Информационные медицинские системы

Размещено на http://allbest.ru

Введение

В медицине, как в фокусе, концентрируется множество различных проблем. В первую очередь это касается гетерогенных источников информации, где нет единства в стандартизации в терминологии, форматах и шкалах измерения. Не разработаны легко адаптируемые компьютерные методы представления медицинских знаний. Отсутствуют хорошо аргументированные и обоснованные под ходы к построению процедур принятия решений и др. Множество указанны: факторов и сложность взаимодействия в процессе принятия медицинских решений делают эту область одной из сложных для применения вычислительной техники.

1. Медицинские информационные системы

При разработке медицинских информационных систем (МИС) и баз данных предъявляются следующие требования :

· гибкость и способность к эволюции БД и ИС;

· способность систем функционировать в условиях информационной неоднородности;

· иерархичность систем, возможность объединения сетей и их интероперабельность;

· возможность непрерывной модернизации;

· преемственность систем;

· надежность и выживаемость.

С развитием информационной инфраструктуры, ростом скорости передачи информации в сетях становится значительной роль распределенной обработки информации. Это обеспечивает повышение эффективности использования вычислительных ресурсов.

Остро в медицинских информационных системах стоит вопрос безопасности информации. Ее рассматривают с двух точек зрения:

1. Защита прав личности от распространения конфиденциальной информации.

2. Защита интересов государства и ведомств. Возможность утечки информации, злоупотребление, нарушение этики.

Отдельный вопрос -- безопасность информационно-платежных систем обязательного и добровольного медицинского страхования, вопросы права, конфиденциальности информации, законности и правомочности электронной подписи, лицензирование применения средств криптозащиты.

Сегодня в США затраты на создание и модернизацию медицинских информационных систем составляют в год около 8,5 млрд. долларов, Емкость отечественного рынка медицинских информационных систем на начало 2000 г. достигала 20 млн. долларов.

Выделяют 5 различающихся уровней компьютеризации для медицинских информационных систем (американский институт медицинских записей -- Medical Records Institute, USA).

Первым уровнем МИС являются автоматизированные медицинские записи. Этот уровень характеризуется тем, что только около 50% информации о пациенте вносится в компьютерную систему и в различном виде выдается ее пользователям в виде отчетов. На данном уровне обычно охватываются регистрация пациента, выписки, внутрибольничные переводы, ввод диагностических сведений, назначения, проведение операций. Финансовые вопросы идут параллельно «бумагообороту» и служат, прежде всего, для разного вида отчетности.

Вторым уровнем МИС служит система компьютеризированной медицинской записи (Computerized Medical Record System). На этом уровне медицинские документы, которые ранее не вносились в электронную память (прежде всего это информация с диагностических приборов, получаемая в виде различного рода распечаток, сканограмм, топограмм и пр.), индексируются, сканируются и запоминаются в системах электронного хранения (как правило, на магнитооптических накопителях).

Третьим уровнем МИС является применение электронных медицинских записей (Electronic Medical Records). На этом уровне должна быть развита соответствующая инфраструктура для ввода, обработки и хранения информации со своих рабочих мест. Пользователи идентифицируются системой, им даются права доступа, соответствующие их статусу. Структура электронных медицинских записей определяется возможностями компьютерной обработки. На данном уровне развития МИС электронная медицинская запись играет активную роль в процессе принятия решений и интеграции с экспертными системами, например, при постановке диагноза, выборе лекарственных средств с учетом настоящего соматического и аллергического статуса пациента и т. п.

На четвертом уровне МИС, который называют системами электронных медицинских записей (Electronic Patient Record Systems или Computer-based Patient Record Systems), записи о пациенте имеют гораздо больше источников информации. В них содержится вся соответствующая медицинская информация о конкретном пациенте, источниками которой могут являться как одно, так и несколько медицинских учреждений. Для такого уровня развития необходима общегосударственная или интернациональная система идентификации пациентов, единая система терминологии, структуры информации, кодирования и пр.

Пятым уровнем МИС называют электронную запись о здоровье (Electronic Health Record). Она отличается от системы электронных записей о пациенте существованием практически неограниченных источников информации о здоровье пациента. Появляются сведения из областей нетрадиционной медицины, поведенческой деятельности (курение, занятия спортом, пользование диетами и т. д.).

В следующем разделе будет дана оценка современного состояния медицинских информационных систем и описаны конкретные такие системы.

Классификация информационных медицинских систем.

