Новости

Человеко-машинные интерфейсы в медицине

2025-07-04 16:05
Вообразим субботнее утро среднестатистического жителя мегаполиса. Он встаёт с утра, смахивает с экрана телефона нападавшие за ночь уведомления, берёт пульт и включает телевизор, — пусть себе журчит фоном, пока наш герой собирается в зал. Хотя собираться там недолго, и вот он уже обутым стоит на пороге, вспомнив, что забыл выключить свет на кухне. Впрочем, и ладно: квартира оснащена системой «умный дом», поэтому человеку достаточно попросить это сделать голосового помощника. Затем он спускается в паркинг и открывает машину одним кликом по брелку. В торговой центр, где находится фитнес-клуб, он попадает через автоматические двери со встроенным датчиком движения, а в сам тренажёрный зал, — подставив лицо под камеру, чтобы система распознавания лиц опознала его как клиента.

HMI: виды и области применения

Все эти устройства, позволяющие нам легко, будто между прочим взаимодействовать с машинами, — и есть примеры инженерных решений, которые входят в широкое понятие человеко-машинных интерфейсов (ЧМИ, они же HMI, от англ. human machine interface).
Основные категории HMI, с помощью которых происходит это взаимодействие:
  • кнопочная или сенсорная панель,
  • звуковое управление,
  • звуковое управление,
  • световое управление,
  • VR и AR,
  • биометрия.
Хотя когда-то, в 1980-х гг., это взаимодействие ограничивалось приборной панелью размером с полноценную стену, на которой располагалась масса ручек, датчиков и прочих рычагов для управления промышленным оборудованием. Во время бурного развития ПК, в 1990-е годы, получили развитие и HMI как посредники между пользователем и программным обеспечением компьютера. Уже с нулевых началось повсеместное проникновение человеко-машинных интерфейсов во все отрасли, где оператору в том или ином виде требуется мониторить или управлять системами. Если же сосредоточиться на ключевых областях применения HMI, то условно можно поделить их на следующие секторы:
  • производство,
  • транспорт,
  • умные здания,
  • здравоохранение.
Консалтинговая компания Grand View Research прогнозирует дальнейший общий годовой темп роста рынка производств с HMI на 12,7 % (по 2030 год):
Источник: Grand View Research
В этом нет ничего удивительного, учитывая, как ювелирно HMI интегрирован в наши жизни и стремительно продолжает развиваться. Но именно в здравоохранении предполагаются наиболее прорывные достижения в этой области — на ней и сосредоточимся.

Обзор HMI в области здравоохранения

Как и в других сферах, в медицинской HMI проник на всех уровнях, начиная от обустройства зданий медицинских организаций, заканчивая оснащением медицинских палат и множеством устройств, которыми на ежедневной основе пользуется медперсонал и пациенты.
Это все мониторы и интерфейсы медоборудования, устройства с сенсорными экранами, оборудование, предполагающее роботизированное управление и управление больничными койками, инфузионными насосами, аппаратами для диализа почек, оборудованием для мониторинга диабета, да и любых других систем мониторинга, для отслеживания артериального давления, уровня кислорода, мониторы ЭКГ и далее-далее-далее.
В этом контексте нельзя упустить из внимания и нейроинтерфейсы (они же интерфейсы «мозг–компьютер» (ИМК) или, на англ., — brain–computer interface (BCI), иногда brain–machine interface (BMI)). Интерфейсы «мозг–компьютер» предполагают инвазивное погружение и управление машиной (компьютером, нередко роботизированной конечностью) с помощью импульсов, которые посылает мозг, либо считывание этих импульсов, например, для дальнейшего анализа.

Интерфейсы «мозг–компьютер» входят в широкое понятие интерфейсов «человек–машина» и являются отдельным направлением, на котором, как правило, специализируется медицинская кибернетика. О медицинской кибернетике более подробно мы писали здесь, а о нейроинтерфейсах можно почитать в этом материале.

