Информационно-аналитические и геоинформационные системы в поддержке принятия управленческих решений

Особенностью здравоохранения является его постоянное обновление, реструктуризация, появление новых критериев, нормативов, методик расчета, изменение статистических форм. Это требует особых подходов к построению ИС, в которых должны предусматриваться возможность коррекции как первичной информации без изменения структуры БД, так и статистических форм. В связи с этим система должна иметь средства, позволяющие легко модифицировать информационные модели, реализовывать различные методики анализа, выполнять сравнение разных подходов к решению задач. Это позволит, во-первых, обеспечить пользователей постоянно обновляемой информацией и, во-вторых, даст возможность продлить так называемый жизненный цикл системы, т.е. время ее функционирования.

Под жизненным циклом программного обеспечения ИС обычно понимается непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания системы и заканчивается в момент ее вывода из эксплуатации. Модель жизненного цикла включает: анализ объекта и (или) информационных потоков, проектирование, реализацию, внедрение и сопровождение ИС.

Информация, получаемая при функционировании территориальной ИМС, должна предоставляться пользователям в различной форме (табличной, графической, картографической) и с разным уровнем аналитической проработки.

Для анализа информации любой предметной области в территориальных ИМС используются специальные встроенные аналитические модули. На территориальном уровне для анализа и визуального представления данных используются информационно-аналитические или географические информационные системы (подсистемы).

Информационно-аналитические системы

Информационно-аналитическая система - это система, обеспечивающая наряду с процессами сбора, накопления, хранения, поиска и статистической обработки информации формально-содержательный анализ данных на основе построения моделей, необходимых для оценки состояния и планирования развития службы.

За рубежом достаточно широкое распространение получили модели для формально-содержательного анализа при заболеваниях. Это дает возможность оценки распространенности хронических заболеваний и получения эпидемиологических характеристик риска с использованием методов доказательной медицины.

Использование в рамках территориальных ИМС аналитических модулей (или применение для анализа данных информационно-аналитических систем) дает возможность реализовать гибкие средства формирования отчетности о состоянии здоровья населения и ресурсах здравоохранения, обеспечивающие адекватность состава данных аналитическим подходам, одновременно устойчивые к модификации исходной информации.

Кроме того, одним из вариантов потенциального расширения возможностей пользователей является включение конструктора свободных запросов для самостоятельного формирования дополнительных статистических таблиц. Они должны обеспечивать получение необходимых данных как по широкому кругу возникающих при принятии решений вопросов, так и углубленный статистический анализ первичной информации с использованием различных методов математической статистики.

В настоящее время все более широкое применение находит OLAP-технология (On-Line Analytical Processing),обеспечивающая оперативное выполнение как стандартных, так и заранее непрогнозируемых запросов. Одним из эффективных средств этой технологии является наглядная визуализация получаемых данных в форме перекрестных таблиц (кросс-таблиц). В этом случае можно одновременно просмотреть исходные и агрегированные данные. Специалисты организационно-методических отделов могут экспериментировать с кросс-таблицей, изменяя расположение строк и столбцов таким образом, чтобы получить как можно более наглядное представление в отношении интересующих их связей параметров (зависимостей показателей от значений признаков). Изменение степени детальности данных в кросс-таблице позволяет получать сводные показатели или подробно исследовать особенности конкретного процесса. Например, расчет потребности в медицинской помощи может производиться целиком по региону, районам, группам населения, отдельным классам патологии.

В перспективе информационно-аналитические системы, предоставляющие широкие возможности для более глубокого анализа данных, будут все шире заменять традиционные ИМС. Одновременно они будут комплектоваться специальным программным обеспечением, которое в современных американских системах принято называть ассистирующим (computer-assisted software design - CASD).

Географические информационные системы

Географическая информационная (геоинформационная) система (ГИС) - это система визуального представления географически или координатно «привязанной» проблемно-ориентированной информации. Программное обеспечение ГИС предназначено для создания, обработки, наглядной демонстрации и анализа различных типов пространственно распределенных данных. Эти системы могут использоваться для анализа самой разнообразной биологической, медицинской, демографической, экологической информации.

