Telemedicína a komunikačnístandardy pro zpracováníbiomedicínské informace

Karel Zvára

Rozvrh přednáškyÚvod do problematiky:• historie postavení zdravotnictví ve společnosti• účastníci procesů ve zdravotnictví• role a druhy informačních systémů• úvod do standardů a technologií

Sítě a internet (úvod do problematiky):• historické pozadí• síťová architektura• služby internetu• úvod do značkovacích jazyků

Historický úvod

Evropa• středověk: všeobecné nemocnice spravované náboženskými řády• konec 19. století: reformy Otto von Bismarcka – socializace

zdravotnictví• po 2. světové válce (západní Evropa): růst vlivu cestování za prací

(např. italští Gastarbeiters v Německu), Evropská integrace• začátek 21. století: Evropské zdravotní pojištění (EHIC)

Ekonomie produktivní spotřeby

Umožňuje péči o zdraví vnímat jako motivovanou více faktory a z pohledů dle těchto faktorů vnímat i jeho financování.

Umožňuje hledat ekonomickou efektivitu péče o zdraví pomocí více složek, které péči o zdraví motivují:• vlastní motivace pacienta založená na jeho produktivitě (údržbě

či zlepšování jeho schopností),• společenská (sociální) motivace založená na různých

společenských důvodech• boj proti nakažlivým chorobám (ochrana spol.)• morální a politické důvody

Zúčastněné osoby

Pacient• chce péči, může být motivován výší úhradyPoskytovatel péče• chce úhradu za péči (provoz, investice, zisk)Plátce péče• chce se „vyřešit situaci“ za rozumnou cenuKontrolní orgán• jednají podle zadání (často zabraňují nežádoucímu stavu)Stát a politické síly• obecně sledují společenské zadání cílové skupinyOstatní• např. příbuzní pacienta, výzkum/vývoj, dodavatelé komplementů

(např. léčiv)

Role informačních systémůKlinický informační systém (KIS)• veškeré informace osobního charakteru:

• lékařské zprávy, vyšetření, … („EHR“)• seznam návštěv, pozvánky, čerpání

• ostatní• sazebník výkonů, ceny léků• tiskové výstupy: recepty, žádanky, …• komunikace (pojišťovna, lékárna, jiné IS/IZIP)

Manažerský informační systém (MIS)• poskytuje vedení zdravotnického zařízení především souhrnné

ekonomické údaje• umožňuje obvykle vyhodnocovat rentabilitu či nákladovost po

odděleních či po diagnózách (někdy pomocí DRG)

Podmínky pro komunikaci

Zabezpečení a původnost:• ochrana před neoprávněným přečtením• ochrana před změnou obsahu na cestě• ochrana před znovuodesláním neoprávněnou osobou• ověření identity odesílatele

Rychlost:• musí odpovídat účelu

• telemedicína: „přímý přenos“• záchranná služba: odpověď v řádu sekund• archivace: malá priorita (zpoždění není problémem)

Podmínky pro obsah

Jednoznačnost a srozumitelnost• „správné pochopení“• možnost zpracovat automatickým systémem nezpracovanou

informaci „ručně“ (např. lékařem)• závisí na společném (referenčním) jazyku

Odpovědnost za obsah• přijatá informace je důvěryhodná• odpovědnost za obsah nese ověřený původce

Přehled technologiíDASTA (Datový standard Ministerstva zdravotnictví ČR)• vychází z požadavků provozní praxe (ČR/SR)

EHCR (CEN TC251, ISO ENV 13606)• rámec pro zapsání elektronického záznamu o zdraví (EU)

HL7v2, HL7v3 (Health Level 7 Inc.)• robustní systémy s přímou vazbou na praxi (USA)

GEHR (sdružení openEHR)• standardizace zapsání konkrétních dat (EU, Austrálie)

DICOM (NEMA)• přenos obrazové informace, přístroje (USA)

DASTA

Vydává: skupina kolem Ing. Miroslava Zámečníka• aktuální verze (4) je specifikována pomocí XML Schema• zaměřuje se na praktické informace

• běžně sbírané údaje o pacientovi• zdravotní pojištění• „klinické události“

• anamnéza a další údaje často plnotextové• pro použití je nutné splňovat podmínky standardu, které nejsou

zpětně kompatibilní• skutečné využití v ČR pro komunikaci KIS mezi sebou a pro odesílání

dat do IZIP

EHCR, ISO ENV 13606 (1/2)Vydává: CEN TC 251 (Evropský výbor pro normalizaci)• rámec struktury Evropského elektronického záznamu o zdraví

(EHCR, European HealthCare Record)

EHCR, ISO ENV 13606 (2/2)• určuje model pro určení pravidel pro distribuci EHCR

HL7 verze 2

Vydává: Health Level 7 Inc. (USA)• vlastní syntaxe nezaložená na XML• přenos pomocí e-mailu nebo jakkoliv jinak• používá se především pro přenos