Основные способы применения HMI в медицине

Разделить, чем HMI полезен в медицинском сегменте, можно на 5 основных блоков:
1. Хирургия. Пожалуй, в этом направлении встречаются самые невероятные инженерные решения. Например, роботизированная хирургия (возьмём ту же систему «da Vinci») или проведение операций в гибридной реальности с помощью очков Microsoft HoloLens 2, в которой объединили усилия хирурги из 13 стран.
2. Интенсивная терапия. Этот пункт как раз включает в себя многие из перечисленных выше устройств: аппараты ИВЛ, инфузионные насосы, да и всё, чем только могут быть оснащены современные больничные палаты.
3. Амбулаторное лечение. HMI однозначно упрощает жизнь и пациентам, вместе с тем повышая качество обслуживания на дому: возможность самостоятельно отслеживать уровень глюкозы, использовать какие-либо носимые устройства для реабилитации и т. д.
4. Обработка данных для медперсонала. Сюда входят системы мониторинга ОРИТ, любые системы визуализации для аппаратов, использующихся при проведении диагностических процедур (КТ, МРТ), и т. д.
5. Повышение доступности медицинских услуг (телемедицина) и превентивной медицины. К последнему можно отнести все те устройства, которые помогают населению самостоятельно контролировать текущее состояние здоровья.
Примеры некоторых инновационных для медицины HMI:
  • умные инсулиновые ручки,
  • носимые кардиомониторы,
  • роботы-хирурги.

Риски и вызовы HMI: в чём подвох

Это даже не подвох, а, скорее, особенности для медицинской отрасли, которые производителю следует учитывать ещё на этапе разработки.
В частности, важно нащупать ту грань, когда устройство всё ещё функционально, но при этом остаётся понятным пользователю. Нередко это могут быть пользователи с разным уровнем подготовки (например, врач и санитарка), и это тоже необходимо учитывать. Ещё один пункт — сигнал тревоги. В медучреждении они, с одной стороны, должны обращать на себя внимание персонала, с другой — не быть слишком навязчивыми, чтобы у персонала не выработалась к ним толерантность. Словом, важен всё тот же баланс. И, наконец, такие устройства всегда будут требовать особого внимания в области безопасности, поэтому нормативный подход тут намного строже многих других областей.

Другие особенности HMI для медучреждений

1.Если тип переключателей, то мембранный.
Использоваться могут любые варианты переключателей, но если говорить о самом востребованном типе, то больница предпочтёт мембранный. Всё потому, что так кнопки будут спрятаны от внешнего воздействия под защитным монолитным и герметичным верхним слоем, благодаря которому забиваться любого типа загрязнениям совершенно некуда.
Пример дисплея с мембранными кнопками. Источник изображения: сайт Butler Technologies, Inc.
2.Устройства должны быть химически устойчивыми и легко стерилизуемыми.
Любое медучреждение предполагает наличие опасных биоматериалов и повышенную потребность в более частой и тщательной обработке, при этом используются для этого менее щадящие средства.
3.Простота в эксплуатации.
Конечно, ни одна отрасль и ни один пользователь не попросит производителя максимально усложнить оборудование. Но в случае с медицинским применением, как уже упоминали выше, особенно важно, чтобы при проектировании интерфейса производитель предусмотрел максимально крупный шрифт и простую графику, единый и простой язык, цветовое кодирование и — очень важно — защиту от человеческой ошибки. Если система в ответ на команду оператора должна совершить какое-то критически важное действие, устройство непременно должно запрашивать у пользователя повторное подтверждение такого действия.

HMI в медицине будущего

Технологии, которые способны повысить скорость, точность и гигиеничность, минимизируя при этом риски, буквально обречены на востребованность в медицинской сфере. Но можно поговорить и о каких-то более смелых прогнозах. К примеру, директор по продажам Milexia Group, одного из европейских лидеров в области высокотехнологичных систем (в том числе HMI), считает, что в сочетании с ИИ HMI сможет не просто решать, а предугадывать потребности пользователей. Допустим, диализный аппарат будет сам уведомлять персонал о необходимости замены фильтра, а диагностический аппарат — предлагать врачу более оптимальные настройки для проведения обследования пациента на основании анализа его истории болезни.
* От англ. virtual reality и augmented reality — виртуальная и дополненная реальность.