Известны различные виды классификации медицинских информационных систем. Например, приводится классификация в зависимости от уровней управления и организации:

· государственный (федеральный и региональный);

· территориальный (муниципальный, город, район);

· учрежденческий (ЛПУ, ЦСЭН, НИИ, вузы и ГИДУВы, структуры ОМС, службы лекарственного обеспечения, медтехники и др.);

· индивидуальный.

Другой пример классификации МИС (Информатика и системы управления, 1998):

1. Информационная поддержка работы медицинского персонала.

2. Информационное обеспечение экстренной медицинской помощью при чрезвычайных ситуациях.

3. Мониторинг уровня здоровья населения.

4. Информационное обеспечение научной работы.

5. Система информационного обмена при работе в компьютерных сетях (в известной степени).

Также приводится разделение медицинских информационных систем по назначению:

· системы, основной функцией которых является накопление данных и информации;

· диагностические и консультирующие системы;

· системы, обеспечивающие медицинское обслуживание.

2. Медицинские аппаратно-программные комплексы

Используемые в медицинской диагностике технические средства можно условие разделить па три основные категории: инструменты, измерительные приборы и аппаратно-программные комплексы. Инструменты представляют собой простые механические приспособления для взятия различных проб или для облегчение доступа к исследуемому органу.

Измерительные приборы являются автономными устройствами, которые выполняют измерения значения некоторого клинического показателя и представляют его врачу в удобной для восприятия форме. Примерами таких устройств являются аппараты УЗИ, гастроскопы, лабораторные анализаторы и т. п. В отличие от этого аппаратно-программные комплексы выполняют не только измерение первичных клинических показателей, но и производят над этими показателями различные и нередко достаточно сложные вычисления и преобразования, выдавая врачу результат уже в виде производных комплексных показателей, функциональных зависимостей или же в форме предварительного словесного заключения. Измерительные приборы находят применение в двух диаметрально противоположных областях:

· там, где измеряемые показатели представляют собой простые переменные и для диагностики достаточно знать их текущее числовое значение;

· там, где врачу для диагностики необходимо видеть картину внутренних органов, которая по своей сложности и комплексности не поддается вычислительному анализу.

Аппаратно-программные комплексы применяются в тех пограничных областях, которые, с одной стороны, характеризуются показателями, достаточно сложными для непосредственной диагностики, а, с другой стороны, там имеется возможность вычислительного (функционального) преобразования этих показателей к виду, более простому для формулировки клинического заключения. Фактически аппаратно-программные комплексы представляют собой такую интеграцию (сопряжение) измерительного прибора с вычислительным устройством, при которой заложенной в компьютер программой обеспечивается комплексное выполнение четырех функций.

1. Управление работой измерительного прибора и сопутствующих ему устройств.

2. Съем и запоминание показаний измерительного прибора, или регистрация данных.

3. Преобразование и вычислительный анализ зарегистрированных данных.

4. Представление и вывод полученных результатов в числовой, графической или текстовой форме.

Следует отметить, что развитие вычислительной техники привело к компьютеризации измерений в различных областях медицины. Так, например, современные томографы оснащены как специализированными вычислительными устройствами, управляющими процессом сканирования, так и персональными компьютерами, выполняющими сложные графические преобразования над полученными исходными изображениями. Однако это не соответствует той степени интеграции, которая по вышеприведенному определению вкладывается в понятие аппаратно-программного комплекса. Действительно, этот случай аналогичен съемке фотографий па цифровую камеру, после чего изображение вводится в компьютер и посредством какого-нибудь графического пакета редактируется, масштабируется и выводится на принтер. Говорить же о том, что фотоаппарат с персональным компьютером образуют при этом цельный измерительно-вычислительный комплекс, естественно, не приходится.

Одной из основных областей развития аппаратно-программных комплексов, в которой наиболее комплексно и полно реализуется выполнение ими четырех вышеперечисленных функций, является функциональная диагностика, проводимая на основе анализа таких электрофизиологических показателей, как электроэнцефалограмма (ЭЭГ), вызванные потенциалы (ВП) головного мозга, электрокардиограмма (ЭКГ), эяектромиограмма (ЭМГ), реограмма (РГ) и др. Ее принципиальное отличие состоит в том, что основным объектом анализа являются не точечные и статические измерения состояния организма (как бы сложны и комплексны они не были), а динамические характеристики процессов жизнедеятельности с их изменением во времени. Именно на этой области мы и сосредоточим в дальнейшем свое внимание.

В составе современного электрофизиологического аппаратно-программного комплекса целесообразно выделить следующие пять компонентов.