• administrativních a dalších osobních údajů• laboratorních údajů

• ANSI standard• podporován laboratorními přístroji

HL7 verze 3

Vydává: Health Level 7 Inc. (USA)• založeno na velmi obecném Referenčním informačním modelu (RIM)

a základním Slovníku (Vocabulary)• z RIMu jsou odvozené DIMy (Domain Information Model), které

reprezentují jednotlivé okruhy problematiky (např. „Patient Administration“)

• DIMy jsou složeny z R-MIMů (Refined Message Information Model), ty jsou zapsány pomocí MT (Message Type) a CMET (Common Message Element Type)

• pro komunikaci jsou stanoveny protokoly nazývané Storyboards („scénáře“), ty specifikují standardizované postupy komunikace pro jednotlivé případy v rámci DIM

• komplexní přístup k datovým typům (hierarchie, multiplicita)• obecná návaznost na externí číselníky

RIM

DIM

MT

Storyboard

HL7 verze 3

HL7 verze 3

RIM

DIM

MT

Storyboard

HL7 verze 3

RIM

DIM

MT

Storyboard

HL7 verze 3

RIM

DIM

MT

Storyboard

DICOM

Vydává: NEMA (National Electrical Manufacturers Association)• Digital Imaging and Communications in Medicine• slouží pro správu, přenos, tisk a ukládání informací zobrazování v

medicíně• specifikuje

• formát souboru• komunikační protokol

Číselníky

Obecně:• vyjadřují přesně definovaný význam• často se částečně překrývají

Často používané číselníky:• NČLP - Národní číselník laboratorních položek (ČR, užíván

standardem DASTA)• LOINC – Logical Observation Identifiers Names and Codes

(mezinárodní, mnohem širší než NČLP)• ICD – International Classification of Diseases• SNOMED – komplexní vícerozměrný číselník pocházející od

Asociace amerických patologů

UMLS

Vydává: National Library of Medicine (USA)• Unified Medical Language System• metačíselník, sémantická síť• tvoří a udržuje databázi „konceptů“ s přesně definovaným významem• uchovává informace o vztahu položek jednotlivých indexovaných

číselníků (např. LOINC, SNOMED, ICD, MeSH) ke konceptům• lze použít pro zjištění vztahů položek různých číselníků• v současné době neindexuje NČLP

Technologie internetu

Historie:• zadání a základní výzkum DARPA zahájen v 60. letech 20. století• první nasazení (až do 80. let) v armádě USA• postupné uvolňování pro akademické účely• na začátku 90. let uvolnění pro komerční použití

Digitální jednotky

Běžný život je založen na desítkové soustavě, digitální svět je založen na dvojkové soustavě.

Běžné (ISO) a digitální předpony:

ISO název ISO hodnota Digitální název Digitální hodnota

kilo (k) 1.000 (103) Kibi (Ki) 1.024 (210)

mega (M) 1.000.000 (106) mebi (Mi) 1.048.576 (220)

giga (G) 1.000.000.000 (109) gibi (Gi) 1.073.741.824 (230)

Adresování IP verze 4

Adresa: aaa.bbb.ccc.ddd (např. 147.231.7.2)

Zjištění adresy sítě pomocí síťové masky:

Položka Běžný zápis(desítkový)

Binární zápis

IP adresa 147.231.7.138 10010011.11100111.00000111.10001010Síťová maska 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000Adresa sítě(logické AND)

147.231.7.128 10010011.11100111.00000111.10000000

Síťovou masku lze zapsat ve formě IPv4 (255.255.255.0) nebo jako počet jedniček v síťové masce. Tyto dva zápisy jsou stejné:- 147.231.7.2 / 255.255.255.192- 147.231.7.2 / 26

Adresování IP verze 6• zvětšení velikosti adresy z 32 na 128 bitů• zvětšení max. velikosti paketu z 64 KiB na 4 GiB• mapování celého IPv4 prostoru do IPv6 prostoru• adresa je zapisována ve formě šestnáctkových číslic rozdělených do

osmi skupin po čtyřech číslovkách a oddělených dvojtečkou (celkem tedy 8x4x4 = 128)• jakkoliv dlouhá část adresy skládající se jen z nul může být

nahrazena „::“ – jen 1x v jedné adrese• poslední část adresy může být zapsána ve formě IPv4 (důvodem

je kompatibilita s adresou mapovaného IPv4 prostoru)

Domény a názvy

Pro překled názvů na IP adresy a zpět slouží systém DNS (Domain Name Server).

