Med_Inform_2005

31

ных программных средств администратор ГИС может осуществлять контроль за работой как самой ГИС, так и локальной вычислительной сети в целом. В случае нештатных ситуаций управление сетью перехватывает на себя администратор системы.

В той или иной степени указанные подсистемы присутствуют в ГИС, созданных различными фирмами и функционирующих в на¬стоящее время в больницах на территории России.

2. 6) ИС для НИИ и вузов

Решают три основные задачи: информатизацию технологического процесса обучения, научно-исследовательской работы и управленческой деятельности НИИ и вузов. Реализация задач обеспечивается соответственно информационными системами медико-биологических исследований, компьютерными системами обучения и информационными системами НИИ и вузов.

3) Медицинские информационные системы территориального уровня

Это программные комплексы, обеспечивающие управление специализированными и профильными медицинскими службами, поликлинической (включая диспансеризацию), стационарной и скорой медицинской помощью населению на уровне территории (города, области, республики).

На этом уровне медицинские информационные системы представлены следующими основными группами:

3.1) ИС территориального органа здравоохранения. Содержат подсистемы:

-Административно-управленческие ИС, создающие условия для функционирования комплекса организационных задач, решаемых руководителями территориальных медицинских служб, главными специалистами, в оргметодотделах, бюро медстатистики.

-Статистические информационные медицинские системы, осуществляющие сбор, обработку и получение по территории сводных данных по основным медико-социальным показателям.

3.2) ИС для решения медико-технологических задач, обеспечивающие информационной поддержкой деятельность медицинских работников специализированных медицинских служб. В частности, ИС для отдельных направлений: взаиморасчетов в системе ОМС; скорой медицинской помощи и ЧС; специализированной медицинской помощи, включая регистры (фтизиатрия, психиатрия, инфекционные болезни и др.); лекарственного обеспечения.

3.3) Компьютерные телекоммуникационные медицинские сети, обеспечивающие создание единого информационного пространства здравоохранения на уровне региона.

32

4) Федеральный уровень

Информационные системы федерального уровня предназначены для информационной поддержки государственного уровня системы здравоохранения России.

В медицинских ИС федерального уровня можно выделить следующие типы систем.

4.1) ИС федеральных органов здравоохранения (министерства, главков, управлений). Они включают подсистемы:

–ИС, осуществляющие информационную поддержку организации управления соответствующим федеральным органом;

–Административно-управленческие ИС, обеспечивающие функционирование комплекса организационных задач управления отраслью, что позволяет оптимизировать распределение и использование ресурсов федеральных служб, осуществлять выбор приоритетных направлений.

4.2) Статистические информационные медицинские системы, осуществляющие сбор, обработку и получение по федерации сводных данных по основным медико-социальным показателям.

4.3) Медико-технологические ИС. Эти системы осуществляют решение задач информационной поддержки деятельности медицинских работников специализированных медицинских служб на федеральном уровне. ИС специализированных служб предусматривают обеспечение преемственности на всех этапах и уровнях деятельности, ведение государственных регистров.

В число ИС для решения медико-технологических задач входят ИС для отдельных направлений: скорой медицинской помощи; специализированной медицинской помощи, включая государственные регистры (фтизиатрия, психиатрия, инфекционные болезни и др.); лекарственного обеспечения.

4.4) Отраслевые медицинские информационные системы, осуществляющие информационную поддержку отраслевых медицинской служб (Министерства обороны, Министерства по чрезвычайным ситуациям и т.д.).

4.5) Компьютерные телекоммуникационные медицинские сети, обеспечивающие создание единого информационного пространства здравоохранения на уровне федерации.

1.6. Медицинские приборно-компьютерные системы

Важной разновидностью специализированных медицинских информационных систем являются медицинские приборно-компьютерные системы.

В настоящее время одним из направлений информатизации медицины является компьютеризация медицинской аппаратуры. Использование компьютера в сочетании с измерительной и управляющей техникой в медицинской практике позволило создать эффективные средства для обеспечения автоматизированного сбора информации о состоянии больного, её обработки в реальном масштабе времени и управления его состоянием. Этот процесс привел к созданию медицинских приборно-компьютерных систем (МПКС), ко-

33

торые подняли на новый качественный уровень инструментальные методы исследования и интенсивную терапию.

