Информатизация здравоохранения и некоторые проблемы построения интегрированных медицинских информационных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ МЕДИЦИНСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

А.Р. Дабагов

ЗАО «Медицинские Технологии LTD»

Аннотация

медицинский информатика системный архитектура

В обзоре рассматриваются ряд аспектов развития современной медицинской информатики, достижения и некоторые насущные проблемы. Показана роль системных методов как наиболее универсальных средств решения задач. Отмечается важность подходов на основе теории открытых систем и открытой системной архитектуры. Обсуждается специфика вопросов безопасности.

Ключевые слова: медицинская информатика, системный анализ, открытые системы, безопасность, открытая архитектура.

Abstract

The review considers some aspects of modern medical EHS's development and some immediate problems, the role of system methods as the most universal means of problems solving. The importance of approaches based on the theory of open systems and open systems architectures are established. Some security problems are discussed.

Keywords: Medical informatics, system analysis, open systems, security, open architecture.

Введение

Быстрое развитие вычислительных, информационных и телекоммуникационных технологий дает в руки исследователей и практиков новые возможности, связанные с получением, анализом, обработкой, передачей, хранением и объединением огромных массивов разнородной информации. Внедрение вычислительной техники, первоначально в научно-технические и последовательно в другие области деятельности, разработка, развитие и накопление алгоритмов, программ и их комплексов, создание систем и сетей цифровой связи радикально меняет постановку, способы и средства решения большинства практических задач.

В современной медицине переход на современные ИТ обеспечивает ряд новых возможностей и интеграцию с системами цифровой диагностики [1]. Это улучшает качество сервиса, сокращает время обследования, увеличивает точность диагностики, позволяет проводить удаленные консультации, обследования, анализ и удаленную обработку первичной информации в высокоспециализированных центрах, а также предоставляет возможности долговременного хранения информации о пациентах в цифровой форме. Таким образом, при необходимости к информации о пациенте может быть получен доступ практически с любой точки земного шара, что является важным во многих случаях. Кроме того, тем самым создаются архивы исследований, которые могут использоваться для повышения квалификации медперсонала, научных исследований, получения статистических данных и др.

Несмотря на большие материальные издержки, ряд проблем при этом пока не находит решения. Увеличение эффективности и снижение стоимости медицинского обслуживания следует ожидать с ростом компьютеризации, появлением компьютеризованных медицинских систем и сетей, новых системных решений, внедрением на их базе новых медицинских услуг, интеграцией всей медицины в рамках строящегося информационного общества и развития электронного здравоохранения (e-health). Среди общемировых целей в развитии e-health ставятся: способствовать совместным усилиям в целях создания качественно, надежно и экономически доступно функционирующих систем здравоохранения и медицинской информации, а также в целях обучения, профессиональной подготовки и исследований, содействие разработке международных стандартов обмена медицинской информации; стимулирование использования ИКТ в продвижении систем здравоохранения и информации в отдаленные или труднодоступные районы, и др.

Среди основных направлений развития электронного здравоохранения отмечаются: консультативные сети для мед. персонала и пациентов, системы электронных медкарт (историй болезни), медицинского страхования, аптечной информации, заказа мед. оборудования и материалов, диспетчерские системы скорой помощи.

К настоящему времени разработаны и разрабатываются ряд программных и аппаратных решений в области электронной медицины и здравоохранения, в этой области работают ряд крупных фирм, таких как IBM, Cisco, Microsoft, AGFA, GE и др., значительное внимание уделяется разработке стандартов для цифровой медицины, развиваются медицинские информационные системы (МИС) и их отдельные компоненты. Для российских условий компьютеризация здравоохранения, реализация программ типа e-health, создание компьютеризованных медицинских систем, сетей, банков данных, внедрение телемедицины и специализированных центров обработки также является весьма актуальным, в особенности учитывая географические размеры территории. Имеется ряд удачных аппаратных и программных разработок и опыт интеграции медицинских систем. Также следует отметить имеющиеся теоретические и экспериментальные наработки в области медицинских технологий, методик обследования, обработки и интегрирования информации, которые могут быть встроены в развивающиеся системы отечественной электронной медицины.

Создание и развитие интегрированных компьютеризованных МИС корпоративного уровня, их интеграция в системы регионального, ведомственного и государственного здравоохранения представляет собой комплекс разноуровневых и достаточно сложных задач. При этом некоторые вопросы оказываются настолько сложны, что требуют привлечения пристального внимания ученых и специалистов. В настоящей работе мы сделали попытку бросить взгляд на эти проблемы, так сказать, «со стороны разработчика», проанализировать ход и тенденции развития подобных систем, указать на ряд трудностей, имеющихся сегодня, или тех, с которыми, возможно, придется столкнуться завтра. При этом мы по возможности старались показать системный характер ряда проблем и их историческое развитие. Поскольку в относительно небольшой по объему работе мы не имели возможности охватить рассматриваемый материал достаточно подробно, мы постарались привести список наиболее значимых публикаций. Большинство из них можно просмотреть или заказать через сеть Интернет.

Системный подход и новые технологии

Развитие информационно-вычислительной техники и технологий параллельно со средствами связи и телекоммуникаций оказывает огромное влияние на все аспекты человеческой деятельности. Новые информационные технологии уже давно стали жизненно важной частью повседневного окружения, которое без них практически уже не может функционировать нормальным образом. Быстрое развитие и разработка теоретических аспектов и новых устройств, схем, алгоритмов и материалов для сферы ИКТ, наряду с проведением теоретических и экспериментальных исследований, предопределяет возможности, которые будут доступны потребителям в ближайшем будущем.

