Материал из биософт-м

Статья Название: Разработка средств комплексирования разнородной информации для многопрофильных медицинских учреждений Авторы: Розинов А.В., канд. техн. наук Филатов И.А., канд. техн. наук Ceргейчик В.В. Опубликовано: Московский авиационный институт (государственный технический университет)

Введение

Комплексирование информации, полученной при обследовании пациентов на различном диагностическом оборудовании, становится реальной потребностью современной медицины. С одной стороны, растет количество многопрофильных медицинских учреждений (ММУ), испытывающих острую потребность в системах информационного обеспечения, предоставляющих медицинскому персоналу оперативный доступ к полному перечню результатов обследований пациентов. При этом информация, ассоциированная с конкретным пациентом, может храниться либо централизованно на сервере учреждения, либо быть распределена по сети в местах размещения комплексов диагностики (рис.1).

С другой стороны, для объединения данных пациента существуют естественные предпосылки – единство и взаимосвязь процессов биологической природы, происходящих в организме самого человека. Когда каждое состояние отображается через множество информационных маркеров. В этом отношении любая методика обследования представляет проекцию состояния пациента на ограниченное количество используемых критериев диагностики. Их объединение позволяет повысить информативность оценки состояния пациента и как следствие, улучшить качество диагностики и повысить эффективность лечебных мероприятий в целом. Дополнительный интерес представляют вопросы объединения наряду с медицинскими данными всего контекста административно-плановой и финансово-хозяйственной информации по каждому пациенту.

В этом направлении наиболее естественным и эффективным решением является создание средств управления базой данных, реализующей концепцию единой информационной среды учреждения, где с каждой карточкой пациента ассоциируется индивидуальный набор специфицированных данных. Его актуализация выполняется при совершении определенных событий, связанных с конкретным пациентом и автоматически (либо в автоматизированном режиме) регистрируется в системе информационного сопровождения пациента. Например, при прохождении обследования, оплаты услуг, назначении процедуры и других операций вся событийная информация по данному пациенту поступает в информационную систему учреждения и обновляет соответствующий фрагмент базы.

В материалах статьи рассматривается опыт и результаты исследований по созданию новой уникальной технологии комплексирования разнородных данных, получаемых при обследовании пациентов на диагностическом оборудовании различного класса и назначения в многопрофильных медицинских учреждениях общего и специального профиля.

Задачи комплексирования

Статус многопрофильного медицинского учреждения предполагает использование различных комплексов и систем клинического оборудования. Их различие определяется назначением, особенностями аппаратной реализации и используемого программного обеспечения. При объединении такого оборудования в сеть преследуется цель эффективной реализации современных технологий обработки любой ассоциированной с пациентом информации: от данных регистрации до результатов обследований. Изначально предполагается, что авторизованный в сети пользователь должен иметь все необходимые средства для комплексирования разнородной информации о пациентах с любой точки доступа (клиентская машина, сервер отделения и т.д.) информационной системы ММУ. При этом запрос должен быть оперативно обработан и на рабочее место врача выдана вся необходимая информация в удобном для восприятия и анализа виде.

Важно при этом отметить, что комплексирование данных решает не только задачу представления медицинскому персоналу разнородной информации о пациентах в едином унифицированном формате, но и обеспечивает режим удаленного доступа к операциям обработки данных, реализуемых для определенного вида обследований. В этом случае, на любом рабочем месте в сети ММУ авторизованный пользователь может активизировать конкретный набор операций для редактирования данных, полученных ранее при обследовании пациентов на одном из удаленных комплексов. Таким образом, обеспечивается доступ к функциональному сервису, ассоциированному в системе с конкретным форматом данных (например, просмотр результатов обследований в стандартах DICOM-III и HL7).

Основные проблемы комплексирования медицинской информации

При комплексировании данных медицинских обследований приходится учитывать ряд обстоятельств.

1. Необходимо интегрировать данные, существенно различающиеся по типу (видео, звук, текст, графика, компьютерная анимация и т.д.), назначению, способу записи и возможности удаленной обработки (рис.2).
2. При хранении результатов обследований пациентов на различном клиническом оборудовании используются разнообразные форматы данных, нередко специфичные для определенного типа оборудования и не доступные для обработки общедоступными средствами.
3. Отсутствие единых стандартов, унифицирующих форму представления и операции манипулирования результатами обследований пациентов на различных комплексах в системах сетевого обмена масштаба ММУ.
4. Отсутствие апробированных решений, обеспечивающих клиенту сети ММУ удаленный доступ к операциям обработки данных, специфицированных для определенного типа находящегося в эксплуатации медицинского оборудования.

Назначение проводимых исследований

Сложность решения рассматриваемой задачи предполагает оценку возможности и условий комплексирования данных на базе используемой аппаратуры и программного обеспечения отдельных клинических систем и информационной сети ММУ в целом. Конечной целью проводимых исследований является обеспечение «прозрачности» и недвусмысленности интерпретации вопросов сетевой интеграции данных пациента, отвечающих особенностям эксплуатации медицинского оборудования и требованиям Заказчика по сбору, хранению и обработке данных пациента.