Карта как основной язык компьютерной географии является формой представления пространственных данных и состоит из различных координатных систем, проекций, наборов символов.

Основными элементами структуры ГИС являются:

• механизмы ввода и хранения данных;

• пространственный анализ объектов с использованием специ­ального пакета прикладных программ;

• вывод результатов анализа.

В ГИС все многообразие анализируемых входных данных преобразуется в единую модель (или набор моделей) предметной области, хранимую в БД. Другой вариант предполагает обращение к внешней базе данных другой ИМС.

Представление информации в ГИС может быть реализовано на основе предварительной экспертной оценки или получения интервальных значений для групп наблюдений с помощью математических методов исследования. При анализе данных используют методы классификации, обеспечивающие решение задач:

• разделения исходных данных на устойчивые группы путем классификации «без учителя» или кластеризации;

• оценки информативности сгруппированных данных относительно совокупности известных эталонных объектов, т. е. распознавания образов с обучением на эталонах («с учителем»);

• структурно-логического исследования и классификации логических связей.

Внедрение в практику здравоохранения современных компьютерных информационных технологий, в частности использование ГИС, а также встраивание в ИС географических модулей существенно облегчило пространственное изучение распространенности различных заболеваний на уровне города, региона и страны в целом, открыло новые возможности для решения задач эпидемиологического анализа.

По разным оценкам до 75 % информации БД содержат географическую составляющую.

В ГИС используется принцип наложения на один и тот же про­странственный контур слоев разнообразной тематической информации о территории. Это позволяет моделировать процессы и явления, отслеживать изменения их состояния во времени, быстро и наглядно представлять результаты. Последнее особенно актуально в связи с появлением программных продуктов, возникших в результате слияния географических программных средств и Интернета, появления «Интернет-картографии».

Использование географических модулей, встроенных в территориальные ИМС для пространственно-временного анализа статистических данных, в комплексе с методами математического моделирования и эпидемиологического анализа неинфекционных заболеваний позволяет:

1) эффективно выявлять локусы повышенной распространенности тех или иных заболеваний в связи с обусловливающими их неблагоприятными экологическими воздействиями;

2) точнее определять прогноз ситуации;

3) своевременно принимать управленческие решения о приоритетном проведении природоохранных, медицинских, санитарно-гигиенических, оздоровительных и профилактических мероприятий.

Так, в ходе исследований бронхиальной астмы у детей, проведенных Ю. JI. Мизерницким и соавт. (2003) в ряде промышленных городов с использованием географических информационных систем, была продемонстрирована возможность выявления микрорайонов с повышенной распространенностью этого заболевания. При этом выявлена тесная связь с загрязнением окружающей среды, расположением промышленных предприятий и транспортных магистралей.

Большое удобство представляет возможность визуального анализа различных статистических показателей в разных регионах.

Наглядное сопоставление показателей заболеваемости и распространенности болезней, смертности от них в различных территориях России позволяет проследить региональные особенно­сти динамики исследуемых показателей, связанные с климато­географическими, экономическими, медико-организационными аспектами (наличием специализированных центров, укомплекто­ванностью квалифицированными кадрами и т.д.).

Доступ к необходимой информации в ГИС оформляется через запросы, в том числе к удаленным БД.

Географические программные средства совмещают преимущества обработки данных, которыми обладают базы данных, с наглядностью карт (пространственное представление информации с использованием цветовой гаммы в выбранном масштабе), схем и графиков. Графики и схемы могут выводиться непосредственно на карту.

Географические информационные системы обеспечивают наглядность и быстрый анализ информации, что особенно удобно для получения ЛПР быстрого общего впечатления о ситуации или при обсуждении вопросов в процессесовещаний.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение территориальной ИМС.

2. Охарактеризуйте структуру территориальной ИМС.

3. Назовите функции территориальной ИМС.

4. Как обеспечивается интеграция данных в территориальных ИМС?

5. Что обеспечивают горизонтальные связи в территориальных ИМС?

