacientes para implante é fundamental 34 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc VAA MyHeart Através de uma monitorização permanente (24/7), durante um período de meses (3 a 6), de sinais vitais (ECG) adquiridos usando sensores têxteis incorporados em vestuário comum. 1 2 3 MyHeart 4 | Como ? Aquisição, processamento e diagnóstico realizado localmente (Patient Station) em que parâmetros característicos são determinados através de algoritmos específicos. Patient Station 5 35 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc VAA MyHeart Algoritmo de interpretação e diagnóstico 1 Segmentação do ECG 2 9 Técnicas clássicas de processamento de sinal (filtros, ...) Redes neuronais 3 MyHeart 4 | Como ? 5 Classificação do sinal ECG: Ruído, PVC, VT e VF 9 Sistemas de classificação Redes neuronais Predição de evolução do risco de morte súbita devido a VA 8 Extrair conhecimento a partir dos dados adquiridos Incorporação de conhecimento clínico dos cardiologistas Sistema neuro-difusos 36 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 demo pc/jh-cisuc Fase 2 – 12 meses Início Julho 2005 1 Especificação e desenvolvimento de 4 protótipos de 2 produtos 3 MyHeart 4 Fitness Coach Stroke Rehabilitation Risk Management “Take Care” Heart Failure Management Prevenção atempada de descompensação Contribuir para a auto gestão da doença pelo paciente 5 37 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Heart Failure | O quê ? MyHeart Melhorar aspectos relativos 1 Mortalidade Hospitalização 2 Qualidade de vida 3 MyHeart 4 através da predição da descompensação (evolução 5 da insuficiência cardíaca) Com base na aquisição de sinais vitais (peso, ECG, …) e tendências de evolução de alguns parâmetros. Adicionalmente Contribuir para melhorar a gestão da doença pelo próprio paciente Proporcionar informação útil para um diagnóstico adequado Gestão de co-morbilidade associadas (depressão, ..) 38 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Heart Failure 1 MyHeart Prevalência de HF EU: 8 Mio USA: 5 Mio 2 Hospitalizações devido a HF 3 MyHeart 4 | O quê ? 0.4 hospitalizações / ano / paciente 10 dias de hospitalização / ano / paciente Custos de Hospitalização Approx. 10.000 $ / internamento Hospitalizações possíveis de prever 57 % das readmissões após HF deve-se a 5 descompensação 54 % das admissões devidas a descompensação são possíveis de prever 39 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Heart Failure MyHeart Participação CISUC / CCT-HUC 1 Desenvolvimento de algoritmos personalizados 2 já desenvolvidos na FASE 1 a desenvolver especificamente para insuficiência cardíaca 3 Nomeadamente MyHeart 4 | CISUC/CCT-HUC 5 Detecção arritmias ventriculares e predição da sua evolução Tendência de evolução de métricas: SAECG, intervalo Q_T, .. Validação hospitalar do protótipo Interacção com utilizadores (clínicos e pacientes) algoritmos de detecção Especificação 40 Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Tele-saúde, uma promessa adiada? Económica 1 Custo inicial do equipamento é elevado Rentabilidade do sistema 2 Enquadramento Legal 3 Validade do acto médico Pagamento 4 Conclusões 5 Questões éticas e de privacidade de informação 41 Culturais/sociais Formação tecnológica Motivação (clínica, paciente) Novos modelos na relação clínico-paciente. Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Tele-saúde, uma promessa adiada? Organização 1 2 Impõem-se alterações estruturais e administrativas dos profissionais de saúde (e as instituições hospitalares são sempre bastante complexas e difíceis de alterar ...) 3 Sistemas adaptados à realidade hospitalar, nomeadamente em termos de incorporação no “workflow” clínico 4 Conclusões 5 42 Tecnologia Interoperabilidade (ausência de normas) Sistemas não intrusivos Análise/interpretação de dados Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc Tele-saúde, uma promessa adiada? Novas Forças Motrizes 1 Saúde é a maior área de negócio a nível mundial Novos actores com capacidade de colocar produtos no mercado 2 Necessidade política/social/económica 3 Diminuir as estadas nos hospitais Suporte eficaz à independência na velhice 4 Conclusões 5 43 Medicina Preventiva As pressões sociais e económicas forçarão a adopção Encontro anual – colégio de informática – 16 Setembro 2005 pc/jh-cisuc
