Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Модель электронного медицинского документооборота 19
1.1 Текущее положение в сфере здравоохранения и применение МИС 19
1.1.1 Задачи документооборота 20
1.1.2 Определение МИС и их функций 24
1.1.3 Основные требования к МИС 25
1.1.4 Электронная медицинская карта 26
1.1.5 История развития и перспективы МИС в России и в мире 29
1.2 Обзор международных и российских стандартов 38
1.2.1 Стандартизация медицинской терминологии 41
1.2.2 Стандартизация передачи медицинской информации 42
1.3 Особенности организации электронного медицинского документооборота вусловиях российского здравоохранения 58
1.3.1 Проблемы при использовании HL7 подхода 59
1.3.2 UMS шаблоны 63
1.3.3 Сравнительные характеристики используемых подходов 68
1.3.4 Формирование медицинского документа в формате Open UMS 70
1.4 Обзор технологий, используемых для обеспечения работы ЭМК 76
1.4.1 Веб-браузер и язык представления содержания страницы HTML 76
1.4.2 XML- формат структурированных данных 77
1.4.3 Веб-сервисы - ключевое решение сервис-ориентированной архитектуры.. 79
1.4.4 Microsoft Silverlight - способ визуализации данных в веб-приложениях 81
1.4.5 BPEL — способ управления бизнес-процессами 82
1.5 Выводы к главе 1 86
Глава 2. Организация единого информационного пространства 88
2.1 Необходимость организации ЕИП 88
2.2 Классификация технологий интеграции информационных систем 90
2.3 Способы интеграции на уровне данных 91
2.3.1 Требования к электронным медицинским данным
2.3.2 Типы электронных медицинских данных 93
2.3.3 Топологии электронных медицинских данных 95
2.4 Выводы к главе 2 101
Глава 3. Проектирование и реализация МИС 102
3.1 Решение задач автоматизации электронного документооборота 102
3.1.1 Конфигурация МИС для ведения ЭМК в рамках ЕИП 102
3.1.2 Шаблон документов, представленный в форматах Office Open XML 106
3.1.3 Форматы Office Open XML для представления медицинских данных 110
3.1.4 Проектирование BPEL модели бизнес-процессов 114
3.1.5 Автоматизация электронного документооборота в МИС «Аврора» 119
3.2 Решение задач удаленной инструментальной диагностики 121
3.2.1 Просмотр DICOM-изображений и конвертирование их форматов 122
3.2.2 Редактирование медицинских изображений 129
3.3 Выводы к главе 3 136
Глава 4. Использование модели на практике 138
4.1 Шаблоны медицинских документов 138
4.2 Модель обслуживания пациента 142
4.3 Схема внедрения 145
4.4 Показатели и оценка качества оказания медицинской помощи
4.4.1 Модели интегральных показателей здоровья населения 150
4.4.2 Оценки качества оказания медицинских услуг 157
4.5 Выводы к главе 4 160
Заключение 162
Список литературы 165
- Основные требования к МИС
- Классификация технологий интеграции информационных систем
- Форматы Office Open XML для представления медицинских данных
- Показатели и оценка качества оказания медицинской помощи
Основные требования к МИС
Информационная система представляет собой возможность оперативного и эффективного обмена информацией между всеми участниками процесса, сокращения затрат времени врачей и медицинских работников, а также исключения ошибок при подготовке документации.
Внедрение автоматизированной системы обеспечит удобство в работе, рациональную организацию производства и снижение психологических нагрузок. Также снизятся физиологические нагрузки, так как с внедрением соответствующего ПО время, затраченное на эту же работу, существенно уменьшится. Это положительно повлияет на работоспособность работника, приведет к уменьшению количества обрабатываемой информации [1].
На фоне современных тенденций развития ИТ-технологий традиционные методы работы с документами становятся малоэффективными. Кроме того, в современных непростых экономических условиях может теряться гибкость в реагировании на изменения рынка, вследствие чего дальнейший рост организации здравоохранения останавливается. Правильно организационный документооборот позволяет избежать таких проблем [2].