6. Какие возможности предоставляет включение моделей в состав тер­риториальных ИМС?

7. Дайте определение геоинформационной системе.

8. Какие преимущества предоставляют ГИС?

Тема 8

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

Понятие телемедицины

Телемедицина и Интернет, не являясь в прямом смысле составными частями медицинской информатики, характеризуются общими тенденциями развития.

Создание региональных и федеральных сетей опирается на достаточно мощные коммуникации. И по мере перехода к высокоскоростным каналам и развитию широкополосного Интернета формируется техническая основа для интеграции ИМС, телемедицины и Интернета, т.е. переход к системе, получившей название e-Health - электронное здравоохранение.

Организация медицинских телеконсультаций - стратегически важная задача практического здравоохранения, решение которой «приблизит» высококачественную медицинскую помощь к населению удаленных районов и обеспечит постоянное повышение уровня квалификации врачей.

Телемедицина в России явилась логическим продолжением дистанционного консультирования больных с использованием телефонных и радиоканалов, которые широко применялись в бывшем Советском Союзе в 1960 - 1970-х гг. Но, в отличие от заочного анализа ограниченного набора поступающих данных (в первую очередь ЭКГ) телемедицина предполагает интерактивный обмен, в том числе мультимедийной информацией (графические изображения, аудио, видео).

По определению ВОЗ телемедицина - это метод предоставления услуг по медицинскому обслуживанию там, где расстояние является критическим фактором. Причем предоставление услуг осуществляется представителями всех медицинских специально­стей с использованием информационно-коммуникационных тех­нологий после получения информации, необходимой для диагностики, лечения и профилактики заболевания.

Телемедицина - это не еще одна новая медицинская дисциплина, не новый метод, а способ дистанционного обмена данными в реальном (или условно реальном времени), встраиваемый в систему практического здравоохранения, образование и медицинскую науку; это высокоспециализированная помощь в любой точке, прямое управление в экстремальных ситуациях и дистанционное телеобучение в целях обеспечения непрерывного повышения квалификации. Полный спектр телемедицинских и Интернет-ус­луг включает:

• консультации больных в целях диагностики, лечения и реабилитации;

• анализ результатов инструментальных, радиологических, функциональных и лабораторных исследований;

• дистанционное обучение и повышение квалификации, освоение новых методов диагностики и лечения без отрыва от основного места работы;

• тиражирование опыта ведущих медицинских центров, в том числе в процессе интерактивного обсуждения больных с ведущими специалистами;

• информационно-методическое обеспечение путем создания web-серверов, содержащих сведения диагностического, лечебного и организационно-методического характера, библиографической информации;

• пропаганду медицинских знаний;

• информационную поддержку организационных решений для ситуационного управления в административно-клинических целях, включая выбор адекватных мер и способов оказания помощи, отвечающих масштабам катастрофы, при чрезвычайных си­туациях;

• выход в интегрированные медицинские сети (территориальные и по разделам медицины) для оперативного доступа ко всей сумме медицинских данных наблюдаемых пациентов.

Среди приоритетов Европейского Союза в программе «Технологии информационного общества» (Europeand Global Information Society Recommendations of the high-level group on the information society to the Corfu European Council (Bangemann Group) European Commission, 1994), начало которой было положено в 1994 г., названы виртуальные лечебные учреждения, предлагающие гражданам индивидуальное медицинское обслуживание и различные телемедицинские системы для охраны здоровья населения. Под виртуальными лечебными учреждениями в настоящее время понимают возможность проведения консультаций в режиме on-line, создания локальных сетей «пациент-врач», сбора данных о пациенте в электронную форму, которая может содержать оцифрованные изображения, рекомендации врача, рецепты и т.д. Европейский виртуальный госпиталь в Финляндии включает также электронную выписку рецептов, получение лекарств по которым возможно в аптеках, входящих в сеть виртуального госпиталя

Этапы становления Российской телемедицины.

