АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
.
Актуальность автоматизации такой жизненно-важной области как медицина не вызывает сомнений. Во всем мире современные лечебные учреждения тратят на информационные технологии огромные средства, однако, при этом они не всегда уверены в целесообразности этих расходов и часто не могут получить должную отдачу. Одна из причин подобного положения в существенно более быстром развитии информационных технологий по отношению к самой медицине. Еще совсем недавно считалось приемлемым автоматизировать различные службы лечебного учреждения по отдельности — лаборатория, диагностика, лечебные отделения, аптека и т. п. Затем быстро пришло понимание, что будущее за интегрированными решениями. Отдельные не связанные друг с другом подсистемы не могут обеспечить ожидаемого эффекта. Но и сами масштабы интеграции тоже стали расти с огромной скоростью. Уже недостаточно обеспечить интегрированное решение для отдельного лечебного учреждения или группы учреждений. Интеграция уже поднялась на ведомственный уровень (МИС Центрального Банка России, Газпрома, Тюменьтрансгаза и т. п.) и явно тяготеет к общегосударственному и даже общемировому масштабу. Например, в работе [Jones, 2002], посвященной обсуждению национальной инфраструктуры «электронного здравоохранения» в США, речь идет о переходе на общенациональную электронную систему назначений. И таких примеров много. Перед руководителями лечебных учреждений, отвечающих за автоматизацию, и перед архитекторами современных МИС встает проблема — как обеспечить сохранение капиталовложений в информационную систему, как обеспечить ей долгий жизненный цикл и не потерять возможности адаптации и развития, как получить от системы реальную отдачу, выражающуюся в повышении качества медицинского обслуживания. Во многом — это проблемы архитектуры системы, без формулирования и решения которых дальнейшее эффективное продвижение в области автоматизации здравоохранения будет невозможным.
ВВЕДЕНИЕ
В ПРОБЛЕМАТИКУ ПОСТРОЕНИЯ АРХИТЕКТУРЫ СОВРЕМЕННОЙ МИС.
Архитектура. «Набор решений по организации программной системы: выбору элементов структуры этой системыих интерфейсов и поведения, задаваемого кооперациями между элементами, объединению элементов в прогрессивно растущие подсистемы, а также выбору архитектурного стиля, задающего организацию программной системы, — элементы, их интерфейсы, кооперацию и объединение. Архитектура программ имеет отношение не только к структуре и поведению, но также и к способам использования, функциональности, производительности, гибкости, возможности повторного использования, постижимости, экономическим и технологическим ограничениям и компромиссам в вопросах эстетики», [Якобсон и др., 2002].
Основные проблемы, стоящие перед архитекторами медицинских информационных систем (МИС), кратко можно охарактеризовать следующим образом:
• необходимость вводить и анализировать все больший объем медицинской информации для оказания качественной медицинской помощи;
• необходимость и актуальность поддержки единого информационного пространства (полные данные по каждому пациенту независимо от места оказания медицинской помощи);
• постоянно расширяющаяся понятийная и концептуальная база предметной области (медицины);
• недостаточная формализация (концептуализация и стандартизация) предметной области;
• быстрый прогресс информационных технологий.
Медицинская информация становится все более сложной и все более важной. По данным [Ка1га аХ а1.], около 15% ресурсов лечебного медицинского учреждения расходуется на сбор данных. Врачи и медсестры затрачивают 25% своего рабочего времени на поиск нужной им информации. В качестве примера можно привести статистику из университетского госпиталя в Гейдельберге.
University Hospital of Heidelberg) на 1 700 коек. В течение года в госпитале создается около 400 000 новых медицинских карт, содержащих в бумажном виде 6,3 млн. страниц. Выполняется 250 000 исследований и 20 000 процедур. По данным US Institute of Medicine Report, около 100 000 граждан США ежегодно умирают по причине медицинских ошибок (восьмое место в упорядоченных по частоте причинах смерти). Одна из основных причин ошибок — недостаточная или некачественная информация о пациенте. Объем медицинской литературы, необходимой для качественного лечения, удваивается каждые 10−15 лет уже в течение последних 300 лет. Ежегодно в области биомедицины выходят 20 000 журналов и 17 000 книг. Примерно половина концептов (500 000) из всех выработанных человечеством непосредственно относится к медицине. Многоязычный тезаурус UMLS (Унифицированная система медицинского языка) содержит 730 000 концептов и 1,5 млн. понятий.
Практически все исследователи в области МИС подчеркивают разнородность, сложность и эволюционную природу медицинских данных. Отсюда проблемы стандартизации медицинской информации, проблемы обмена данными между отдельными МИС. До сих пор не преодолены сложности создания единого информационного пространства медицинских данных даже для граждан развитых западных стран. Попытки жесткой шаблонной формализации ввода и представления медицинской информации врачами отвергаются, как искажающие суть самой информации.
С другой стороны, весь мировой опыт свидетельствует о необходимости стандартизации программного обеспечения. Эффективность подобного подхода в промышленности, связанной с разработкой технических изделий массового потребления, уже давно очевидна. И медицина не должна быть исключением из этого правила.