Решение задачи оптимизации документооборота активно способствует динамичному развитию современных компьютерных и сетевых технологий. По экспертным оценкам применение электронного документооборота способствует росту производительности труда сотрудников на 25 — 50%, а время обработки одного документа сокращаются более чем на 75% [2]. Неоценимую роль в деятельности любого медицинского учреждения играет эффективная система управления электронным документооборотом, обеспечивающая бесперебойную циркуляцию информации.
Технология управления документооборотом предполагает ведение регистрационно-контрольных форм в виде журналов и картотек. При этом регламентируются состав и содержание регистрируемых реквизитов документов, а также различные формы отчетности. Главная проблема традиционной технологии управления документооборотом - практическая невозможность централизованно отслеживать движение документов организации в реальном масштабе времени. Ведь это требует огромных трудозатрат не только на ведение подробных журналов и картотек в каждом подразделении, но и на оперативную централизованную обработку соответствующей информации. Отсутствие действенной технологии управления документооборотом приводит, в конечном счете, к тому, что, как правило, в произвольный момент времени невозможно точно сказать, над какими документами работает учреждение, какова история и текущее состояние того или иного вопроса, чем конкретно заняты исполнители.
Поэтому цель данного раздела - изучение системы электронного документооборота в органах управления, в частности, изучение ситуации в сфере здравоохранения и адаптации системы для работы в этой сфере.
Электронная система управления документооборотом Документ является основным способом представления информации, на основе которой функционирует любое предприятие [1]. Медицинские данные бывают структурированными, предполагающими, что за их хранение и управление отвечают БД и прикладные информационные системы, и неструктурированными — просто документами. Причем может существовать однозначная зависимость между структурированными и неструктурированными документами.
Существуют оценки, что до 90% времени сотрудников тратится на так называемую обеспечивающую функцию, а именно на поиск необходимых для работы документов [2]. Это проблема усугубляется при коллективном использовании документов, когда надо найти документы, созданные другим сотрудником, и наконец, она становится практически невыполнимой в том случае, если организация является территориально-распределенной. Соответственно существует возможность практически на порядок повысить эффективность сотрудников, сократить расходы на копирование, канцелярские принадлежности и т.п., сократить время на передачу документов между исполнителями.
Электронная система документооборота является одним из необходимых условий снижения операционных затрат на содержание государственного аппарата, повышения эффективности управления ресурсами органов государственной власти [1,2].
Внедрение автоматизированной системы управления документооборотом предприятия вносит существенные изменения в управление бизнес-процессами. Каждый документ в интегрированной системе создается автоматически, на основании первичного документа, открывшего процесс. Сотрудники, ответственные за этот процесс лишь контролируют и, при необходимости, вносят изменения в позиции построенных системой документов.
Результатом эффективного внедрения системы документооборота являются реальные конкурентные преимущества: рост производительности труда, повышение эффективности управления, увеличение ответственности сотрудников. Сотрудники обеспечиваются актуальной информацией, повышается уровень предоставляемых услуг. При этом происходит снижение внутренних расходов и рисков, обеспечивается безопасность хранения конфиденциальной информации.
Важным для удобства населения и повышения эффективности медицинской помощи является введение ЭМК здоровья населения и создание центров обработки и хранения медицинских данных. Это позволяет сделать информацию о состоянии здоровья фажданина доступной, независимо от места его нахождения.
Наличие различных потоков пациентов и территориально-распред ел енная структура делают крайне важной задачу планирования рабочего времени врача. Эта задача решена с помощью календаря врача, которым управляет сам врач, другие врачи, регистраторы и диспетчеры.