• distribuovaná databáze tvořená kořenovými servery (předem známé IP adresy serverů v doménách root-servers.net a gtld-servers.net) a dalšími servery, které jsou delegovány hierarchií (kořenové servery „znají“ všechny servery pro větve hierarchie vycházející z kořene)

• ukládání zjištěných informací a jejich obnova v případě expirace (snížení zátěže systému)

• obsahuje také informace pro doručování zpráv elektronické pošty• nejzranitelnější místo internetu

Základní protokoly internetu

IP (Internet Protocol)• obaluje veškerou internetovou komunikaci (specifický pro použití IP

verze 4 a IP verze 6)

ICMP (Internet Message Control Protocol)• pro předávání technických informací sítě• má nejvyšší prioritu

TCP (Transmission Control Protocol)• zajišťuje předání všech paketů a ve správném pořadí• služby: e-mail, WWW, FTP a další

UDP (User Datagram Protocol)• nespolehlivý, ale rychlý• služby: rádio, TV, telefonie, hry a další

Služby – elektronická pošta

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol):• pro přenos pošty na cílový server• informace o serveru pro doručení ze systému DNS• nezajišťuje sám o sobě žádnou ochranu proti přečtení „na cestě“ ani

proti použití cizí identity• chybové stavy rozlišuje na dočasné (kódy 4xx) a trvalé (kódy 5xx)

POP3 (Post Office Protocol)• ekvivalentní „vybírání schránky“• obtížné sdílení z více míst

IMAPv4 (Internet Message Access Protocol)• „vzdálené úložiště pošty“• snadné sdílení z více míst

Služby – WWWWorld Wide Web• protokol HTTP (HyperText Transfer Protocol)• běžné schéma: zahájení – dotaz – odpověď – ukončení

Na straně serveru:• webový server (odpovídá na dotazy)• statické zdroje (HTML stránky, obrázky, …)• dynamický obsah (PHP, JSP, ASP, …)

Na straně klienta (uživatele):• zobrazení obsahu stránky dle HTML, CSS• dynamické prvky (JavaScript, VBScript)• prvky vsazené (embedded) do stránky:

• Java applety, ActiveX prvky• Flash či jiné objekty (nutná podpora prohlížeče)

Virtuální privátní síť (VPN)Data jsou přenášena tunelem v „nepřátelském prostředí“.

Asymetrické šifrování a elektronický podpis• kombinace veřejné (obecně známé) a privátní (tajné) části klíče

účastníka• privátní klíč slouží pro dekódování zprávy zašifrované veřejným

klíčem a pro vytvoření elektronického podpisu• důvěryhodnost veřejných klíčů je dána třetími subjekty (certifikační

autority) – proto se podepsaný veřejný klíč nazývá „certifikát“• první šifra: RSA (popsána v roce 1977)

Symetrické šifrování• šifrovací klíč strany sdílejí• výrazně rychlejší než asymetrické šifrování

SGML, HTML

SGML (Standard Generalized Markup Language)• pochází z 60. let 20. století (IBM)• náročný na zpracování (bloky nemusejí být ukončovány)

HTML (HyperText Markup Language)• založený na SGML• popisuje jednotlivé prvky webové stránky• popis formátu postupně nahrazuje CSS (Cascading Style Sheets)

XML a XML SchemaeXtensible Markup Language• vznikl v reakci na obtížné zpracování SGML• specifikace obsahu pomocí DTD (Document Type Definition)

XML Schema – nástupce DTD• zavedení datových typů• možnost omezit multiplicitu• možnost stanovit způsob chápání zápisu bloků v elementu (“all” –

nezávislé na pořadí, „sequence“ – pořadí je důležité“)

XML namespaces

Účel:• umožnit použití elementů a atributů s různým významem v rámci

jednoho dokumentu• usnadnění automatického zpracování takových dokumentů

Způsob použití:• prefix přiřazuje jednotlivé elementy v rámci dokumentu k namespace• název určuje význam namespace

Příklad:• „http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml-transitional.dtd“ označuje,

že obsah má být vnímán jako XHTML

DOM

Document Object Model• určuje standardní způsob pro reprezentaci obsahu XML dokumentu

pomocí objektového modelu v paměti• specifikuje standardní funkce a postupy pro práci s touto reprezentací• pokročilé verze umožňují propagaci informace v obou směrech

hierarchie• specifikace navazuje na obecnou implementaci pomocí jazyka Java

Běžně se používá v prohlížečích internetu (webových stránek). Dynamické prostředí na straně klienta (JavaScript / VBscript) používá DOM pro dynamickou práci s obsahem webové stránky.

XPath, XQuery a XSLTXPath• umožňuje v rámci dokumentu určit prvek dokumentu pomocí

absolutní nebo relativní cesty

XQuery• umožňuje v rámci XML dokumentu vyhledat prvky splňující podmínku

specifikovat mj. pomocí XPath

XSLT (XSL Transformation)• umožňuje stanovit pravidla pro automatizovanou transformaci

dokumentu jednoho typu do dokumentu druhého typu