Многие исследования последних десятилетий связаны с поиском концептуальных решений проблемы стандартизации медицинской информации. Большие надежды связываются с повышением уровня абстракции предлагаемых формальных моделей. Процитируем в качестве примера подобного подхода: «The solution is to use more abstract models with fewer, but more expressive, objects. The patient information model has to be simplified and clarified and a uniform and correct level of abstraction must be found. For example, items such as birth, weight or haemoglobin concentration should not be found included as named attributes of the model. The specific clinical entities should be represented in a concept/vocabulary data base that is separate from the data model» [Donald et al., 1998].
Во всех развитых странах интенсивно ведутся работы по стандартизации медицинской информации. По-видимому, принятие единого общеевропейского или общемирового стандарта представления медицинской информации — это вопрос времени. Архитекторы современных российских МИС должны учитывать неизбежность появления в будущем общегосударственного стандарта.
НАПРАВЛЕНИЯ СТАНДАРТИЗАЦИИ В МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАТИКЕ.
К настоящему моменту практически все существующие стандарты медицинской информатики носят не обязательный, а рекомендательный характер. В США разработка стандартов медицинской информатики координируется соответствующими подкомитетами Американского национального института стандартизации ANSI, в Европе — подкомитетом ТС251 Европейского комитета по стандартизации CEN. Особенность стандартизации медицинской информатики ярко выражена следующей дилеммой: чем уже круг экспертов, тем сложнее сделать стандарт общепризнаннымчем он шире, тем дольше разрабатываются стандартные решения" [Емелин, 1998].
Практически все стандарты медицинской информатики так или иначе связаны с ведением электронной истории болезни [Емелин, 2000]. Одни стандарты описывают терминологию, которая должна быть в ней использована, другиепередачу медицинских документов и изображений в электронную историю болезни, третьи — способы организации данных в электронной истории болезни, четвертые — обеспечение доступа медицинских работников и самих пациентов к электронной истории болезни и т. д.
В сущности, разработка стандартов медицинской информатики преследует цель воссоздания универсального языка общения медицинских работников, другими словами — воскрешения латыни на самом современном уровне информационных технологий. В целом эти стандарты нужны для того, чтобы каждая запись электронной истории болезни могла быть одинаково понята представителями различных медицинских школ. При этом компьютеры должны стать как бы переводчиками с привычного естественного медицинского языка на унифицированный электронный язык и обратно. Поэтому неудивительно, что в последние десятилетия наибольшие усилия специалистов по медицинской информатике были сосредоточены в двух основных областях: стандартизации медицинской терминологии и стандартизации передачи записей в электронную историю болезни.
В настоящее время можно выделить два стандарта, ведущих свое происхождение из США, но получивших достаточно широкое признание и в других странах:
• стандарт электронного обмена текстовыми медицинскими документами Health Level Seven (HL7);
• стандарт электронного обмена изображениями лучевой диагностики Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM).
К сожалению, в России работа по стандартизации электронного обмена медицинскими документами в подобном объеме и с таким качеством не ведется" [Емелин, 1998].
Перед создателями отечественных МИС встает непростой вопрос: как относиться к разрабатываемым на Западе стандартам представления (стандартам описания медицинских данных и терминологических словарей) и обмена медицинской информацией? Следует ли включать поддержку этих стандартов в архитектуру МИС, или следует подождать появления отечественного стандарта, или пытаться разработать собственный «внутрифирменный» стандарт?
Очевидно, что перейти к использованию западных стандартов можно только в том случае, если само ведение медицинской карты и оказание медицинской помощи будет построено по западному образцу. Для этого придется практически «перестроить» все отечественное здравоохранение, начиная с системы медицинского образования. Что вряд ли приемлемо для русской медицины с ее богатой историей.
Не имея возможности непосредственного заимствования стандартов, мы можем, безусловно, под держать саму идею стандартизации как главную стратегическую идею развития медицинской информатики.
Разработка общероссийских государственных стандартов — это прерогатива прежде всего государства. Разработка потребует немалых ресурсов и вряд ли окажется по силам отдельным производителям медицинских информационных систем и специализированного программного обеспечения.
Единственно верным стратегическим решением в этой ситуации представляется разработка архитектуры, ориентированной на стандарты. Чтобы ориентироваться на то, «чего еще нет», необходимо сделать некоторые предположения, интуитивно предугадать направление, в котором пойдет стандартизация в медицине. В настоящее время в развитии стандартизации на Западе просматриваются два основных течения. Первое, связанное с историей стандарта HL7, определяет жесткие нерасширяемые модели данных (концептов), пытаясь все многообразие медицинской информации свести к небольшому числу конкретных информационных сообщений. Второе, связанное с европейскими разработками прототипа стандарта GEHR (The Good European Health Record project), пытается лишь определить общие правила и ограничения конструирования произвольных информационных сообщений (структур) над словарями понятий предметной области. Если рассмотреть возможный синтез этих двух подходов, то можно предположить, что стандарт должен будет заключать в себе как жестко формализованные концепты предметной области, так и свободно конструируемые по заданным правилам информационные структуры.