Больница может получить от внедрения системы электронного документооборота тактические и стратегические преимущества. Тактические преимущества связаны, в основном, с сокращением расходов различных видов. Они достаточно легко определяются и выражаются в численной форме. Итак, к тактическим относятся следующие типы преимуществ:
К стратегическим относятся преимущества, связанные с оптимизацией ключевых процессов организации. Стратегические преимущества можно разделить на 2 большие группы: средний уровень сложности системы электронного документооборота: Более высокая доступность информации. Повышение качества обслуживания клиентов, скорости реагирования на их запросы. Повышение контролируемости бизнес-процессов. Повышение качества услуг; высокий уровень сложности системы электронного документооборота: Повышение оперативности и качества принятия решений. Усиление степени контроля со стороны руководства. Обеспечение соответствия работы предприятия существующему законодательству и нормативно-правовым актам. Ускорение вывода на рынок новых услуг. Улучшение морального климата и степени удовлетворенности сотрудников своим трудом.
Классификация технологий интеграции информационных систем
Microsoft Silverlight - это плагин для браузера, который позволяет создавать насыщенные, визуально привлекательные веб-страницы, работающие в различных обозревателях, устройствах и настольных операционных системах. С использованием данного плагина возможно запускать программу, содержащую анимацию, векторную графику и аудио-видео ролики, что характерно для Интернет-приложений. Ключом к возможностям Silverlight, как и ко всей технологии представления данных платформы Microsoft .NET Framework 3.0, является XAML (extensible Application Markup Language — расширяемый язык разметки приложений) [42 - 44].
В рамках модели Silverlight любое созданное дизайнерами решение сохраняется в виде XAML. Этот XAML-документ впоследствии автоматически встраивается в веб-страницу с помощью среды выполнения Silverlight. Поскольку технически XAML - это XML, он представляет собой простой текст, а значит, не вызывает конфликтов с брандмауэрами, легко доступен для просмотра, и при этом описывает различное содержимое. При изменении содержимого страницы средствами Silverlight новый XAML-файл создается на стороне сервера. При следующем просмотре страницы происходит загрузка этого файла, а значит, потребность в переустановке отпадает. Ядром технологии Silverlight является модуль расширения для обозревателя, который обрабатывает XAML и отображает итоговое изображение в поле обозревателя. Модуль предоставляет разработчикам доступ к функциям XAML-страницы на языке JavaScript или С#, таким образом, становится возможным взаимодействие с содержимым на уровне страницы и разработчик может, например, создать обработчики событий или управлять содержимым XAML-страницы с помощью JavaScript или С# кода.
При разработке Silverlight проектов обычно используется трехзвенная архитектура, включающая три уровня: клиентский веб-браузер, веб-сервер и сервер БД (см. рис. 18). Основным преимуществом выделения логики приложения в отдельную составляющую являются возможность её повторного использования, повышение производительности используемых серверов и т.д.
В МИС участвует множество бизнес-процессов и обычно их порядок выполнения заранее определен по логически-связанной последовательности действий, направленной на реализацию поставленной задачи. Эффективное управление этими действиями в процессе автоматизации электронного документооборота здравоохранения обладает следующими особенностями: центральное хранилище, где документы сохранены и индексированы; система обеспечения безопасности, которая позволяет только соответствующему персоналу получить доступ, посмотреть свои профили, папки и клинические документы; гибкая методология потоков данных с правилами, определенными ручными управлениями, и приспособленными к изменению потока информации, динамически основанного на логичных критериях; возможность для специалиста получить доступ к документам в любое время, а также в любом месте нахождения, чтобы выполнить свои задачи; интегрирование с популярными офисными приложениями, такими как Microsoft Office InfoPath, Word, Excel и т.д.
В настоящее время существуют три способа описания моделей бизнес-процессов [49]: текстовый, табличный и графический способы. В графическом методе используются визуальные нотации, описывающие определенные действия, взаимоотношения между ними, а также их параметры, условия для выполнения и т.д. Графический метод удобен и легко понятен для разработчиков, поэтому он получает широкое использование среди способов описания моделей бизнес-процессов [49].