Еще на заре развития ИКТ, главным образом при рассмотрении проблем в области военного строительства, была осознана необходимость в разработке методов [2] ¹, которые позволили бы анализировать сложные проблемы как целое, обеспечивали рассмотрение многих альтернатив, каждая из которых описывалась большим числом переменных, обеспечивали полноту каждой альтернативы, помогали вносить измеримость, давали возможность выявлять неопределенности. Получившаяся в результате развития и обобщения широкая и универсальная методология решения проблем была названа ее авторами «системный анализ» [3, 4, 5, 6, 7, 8], на который уже тогда в методологическом плане возлагались большие надежды [5]. Эта новая методология создавалась прежде всего для решения проблем в области военного строительства и анализа, при этом значительное число работ в этой области было выполнено американским «мозговым центром» RAND Corporation. Однако «очень скоро выяснилось, что проблемы гражданские, проблемы фирм, финансовые и многие другие проблемы не только допускают, но и требуют применения этой методологии» [3] ². Перестройка организации в соответствии с требованиями системного анализа была произведена в большой больнице, отделе сбыта компании, отделе электроники, конструкторском отделе, в химико-фармацевтической компании, на сборочном заводе [9]. Было выяснено, что машинные системы эффективны в том случае, если они решают актуальные проблемы. Это, в свою очередь, оказалось возможным реализовать, если выполнялся системный анализ проблем и если надлежащим образом изменялась организация [3]. Таким образом, как мы видим, оптимизация функционирования больших ЛПУ еще «на заре» компьютерной эры считалась одной из приоритетных.

В настоящее время отмечается, что применение комплексных информационных систем, позволяющих организовать управление поликлиникой, больницей, стационаром или медицинским центром на новом техническом/технологическом уровне, постепенно становится нормой для современных медицинских учреждений. Используя новые ИТ, можно существенно повысить не только качество лечения и уровень медицинских услуг, но и степень эффективности, то есть рентабельности, использования ресурсов [10].

При этом следует отметить, что комплексная компьютеризация медицинских учреждений, создание специализированных интегрированных медицинских ИТ-систем и сетей, помимо развития общей методологии требует проработки большого ряда специфических вопросов [11]. К ним, в частности, относятся проблемы электронного документооборота [12], понимаемые в специфически медицинском плане, связанные с ними проблемы стандартизации представления информации, проблемы выбора и/или разработки архитектур ПО (см.напр. [13, 14]) и СУБД [15, 16], в том числе для медицинских приложений [17, 18], вопросы интеллектуализации баз данных, формирования в БД на базе содержащейся информации «оперативной» и «аналитической» форм информации [18, 19] ³, проблемы надежности, безопасности, соблюдения “privacy”, проблемы перехода на полностью цифровые технологии с возможностью автоматизированного анализа данных, проблемы мобильности, большой круг вопросов, связанных с горизонтальной и вертикальной интеграцией, и многое другое.

Развитие систем современной медицины напрямую связано с наличием на местах скоростных каналов связи, позволяющих проводить удаленные обследования, консультации, консилиумы, обучение, осуществлять доступ к базам данных, использовать при необходимости методы распределенной обработки данных ODP (Open Distributed Processing, ITU-T Rec. X.901 /ISO/IEC 10746-1, ITU-T Rec. X.902 /ISO/IEC 10746-2…ITU-T Rec. X.904 /ISO 10746-4 и нек-рые другие) и др. Проблемы связи в некоторых регионах могут быть значительными [20], и в ряде случаев это не только проблемы «последней мили», но и проблемы подключения пользователей к региональным и глобальным сетям.

Идея унификации беспроводной связи для всех видов сервиса привела к появлению стандартов для мобильных сетей третьего поколения (3G), обозначаемых иногда как UMTS (Universal Mobile Telephone System), или как «проект IMT-2000». Основной целью стандартов 3G является объединение телефонной и цифровой связи в глобальных сетях мобильной связи [21], тж. Евгений Шильников. Обзор в журнале "Компьютерра", №38, ноябрь 2000 г. http://offline.computerra.ru/2000/367/5374/].

Основное отличие сетей четвёртого поколения от предыдущего заключается в том, что технология 4G полностью основана на протоколах пакетной передачи данных ⁴. Подробно новые технологии и протоколы телекоммуникаций рассмотрены в [21].

В плане развития концепции 4G и как дальнейшее развитие серии стандартов 802.11, реализуется стандарт 802.16 (WiMax), который уже находит себе промышленное и коммерческое применение. Обладая множеством несомненных достоинств, он, как и многие другие подобные решения, может находить применение лишь находясь относительно близко от магистральных сетей, либо для создания сетей, имеющих локальное покрытие (что в ряде случаев приемлемо). Тем не менее, в некоторых регионах будет трудно обойтись без сравнительно дорогостоящей спутниковой связи [20] (что особенно важно для некоторых приложений новых медицинских технологий), с рядом новых стандартов и использующей как геостационарные, так и средне- и низкоорбитальные космические аппараты (КА) и различные способы организации связи; при этом каждому из них присущи свои достоинства и недостатки.

Проблемы интеграции. Итак, мы видим, что круг подлежащих рассмотрению проблем имеет существенно междисциплинарный, иначе говоря, системный характер, включая в себя такие дисциплины как теория управления, теория информации, понимаемая не только как теория передачи и обработки сигналов, но также и работы с контентом (интеллектуальный уровень, где информация не существует вне зависимости от цели [22]), теорию игр, теорию принятия решений, реляционную математику (топологию) и факторный анализ. Это направление было впервые сформулировано Л. фон Берталанфи как общая теория систем [8], где понятие «система» подразумевает комплекс взаимодействующих компонентов, характерных для организованных совокупностей (целых), и рассматривающую ряд связанных понятий таких как взаимодействие, сумма, механизация, централизация, конкуренция, финальность и т. д.[8] и подразделяющихся на:

? системотехнику (планирование-проектирование-конструирование-оценка человеко-машинных систем, их агрегирование,

? исследование операций (управление существующими системами),

? инженерную психологию [ibid].