На первом этапе становления отечественной телемедицины (1960 - 1990-е гг.) появились такие достижения, как телеметрическая оценка параметров жизнедеятельности космонавтов, меж­дународные телемедицинские проекты по поддержке врачей, ока­зывавших помощь пострадавшим при землетрясении в Спитаке (1988) и техногенной катастрофе под Уфой (1989), первые отече­ственные телемосты, организованные в консультативных целях Институтом медико-биологических проблем РАН для медицинских учреждений Сибири. Этот этап характеризуется недоступностью телемедицинских технологий для массового применения в ЛПУ страны.

На втором этапе (1995 - 2000 гг.) началось формирование те­лемедицинских центров в федеральных клинических медицинских учреждениях и ведущих стационарах отдельных регионов; проводился эксперимент по дистанционному контролю состояния здоровья участников антарктической экспедиции на станции «Восток».

На третьем этапе (2001 - 2005 гг.) в субъектах Российской Федерации активно создавались территориальные сети, обеспечившие вовлечение центральных районных больниц в телемедицину; была представлена отечественная система «Телемедицина катастроф» для поддержки врачей полевого педиатрического госпиталя в Чеченской республике.

На четвертом этапе (с 2006 г.) началось формирование региональных сетей по федеральным округам, создание передвижных телемедицинских систем, базирующихся на автомобилях, поездах, судах, вертолетах.

Телеконсультирование, теленаблюдение и телепомощь.

Чрезвычайно важно организовывать телемедицинскую консультативную помощь в отношении социально значимых и трудно дифференцируемых заболеваний. Телеконсультации и телеконсилиумы с участием группы врачей-специалистов проводятся в следующих ситуациях:

1) диагностические сложные случаи;

2) угрожающие жизни состояния;

3) оказание медицинской помощи при чрезвычайных ситуациях;

4) анализ данных функциональных, радиологических, инструментальных и лабораторных исследований;

5) выбор и коррекция лечебной тактики, включая оперативные методы лечения;

6) направление на госпитализацию в специализированные медицинские центры (выбор оптимального периода для лечения и учреждения для госпитализации);

7) реабилитация больных в отдаленном периоде после сложных операций или применения высокотехнологичных методов консервативного лечения, проведенного в удаленных медицинских центрах.

Использование возможностей телемедицины для консультиро­вания включает следующие варианты:

• видеоконференции, обеспечивающие интерактивный аудио­визуальный контакт двух или более участников в процессе телеконсультации;

• обмен медицинскими данными в цифровой форме (неподвижные изображения, текст, видеофрагменты, аудиофайлы и т.д.) между лечащим врачом и консультантом по электронной почте (или через Интернет-сервер) отсроченные телеконсультации в режиме off-line, при которых осуществляется заочное консультирование больных;

• Интернет-медицина как частный случай телемедицины - получение так называемого «второго мнения» от любого (не конкретного) врача при размещении вопроса и медицинской информации на специализированном форуме (web-странице); такие телеконсультации также являются заочными отсроченными, но адресованы не в конкретное учреждение, а к медицинскому сообществу в целом.

Видеоконференции, т. е. интерактивные консультации в режиме реального времени (on-line), имеют существенные преимущества. Они обеспечивают возможность совместного обсуждения больного лечащим врачом и консультантом при визуальном анализе всего комплекса медицинских данных пациента, включая визуальные (эхограммы, рентгенограммы и т.п.). Это позволяет консультанту наблюдать больного в динамике, например характер движений при костно-мышечной и неврологической патологии, поведение пациента в процессе беседы при психических заболеваниях, разнообразные фенотипические проявления, имеющие существенное диагностическое значение при наследственных заболеваниях и врожденных пороках развития. Обсуждение имеет особенно большое значение, так как лечащий врач, на котором остается ответственность за больного, должен обязательно понимать логику принятия решений консультантом, а не просто принимать или не принимать во внимание его мнение, изложенное или высказанное в рекомендации/заключении.