Все представленные ниже для исследований вопросы подготовлены в рамках поиска эффективных схем решения рассматриваемой задачи. Они направлены на создание развитых средств интегрирования различной по характеру и назначению информации о пациентах в сети ММУ для ее последующего анализа и обработки. Изначально предполагается, что сетевой обмен и удаленный доступ – основные режимы работы.

Определения

Sampler Application – приборная программа, обеспечивающая необходимую функциональность медицинского приложения, реализующего конкретную методику обследования пациентов на инсталлированном в сети комплексе медицинского оборудования.

Процессор комплексирования (К-процессор) – набор программных средств, реализующих операции объединения доступной по каждому пациенту информации, в целях ее обработки с любой точки авторизованного доступа в сети.

Перечень вопросов для исследования характеристик используемых в сети ММУ комплексов медицинского оборудования

1. Общая характеристика комплекса: назначение, принцип работы, реализуемая функциональность, возможности сетевой интеграции, аппаратные требования. Разграничение функций реализуемых при подготовке к обследованию, проведении обследования (режим on-line) и постпроцессорной обработки данных (режим off-line). Разграничение функциональности комплекса на уровне его аппаратного и программного обеспечения.
2. Приборные интерфейсы передачи данных, реализуемые в исследуемом комплексе: спецификация и протоколы в общепринятом стандарте описания.
3. Низкоуровневые средства программного обеспечения: перечень используемых драйверов, описание назначения, условия инсталляции, особенности эксплуатации, диагностика сбоев, тестовые примеры. Протоколирование обмена данными между приборной программой и драйверами устройств в режиме реального времени.
4. Форматы данных: детальное описание спецификации хранимых данных, физическая и логическая концепция данных, описание используемых деклараций и инструкций, элементы и комментарии, назначение каждого формата, структура и «механизм» формирования форматов при обследовании, внутриформатная семантика данных (параметры калибровки, настройки аппаратуры, системы управления, данные регистрации пациента, приборные данные, расчетные данные для автоматического и ручного режимов обработки, управляющие параметры структуры), адресация данных и ссылки, маркеры для каждого элемента структуры, распределение памяти, управление (коды и их интерпретация), возможность конвертации используемых форматов, средства редактирования и разработки, используемые среды программирования и инструментарии разработчиков - SDK.

   Примечание.

   Форматы должны быть описаны в тестовом виде. Для этого желательно использовать любой широко распространенный стандарт – XML 1.0 (вторая редакция), INI, UNICODE (стандарт ISO/IEC 10646). Соблюдение указанного требования актуально для автоматической идентификации в сети ММУ специфицированных форматов данных. Крайне нежелательно использование бинарных форматов, существенно ограничивающих возможности манипуляции с данными для рассматриваемого класса задач.

5. Файловая структура: описание файловой структуры и способов ее формирования, логическая концепция и физическая реализация на аппаратном уровне, система формирования идентификаторов и их связь с полученными при обследовании результатами, обеспечение задач резервирования и авторизации, используемые для обработки программные средства, типовые схемы формирования для основных режимов функционирования комплекса.

Перечень вопросов для исследования возможностей программного обеспечения приборных комплексов и систем медицинского обследования ММУ

1. Назначение и описание реализуемых Sampler’ом функций на всех этапах обследования пациентов. Возможности сетевой адаптации.
2. Загрузочный и исходный модули медицинского приложения Sampler, с описанием всех header’ов в общепринятом стандарте ANSI C.
3. Информация об использованных средствах разработки и операционной системе, оценка открытости структуры и возможность развития функциональности Sampler’а для прикладных аспектов, включая сетевые приложения.
4. Детальное описание всех используемых в Sampler динамических библиотек DLL, полная спецификация функций DLL и декларируемая последовательность их вызовов в операциях манипулирования данными.
5. Последовательность инсталляции и условия эксплуатации Sampler, наличие демонстрационной версии. Средства верификации. Тестовые примеры.
6. Реализация возможности неполной активизации приборной программы с использованием контекста устройства для выполнения отдельных функций обработки данных в рамках GDI/User. </p>
7. Совместимость с сетевыми ОС и другими приложениями, поддержка режима удаленного доступа и функций сетевого управления.
8. Поддержка Sampler’ом режима скрытой инициализации для обеспечения функциональности при манипулировании декларированными в сети ММУ форматами данных каждого из приборных комплексов. При этом Sampler не должен выдавать никаких сообщений, открывать окна, отбирать у К-процессора фокус ввода при работе с интегрированными данными в пользовательском режиме.
9. Анализ условий скрытой инициализации Sampler, блокирование запросов к аппаратным средствам комплекса, запрет на аллокирование ресурсов сетевой ОС и загрузку К-процессора фоновыми задачами. Оценка возможности контроля состояния ресурсов через стандартные приложения Task Manager, WinTop или другие общедоступные средства.
10. Возможность регистрации Sampler’ом нового пациента.
11. Автоматическое формирование для К-процессора ключевого идентификатора зарегистрированного пациента (ФИО, дата рождения и регистрации, пол и место рождения) для обновления общедоступных ресурсов сети.
12. Исключение Sampler’ом возможности повторной регистрации одного и того же пациента, т.е. каждое активированное в сети ММУ медицинское приложение должно контролировать общедоступные ресурсы сети на предмет анализа зарегистрированных ранее пациентов.
13. Автоматическое формирование по результатам обследований Sampler’ом ссылки на приборные данные пациента в следующем формате: ключевой идентификатор пациента, название обследования, дата и время проведения, адрес данных в сети.
14. Автоматическое формирование Sampler’ом по результатам обследований таблицы измерений, содержащей расчетные индексы, параметры аппаратуры, расчетные значения и др. численную информацию.
15. Поддержка Sampler’ом демонстрационного/тестового режимов функционирования, что актуально в случае просмотра результатов обследований, когда оборудование неисправно или выключено. В этом случае Sampler автоматически инсталлируется на доступном сервере сети и ему передается управление обработки данных специфицированного формата.
16. Интегрированная инсталляция Sampler’а с программным обеспечением К-процессора и других приложений, актуальных для сети Заказчика.
17. Локализация Sampler’ом всех передаваемых К-процессору тестовых строк в RTF нотации, на английском и русском языках.

