ООНИ (Машевский ФИБС БТС 8 семестр) / ИДЗ

2

1. АКТУАЛЬНОСТЬ

Хронические заболевания оказывают весомую нагрузку на пациентов,

их семьи и систему здравоохранения в целом. Пациенты с хроническими заболеваниями имеют повышенный риск смертности и заболеваемости и имеют значительно худшее качество жизни по сравнению с остальными [1,2].

Увеличение распространенности хронических заболеваний во всем мире [3]

уже представляет собой серьезную проблему для потенциала служб здравоохранения по оказанию достаточной помощи [4]. Решением этой проблемы может являться внедрение различных телемедицинских систем, в

частности, подобные консультации расширяют круг сведений о конкретном заболевании, инициируют заблаговременную клиническую оценку и лечение.

Среди таких заболеваний, оказывающих постоянное воздействие на организм пациента, особенно выделяется диабет. Вызывает тревогу то, что ВОЗ прогнозирует, что к 2030 году число людей, пораженных этим недугом,

увеличится как минимум до 366 миллионов [5]. Кроме того, все большее число людей в Европейском регионе и России страдает от эпидемии другого рода – ожирение [6]. Более одного миллиарда взрослых людей во всем мире имеют избыточный вес, и не менее 300 миллионов из них страдают ожирением. На первый план выходит непрерывный мониторинг диеты, физических нагрузок и сна с целью ранней диагностики отклонений от нормы, как в случае с диабетом, так и для контроля веса. Согласно определению, принятому ВОЗ на конференции в 1997, при выполнении ряда условий, можно считать удаленный мониторинг здоровья, а также сопутствующие лечебно-диагностические консультации частью телемедицины [7]. Для решения этой проблемы, в

рамках данного направления научных исследований была инициализирована разработка веб-приложения для двустороннего взаимодействия врача и пациента.

В настоящее время существуют некоторые многоаспектные системы оценки здоровья человека, такие как Apple Health или Samsung Health. Однако

3

используемые ими каналы обмена информации с медицинскими учреждениями частично или полностью недоступны на территории Российской Федерации [8]. Более того, специалистам важно учитывать, что зачастую популярные разработчики делают акцент на широко известных пользователям макроэлементах и микронутриентах. Также до сих пор нет универсального подхода к оценке потребления пациентом домашних блюд и еды, приготовленной из редких, нетипичных для региона продуктов. По опыту

Fat secret [9], возможным решением стало бы использование открытых баз данных. Последние имеют ряд проблем и едва ли пригодны в экспертных системах. Взглянув на проблему разработки веб-приложения с точки зрения пользователей, отметим, что высоконагруженный рекламными интеграциями малознакомых приложений спутников интерфейс ухудшает общее впечатление от использования и отпугивает.

Из вышесказанного логично следует необходимость создать простое в использовании, эргономичное, работающее на собственной лицензированной базе данных приложение удаленного мониторинга, которое бы повысило эффективность работы врачей-эндокринологов и исследователей.

Необходимость наличия системы удаленного мониторинга продиктована распространением ожирения, в силу динамично снижающихся показателей физической активности населения, а также жирной, высококалорийной диеты.

Кроме того здоровый образ жизни сокращает риск возникновения диабета [10].

4

2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Цель: разработать веб-приложение для удаленного мониторинга диеты и физической активности.

Для разработки системы требуется решить следующие задачи:

1.Формирование набора входных параметров

2.Разработать алгоритм работы приложения

Прежде всего, необходимо разработать алгоритм получения, хранения и обработки данных. Например, для начала нужно создать интерфейс и написать серверную логику, поддерживающую работу веб страницы. Затем подключить базу данных и реализовать программный механизм получения ответа от сервера с последующей записью его в базу. И наконец обработка дневника пользователя с формированием отчета в виде excel таблицы. Под обработкой подразумевается как простое сведение разрозненных записей, так и использование сторонней модели предсказания сахара.

3. Разработать структуру базы данных, содержащую информацию, как о пациенте, так и о доступной для выбора пищи

Для работы приложения необходимо создать серию таблиц внутри базы данных, где бы сохранялись пользовательские записи и откуда бы выводились промежуточные расчеты. Кроме того, основу работы составила бы собранная нами таблица со множеством нутриентов по обширному спектру продуктов и блюд. Вполне вероятно нам бы также потребовалось несколько дополнительных таблиц для хранения промежуточных данных, например,

удаленных записей. Также стоит заранее озаботиться возможностью дальнейшего расширения списка продуктов и составить сводную Excel

таблицу с наименованиями граф (carbo, prot, fat и т.д.), расшифровкой

(углеводы, белки, жиры и т.д.) и единицами измерения. В дальнейшем это облегчило бы задачу импортирования новых записей.

