Принципы проектирования систем телемедицины, ориентированных на обмен сообщениями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат технических наук Никитов, Дмитрий Сергеевич

• Никитов, Дмитрий Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Никитов, Дмитрий Сергеевич

Введение.

Глава I. Современное состояние проблем информатизации и автоматизации в медицине.

1.1 Проблема разнородности и стандартизации медицинской информации для разработки медицинских информационных систем.

1.2 Направления стандартизации в медицинской информатике.

1.3 Необходимость информационных стандартов в медицине.

1.4 Опыт ведущих организаций по разработке информационных стандартов для медицины.

Глава II. Новые информационные технологии и принципы построения на их основе систем обмена медицинскими сообщениями.

2.1 WEB-сервисы, как основа информационных систем, ориентированных на обмен сообщениями.

2.2 Технология Web-сервисов для обмена медицинскими сообщениями.

2.3 Технологии построения иерархических систем сообщений.

Глава III. Принципы проектирования систем обмена сообщениями для телемедицины.

3.1 Методы разработки современных систем телемедицины.

3.2 Информационная модель для построения систем, поддерживающих обмен сообщениями.

3.3 Формализация данных в предметной области медицины. Онтологии.

3.5 Принципиальный профиль системы телемедицины.

Глава IV. Реализация принципов проектирования на примере системы удаленных консультаций в онкологии.-.

4.1 Архитектура системы.

4.2 Проектирование системы. Прецеденты в системе.

4.3 Проектирование и реализация базы данных системы.

4.4 Реализация клиентского приложения.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Принципы проектирования систем телемедицины, ориентированных на обмен сообщениями»

По мнению большинства экспертов, прогнозирующих развитие науки и техники, двадцать первый век должен стать "веком коммуникаций", что подразумевает повсеместное использование глобальных информационных систем. Использование таких систем в медицине открывает качественно новые возможности:

• в обеспечении взаимодействия региональных клиник с крупными медицинскими центрами;

• в вопросах интеграции отечественных систем в международные медицинские ассоциации;

• в оперативном получении результатов последних научных исследований;

• в деле подготовки и переподготовки медицинских специалистов.

Главной задачей данной работы является апробация технологий обмена медицинской информацией. В результате проведенных исследований были изучены и проанализированы существующие стандарты и протоколы, и была предложена методика реализации протокола передачи медицинских данных посредством обмена сообщениями.

Тот факт, что именно обмен сообщениями в медицинских информационных системах является центральным, общепризнан основными мировыми разработчиками и производителями в области медицинских информационных систем НЬ7 и СЕК/ТС 251. Системы, основанные на обмене сообщениями, имеют то исключительное для телемедицины преимущество, что изначально унифицируют обмен информацией (т1егорегаЫ1ку) между разнородными пользовательскими приложениями, характеризующимися различными профилями, платформами, концепциями и т.д.

В результате исследований в рамках данной диссертационной работы были поставлены и защищаются следующие научные положения:

1. Требования для разработки стандартов сообщений:

• стандарты сообщений для обмена медицинскими данными должны строиться на основе существующей концепции предметной области медицины;

• стандарты медицинских сообщений должны быть адаптированы к современным коммуникационным технологиям;

• стандарты сообщений должны быть масштабируемыми -иметь возможность гибкого изменения или расширения при имеющейся на то необходимости;

• стандарты сообщений должны быть открытыми - любое заинтересованное лицо, принимающее правила использования системы, должно иметь возможность воспользоваться ею.

2. Структура сообщения должна быть стандартизована с целью унификации обмена информацией.

3. Структура сообщения для передачи данных в области онкологии должна соответствовать выбранной модели сообщения.

4. Прототип системы удаленных медицинских консультаций, основанной на обмене сообщениями должен соответствовать тому, что:

• система должна быть ориентирована на XML, что позволит создавать запросы к Web-службам настолько же оперативно, насколько быстро могут быть написаны сообщения XML для вызовов программ существующих приложений;

• существует возможность многократного использования одних и тех же сервисов для различных клиентских приложений;

• использование XML-стандарта гарантирует одинаковое выполнение идентичных функций системы вне зависимости от того, кто является пользователем системы - клиентское приложение на любой платформе или другая служба.