При этом необходимо понимать, что некоторые дисциплины, ввиду сложности и разнообразия решаемых задач еще не вполне сложились, находятся в постоянном развитии и, вообще говоря, классификация эта не является однозначной. Сами подходы претерпевают изменения по мере развития новых эффективных методологий, накопления теоретических и фундаментальных знаний. Основой рассмотрения, тем не менее, остается теория систем, это прежде всего касается отыскания структурного сходства предметных областей и использования общесистемных закономерностей. По мере решения ряда практических задач и роста материально-технической базы ИВТ, разработки новых методов анализа, накопления библиотек алгоритмов и программ, баз данных и знаний, так называемых «лучших практик», возможности анализа, построения и сопровождения систем различной степени сложности на базе системного подхода возрастают многократно.

Открытые системы и открытые архитектуры

Одним из фундаментальных понятий, введенных Л. фон Берталанфи, является понятие открытой системы, т.е. системы, открытой для обмена с внешней средой (и другими системами) энергией, веществом и информацией (негэнтропией). Таким образом были введены в рассмотрение новые классы систем, одним из свойств которых является возможность усложнения их организации путем ввода негэнтропии извне. Механизм самоорганизации таких систем рассмотрен во многих классических работах, см.напр. [23] ⁵, где рассматриваются процессы самоорганизации в открытых системах. В прикладных разделах наук, связанных с вычислительной техникой (computing science) понятие открытой системы обычно трактуется в несколько ином и более узком смысле ([24], см. также [25]); тем не менее с практической точки зрения оно оказывается чрезвычайно полезным и в известном смысле основополагающим в сфере ИКТ.

Действительно, несмотря на то, что в сложных человеко-машинных системах все вышеупомянутые системные процессы должны иметь место и на каком-то уровне сложности приниматься во внимание (см. напр. [25)]), в сфере систем и комплексов ИВТ взаимодействие (interconnection) технических систем и устройств между собой, а также среда (среды), где взаимодействуют подобные системы, конструируются искусственно на основе некоторых основополагающих системных принципов. Такими основополагающими принципами стали принципы открытых систем [26], лежащие в основе т.н. технологии открытых систем [там же], согласно акад. Ю.В.Гуляеву являющейся «интеграционной основой для построения российской информационной инфраструктуры и объединения с глобальной ИИ» [27].

По определению, открытая система (open system) это система, реализующая достаточно открытые спецификации или стандарты для интерфейсов, служб и форматов данных, с тем чтобы облегчить должным образом созданному прикладному программному средству:

перенос с минимальными изменениями в широком диапазоне систем, полученных от одного или нескольких поставщиков;

взаимодействие с другими приложениями, расположенными на местных или удаленных системах;

взаимодействие с пользователями в стиле, облегчающем переносимость пользователя. (ИСО/МЭК 14252).

Взаимодействие программно-аппаратных компонентов подразумевает наличие некоторой среды, называемой средой открытой системы - OSE (Open System Environment), представляющей «исчерпывающий набор интерфейсов, служб и поддерживающих форматов, отражающих представления пользователя о взаимодействии, переносимости прикладных программ, данных и мобильности пользователей, оформленных в виде стандартов информационных технологий и профилей» [26]. Разработанная фирмой IBM сетевая архитектура SNA (System Network Architecture) стала основой предложенной ISO общеизвестной 7-уровневой модели взаимодействия открытых систем OSI [26].

Модель OSI дает возможность выполнения описания систем, дизайна, развития, инсталляции, функционирования, усовершенствования и обслуживания в данном уровне или уровнях в иерархической структуре. Она обеспечивает на каждом уровне ряд доступных функций, которые могут управляться и использоваться функциями следующего уровня и дает возможность каждому уровню выполняться не затрагивая процессов других уровней, позволяет осуществлять изменение характеристик системы модификацией одного или более уровней, не изменяя существующее оборудование, процедуры и протоколы остальных уровней. Архитектура открытых систем может быть выполнена на основе эталонной модели OSI-RM, следуя которой можно обеспечить требуемые характеристики.

В настоящее время подходы на основе открытой системной архитектуры применяются к системам самых различных классов и назначений. Это могут быть разработки и изделия для гражданского и военного применения, архитектуры документов, систем, организаций. Отдельно следует выделить архитектуры OSA (Open Source Architecture) систем с открытым исходным кодом. Практика показывает, что практически во всех случаях обеспечивается существенная экономия средств (см. напр. [28, 29]), а также улучшается качество и функциональность, что в особенности касается ряда программных разработок. В [28] отмечается, что RedHat OSA становится стандартом для правительства и ряда других агентств, использующих эти версии Linux и технологии открытых источников (т.е. в том числе и технологии открытых систем - авт.) как основу для построения FEA-совместимой ИТ-архитектуры предприятия ⁶.