BPEL - универсальный язык для описания алгоритма выполнения бизнес-процессов [50 - 54]. Язык часто рассматривается как ключевая составляющая сервис-ориентированной архитектуры приложений. Действительно, BPEL позволяет эффективно управлять вызовами сервисов и, в особенности, удобен при работе с веб-сервисами. Концепция сервис-ориентированной архитектуры с участием BPEL предоставляет широкие возможности интеграции разнородных приложений. Идея слабой связанности компонентов, заложенная в основе сервис-ориентированной архитектуры, а также использование открытых стандартов позволяют создавать бизнес-процессы с участием самых разных информационных систем. Примером такой системы является комплексное приложение электронного документооборота «Аврора» компании UMSsoft, занимающейся разработкой программных продуктов в здравоохранении [55]. МИС «Аврора» предоставляет свою функциональность в виде веб-сервисов, управление которыми выполняется с помощью BPEL-процессов. 1.4.5.1 Три ключа к методологии BPEL
Основу BPEL составляют три ключевых свойства: асинхронность, координация потоков и управление исключительными ситуациями. Все они связаны с проблемами, с которыми сталкиваются разработчики, занимающиеся управлением интеграцией.
Асинхронность имеет дело с асинхронными взаимодействиями, корреляцией сообщений и надежностью. Поддержка асинхронности необходима для разрешения веб-сервисов в сценариях интеграции и является обязательной для оптимального использования рабочего времени.
Координация потоков включает параллельный поток выполнения, образцы соединений и динамические потоки. В реальных приложениях бизнес-потоки могли бы включать образцы сложных взаимодействий, и с синхронными, и с асинхронными сервисами. Координация потока включает интерфейс с WSDL, действия потока, переменные XML и отвечает за компенсацию.
Управление исключительными ситуациями имеет дело с синхронными ошибками, асинхронным управлением исключительными ситуациями и компенсацией бизнес-транзакций. Для того чтобы автоматизировать бизнес-процессы, большие усилия сосредоточены на управлении исключительными ситуациями, и BPEL упрощает управление исключительными ситуациями для веб-служб. При возникновении исключительных ситуаций вызываются локальные обработчики ошибки, связанные с веб-службами, и асинхронные службы уведомляются об этих исключительных ситуациях.
Форматы Office Open XML для представления медицинских данных
Только после того как процесс сможет оперировать понятиями «документ» и «задача», на основе BPEL возможно создать полноценную автоматизированную систему документооборота, в которой участвуют различные специалисты и обеспечивают все необходимые функции для их работы.
С целью автоматизации электронного документооборота в соответствие с представленной выше моделью обслуживания пациента, в рамках МИС «Аврора» разработано веб-приложение, которое позволяет пользователям дистанционно и безопасно открывать сессию для доступа к данным. Для формирования сессии специалист должен авторизоваться, после чего появляется список пациентов. Выбрав конкретного пациента, врач имеет возможность направить его в другой кабинет, например, в лабораторию для получения анализа крови или на консультацию к узкому специалисту и т.д.
Как только специалист нажимает на кнопку «направить», данные на этой форме передаются серверу Apache ODE, тем самым создается новый экземпляр BPEL-процесса и соответственно в разделе приема медицинской системы документооборота «Аврора» создается запись, к которой прикреплены все необходимые медицинские документы, представлены в форматах Office Open XML, для заполнения полученного результата обследования. В ходе подтверждения заполненных данных в БД системы «Аврора», пользователь отправляет полученный результат последующему процессу, принадлежащему текущему экземпляру рассмотренного бизнес-процесса.
При таком подходе любое уполномоченное приложение может обратиться к определенному компоненту, назначить задачи пользователям, получить список назначенных задач и т.д., при этом автоматически произойдет формирование соответствующих документов. Таким образом, предлагаемая в этой работе методология используется как средство автоматизации потоков работ.
Проведенный анализ показывает перспективность использования Silverlight технологии, встраиваемой в приложение для тонкого клиента и позволяющие организовать удаленные АРМ. В этом разделе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой веб-технологий и Silverlight для организации удаленного АРМ врача инструментальной диагностики. В результате данной работы был разработан программный модуль под названием «DICOMAX Графический редактор медицинских изображений», входящий в состав МИС «Аврора».