С целью унификации обмена информацией структура сообщений должна быть стандартизована. Существует ряд требований, которым должны удовлетворять стандарты сообщений:

• стандарты сообщений должны отражать семантику предметной области - строиться на основе понятий и концепций данной области медицины

• стандарты сообщений должны быть масштабируемыми — иметь возможность гибкого изменения или расширения при имеющейся на то необходимости

• стандарты сообщений должны быть открытыми — любое заинтересованное лицо, принимающее правила использования системы, должно иметь возможность воспользоваться ею.

Наиболее адекватным средством стандартизации, удовлетворяющим перечисленным требованиям, является открытая технология XML, ориентированная на протокол обмена сообщениями SOAP. Архитектура системы построена на базе современных web-технологии, таких как XML, SOAP, web services. В основе работы системы лежит обмен медицинскими сообщениями.

Информационная система удаленных медицинских консультаций в области онкологии и онкопатологии, рассмотренная в данной работе, может быть использована широким кругом специалистов региональных медицинских клиник для оперативно взаимодействия с экспертами из крупных медицинских специализированных центров, в частности Российским онкологическим центром им. H.H. Блохина РАМН.

Система позволяет специалистам, используя лишь стандартное программное обеспечение (web-браузеры), передавать клинические данные и предполагаемый предварительный (в случае необходимости) диагноз экспертам, обычно находящимся в удаленных медицинских центрах. Эксперты, в свою очередь, имеют возможность при помощи средств автоматизации системы быстро оформить либо собственный диагноз, либо внести уточнения в имеющийся. Достоинством системы является возможность оперативного обмена данными, что весьма существенно в экстренных клинических случаях.

При разработке данной системы были существенно использованы многолетний опыт формализации предметной области и заделы по автоматизации в онкологии специалистов Российского онкологического центра им. H.H. Блохина РАМН и ведущиеся в Институте радиотехники и электроники РАН исследования в области телекоммуникаций и телемедицины [И].

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы информатики», Никитов, Дмитрий Сергеевич

Заключение

Представленная система удаленных медицинских консультаций для онкологов-патологов, была разработана совместно со специалистами Онкологического центра им. H.H. Блохина Российской академии медицинских наук. Это не означает, однако, что подобную систему нельзя использовать в других областях медицины. Модели и технологии, использованные в разработке, позволяют быстро осуществить адаптацию системы под нужды тех областей медицины, где необходимо использование второго компетентного мнения в постановке диагноза [10].

В результате проведенных исследований были выявлены основные концепции современных технологических решений в построении информационных систем телемедицины. Наиболее перспективный путь, что было отмечено также и консорциумом HL7, ориентирован на недавно появившиеся технологии Web-сервисов (web services).

В результате пробной эксплуатации системы удаленных консультаций было выяснено, что разработанная система обладает следующими достоинствами:

• Архитектура разработанной системы подразумевает реализацию, ориентированную на современные web-технологии. В частности, отдельные сценарии подразумевают реализацию в виде web-сервисов, запросы и ответы на запросы в которых осуществляются в виде независящих от платформ сообщений XML-формата (SOAP-конвертов).

• Все web-сервисы системы, в соответствии с их концепцией, могут сопровождаться открытой WSDL документацией, описывающей пользователю все, что необходимо знать о данной службе. Последнее обстоятельство допускает большое разнообразие способов взаимодействия пользователей с системой — от использования web-браузеров (поддерживающих XML-формат) до создания и использования специализированных клиентских приложений, разработанных для нужд пользователя.

• Система ориентирована на использование XML, что позволяет создавать запросы к Web-службам настолько же оперативно, насколько быстро могут быть написаны сообщения XML для вызовов программ существующих приложений;

• Система обладает возможностью многократного использования одних и тех же сервисов для различных клиентских приложений, что приводит к уменьшению стоимости, сложности разработки и управления системой;

• Использование XML-стандарта гарантирует одинаковое выполнение идентичных функций системы вне зависимости от того, кто является пользователем системы - клиентское приложение на любой платформе или другая служба. Это обстоятельство позволяет говорить об использовании межплатформенного взаимодействия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Никитов, Дмитрий Сергеевич, 2004 год

1. Telemedicine Resources and Services: American Telemedicine Association. University of Texas at Austin, 1994.2. HL7, http://www.hl7 .org