Архитектуры систем и проблемы сложности

Вопросы построения достаточно сложных (распределенных, региональных и.т.д.) систем, обеспечение свойств открытости в самом широком понимании этого слова и построение оптимальных архитектур взаимодействующих систем определяют ряд фундаментальных и прикладных проблем и методов исследования. Вне зависимости от конкретного назначения таких систем, вопросы оптимизации архитектур таких систем, взаимодействия «человек-машина» и ряд других выходят на первый план, что связано, прежде всего, с малопредсказуемым поведением недостаточно проработанных моделей и вытекающими из этого большими коммерческими и иными рисками. Вопросы разработки, унификации, стандартизации, объединения систем и компонент, выработки и применения «рамочных» архитектурных решений, равно как и систем для разработки последних, несмотря на предпринимаемые в последнее время значительные усилия, остаются не до конца проработанными. Как следствие - несмотря на довольно значительные затраты на медицину в целом включая оборудование, программное обеспечение, стоимость исследований и разработок и др., так, «имеются многомиллиардные потери по ряду ИТ-проектов в области интеграции медицинских систем» [30]. В общем случае, все эти недостатки возникают из-за проблем сложности, имеющих, как правило, междисциплинарный характер и возникающих как при расширении и объединении систем, так и в процессе выработки общих стандартов, архитектурных моделей и методик их разработки и анализа. Положение дополнительно усугубляется вследствие морального и физического старения уже существующих систем и значительного списка проблем, связанных с обеспечением принципов открытости (open systems - interoperability, portability, scalability), в том числе в ряде существующих и частично стареющих систем. Таким образом, время здесь оказывается фактором, естественным образом нарушающим некоторое установившееся “status quo”.

Нельзя не отметить и то важное обстоятельство, что, несмотря на то, что происходит объективный процесс ИТ-интеграции ресурсов различных медицинских учреждений, ресурсы эти зачастую состоят из разрозненных, плохо сопоставимых реализаций, которые необходимо сделать взаимодействующими с другими системами [30]. По этой причине затруднительно использовать разработанные к настоящему времени достаточно мощные методы системного проектирования, так как любое агентство, занимающееся общей интеграцией и разработкой архитектуры, может не подпадать под определение субъекта (если проблема известна, а лица, заинтересованные в ее решении, не удовлетворяют определению субъекта, то метод концептуального проектирования систем организационного управления не может быть применен - С. Никаноров [31]). При этом, поскольку различные методы анализа и проектирования будут иметь общие проблемные области, другие методы анализа и проектирования также могут быть применяемы с известными оговорками (отметим, что задачи развития и интеграции медицинских ИТ-систем имеют свою специфику и, как следствие, свои пути и методы решения проблем, вытекающие из существующего положения вещей и имеющихся в настоящее время возможностей). Таким образом, следуя известным схемам, должны быть в первую очередь сделаны следующие вещи: а - необходимо «обозначить» положение дел «на сегодня», “as is”; б - что реально может быть сделано «завтра» в направлении развития и глобальной интеграции медицинских ИТ-систем, с учетом того, что в пределе должно быть - “to be”; в - определить необходимые для этого ключевые подходы, методы и технологии. На основе анализа имеющихся к настоящему времени разработок, опыта эксплуатации, выявленных их преимуществ и недостатков могут быть сформулированы некоторые базовые решения.

Итак, рассмотрим ряд результатов в области интеграции медицинских ИТ - систем, полученных как на основе фактических данных и анализа публикаций, так и путем сопоставления предметных областей публикаций [30].

Прежде всего, «правительственные и частные учреждений здравоохранения, в силу ряда внутренних и внешних факторов оказываются вынужденными приступить к интеграции своих электронных записей и ресурсов», и в пределе планируется создание глобальных систем. Основной трудностью при разработке таких систем, согласно правительственным отчетам, является проблема описания плохо предсказуемого поведения больших систем, когда система в целом превосходит сумму своих частей (имеется в виду сложность) - явление, вообще говоря, известное из современной физики (прим. авт.). При этом ставится задача адекватного моделирования сложных систем в целом, без отвлечения на несущественные детали. В качестве основных методов, рассматриваются разработанные MIT (Массачусетский технологический институт) методы динамического моделирования ([32], см. также [33] и разрабатываемые теории систем из систем (Systems of Systems - SOS) - [34]. Значительные трудности в построении полностью интегрированных медицинских систем появляются прежде всего вследствие сложности интеграции разнородных и стареющих систем. Проведенный анализ большого массива других источников (см. напр. [30] ) приводит к аналогичному выводу, и, как мы отмечали выше, фактор времени здесь действует отрицательно, приводя к дополнительному усложнению уже поставленных задач. Существенные трудности по-прежнему остаются в сфере обеспечения интероперабельности (interoperability) систем [30], при этом отмечается, что «недостаточное внимание разработчиков к вопросам архитектур ломает саму основу, на которой такие системы могут быть построены» ⁷ [30]. Отмечается, что, возможно, становится необходимым пересмотреть основы архитектурного проектирования таких систем, чтобы преодолеть фактор разнородности и учесть в должной мере эволюционные аспекты систем.

Проведенный в [30] анализ по ключевым словам значительного количества публикаций выделил наиболее значимые аспекты в разработке больших медицинских систем: интероперабельность, взаимодействующие системы, коммуникации, стандартизация, системные архитектуры. Дополнительно, одним из существенных аспектов оказывается влияние человеческого фактора, существенным образом воздействующего на поведение систем. Ключевые диаграммы показывают, что специфические информационные системы такие как VistAи основополагающие концепты как CHCS и HealthEVet (также, очевидно, и CDSS ⁸) рассматриваются в терминах определений, а не отношений к архитектурам систем [30]; таким образом имеется значительный пробел (gap) в литературе (т.е. также и в разработках - авт.) относительно предлагаемых макро-архитектур для взаимной увязки этих вопросов и разработки систем. Важным вопросом остается, какие уровни и типы планирования в настоящее время используются, и что из этого может быть применимо для разработки и/или интеграции больших медицинских систем.