1. Электроды для измерения активных и пассивных электрических показателей и датчики для измерения неэлектрических показателей располагаются на пациенте или же в непосредственной близости от него. Снимаемые с них электрические сигналы могут быть двух типов:

1) аналоговые (то есть непрерывно изменяющиеся во времени и в некоторое амплитудном диапазоне) сигналы представляют собой собственно измеряемые биопоказатели и подаются на вход биоусилителя для промежуточного усиления и преобразования;

2) дискретные сигналы, имеющие только два состояния Да/Нет, могут подаваться непосредственно на входной порт (входной регистр) контроллера АЦП; такие сигналы обычно используются в качестве отметок о возникновении различных событий в процессе исследования, а также о поведенческих реакциях и движениях.

2. Биоусилитель осуществляет три основные операции:

1) усиливает низкоамплитудные биосигналы до входного диапазона АЦП (обычно до уровня ±5 В), чтобы максимально повысить точность последующего их преобразования в цифровую форму (интегральную чувствительность);

2) осуществляет фильтрацию сигналов в заданной полосе пропускания с удалением низкочастотных и высокочастотных составляющих посредством аналоговых фильтров верхних (ФВЧ) и нижних (ФНЧ) частот;

3) удаляет из биосигналов сетевую наводку на частоте 50 Гц посредством режекторного (вырезающего) фильтра.

Основными техническими характеристиками биоусилителя являются:

* входное сопротивление не менее 100 МОм для исключения шунтирования низковольтовых входных сигналов;

· уровень шума в стандартном и расширенных диапазонах не более 1-5 мкВ от пика до пика (peak-to-peak);

* уровень подавления синфазной (синхронной для различных входов усилителя) помехи не хуже 80-100 дБ, что исключает внешние наводки в широком диапазоне частот и позволяет работать без специальных экранированных камер;

* полоса пропускания не менее 0,01-1000 Гц;

* число градаций коэффициента усиления от 1 до 100 000;

* число фильтров верхних частот (оставляющих верхние частоты и удаляющих нижние частоты) не менее 0,16, 0,5,1,5 и 2 Гц, что соответствует постоянной времени со значениями 1, 0,3. 0,1 и 0,05 с, где постоянная времени т соотносится с частотой среза фильтра/по формуле т=1/(/х2я);

* число фильтров нижних частот (оставляющих нижние частоты и удаляющих верхние частоты) не менее 30, 50, 100, 500 и 1000 Гц;

* наличие режекторного фильтра 50 Гц (для удаления сетевой наводки) с добротностью не менее 80 дБ.

Многие из современных биоусилителей обладают возможностью поканальной регулировки коэффициентов усиления и полос пропускания, что делает их универсальными в плане применимости для совместной регистрации различных электрофизиологических показателей (так называемая полиграфия). Биоусилители являются прецизионными техническими устройствами и на них обычно приходится основная часть стоимости аппаратно-пограммиого комплекса. На мировом рынке цена высокоточного биоусилителя, производимого такими известными фирмами, как Medilec (Англия), Nicolet (Австрия), EsaotcBiomedica (Италия), Nihon Kohden (Япония), исчисляется из расчета от $500 до $1000 за один канал усиления, при этом усилитель может иметь от 4 до 32 независимых каналов.

3. Аналогово-цифровой преобразователь (контроллер АЦП) осуществляет преобразование входных аналоговых сигналов в цифровую форму, приемлемую для ввода в компьютер, с заданной частотой повторения таких преобразований или частотой дискретизации. Основными техническими характеристиками АЦП являются: число входных аналоговых каналов, число дискретных входных и выходных каналов (определяется разрядностью входного и выходного портов), разрядность результата аналогового преобразования, максимальная частота оцифровки сигнала (определяемая временем АЦ-преобразования), число эффективных разрядов (или старших разрядов АЦ-преобразования, не затронутых влиянием шумов) и их изменение с частотой. Типовые современные контроллеры АЦП обычно имеют 16 входных аналоговых каналов, 8 входных и 8 выходных дискретных каналов, 12-разрядное преобразование со временем порядка микросекунды, что более чем достаточно для большинства электрофизиологических исследований.

4. Исполнительные устройства предназначены для выполнения различных воздействий на пациента терапевтического или тестирующего характера или же для других изменений в процессе исследования (например, режимов работы внешней аппаратуры и устройств). Так, в области энцефалографии и миографии для тестирующих воздействий на пациента применяются различные фоно-, фото- и электростимуляторы, в которых в ходе исследования необходимо программно регулировать длительность и момент подачи стимула, интервал между стимулами, интенсивность и частоту стимуляции. Управление исполнительными устройствами обычно производится с выходного порта контроллера АЦП.