МПКС предназначены для информационной поддержки и/или автоматизации диагностического и лечебного процесса, осуществляемых при непосредственном контакте с организмом больного (например, при проведении регистрации физиологических параметров).

МПКС называют также программно-аппаратными комплексами (устройствами, средствами) или, более развернуто, приборно-компьютерными и микропроцессорными медико-технологическими автоматизированными информационными системами.

МПКС относятся к медицинским информационным системам базового уровня, к системам информационной поддержки технологических процессов (медико-технологическим ИС).

Основное отличие систем этого класса – работа в условиях непосредственного контакта с объектом исследования и, как правило, в реальном режиме времени. Они представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы. Для работы МПКС, помимо вычислительной техники, необходимы специальные медицинские приборы, оборудование, телетехника, средства связи.

Типичными представителями МПКС являются медицинские системы мониторинга за состоянием больных, например, при проведении сложных операций или в условиях высокого риска развития тяжелых осложнений; системы компьютерного анализа данных томографии, ультразвуковой диагностики, ЭЭГ, ЭКГ, радиографии; системы автоматизированного анализа данных микробиологических и вирусологических исследований, анализа клеток и тканей человека.

Системы этого класса позволяют повысить качество профилактической и лечебно-диагностической работы, особенно в условиях массового обслуживания при дефиците времени и квалифицированных специалистов. МПКС обеспечивают решение задач по одному из важнейших направлении концепции информатизации здравоохранения: увеличение производительности труда медицинских работников и повышение качества лечебнодиагностического процесса, путем внедрения компьютерных технологий в диагностику и лечение.

Существенное повышение качества диагностического и лечебного процесса в современных МПКС достигается за счет скорости и полноты обработки медико-биологической информации. Однако эти результаты получены за счет определенного усложнения системы, что предъявляет уже к пользова- телю-врачу специфические дополнительные требования. Причем, если еще совсем недавно, когда системы создавались в единственном экземпляре в соответствии с пожеланиями заказчика, от врача требовалось правильно поставить задачу разработчикам, то теперь, когда значительное количество МПКС заполнили рынок, перед врачом встают проблемы правильного выбора системы и ее последующего освоения. Знание принципов организации про-

34

граммного и аппаратного обеспечения МПКС является необходимым условием их приобретения, освоения и дальнейшей эксплуатации.

1.6.1. Классификация медицинских приборно-компьютерных систем

По функциональным возможностям МПКС подразделяются на: специализированные, многофункциональные и комплексные. Специализированные (однофункциональные) системы предназначены для проведения исследований одного вида (например, электрокардиографических).

Многофункциональные системы позволяют проводить исследования нескольких видов (например, электрокардиографические и электроэнцефалографическне).

Комплексные системы обеспечивают комплексную автоматизацию важной медицинской задачи. Например, мониторная система для автоматизации палаты интенсивного наблюдения, позволяющая отслеживать важнейшие физиологические параметры пациентов, а также контролировать функционирование аппаратов искусственной вентиляции легких.

По назначению МПКС могут быть разделены на ряд классов. К ним относятся:

Широкое распространение получают системы для проведения функ-

циональных и морфологических исследований. С их помощью осуществляются:

–исследования системы кровообращения;

–исследования органов дыхания;

–исследования головного мозга и нервной системы;

–исследования органов чувств (зрение, слух и т. д.);

–рентгенологические исследования (в том числе компьютернал томография);

–магнито-резонансная томография;

–ультразвуковая диагностика;

–радионуклидные исследования;

–тепловизионные исследования.

35

Мониторные системы предназначены для длительного непрерывного наблюдения за состоянием пациента в первую очередь в палатах интенсивной терапии, операционных и послеоперационных отделениях.

Ксистемам управления процессами лечения и реабилитации относятся автоматизированные системы интенсивной терапии, системы биологической обратной связи, а также протезы и искусственные органы, создаваемые на основе микропроцессорной технологии.

В системах управления лечебным процессом на первое место выходят задачи точного дозирования количественных параметров работы, стабильного удержания их заданных значений в условиях изменчивости физиологических характеристик организма пациента. Использование средств вычислительной техники облегчает также и решение указанных задач.