Отмечается, что «рассмотренные концептуальные диаграммы больших правительственных систем такие как EAMMF (Enterprise Architecture Management Maturity Framework ⁹ - см. напр. [35]) представляет собой схему разработки и/или эволюции предприятия как линейную прогрессию во времени.» Характеристики, возникающие при объединении систем (системы из систем, SOS) описываются как недостаток некоторого конечного состояния в непрерывно эволюционирующей структуре [36]. Согласно [30, 36] это приводит к новой сложной проблеме - при объединении систем увеличивается сложность и проявляются некоторые ранее отсутствующие свойства (качества), характеризующие систему как целое, но отсутствующие в ее частях. Поведение результирующей системы может стать плохо предсказуемым.

Одной из фундаментальных проблем моделирования систем остается то, что последние не могут быть представлены полностью в виде той или иной схематической формы [30]; нюансы и процедуры реальных процессов могут оставаться в ментальных моделях, являющихся «побочным продуктом» организационного планирования. Эта информация может быть нечетко определенной и представлять трудности для определения спецификаций, используемых в традиционных моделях [30].

Согласно [30] отдельной проблемой являются пролонгированные во времени задержки проявления новых свойств и/или изменений в поведении систем, редко являющие собой упорядоченное, «линейное» поведение. Чем более причина и следствие оказываются разнесенными во времени, тем труднее оказывается учесть в разработках эту закономерность. Дополнительные трудности появляются, когда на чисто инженерные проблемы накладываются эффекты, связанные с человеческим фактором в сложных системах. Эти моменты, как правило, трудно бывает учесть используя принятые в настоящее время модели построения и анализа архитектурных решений. Следует отметить, что сложные и плохо предсказуемые (на некотором уровне) свойства системы могут проявляться и как следствие взаимодействия системы с окружением (environment).

К характеристикам таких комплексных систем относятся:

1. Системы более чем 4-го порядка;

2. Системы содержащие множественные петли обратной связи (о.с.) - 3 или 4 взаимодействующие цепи с изменяемым приоритетом и имеющие

3. а - положительные о.с. - расходимость между «целью» и реальным положением системы имеет тенденцию нарастать экспоненциально,

4. б - отрицательные о.с. - уменьшающие невязку между «целью» и положением системы,

5. Нелинейность - одна из о.с. начинает доминировать, распространяя влияние на другие части системы, начинающие вести себя «неожиданным» образом;

6. Возможные характеристики, не выявленные в процессе разработки (но оказывающие реальное влияние) [30].

Отметим, что проблематика относящаяся к п. 6 является, может быть, одной из самых сложных. Выявление таких характеристик определяется искусством разработчика и, по нашему мнению, требует проведения экспертных оценок по целому ряду возникающих проблем.

Проблемы взаимодействия систем (systems interoperability) для медицины исследовались в ряде работ методами системной динамики, в частности, в плане взаимодействия между администрацией ветеранов (VA) и минобороны США. При этом также было установлено, что наиболее распространенные методы системного планирования неспособны учитывать нелинейные соотношения. К наиболее серьезным проблемам относятся неудачи применения (внедрения) и недостаточный прогресс в понимании вопросов связанных с человеческим фактором. Там же было отмечено, что в общем случае может иметь место неоднозначность в определении interoperability, т.е. в конечном счете открытости, а также необходимо определить «размерности и непротиворечивые модели» для ее описания [30]. Действительно, по ряду других работ, можно сделать обоснованное предположение, что ситуация типа “architecture mismatch” непосредственным образом повлияет на свойство открытости, и, например, может возникнуть по причине, когда сама возможность применения в полной мере некоторых сложных стандартов может оказаться зависимой от тех или иных архитектурных решений.

Недостаточность в описании систем может быть следствием их трактовок в терминах целей, а не процессов. Так, EAMMF и другие «инспирированные Захманом» схемы пытаются концептуализировать фундаментальные вопросы «что, как, где, кто, когда, зачем» и абстрагируясь от частностей описания задач [30]. Однако такие статические описания систем могут скрыть ряд показателей системы, которые, тем не менее, необходимо учитывать [30, 36]. Фундаментальной проблемой в рассмотрении сложной системы здесь является отсутствие учета возможных положительных о.с., уводящих систему от положения равновесия экспоненциально по времени [30]. При этом взаимодействие между собой различных о.с. может оказываться определяющим в поведении системы в целом.

Здесь следует отметить следующее. Взгляды Джона Захмана на проблемы архитектуры и его «рамочную» концепцию изложены в [37], где также приведен список основополагающих работ автора. Как пишет сам Захман, «кроме того, я уверен, что есть много других возможных инструментов, которые доступны и много других работ, выполненных к настоящему времени... Жизнь слишком коротка. Я просто не в состоянии увидеть каждый инструмент или прочитать каждую книгу. Я даже не знаю все книги и инструменты, где обсуждается или поддерживается моя рамочная концепция». Подчеркивая насущную необходимость применения современных архитектурных методов, Захман подчеркивает, что «более нет каких-либо принципиальных препятствий, теоретических или технических, для построения архитектуры предприятия». Работы Захмана, безусловно, - новая эпоха в продвижении современных информационных технологий. На наш взгляд, сущность рассматриваемых проблем заключается не в чьих-то «ошибках», а в высокой стоимости выработки реальных решений, поскольку такие исследования и разработки могут быть выполнены только силами групп высококвалифицированных специалистов. Поэтому, по мнению некоторых из них, существует тенденция к «упрощению» моделей рассматриваемых задач, что может повышать риски и приводить к иным трудностям ¹⁰.