Если в МИС любые медицинские данные и их структуры будут стандартизованы и описаны на языке концептов, понятий (терминов) и контекстов их использования в базе знаний системы, перевод системы на общегосударственный стандарт будет означать переход от одного метаописания к другому, в противовес внедрению стандарта в систему, не имеющую явного стандартизованного метаописания. Архитектура современной МИС должна быть готова к работе со стандартами.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка отдельных архитектурных аспектов современных МИС. Основное внимание работы сосредоточено на следующих аспектах:
• роль стандартов в архитектуре современных МИС;
• медицинские технологические процессы;
• основные архитектурные решения по поддержке технологии лечебно-диагностического процесса;
• особенности реализации системы построения лечебно-диагностических карт.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
В работе для проведения исследований были использованы методы системного анализа, методы объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем, формальная грамматика, как средство описания структуры информации, и методы математической логики.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
Основные научные результаты, полученные автором:
• разработан подход к формализации медицинских технологических процессов;
• разработана архитектура системы построения лечебно-диагностических карт;
• разработана архитектура системы поддержки лечебно-диагностических процесса;
• разработаны алгоритмы и методы построения лечебно-диагностических карт, основанные.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ.
Разработанная архитектура легла в основу подсистемы «Интерплан», работающей в составе МИС «Интерин», функционирующей и развивающейся в Медицинском центре Банка России. Построенная на базе этой архитектуры система регулярно попадает в различные обзоры интегрированных решений в области отечественных МИС, см. например [Дюк и Эмануэль, 2003] и отмечена дипломами специализированных выставок.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
• международной конференции Программные системы: Теория и приложения, ИПС РАН, Переславль-Залесский, 2004.
• неоднократно на семинарах Центра медицинской информатики ИПС РАН, Переславль-Залесский, 1996 — 2004.
ПУБЛИКАЦИИ.
По результатам исследований опубликованы 3 статьи, 2 книги и 1 учебное пособие.
1. Алимов Д. В., Михеев А. Е., Назаренко Г. И., Хаткевич М. И. Визуализация и анализ потока пациентов в комплексном лечебно-профилактическом учреждении, Программные системы: теория и приложения // Труды международной конференции «Программные системы: теория и приложения», ИПС РАН, г. Переславль-Залесский, май 2004 / Под редакцией С. М. Абрамова. -М.:Физматлит, 2004. — С. 103 116.
2. Михеев А. Е. Автоматизация технологий управления лечебно-диагностическим процессом // Управление качеством медицинской помощи / Под. ред. Г. И. Назаренко, Е. И. Полубенцевой. — М, 2000. — С. 206−285.
3. Назаренко Г. И., Кишкун A.A., Михеев А. Е., Миколаускас В. П., Коленкин С. М., Арсенин C.JI. Практические подходы к созданию лабораторной информационной системы: Научно-практич. симпозиум «Организация, менеджмент и экономика клинической лабораторной службы», Москва, 6−9 октября 2003 г. // Клиническая лабораторная диагностика. — 2003. -№ 9. — С. 24−25.
4. Назаренко Г. И., Михеев А. Е. Больничные информационные системы: Разработка. Внедрение. Эксплуатация: учебное пособие / Под ред. Г. И. Савина. — М.: Медицина XXI, 2003. — 320 с.
5. Профессиональное тестирование медицинского персонала: Учеб.-метод. пособие / Г. И. Назаренко, Б. Б. Карочкин, В. А. Коротич, Н. Ю. Лобода, А. Е. Михеев, В. Ф. Паршин / Под. ред. Г. И. Назаренко. — М.: ЦБ РФ, Мед. центр, 2002. -73 с.
6. Yadulla Guliev, Gennady Osipov, Alfred Ailamazyan, Olga Bodrova, Sergey Komarov, Alexander Mikheev, Gerasim Nazarenko. Specificity of Hospital Information System (HIS) Development in the Context of Forming Information Infrastructure and Economie Structure of Russia // Proc.conf. Medinfo-98. — Seoul, 1998.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ
.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 47 наименований, объем работы составляет 116 страниц.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Основные результаты, полученные в диссертации, заключаются в следующем:
• исследована роль стандартов в медицинской информатике и их влияние на развитие медицинской информатики;
• разработан подход к формализации медицинских технологических процессов;
. • разработана архитектура системы построения лечебно-диагностических карт;
• разработана архитектура системы поддержки лечебно-диагностического процесса;
• разработаны алгоритмы и методы построения лечебно-диагностических карт, в основу которых положено управление процессом переноса экспертизы с помощью модели и уже накопленными знаниям;
• разработан сценарий выявления и переноса компетентности эксперта в области технологии лечебно-диагностического процесса, включающий множество интерактивных процедур, каждая из которых представляет собой стратегию выявления некоторого элементарного объекта плана;
• разработаны сценарии выявления симптомов, редактирования свойств плана, построения условий;
• разработанные методы и алгоритмы системы построения лечебно-диагностических карт легли в основу, реализованной в Медицинском центре банка РФ системы ИНТЕРПЛАН.