Системы интенсивной терапии Под автоматизированными системами интенсивной терапии (ИТ) пони-

мают системы, предназначенные для управления состоянием организма в лечебных целях, а также для его нормализации, восстановления естественных функций органов и физиологических систем больного человека, поддержания их в пределах нормы.

По реализуемой в них структурной конфигурации системы ИТ разделяются на два класса – системы программного управления и замкнутые управляющие системы.

Ксистемам программного управления относятся системы для осуществления лечебных воздействий. Например, различная физиотерапевтическая аппаратура, оснащенная средствами вычислительной техники, устройства для вливаний лекарственных препаратов, перфузионные насосы, аппаратура для искусственной вентиляции легких и ингаляционного наркоза, аппаратура для гемодиализа, аппараты искусственного кровообращения и т. д.

Замкнутые системы ИТ структурно являются наиболее сложными МПКС, так как они объединяют в себе задачи мониторинга, оценки состояния больного и выработки управляющих лечебных воздействий. Поэтому на практике замкнутые системы ИТ создаются только для очень частных, строго фиксированных задач: управление артериальным давлением при острых гипертензивных состояниях, управление уровнем глюкозы в крови при сахарном диабете и т. п. Такие системы создаются в соответствии с методами теории автоматического управления, в необходимых случаях они дополняются эвристическими алгоритмами.

Системы биологической обратной связи Системы биологической обратной связи (БОС) предназначены для пре-

доставления пациенту текущей информации о функционировании его внутренних органов и систем, что позволяет путем сознательного волевого воздействия пациента достигать терапевтического эффекта при определенном виде патологий.

БОС осуществляется подачей на органы чувств пациента сигналов (звуковых, зрительных, и т. п.) с характеристиками, связанными с текущей инфор-

36

мацией о физиологических реакциях и параметрах, например, артериальном давлении, кожной температуре, которые не контролируются сознанием индивидуума и обычно регистрируются неинвазивными способами.

Системы протезирования и искусственные органы предназначены для замещения отсутствующих или коррекции неудовлетворительно функционирующих органов и систем организма человека. По существу протезы – это носимые (имплантируемые) системы интенсивной терапии. К числу наиболее широко распространенных систем протезирования относятся микропроцессорные водители сердечного ритма, имплантируемые дозаторы инсулина, электромио-стимуляторы и т.п.

К системам для лабораторной диагностики относятся системы, предназначенные для автоматизированной обработки данных лабораторных исследований. В их число входят системы для анализа биосред и биожидкостей организма больного (крови, мочи, клеток, тканей человека и т. п.), данных микробиологических и вирусологических исследований, иммуноферментных исследований и другие.

Системы для научных медико-биологических исследований отличаются более широкими возможностями, позволяющими осуществлять более детальное и глубокое изучение состояния организма больного. Кроме того, системы для научных исследований позволяют проводить исследования на животных.

1.6.2. Основные принципы построения МПКС. Структура МПКС

В МПКС можно выделить три основные составляющие: медицинское, аппаратное и программное обеспечение.

Медицинское обеспечение любой медицинской системы – это комплекс медицинских предписаний, нормативов, методик и правил, обеспечивающих оказание медицинской помощи посредством этой системы. Применительно к МПКС медицинское обеспечение включает в себя способы реализации выбранного круга медицинских задач, решаемых в соответствии с возможностями аппаратной и программной частей системы. К медицинскому обеспечению относятся наборы используемых методик, измеряемых физиологических параметров и методов их измерения (точность, пределы и т. д.), определение способов и допустимых границ воздействия системы на пациента. Другими словами, медицинское обеспечение включает в себя методические и метрологические вопросы.

Под аппаратным обеспечением понимают способы реализации технической части системы, включающей средства получения медико-биологической информации, средства осуществления лечебных воздействий и средства вычислительной техники. В самом общем виде блок-схема аппаратной части такой системы представлена на рис.

Вкачестве вычислительного средства в МПКС используют как специализированные микропроцессорные устройства, так и универсальные ЭВМ. В обоих случаях принципы построения аппаратного обеспечения аналогичны.