Итак, прогресс медицинских и ИТ-технологий, потребности общества и законодательные новации являются основой для разработки и интеграции систем электронного здравоохранения. Вышеуказанные факторы требуют разработки адекватных систем проектирования архитектуры, которые могли бы учитывать новые свойства, появляющиеся в процессе функционирования эволюционирующих сложных систем. [30]. При этом «обычные» методы системного проектирования не в состоянии учитывать нелинейность возникающих связей. Исследование сложных «систем из систем» возможно с применением методов системной динамики [30, 33, 34], при этом исследование проблем связанных с человеческим фактором (включая, естественно, и факторы, связанные с взаимодействием «человек-машина») имеет первостепенное значение.

Отметим, что работы Дж. Форрестера [38, 39, 32]в области системной динамики имеют основополагающее значение. Подходы на основе методов системной динамики с успехом применялись и применяются для моделирования сложных систем и процессов, в известной мере можно утверждать, что в настоящее время эти методы переживают как бы второе дыхание. В этом смысле возврат к «линейным» методам при исследовании системных объектов заключает в себе опасность значительных деловых и иных рисков - «пришло понимание невозможности простых квадратурных соотношений, позволяющих однозначно описать мироздание» [39]. Следует также отметить практическую полезность подходов на основе теорий сложности - см.напр. [40] и структурной динамики ( [39], Приложения) что, по нашему мнению, необходимо для корректного рассмотрения свойств взаимодействующих подсистем.

На основе рассмотренного материала можно сделать следующие выводы и рекомендации.

? Полностью интегрированные глобальные медицинские системы пока являются лишь вопросом будущего [30]. Разработке глобальных систем препятствует ряд факторов, прежде всего связанных с трудностями анализа, оптимизации и интеграции существующих разнородных систем, а также невозможностью применения в полной мере уже имеющихся теоретических и инструментальных средств интеграции (отсутствие «субъекта» управления) и связанными с этим существенными коммерческими и иными рисками.

? Основным инструментом интеграции на настоящем этапе являются теория и методы открытых систем и построение среды открытой системы, максимально пригодной для всех субъектов управления. Следует иметь в виду, что задача эта в общем случае является весьма и весьма сложной, многоаспектной, с рядом недостаточно проработанных проблемных областей, как например, совместное рассмотрение факторов имеющих различные уровни сложности, проблемы интероперабельности связанные с несоответствием архитектур (architecture mismatch) и др.

? На основе имеющегося массива публикаций, отчетов, нормативных и др. документов должен быть выработан список проблемных вопросов, указаны наиболее существенные трудности, а также оптимальные пути развития.

? В качестве первоосновы следует выбирать наиболее удачные архитектурные решения в области медицинских ИТ-систем. На основе теории открытых систем должны быть разработаны возможности интеграции таких систем в более крупные распределенные системы, а также интеграции с современными диагностическими системами CDSS и автоматизированными системами управления предприятием.

Положение и тенденции в сфере применения ИТ в медицине

В целом, процесс внедрения ИТ в отечественной медицине находится на стадии становления, поднимая при этом круг проблем, которые в том или ином виде имеют глобальный характер. В одном из последних (2009) обзоров [41] по результатам проведенных C-News опросов указывается, в частности, на недостаточный интерес руководителей ЛПУ, психологические барьеры приобщения к высоким технологиям, наличие разнородного программного обеспечения (что в может привести к сложностям его интеграции, обновления, сопровождения и др.), отсутствие ориентировочной ИТ-стратегии и в ряде случаев самих отделов ИТ. При этом подчеркивается важность учета международного опыта, где со многими из этих проблем сталкивались ранее [41]. Это же касается вопросов разработки архитектурных решений медицинских систем различных классов и назначений. При тех огромных суммах, которые в целом тратятся в мире на медицину и здравоохранение, очень высока важность согласованного принятия решений в области организации, развития, стандартов, технологий и оптимальных архитектурных концепций на различных уровнях и этапах построения информационных медицинских систем. На сегодняшний день становится очевидным, что последние имеют свои особенности, касающиеся методов сбора, обработки и хранения информации, взаимодействия между различными ЛПУ и системами здравоохранения в целом (в случае необходимости должна немедленно предоставляться вся информация о пациенте), организация баз знаний для научной работы и повышения квалификации специалистов, научно-практической работы и т.д.

К настоящему времени разработано довольно большое количество медицинских информационных систем (МИС); большинство из них описывается в приложениях монографии [11], а также на сайте Ассоциации Развития Медицинских Информационных Технологий (ARMIT) [42]. В одной из последних коллективных монографий [43] опубликованы работы, посвященные развитию электронных медицинских систем и технологий в РФ.