Перечень вопросов для исследования возможностей сетевых средств ММУ

1. Авторизация доступа в сеть ММУ, обращения к специфицированным наборам данных пациента и выполнения операций их обработки. Поддержка многоуровневой схемы с раздельным доступом.
2. Проверка корректности генерируемых Sampler’ами форматов данных. В сети должны быть верифицированы все рабочие форматы, используемые при комплексировании данных, разметка каждого должна исключать суррогатные блоки, FFFE и FFFF комбинации.
3. Актуализация информационных ресурсов сети (список пациентов, данные регистрации, таблицы измерений, заключения, ссылки на данные с прибора) в автоматическом режиме по завершении процедур обследования пациента на подключенных к сети комплексах медицинского оборудования.
4. Ограничение функциональности при комплексной обработки данных. Предоставление авторизованному пользователю удаленного доступа к функциям, ассоциированным с обработкой данных определенного формата.
5. Обеспечение надежности хранения и обработки в сети данных пациента. Реализация процедур дублирования, резервного копирования, автосохранения и других.
6. Оценка развиваемости используемых средств для наращивания функциональности сетевой среды ММУ.
7. Поддерживаемые архитектуры сетевых СУБД.
8. Диагностика сценариев обработки данных с выдачей пользователю предупреждения (сообщений).
9. Контроль активности Sampler’а. При отключении или отказе его сетевых интерфейсов обеспечение виртуального режима функционирования данного Sampler’а на доступном сервере сети с ограничением функциональности обработки данных.

Результаты исследований

Фирмой ООО «БИОСОФТ-М» (г.Москва) разработана база данных WinPatientExpert, реализующая технологию комплексирования разнородных форматов данных, полученных в результате обследований пациентов на диагностическом оборудовании различного класса и назначения. Рассматриваемая БД интегрирует различные медицинские приложения и форматы данных для обеспечения режима удаленного доступа персонала ММУ к полному объему всей ассоциированной с каждым пациентом медицинской информации и средствам ее обработки. На рис. 3 показан интерфейс БД, поддерживающий одновременную обработку данных 8 приборных комплексов диагностики. На рис. 4 представлена карточка зарегистрированного в БД WinPatientExpert пациента, содержащая ссылки на результаты 4 методик обследований. Рядом с каждой ссылкой указывается дата и время обследования пациента. При ее выборе в окно базы выводятся результаты обследований и заключение врача (рис.5). Аналогично обеспечивается доступ к результатам других методик обследования. Таким образом, созданные средства комплексирования разнородной информации позволяют реализовать новое качество информационного сопровождения в задачах диагностики, создавая условия для повышения достоверности анализа и эффективности проведения лечебных мероприятий. Подбор сочетанных методик обследования, дающих оценку одного и того же заболевания разными методами обследования, позволит в перспективе на базе среды WinPatientExpert реализовать эффективные методики комплексной диагностики состояния человека.

Заключение

На сегодня отсутствуют законченные решения в области сетевой интеграции данных и ассоциированных с ними функции обработки в сети. Рассмотренная в статье СУБД WinPatientExpert дает первое практическое решение наиболее остро стоящих задач комплексирования разнородной информации. Задача интеграции имеет более широкую постановку и не ограничивается только проблемами обработки разных форматов данных, она предполагает изменение функциональных возможностей сети при подсоединении к ней нового или отключении старого медицинского оборудования, т.е. решение задач автоматического конфигурирования и ряд других проблем. Именно поэтому на этапе подготовки решения рассматриваемых вопросов необходимо правильно оценить масштаб планируемой разработки. При этом необходимо учитывать, что возможности разрабатываемых средств должны не только отражать реалии существующих в данный момент потребностей Заказчика, но и иметь потенциальные ресурсы масштабирования рассмотренных выше задач на возможности новых технологий в рамках INTERNET/ INTRANET ресурсов.