Вто же время включение в состав аппаратной части компьютеров позволяет использовать стандартные программные продукты и стандартные средства хранения информации, такие как лазерные диски, накопители на жестких магнитных дисках, гибкие диски и прочее.

Впростейшем типовом случае аппаратная часть системы включает медицинский диагностический прибор, устройство сопряжения и компьютер.

К программному обеспечению относят математические методы обработки медико-биологической информации, алгоритмы и собственно программы, реализующие функционирование всей системы.

Медицинское обеспечение разрабатывается постановщиками задач – врачами соответствующих специальностей, аппаратное – инженерами, специалистами по медицинской и вычислительной технике. Разработка специализированных микропроцессорных устройств ложится на специалистов по микроэлектронике. Программное обеспечение создается программистами или специалистами по компьютерным технологиям.

1.6.3. Программное обеспечение МПКС

Программное обеспечение (ПО) МПКС не менее важно чем аппаратное, т.е. техническое. Наиболее совершенные устройства оснащены так называемым «интегрированным» ПО, благодаря которому врач получает целостную систему, охватывающую весь процесс исследования, включающий этапы подготовки, проведения исследования и обработки данных. В таком ПО выделяют шесть основных функциональных разделов (модулей):

1)подготовка обследования;

2)проведение обследования;

3)просмотр и редактирование записей;

38

4)вычислительный анализ;

5)оформление заключения;

6)работа с архивом.

Ниже рассмотрим состав программного обеспечения МПКС в основном применительно к системам для функциональных исследований, как являющихся наиболее распространенными.

Подготовка обследования. В этом модуле обычно осуществляется выбор методики обследования пациента. Например, для реографической системы выбирают одну из следующих методик: тетраполярную, по Кубичеку, по Тищенко и др. Далее выбирают число каналов поступления информации, регистрируемой в данном исследовании. Устанавливают характеристики каналов, коэффициенты их усиления, калибровки, частоты дискретизации и т. п. Проводят установку датчиков на пациенте и их подключение к системе. Устанавливают режимы выполнения исследования, характеристики функциональных проб, режимы записи в буфер (заранее выделенный участок оперативной памяти), отображения данных на экране монитора. Кроме того, заполняется паспортный бланк испытуемого. Все эти установки врача запоминаются в дисковом файле и в дальнейшем выполняются автоматически,

Проведение обследования. Традиционно в данном модуле производится отладка съема биоэлектрических сигналов и запись их согласно сделанным установкам с параллельным отображением их на экране монитора для визуального наблюдения и контроля. Наиболее совершенные системы содержат также средства экспресс-анализа и визуализации их результатов в режиме реального времени, что позволяет клиницисту выделять уникальные, стационарные или конституциональные сегменты изменения сигнала для записи их в буфер или на диск, а также при необходимости реализовывать терапевтические методики биологической обратной связи.

Просмотр и редактирование записей. По окончании обследования необходимо просмотреть полученные записи, чтобы выделить сегменты, представляющие интерес для дальнейшего анализа, и удалить артефакты.

Обычными средствами здесь являются плавное движение записи, масштабирование и позиционирование каналов, а также использование подвижных визиров для считывания амплитуд и временных интервалов или для выделения и удаления участков записи.

Более совершенные системы предлагают дополнительные средства: автоматический поиск артефактов, фильтрацию сигнала, выделение экстремумов, вычитание или сложение сигналов по двум выбранным каналам, оценку площади на характерных участках и т. п.

Вычислительный анализ. Этот модуль включает разнообразные методы анализа записей и графического представления результатов. Так, например, одним из весьма динамичных физиологических показателей является ЭЭГ. В качестве базового математического метода здесь обычно используют Фурьеанализ с вычислением различных частотных характеристик (амплитуда, мощность, когерентность, фаза) и обобщенных параметров в выделенных частотных диапазонах с изучением их временной и пространственной эво-

39

люции. Традиционным способом представления результатов является построение различных диаграмм и цветных карт распределения тех или иных характеристик ЭЭГ на поверхности головы. В настоящее время получила распространение электроэнцефалографическая томография, заключающаяся в вычислении трехмерных дипольных моделей локализации источников ЭЭГсигнала. Такие модели полезны при определении морфологических нарушений, связанных с пароксизмальной активностью мозга.