Согласно [11] к настоящему времени в эксплуатации имеется большое количество систем от разных производителей и обладающих различной функциональностью: от систем локального уровня, выполняющих достаточно узкий круг задач, как например автоматизация аптеки, телемедицинские модули, автоматизация индивидуальных рабочих мест, автоматизация медицинского документооборота, медицинские информационно-аналитические системы и др., с одной стороны, и системы, допускающие большой уровень интеграции как в рамках одного учреждения, так и в рамках региональных инфраструктур - с другой. Совершенно естественно, что ряд систем оказываются конкурирующими между собой, тем не менее, по большинству из них нет данных по востребованности. В России, в частности, создаваемые системы нацелены на решение ряда конкретных задач, в первую очередь, это мониторинг состояния здоровья, консультативная поддержка в клинической медицине включая системы CDSS, осуществление перехода к ERP's, учет услуг по полисам медицинского страхования, формирование массивов данных по ряду заболеваний, а также комплексная автоматизация отдельных ЛПУ. Отмечается [44], что на сегодняшний день менее 20% мед. учреждений имеют медицинские системы, однако около 90% из них оснащены системами расчетов по ОМС. Распространенность полнофункциональных систем является недостаточной; отмечается, что «сложившаяся на сегодняшний день практика направлена на автоматизацию фискальных и отчасти отчетных функций, а не на снижение неоднозначности информации с целью повышения эффективности врачебных решений и реализации процедур в соответствии со стандартами лечения и эффективности использования ресурсов ЛПУ» [44]. Там же отмечается, что внедрение информационных систем сталкивается с рядом проблем, как то: наличие большого количества классификаций и терминов не связанных между собой, практическое отсутствие отраслевых тезаурусов, терминологические нестыковки в толковании основных терминов и понятий в сочетании со слабостью технологий их семантического анализа, недостаточная стандартизация информационного обеспечения и др.

Очевидно, большая часть этих трудностей относится к вопросам системным. Ряд из них возникали и раньше, при разработке других систем и построении окружения (environment), а также, как уже указывалось выше, при формулировании подлежащих решению проблем в терминах целей, а не процессов. Существенные трудности, например, могут иметь место при переносе (адаптации) каких-либо стандартов и приравниваемых к ним документов, вследствие необходимости максимально точно доносить до разработчиков их смысл [45]. Одной из основных проблем здесь будет обеспечение открытости, т.е. возможности максимально полного обмена информацией и информационного взаимодействия систем. Следует ожидать, что, несмотря на то, что локальные системы строятся по модульному принципу, наиболее востребованными окажутся интегрированные системы, включающие в себя не только все необходимые медицинские модули и системы интеграции, но также и системы управления предприятием.

Зарубежные системы электронного здравоохранения как правило многофункциональные, рассчитаны как на обслуживание отдельной клиники, так и на построение более крупных корпоративных систем. Имеются также специализированные системы, например для онкологической клиники - система IMPAC. Их серверная часть функционирует как под ОС Windowsтак и под другими ОС (Unix/Linux, IBM AIX), используются различные «движки» баз данных с разной архитектурой. Среди производителей указаны США, Великобритания, Германия, Индия и нек. др. страны. Большие системы как правило являются интегрированными и содержат не только медицинские модули, но и обеспечивают работу со счетами, учет кадров, бухгалтерию и управление. В некоторых случаях имеются модули ERP - Enterprise Resource Planning (планирование ресурсов предприятия, обычно применяется для оптимизации работы предприятия и сокращения издержек).

Распространенность той или иной системы оценить не всегда возможно. Так система H.I.S. (Индия) обслуживает больницы в 16 регионах страны (в сумме 18000 мест). Старейшая мед. система VA VistA (Vista=Veterans Integrated System Technology - ВистА ветеранов) имеет на обслуживании 4 млн. пациентов, 180000 сотрудников в 800 клиниках, 163 госпиталях и 135 домах ухода, а также установлена в 50 госпиталях за рубежом.

VistA, является, повидимому, первой системой корпоративного уровня, начало разработки ее приходится на 70-е г.г. прошлого века. И хотя при разработке в нее были заложены многие интересные идеи, а ее архитектура разрабатывалась достаточно тщательно с применением известных на то время системных методик, ее естественное старение привело к тому, что стоимость ее эксплуатации в настоящее время существенно выросла. Поэтому до января 2012 г. предполагается ее доработка с введением механизма транзакций удовлетворяющего HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act). По самым последним сообщениям, Департамент по делам ветеранов передает исходные коды ВистА открытому сообществу (open source community), таким образом, ВистА де-юре и де-факто становится системой с открытым исходным кодом. Как заявил директор по технологиям Департамента ветеранов Петер Левин, «это является историческим моментом для медицинской информатики» [46, 47]. Как отмечают источники, ВистА имеет большой потенциал развития и значительно более взаимоувязанна, чем другие среды.

Тем не менее, нельзя не признать, что стоящие перед разработчиками и интеграторами трудности в области модернизации системы ВистА весьма велики. Так, согласно требованиям Минобороны, архитектура объединенной электронной записи (iEMR - а следовательно, и архитектура ВистА) должны быть взаимоувязаны с рамочной архитектурой Министерства обороны (DoD Architecture Framework 2.x) [48] и согласованы со спецификациями физического обмена (PES) и метамоделью DoDAF PM2. Это делается с целью интеграции всей медицинской и связанной с ней информации в рамках одной структуры (DoD), при этом переход на iEHR с указанными требованиями потребует от 4 до 6 лет [49]. Далее, ряд программ в рамках VA и DoD [50, 51, 52, 53] развивается в направлении совместимости индивидуальных электронных карточек пациента с базой данных системы и в области интеграции с другими системами здравоохранения. По нашему мнению, архитектурные и иные трудности развития в указанных направлениях могут оказаться значительными. Большая часть из них так или иначе будет связана с проблемами открытости.

Структура МИС и область медицинской информатики

Примерную структуру медицинской информационной системы (МИС) можно рассмотреть на примере ВистА. Как уже отмечалось выше, система ВистА Администрации Ветеранов является одной из старейших МИС. Принцип открытости был заложен в основу ее разработки, и, как мы видим, эта политика последовательно проводится и в настоящее время. Архитектура ВистА разрабатывалась достаточно продуманно; насколько можно судить, при ее разработке применялись и методики, наработанные при построении систем военного назначения. Поскольку система де-факто является открытой, по ней имеется большое количество открытой документации, доступной, как правило через сеть Интернет, справочные материалы, концепты, описания, программные коды и т.д. В качестве примера можно привести схемы данных, лексикон, глобали, библиотеки документов ВистА ¹¹. Поскольку при ее разработке проблемам открытых систем (интероперабельность, переносимость, масштабируемость) уделялось большое внимание, разработка ряда медицинских стандартов и спецификаций опосредованно также была связана с ВистА.