4. Разработать пользовательский интерфейс

5

Для веб-приложения характерно использование HTML шаблонов и сложных каскадов стилей CSS. Для упрощения задачи был выбран фреймворк

Bootstrap 4, позволяющий прописывать логику элементов, без ручной стилизации элементов. Такой подход значительно ускорит дело, не нанеся ущерба качеству работы. Для работы с анимацией элементов была бы выбрана библиотека JQuery за ее простоту и слаженность работы с Bootstrap разметкой.

5. Разработать модель предсказания сахара Модель предсказания сахара принимает на входе следующие

параметры: тип приема пищи (завтрак/обед/ужин/перекус), сахар до приема пищи, гликемический индекс, белки (за 6 часов до), углеводы, крахмал, рост и масса тела.

6. Реализовать программную часть обработки и экспорта данных Необходимо сформировать удобный для зрительного восприятия

дневник пользователя, экспортируемый по почте в формате xlsx-таблицы.

Помимо ручного ввода, стоит создать список email адресов, в котором были бы как стандартные адреса курирующих врачей, так и самостоятельно сохраненные пользователем. Одним из вариантов экспорта должна стать мануальная (без интернета) загрузка отчета на устройство.

7. Развернуть приложения на сервере Перед непосредственных деплоем приложения, необходимо провести

обзор площадок по следующим критериям: возможность установить соединение по защищенному SSL порту smtp.gmail.com для отправки писем через их почтовый клиент, наличие открытого порта 443 для включения защищенного соединения обмена информацией по HTTPS. Цена также является важным критерием выбора. По всем заявленным параметрам абсолютным лидером выступают сервера Amazon Lightsail.

Объект исследования – система удаленного мониторинга диеты и физической активности пользователя.

6

Предмет исследования – разработка программной реализации системы удаленного мониторинга диеты и физической активности пользователя, ее компонентов и их экспериментальная апробация.

7

3. ПЛАНИРУЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Клиент-серверная архитектура схематично изображена на рис. 1. Со стороны клиента поступает HTTPS запрос, SSL сертификат Let’s Encrypt был предварительно получен c помощью certbot. Его обрабатывает Nginx Server

ретранслирующий запросы клиентов из внешней сети на один или несколько серверов, логически расположенных во внутренней сети. В нашем случае за внутренний локальный сервер отвечает WSGI server Gunicorn. Среди поддерживаемых им фреймворков есть и используемый в ходе работы Python Flask. За бесперебойную работу на сервере отвечает Supervisor.

Рис. 1 – Клиент-серверная структура приложения Интерфейс веб-приложения сделан, как и предполагалось, с

использованием CSS фреймворка Bootstrap 4, на рис. 2 представлена произвольно заполненная в демонстрационных целях неделя, с указанием съеденного продукта, даты и времени. Структура разработанного веб-

приложения изображена на рис. 2. С любой страницы возможно осуществить переход на другую, за исключением тех, что обозначены двойными стрелками

– на них переадресация выполняется автоматически.

Рис. 2 – Структура веб-приложения

8

Рис. 3 – Экранная форма дневника приемов пищи пользователя В то время как на рис. 3 отображена таблица, структурирующая

ежедневные нагрузки и сон.

Рис. 4 – Экранная форма дневника физической активности пользователя Для создания базы данных и операций над ней была использована

система SQLite. Поскольку база данных SQLite не требует администрирования, она хорошо работает на устройствах, которые должны работать без квалифицированной поддержки оператора. С ростом количества пользователей и расширением функционала веб-приложения планируется переход на MySQL. За шифрование пользовательских паролей внутри базы данных отвечает алгоритм SHA256.

9

Функционал приложения планируется опробировать совместно с врачами Института Эндокринологии НМИЦ им. В.А. Алмазова. Ожидаемый результат должен представлять собой веб-приложение, формирующее отчет по потребелленным человеком продуктам, нутриентам, входящих в них, а

также физической активности и сна. Помимо этого приложение реализует предостерегающую функцию. Например, можно добавить будущий прием пищи и оценить УКС – скрипт выдаст предостережение, если уровень сахара после приема пищи превысит 7 ммоль/л, а продукты в корзине подсветятся разыми цветами: красный – высокая гликемическая нагрузка, желтый – средняя, зеленый – в норме.

Предложенный проект можно интегрировать в медицинских исследовательских центрах. Помимо этого, планируется реализовать систему обмена сообщениями для прямой связи между пациентом и врачом/исследователем, также планируется интеграция баз данных с мобильным приложением для информационной поддержки больных сахарным диабетом ДиаКомпаньон.

10