Возможность консультаций в режиме реального времени позволяет наряду с плановыми сеансами проводить экстренныетелеконсультации, что особенно важно при неотложных состояниях, в том числе в чрезвычайных ситуациях. Телеконсультации могут проводиться и с использованием первичной объективной информации, получаемой непосредственно во время видеоконференции. Условием для этого является использование электронного стетоскопа, а также специализированных видеокамер, например для дерматологии, оториноларингологии, офтальмологии, гинекологии, что все шире используется за рубежом.

Видеоконференции способствуют повышению квалификации лечащих врачей как следствие обучения «на примерах» - в процессе обсуждения медицинских данных конкретного больного. Эффективность телемедицинских консультаций в значительной степени определяется уменьшением числа больных, направляемых для госпитализации в ЛПУ более высокого уровня и продолжением лечения на месте в соответствии с полученными рекомендациями.

В настоящее время идет процесс дифференциации клинической телемедицины: оформились телехирургия, телекардиология, теледерматология, телереабилитология и др. Формирование отдельных направлений обусловлено как спецификой самих специальностей, так и особенностями отображения и передачи данных при дистанционном консультировании.

Телерадиология - это передача радиологических изображений (данных ультразвукового исследования (УЗИ), компьютерной томографии (КТ), магнитно-резонансной томографии (МРТ) и др.) в электронной форме с целью их интерпретации и (или) консультации. Возможно и прямое участие дистанционного консультанта в проведении обследования с рекомендациями, например, о расположении датчика при УЗИ. За рубежом телерадиология является одним из наиболее распространенных приложений телемедицины. Ее быстрому продвижению способствовало появление системы архивации и передачи изображений (Picture Archiving and Communication System - PACS) и международного стандарта для растровых изображений DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine - передача цифровых изображений в медицине).

Телепатология - это дистанционная оценка микроскопических препаратов (гистологических, цитологических) либо в отсроченном, либо интерактивном режиме. При последнем варианте удаленный консультант не просто рассматривает изображение микропрепарата, передаваемое ему из консультирующегося ЛПУ, но и может при наличии специальной техники и программного обеспечения самостоятельно дистанционно перемещать исследуемый препарат в желаемом направлении для оценки не одного, а нескольких полей зрения микроскопа.

Телепсихиатрия - это интерактивное дистанционное общение врача с пациентом в целях диагностики и лечения в следующих случаях:

1) контроль эффективности терапии после выписки из психиатрического стационара;

2) оказание помощи на расстоянии пациентам с психическими заболеваниями, находящимся в больницах общего профиля, санаториях, местах заключения;

3) дистанционное проведение сеансов психотерапии и когнитивно-поведенческой терапии;

4) консультации школьников с отклонениями поведения и проблемами обучения непосредственно в учебных заведениях.

Телеанестезиология базируется на сочетании телемониторинга состояния оперируемого пациента, видеоконференцсвязи и видеомониторинга операции. Такой симбиоз может явиться составной частью разрабатываемых интегрированных мониторно-компьютерных визуализирующих систем для хирурга и анестезиолога. Появляется уникальная возможность в реальном времени через Интернет контролировать динамику физиологических параметров пациента во время операции с визуализацией операционного поля через web-камеру. Реализованная в Российском научном центре хирургии РАМН система обеспечивает врачу возможность получать автоматически формируемые сообщения о проводимой операции и текущих параметрах гемодинамики больного. При необходимости главный анестезиолог, также получающий всю информацию, может связаться с врачом-анестезиологом в конкретной операционной, обсудить текущую ситуацию и дать необходимые указания.

Телемедицинская поддержка участников антарктических экспедиций включает:

1) автоматическую/полуавтоматическую регистрацию электро-физиологических, тактильных, субъективно-описательных и других показателей с помощью приборов, входящих в состав модульной станции для оказания экстренной консультативно-диагностической помощи;

2) автоматическую и полуавтоматическую обработку и анализ полученных данных;

3) экспертную оценку функционального состояния обследованных пациентов по результатам обработки данных;

4) выдачу рекомендаций для коррекции функционального состояния;

5) мониторинг процесса коррекции функционального состояния полярников.