2. CEN-TC251, http://www.centc251.org

3. UDDI Technical White Paperhttp://www.uddi.org/pubs/Iru UDDI Technical White Paper.pdf

4. The Architecture of Choice for a Changing http://www.omg.org/mda

5. Introduction to http://www.omg.org/gettingstarted/what isuml.htm

6. Core Standards (XML), http: //xml .coverpages .org/xml .html

7. E. Мамаев. Microsoft SQL Server 2000. БХВ, С.-Петербург, 2001

8. Б. Трэвис. XML и SOAP программирование для серверов BizTalk. Русская редакция, М., 2001

9. Никитов Д.С., Сновида З.А., Анциперов В.Е., Ю.В. Гуляев, Никитов С.А. Методы разработки современных систем телемедицины, Успехи современной радиоэлектроники, номера 5-6, стр. 133-137, 2004

10. Анциперов В. Е., Никитов Д. С., Сновида 3. А., Бородин В. А. Системы современной телемедицины: проектирование и реализация // "Информационные технологии" N 5, М., 2003.

11. Web Service Definitions in UML // E2E technologies Ltd, 2003.

12. Stalidis, G., Prentza, A., Vlachos, I. N., Anogianakis, G., Maglavera, S., Koutsouris, D.,2000, Intranet Health Clinic. // Proceedings of the Medical Informatics Europe 2000, IOS Press, pp. 1112-1116

13. An introduction to database systems, Date, C. J., 1986, Addison-Wesley

14. XSL Transformations (XSLT), Version 1.0, W3C Recommendation 16 November 1999, http://www.w3.orq/TR/xslt

15. M.J. Field and K.N. Lohr (eds.). Clinical practice guidelines: directions for a new program. Institute of medicine. Washington DC, National Academy Press, 1990.

16. Tim Berners-Lee, James Hendler, and Ora Lassila. The Semantic Web. Scientific American, 284(5):34-43, 5 2001.

17. The Gene Ontology Consortium. Gene Ontology: tool for the unification of biology. Nature Genetics, 25:25-30,2000.

18. HL7 Standard. http://puck.informatik.med.uni-giessen.de/people/messaritakis/-hl7xml/hl7stand.htm, 2000.

19. S. Schulz, M. Romacker, and U. Hahn. Knowledge engineering the UMLS. Stud Health Technol Inform, 77:701-5,2000.

20. J. Slodkowska, K. Kayser, and P Hasleton. Teleconsultation in the Chest Disorders. European Journal of Medical Research, 7 (Suppl I):80, 2002.

21. Unified Medical Language System. http://www.nlm.nih.gov/research/umls, 2002.

22. Ю.В. Гуляев, А.Я. Олейников, В.И. Богатырев и др. ОТКРЫТЫЕ СИСТЕМЫ // Материалы к межотраслевой Программе "Развитие и применение открытых систем", Москва, 1999

23. Ю.В. Гуляев, А .Я. Олейников. Открытые системы от принципов к технологии, Информационные технологии и вычислительные системы, №3, М., 2003.

24. P. Buneman, S. Davidson, G. Hillebrand, D. Suciu, "A Query Language and Optimization Techniques for Unstructured Data", Proc. ACM SIGMOD Conf., Montreal, Canada, June, 1996.

25. S. Chawathe, S. Abiteboul, J. Widom., "Representing and Querying Changes in Semistructured Data", Proc. 14th ICDE, Orlando, Florida, February 1998.

26. Final draft of CEN Report: Health informatics Electronic healthcare record communication - Domain model. CEN/TC 251/N00-048, 2000-07-18, http ://www.centc251 .org.

27. Proposal for an intensified collaboration between CEN/TC 251 and HL7. CEN/TC 251/N99,106 1999-11-19 1 (6), http://www.centc251.org.

28. Memorandum of Understanding on Intensifying the collaboration between CEN/TC 251 and HL7, CEN/TC 251/N00-022 2000-03-14, http://www.centc251 ,org/tcmeet/doclist/TCdoc00/N00-022.pdf.

29. ISO/IEC Directives, Part3: Drafting and Presentation of International Standards. http://isotc.iso.ch/livelink/livelink/fetch/2000/2123/SDSWEB/sdsedit.htm.

30. Short Strategic Study on International Cooperation on Issues of Terminology, CEN/TC251/N00-033, 2000, http://www.centc251.org/tcmeet/doclist/TCdoc00/N00-033.pdf.

31. Coupling computer-interpretable guidelines with a drug-database through a web-based system The PRESGUID project, J.-C. Dufour, D. Fieschi and M. Fieschi, BMC Medical Informatics and Decision Making, 2004. http://www.biomedcentral.eom/1472-6947/4/2.