5. Персональный компьютер со специальным программным обеспечением управляет работой всех остальных компонентов в реальном времени и осуществляет анализ регистрируемых показателей, диагностику и выдачу результатов.

3. Телемедицина

Телемедицина концентрирует возможности современного информационного общества. Эта область интегрирует новейшие достижения информатики, радиоэлектроники, связи, математики, биофизики, медицинского приборостроения и других наукоемких отраслей для целей улучшения диагностики, лечения и профилактики заболеваний человека.

Телемедицина стоит на «трех китах». Это медицина, телекоммуникации и информатика. Основной задачей телемедицины является своевременная и адресная доставка высококвалифицированных медицинских услуг пациенту или пострадавшему вне зависимости от расстояния разделяющего этого человека и мощный медицинский центр. При этом под адресом пациента понимается не только его традиционный почтовый адрес, телефон или факс, но также электронный почтовый , адрес (e-mail или www.) и, наконец, его точные географические координаты и время, которые могут быть получены благодаря введенным в эксплуатацию глобальным сетевым спутниковым радионавигационным системам (GPS, Глонасс). Таким образом, пациент, пользующийся услугами телемедицины может находиться в любой точке Земли и околоземного пространства, в любое время суток, при любой погоде.

Отдельные элементы телемедицины в повседневной врачебной практике встречаются довольно часто. Вместе с тем, обобщая определения телемедицины, выявляются следующие характерные особенности:

· использование специализированной аппаратуры, с помощью которой осуществляется сбор, преобразование и передача медицинской информации;

· наличие сети телекоммуникаций, обеспечивающей связь между поставщиками и потребителями медицинской информации;

· применение программного обеспечения, связывающего в единый комплекс 3 все элементы системы;

· наличие штата специалистов (медиков, программистов, электронщиков, связистов), обеспечивающих профессиональную и техническую поддержку комплекса, его эффективное применение при решении медицинских задач.

Кроме того, при работе с телемедицинской системой используются определенные режимы эксплуатации аппаратуры, применяются специфические форматы медицинских данных, протоколов обмена информацией и т. п.

Технические проблемы, стоящие на пути развития телемедицины, более или менее успешно решаются на базе использования передовых информационных технологий и самого современного телекоммуникационного и компьютерного оборудования. Несколько сложнее обстоит дело с множеством экономических, правовых и этических вопросов. Это обусловлено, в первую очередь, отсутствием 5 законодательной и нормативной базы, регулирующей вопросы доступа к медицинским сведениям о пациентах, определяющей правила оценки качества теле медицинских консультаций, распределения ответственности за их результаты и т. п.

Заключение

В данной работе рассмотрены медицинские информационные системы, аппаратно - программные комплексы и телемедицина, т. е. только часть из информационных технологий, используемых в медико-биологических исследованиях.

Развитие информационных технологий и современных коммуникаций, появление в клиниках большого количества автоматизированных медицинских приборов, следящих систем и отдельных компьютеров привели к новому витку развития медицинских информационных систем. Современная концепция информационных систем предполагает объединение электронных записей о больных (electronic patient records) с архивами медицинских изображений и финансовой информацией, данными мониторинга с медицинских приборов, результатами работы автоматизированных лабораторий и следящих систем, наличие современных средств обмена информацией (электронной внутрибольничной почты, Интернета, видеоконференций и т. д.).

Развитие телемедицины в России вступает в фазу перехода от разработок преимущественно экспериментального и теоретического характера к стадии практического внедрения ее достижений в отечественное здравоохранение. Десятки медицинских учреждений по всей России ведут подготовку к внедрению телемедицины в ежедневную практику. Инициативное внедрение телемедицинских методов в ряде регионов России создало методологическую базу для их широкого внедрения в народное здравоохранение и подготовило почву для включения телемедицины в ряд перспективных направлений медицинской национальной политики.

Литература

1. Ю. А. Шафрин Информационные технологии. М., 1999.

2. Ю. А. Шафрин Информационные технологии. В 2-х частях. М., 2003.

3. В. Дюк, В. Эммануэль Информационные технологии в медико-биологических исследованиях. Спб., 2003.

4. Информационные технологии: Путеводитель по новой экономике. М., 2002.

Размещено на Allbest.ru