Телемониторинг как вариант теленаблюдения за пациентами предполагает профилактический и постгоспитальный контроль физиологических показателей, например у беременных женщин, хронических больных и инвалидов, находящихся вне пределов ЛПУ.

Телепомощь (telecare) с использованием видеоконференцсвязи - домашняя или персональная телемедицина ориентирована на оказание помощи в таких местах и ситуациях, когда рядом с пациентом нет медицинских работников. Домашняя телемедицина включает консультативную медицинскую помощь, психологическую и социальную поддержку, удаленное видеонаблюдение за лежачими больными, включая контроль за приемом лекарств. Она нашла широкое применение в вопросах мониторирования состояния больных с сахарным диабетом, артериальной гипертензией, аритмиями и т. п.

Социальные устройства способны передавать текущие данные, полученные с помощью тонометров, электрокардиографов, глюкометров и других приборов, по сети Интернет на сервер соответствующей клиники, где показатели становятся доступны лечащему врачу. При резком изменении показателей (порог изменения устанавливается индивидуально для каждого больного) в автоматическом режиме оповещается лечащий врач или служба скорой помощи. Дистанционный патронаж беременных позволяет осуществлять постоянный физиологический контроль эмбрионального развития (например, на основании мониторинга частоты сердечных сокращений плода). Это дает возможность оценивать состояние плода, например при стрессовом воздействии, с которым достаточно часто сталкиваются беременные.

В США ежедневно осуществляется 1,5 млн. сеансов телепомощи на дому. При этом медицинская сестра, обслуживающая традиционным способом пять-шесть пациентов, с помощью телемедицинских технологий может помочь 15 - 25 пациентам. Европейское сообщество в рамках проекта Технологии информационного общества (Information Society Technologies) реализует систему @Ноте для дистанционного мониторинга пациентов после выписки из клиники и для контроля состояния хронических больных. Платформа @Ноте обеспечивает в удаленном режиме (на дому) слежение за температурой, артериальным давлением, частотой пульса и другими витальными, но легко определяемыми параметрами.

О выявленных тревожных симптомах система немедленно оповещает персонал клиники. Предполагается, что применение таких систем будет способствовать сокращению продолжительности стационарного лечения на 30 %.

Понятие «персональная телемедицина» лучше всего раскрывается на примере мониторинга у альпинистов витальных признаков (содержания кислорода в крови, частоты сердечных сокращений, температуры кожи на разных участках) с помощью специальных сенсоров, закрепленных на их теле, и, при необходимости, видеоизображения. Менее экзотическое использование - возможность передачи своих физиологических данных из отдаленных от медицинских учреждений мест и получение квалифицирован­ного совета по первой помощи.

К телепомощи медицинским работникам и спасателям можно отнести телеманипуляции, теленаставничество и «телеподсказки» (советы первой помощи).

Телеманипуляции - это дистанционное управление манипуляторами в режиме видеоконференции при проведении исследований больных (например, управление зондом при УЗИ) и операций (так называемая робото хирургия - robotic surgery). Современные хирургические манипуляторы способны в некоторой степени «оптимизировать» свои движения по сравнению с движениями рук человека, т. е. свести к минимуму тремор для обеспечения максимально прямой линии разреза кожи или тканей. Для дистанционной хирургии разработаны также специальные системы стереозрения, представляющие собой две видеокамеры, имитирующие бинокулярное зрение, что позволяет наблюдать операционное поле в трехмерном виде.

Внутрибольничная телемедицина - еще одно направление в области телемедицинских технологий. В цифровых диагностических кабинетах и операционных (ЦЦКО; Digital Operation Room - DOR) вся информация переводится в цифровой вид. При этом врачи получают доступ к любым данным пациентов, хранящимся в ИМС ЛПУ. Одновременно они могут в режиме реального времени обращаться к другим врачам своего или другого медицинского учреждения, которые имеют возможность непосредственно со своих рабочих мест провести консультацию в тот момент, когда она необходима, в частности в процессе хирургического вмешательства. Это возможно благодаря тому, что ЦЦКО имеет функцию так называемого «рабочего стола», с помощью которого проводится совместный анализ медицинских изображений.