Telemedicína a komunikační standardy pro zpracování biomedicínské informace

1. Telemedicína a komunikačnístandardy pro zpracováníbiomedicínské informace Karel Zvára

2. Rozvrh přednášky • Úvod 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

3. 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)

4. 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

5. Zúčastněné osoby • Pacient • chce péči, může být motivován výší úhrady • Poskytovatel péče • chce úhradu za péči (provoz, investice, zisk) • Plátce péče • chce se „vyřešit situaci“ za rozumnou cenu • Kontrolní orgán • jednají podle zadání (často zabraňují nežádoucímu stavu) • Stát a politické síly • obecně sledují společenské zadání cílové skupiny • Ostatní • např. příbuzní pacienta, výzkum/vývoj, dodavatelé komplementů (např. léčiv)

6. Role informačních systémů • Klinický 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)

7. 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)

8. 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

9. Přehled technologií • DASTA (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)

10. 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

11. 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)

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

13. 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

14. 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

15. HL7 verze 3 RIM DIM MT Storyboard

16. HL7 verze 3 RIM DIM MT Storyboard

17. HL7 verze 3 RIM DIM MT Storyboard

18. HL7 verze 3 RIM DIM MT Storyboard

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. Digitální jednotky Běžný život je založen na desítkové soustavě, digitální svět je založen na dvojkové soustavě. Běžné (ISO) a digitální předpony:

24. Adresování IP verze 4 Adresa: aaa.bbb.ccc.ddd (např. 147.231.7.2) Zjištění adresy sítě pomocí síťové masky: • 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

25. 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)

26. 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

27. 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

28. 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

29. Služby – WWW • World 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)

30. 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

31. 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)

32. XML a XML Schema • eXtensible 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“)

33. 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

34. 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.

35. XPath, XQuery a XSLT • XPath • 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