Исторически путь к созданию больших автоматизированных медицинских систем проходил через ряд этапов. Параллельно с разработкой и развитием таких систем должны были появиться новые стандарты и описания, классификации, пригодные для автоматизации процессов, новые методы и средства разработки, новые математические и численные методы, аппаратура, иные регламентирующие документы и др. Очень приближенно, этот «исторический» процесс можно представить рис. 2, понимая, что отдельные его части могли развиваться независимо и параллельно.

Рис. 1 Система ВистА. Ядро и основные подсистемы

Исходя из опыта развития и претворения в жизнь других больших проектов, сложность исследований и разработок таких схем достаточно велика, кроме того, на разработку соответствующих информационных систем и среды для них затрачивается значительное время и средства и большое значение имеет надлежащая организация и планирование работ.

Итак, для разработки и создания некоторой специфической компьютеризованной метасистемы ¹² должны быть определены тезаурусы, предметные области, созданы концептуальные схемы, наборы правил для построения некоторой общей среды информационного обмена, а также специфические методы и средства разработки. В настоящее время к ним, в первую очередь, можно отнести:

UMLS (Unified Medical Language System -- унифицированный язык медицинских систем) -- средство для разработки компьютерных систем «понимающих» биомедицинскую информацию и информацию в сфере здравоохранения. UMLS имеет три базы знаний (knowledge source): Метатезаурус, Семантическая Сеть, и SPECIALIST-лексикон. UMLS представляет собой набор файлов данных и программного обеспечения, которые позволяют «объединить» различные области здравоохранения и биомедицины, словари и стандарты для обеспечения операционной совместимости между компьютерными системами. UMLS может также использоваться для разработки и апгрейда приложений таких как электронные медицинские карты, классификации инструментов, разработки словарей и переводчиков (т.е. также для локализации и международного сотрудничества в сфере медицины). UMLS решает также ряд чисто практических вопросов, как например, связь терминов и кодов между лечащим врачом, аптекой и страховой компанией или координации амбулаторной и клинической информации. UMLS имеет также и много других применений - в системах поиска и анализа данных, здравоохранения, статистической отчетности, а также установления единой терминологии исследований.

Рис. 2 Развитие медицинской информатики как системный процесс

Цели UMLS:

1. создание исчерпывающих интеллектуальных компонент медицинских информационных систем;

2. предоставление бесплатно интеллектуальных компонент системным разработчикам для интерпретации и уточнения требований заказчиков, отображения терминов заказчиков в соответствующие контролируемые словари и классификационные схемы, интерпретации естественного языка, создании структур данных. Эти средства также полезны как справочный материал для создателей баз данных, библиотекарей и т. п.

3. база знаний унификации языковой среды.

SNOMED CT (Систематизированная медицинская номенклатура - Клинические Термины). Содержит обширную медицинскую терминологию (344 тысячи концептов). Обеспечивает семантическое соответствие поискового запроса и поискового образа документа для заказа и получения результатов лабораторных исследований. Система комплементарна LOINC и другим системам и является частью метатезауруса UMLS содержащего порядка 857 тысяч концептов, 2 млн. терминов и 100 различных словарей, а также соответствует критериям машинной обработки.

SNOMED имеет иерархическую классификационную схему состоящую из 11 осей (координат):

T (топография -- анатомические термины),

M (морфология -- клетки, ткани, органы)

L (living -- тип живого организма например бактерия, вирус)

C (chemical -- химия, лекарства)

F (функции -- признаки и симптомы)

J (род занятий)

D (диагностические термины)

P (процедуры -- административные, диагностические, терапевтические)

A (физические агенты, силы, деятельность -- приборы связанные с болезнью)

S (социальный контекст -- социальные условия и существенные отношения в медицине)

G (general -- синтаксические связи и определители)

LOINC -- Logical Observation Identifiers Names and Codes (имена и коды врачебных и лабораторных наблюдений/исследований) - терминологический стандарт, который используется для медицинских сообщений и документирования. Цель базы данных LOINC заключается в содействии обмену и объединению результатов для оказания медицинской помощи, управления и научных исследований. В настоящее время большинство лабораторий и клинических услуг использует спецификации HL7 для отправки своих результатов в электронном виде в системы отчетности и медицинской помощи. Однако при проведении исследований сообщения как правило идентифицируются с помощью своих «внутренних» значений кодов, а следовательно, в системе здравоохранения не может должным образом "пониматься" файл результатов. Таким образом, LOINC-коды являются универсальными идентификаторами для лабораторных и других клинических наблюдений, что помогает решить эту проблему. Сфера LONIC включает включает лабораторную и клиническую части исследований и наблюдений.

Международная статистическая классификация болезней и проблем, связанных со здоровьем - МКБ (англ. International Statistical Classification of Diseases and Related Health Problems) -- документ, используемый как ведущая статистическая и классификационная основа в здравоохранении. Периодически (раз в десять лет) пересматривается под руководством ВОЗ. МКБ является нормативным документом, обеспечивающим единство методических подходов и международную сопоставимость материалов. В настоящее время действует МКБ-10(отдельно в онкологии - МКБ-0).