32. Когаловский M.P. Энциклопедия баз данных. Москва, 2002.

33. А. Э. Мационис, Г. И. Самсоненко, А. Н. Литвиненко, А. Н. Павличенко, А. Я. Зеньковский. Состояние и тенденции развития медицинскихинформационных систем для морфологических исследований. Архив патологии №3.

34. Message Development Framework Version 3.3 December 1999. George W Beeler, Stan Huff, Wesley Rishel, Abdul-Malik Shakir, Mead Walker, Charlie Mead, Gunther Schadow. http://www.hl7.org/library/mdf99/mdf99.pdf

35. Harmonizing CEN and HL7 work Some issues for discussion. CEN/TC. http://www.centc251.org/TCMeet/doclist/TCdoc00/N00-003.pdf

36. First working document of Health informatics General purpose information components. CEN/TC. http://www.centc251 .org/TCMeet/doclist/TCdoc02/N02-010Pt41 -1 .pdf

37. А. Феррара, М. Мак-Дональд. Программирование web-сервисов для .NET, Питер, BHV, 2003.

38. MSDN Library, http : //msdn.microsoft. com/

39. Web Services Description Language (WSDL),http://www.w3.org/TR/wsdl

40. SOAP Version 1.2 Specification, http://www.w3.orq/TR/2003/REC-soapl2-part0-20030624

41. А. Валиков. Технология XSLT. BHV, Спб, 2001

42. Lowe H.J., Lomax E.C., Polonkey S.E., The World Wide Web: a review of an emerging Internet-based technology for the distribution of biomedical information. Journal of American Medical Association, 3,1996.

43. Cimino J.J. Beyond the superhighway: exploiting the Internet with medical informatics. Journal of American Medical Association, 4, 1997.

44. Tofukuji, I., and Sawai, T. A development plan of the next generation telepathology system // Proceedings of American Telemedicine Association 9th Annual Meeting & Exposition, 2004.

45. Krupinski, E.A. Home health and telemedicine: where are we today? // Studies in Health Technology and Informatics, 104: 125-40,2004.

46. Payne, W. Periscope evidence of the benefits of telemedicine // British Journal of Healthcare Computing and Information Management, 21(4): 20-1,2004.

47. Wang, M., Lau, C., Matsen, F.A., and Kim, Y. Personal health information management system and its application in referral management // IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, Sep 8(3): 287-97, 2003.

48. ACR standard for teleradiology. http://www.emed.com/resources/telerad.pdf.

49. Tachakra S, Sivakumar A, Hayes J, Dawood M. A protocol for telemedical consultation. Journal of Telemedicine and Telecare, 3:163-8, 1997.

50. Wootton R. Telemedicine in the National Health Service. Journal of the Royal Society of Medicine, 91:614-21, 1998.

51. Aas IHM. A qualitative study of the organizational consequences of telemedicine. Journal of Telemedicine and Telecare, 7:18-26, 2001.

52. M. Loane, R. Wootton, A review of guidelines and standards for telemedicine, Journal of Telemedicine and Telecare, v. 8, 11,2002.

53. D. Nelson, Why Does Medicine Need Standards? Medical Computing Today, 08, 1997.

54. C. Lau, R. Churchill, J. Kim, F. Matsen, Y.Kim, Asynchronous Web-Based Patient-Centered Home Telemedicine System, IEEE transactions on biomedical engineering, vol. 49, no. 12,12,2002.

55. F. Magrabi, N. H. Lovell, and B. G. Celler, "A web-based approach for electrocardiogram monitoring in the home," Int. J. Med. Informatics, vol. 54, pp. 145— 153, 1999.

56. K. D. Mandl, I. S. Kohane, and A. M. Brandt, "Electronic patient-physician communication: Problems and promise," Ann. Internal Med., vol. 128, pp. 495-500, 1998.

57. XML Schema v. 1.1 specification,http://www.w3.org/TR/xmlschema-0/

58. Extensible Markup Language (XML) v. 1.0 (3-rd Edition),http;//www.w3.orq/TR/2004/REC-xml-20040204/

59. P. Borst, J.M. Akkermans, and J.L. Top: Engineering Ontologies, International Journal of Human-Computer Studies 46, 365-406, 1997.

60. Richard Fikes et al. DAML Query Language, http: //www, daml. org/2003/04/dql (April 2003).