Основными задачами разрабатываемого модуля «DICOMAX Графический редактор медицинских изображений» для АРМ должны стать: конвертирование изображений из стандарта DICOM в известные популярные форматы, такие как JPG, BMP, PNG и др., с последующей возможностью редактирования; сохранение изображений на центральном сервере с целью создания ЕИП; предоставление совокупности методов создания меток, как в графическом, так и в текстовом виде на сохраненном ранее изображении для выбранного пациента. При сохранении меток, все необходимые данные будут сохранены в БД для дальнейшего исследования различными, имеющими доступ к БД специалистами.
В сфере здравоохранения используются медицинские изображения разных форматов в зависимости от вида оборудования диагностики и спецификации МИС. Одним из распространенных форматов медицинских изображений является DICOM, который известен как стандартный протокол для передачи радиологических изображений и другой медицинской информации между компьютерами [23]. Предоставление доступа к изображению данного формата позволяет проводить различные медицинские исследования в территориально-распределенных диагностических центрах с возможностью сбора и обработки информации в нужном месте. Но для некоторых целей в разработке программного приложения, данный формат не всегда является подходящим, особенно при попытке их редактирования, внесения графических меток на изображение. Поэтому, фактически часто возникает требование конвертировать DICOM-изображения в более удобные и известные форматы, такие как, JPG, PNG и т.д., чтобы обеспечить возможность их обработать. Поэтому в ходе выполнения диссертационной работы встала необходимость разработать утилиту для решения этих задач. В данном разделе будут рассмотрены вопросы использования ActiveX технологии, обеспечивающей возможности:
Просмотр радиологических DICOM-изображений является одним из самых важных функций в лечебно-диагностическом процессе. Поскольку в процессе просмотра DICOM-изображения пациента в различных ракурсах, врач имеет свои примечания для исследований или диагностики заболеваний, тем самым он может передать информационное сообщение другим врачам, работающим над тем же изображением.
Разработанная утилита позволяет пользователю ознакомиться с выбранным изображением в полном виде. Это означает, что пользователь может смотреть снимок в различных ракурсах, кроме того он всё ещё может ознакомиться с текстовым документом, сопутствующим данному изображению. Обычно в этом документе описываются основные параметры, касающиеся паспортных данных пациентов, докторов и события - приема и другой информации.
В таблице 8 приведены предоставленные функциональные возможности по просмотру DICOM-изображений, их обозначенные иконки в интерфейсе разработанной утилиты и назначения.
Показатели и оценка качества оказания медицинской помощи
После этапа внедрения МИС «Аврора» в МЛПМУ «Больница №2» и МЛПУ «Поликлиника №2» были собраны статистические данные в течение месяца, которые позволяют оценить преимущества от использования разработанной модели. Кабинет № 12 за период наблюдения посетили 483 пациента, средняя продолжительность приема пациента составила 15,6 минут, из них 215 обратились на первичный прием, остальные повторно. Среднее время первичного приема составило 20 минут, среднее повторного приема составило 12 минут.