При анализе ЭКГ, являющейся следующим по степени сложности физиологическим показателем, первостепенный интерес для врача представляют временная эволюция и статистика распределения структурных параметров: временных интервалов (RR, PQ, QRS, ST) и амплитуд (Р, R, ST, Т) с выдачей описательной статистики, временных графиков, гистограмм и диаграмм рассеяния.

При анализе таких физиологических показателей, как реограмма (РГ), электромиограмма (ЭМГ), кожно-гальваническая реакция (КГР), спирограмма и т. п. врача главным образом интересуют показатели различных структурных отношений, латентности, диапазона изменения сигнала, скорости его возрастания и уменьшения, интегральные характеристики (площади под участком кривой с учетом или без учета знака) и др. Для такого типа сигналов обычно используют ручное считывание визирами основных амплитудных и интервальных параметров по индивидуальным волнам или по результатам усреднения серии волн и накоплению их в специальном внутреннем массиве. Далее с помощью введенных формул могут вычисляться различные индексы и производные характеристики (например, жизненная или остаточная емкость легких), выполняться разнообразные алгебраические преобразования, а также строиться графики различных зависимостей и производиться статистические оценки.

Оформление заключения. Словесное заключение, которое делается по результатам анализа и сопровождает конкретную запись биосигналов, необходимо для документального завершения проведенного исследования. Однако автоматизация процесса оформления заключения встречает значительные трудности, характерные для разработки экспертных систем.

Поэтому в большей части МПКС генерация заключения осуществляется самим клиницистом без использования каких-либо «экспертных оболочек», путем выбора соответствующих полей из заранее созданной и предлагаемой ему так называемой «древовидной классификации» возможных отклонений от нормы, симптомов, синдромов и нозологических форм. Даже в системах, где реализованы алгоритмы автоматической генерации заключения, такие заключения следует рассматривать лишь как предварительные, предназначенные для того, чтобы обратить внимание клинициста на основные отклонения измеряемых параметров от пределов физиологической нормы. Такие предварительные заключения нуждаются в дальнейшей верификации и ручной корректировке.

Работа с архивом. Структурированное хранение результатов физиологических обследований дает возможность оперативно анализировать их дина-

40

мику, зарегистрированную в разное время, а также позволяет быстро генерировать статистические и отчетные материалы. Это весьма актуальная проблема, поскольку объем данных, хранимых врачом функциональной диагностики, нарастает лавинообразно. Поэтому наиболее важной функцией этого модуля является организация поиска записей по их специфическим характеристикам (план и условия исследования, сведения о пациенте и т. п.).

В этот же модуль нередко включают специальный интерфейс для создания банка нормативных записей (как индивидуальных, так и усредненных), а также справочника записей, характерных для различных патологий.

Интерфейс пользователя. Современное ПО должно обеспечивать так называемый «дружественный» интерфейс пользователя. Дружественный интерфейс подразумевает наглядное представление информации на экране монитора, использование набора «меню» и манипулятора «мышь», наличие как контекстно-зависимой справочной системы, так и справочной системы по оглавлению, лояльность к ошибкам пользователя, в частности, присутствие требования подтверждения при выполнении команд, ведущих к потере информации, и другие возможности, облегчающие работу с системой.

Вопросы для самоконтроля

1.Дайте определение медицинской информатики.

2.Что является предметом и объектом медицинской информатики?

3.Какова основная цель медицинской информатики?

4.Каков состав программных средств компьютера?

5.Что представляют собой прикладные программы общего назначения?

6.Основные этапы компьютерного анализа данных.

7.Основные математические методы обработки и анализа данных, используемые при типовых медицинских исследованиях.

8.Классификация статистических пакетов обработки данных.

9.Медицинские приложения компьютерных сетей.

10.Классификация медицинских информационных систем.

11.Медицинские информационные системы базового уровня.

12.Медицинские информационные системы уровня лечебнопрофилактических учреждений.

13.Классификация медицинских приборно-компьютерных систем.

14.Основные принципы построения МПКС. Структура МПКС.

15.Программное обеспечение МПКС.