Из трудозатрат, отведенных на прием пациента, 30% времени составляет заполнение бумажной медицинской карты. Перед этапом опытной эксплуатации системы проводилось обучение пользователей работы с разработанными программными приложениями. Опытная эксплуатация показала, что заполнение данных с её помощью составляет в среднем 7 минут,
Приведем оценку времени оказания медицинской помощи с использованием разработанной модели, которая получена методом теории вероятности. Рассмотрим случай, когда 2000 человек обратились к врачу на получение медицинской помощи с использованием разработанной модели. В среднем время на оказание медицинской помощи пациентам будет составляться 15 минут. Таким образом, один врач может оказать медицинскую помощь в час 4 пациентам. Обращение за медицинской помощью происходит случайно и независимо друг от друга. В этом случае распределение вероятности обращений за медицинской помощью подчиняется распределению Пуассона [72]. Где х - число обращений за медицинской помощью в единицу времени, P - среднее число обращений за медицинской помощью в единицу времени, е = 2.71828. Придавая х целые неотрицательные значения х = 0, 1, 2, ..., п, можно записать ряд распределения вероятностей, который называется законом распределения Пуассона. Это распределение часто используется, когда мы имеем дело с числом событий, появляющихся в промежутке времени или пространства. В нашем случае мы интересуемся числом обращений за медицинской помощью в единицу времени, например, в течение часа. Допустим, что в день 1% пациентов, то есть 20 человек, захочет получить медицинскую помощь. Пользуясь математической теорией вероятности, рассчитаем количество пациентов, которых может обслужить кабинет-терапевт с одним врачом, оказывающим медицинскую помощь пациентам. С математической точки зрения речь идет об одноканальной модели ожидания с поступающими заявками на прием по закону распределения Пуассона и с распределением времени оказания медицинской помощи по экспоненциальному закону. Вероятность обслуживания для различной длительности времени оказания медицинской помощи рассчитывается по формуле: Р (время оказания медицинской помощи t) = 1 — е где д. — среднее число обращений за медицинской помощью в течение одной минуты, р. — 0.0666. Ниже приведены результаты расчетов вероятности для трех случаев: Р (время оказания медицинской помощи 5 мин) = 1 - 0.7167 = 0.2833 Р (время оказания медицинской помощи 10 мин) = 1 - 0.5137 = 0.4863 Р (время оказания медицинской помощи 15 мин) = 1 - 0.3682 = 0.6318 Таким образом, в большинстве случаев (с вероятностью 0.6318) медицинская помощь будет оказана за время меньшее, чем 15 минут. 160 Проведен анализ качества обслуживания пациентов с использованием разработанной модели. Рассмотрены случаи с различной частотой обращений за медицинской помощью: 3, 2 и 1 обращение к врачу в течение часа. Результаты расчетов сведены в таблице 13. Таблица 13. Результаты расчетов Частота обращений за медицинской помощью [3 3 2 1 Вероятность отсутствия обращений замедицинской помощью Ро = 1 0.25 0.50 0.75 Среднее число обращений за медицинскойпомощью в ожидании Lq — ———и(м-Ю 2.25 0.50 0.08 Среднее время ожидания для пациента Wq = — 45 мин. 15 мин. 5 мин. Вероятность того, что обращение за медицинской помощью будет в ожидании Pw = — 0.75 0.50 0.25 Таким образом, при среднем поступлении в час одна заявка на прием для получения медицинской помощи время ожидания для пациента не будет превышать 5 минут. Это приемлемое качество сервиса. Однако при увеличении числа клиентов необходимо будет рассмотреть возможность создания двухканальной системы, то есть введение второго врача. 4.5 Выводы к главе 4 В результате рассмотрения вопросов использования разработанной модели в медицинском учреждении получены следующие результаты: 1) ЭМК является важным элементом в любой МИС, что без нее смысл управления электронным документооборотом теряется. При построении ЭМК необходимо предусмотреть общие принципы формирования электронных документов. 2) С использованием разработанной модели действительно можно решить широкий спектр задач на рынке медицинских услуг. В работе рассмотрена модель обслуживания пациента, определены основные 161 задачи, входящие в этой модели. Ключевым решением рассмотренной модели является использование современного инструмента BPEL. Он обеспечивает реализацию всего жизненного цикла процесса обслуживания пациента, включая моделирование, внедрение и исполнение бизнес-процессов. 3) Внедрение разработанной модели в практику проведено по основной схеме, применяемой для МИС «Аврора». 4) Произведены испытания созданной модели на практике, что напрямую отражает положительный результат работы в рамках решения задач здравоохранения. Протокол тестирования построенной системы был утвержден как часть комплексной МИС «Аврора», которая в текущее время внедряется в рамках МЛПМУ «Больница №2» и МЛПУ «Поликлиника №2» в городе Томске. 5) Предложена модель интегральных показателей здоровья населения, а также приведены таблицы распределения населения по группам здоровья в зависимости от возраста. При помощи математического аппарата теории вероятности и статистических наблюдений произведена оценка качества оказания медицинской помощи при использовании разработанной модели на практике.
