Разработка региональной телемедицинской информационной системы ханты-мансийского автономного округа
На правах рукописи
УДК 519.15; 004.657
Царегородцев Александр Леонидович
РАЗРАБОТКА РЕГИОНАЛЬНОЙ
ТЕЛЕМЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО
АВТОНОМНОГО ОКРУГА
05.13.01 - системный анализ, управление и обработка
информации (технические науки)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Барнаул – 2006
Работа выполнена в Югорском научно-исследовательском институте информационных технологий
Научный руководитель: кандидат физико-математических наук Горлов Николай Владимирович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Поляков Юрий Александрович
кандидат физико-математических наук,
доцент Семенов Сергей Петрович
Ведущая организация: Институт прикладной информатики Томского государственного педагогического университета (г. Томск)
Защита диссертации состоится 14 ноября 2006 г. в 1000 часов на заседании регионального диссертационного совета КМ 212.004.01 в Алтайском государственном техническом университете им. Ползунова по адресу: 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46.
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова.
Автореферат разослан «10» октября 2006 г.
Ученый секретарь регионального
диссертационного совета
кандидат экономических наук, доцент А.Г. Блеем
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. Проблема повышения качества медицинской помощи является приоритетной задачей нашего общества и занимает одно из центральных мест в политике Российского государства. Высокий уровень здравоохранения является залогом качества жизни населения, что в свою очередь является основой безопасности нации как важнейшего условия суверенитета государства, его внутренней политики и независимости в международных отношениях. При этом особое значение имеет возможность интеграции информационных систем и систем телекоммуникаций как средства повышения эффективности медицины за счет более интенсивного развития телемедицинских технологий, обеспечивающих медику удаленный доступ к современным медицинским ресурсам, в том числе, международным.
Основными причинами, препятствующими очным медицинским консультациям в окружных и федеральных центрах являются: тяжелое состояние здоровья пациента, высокая стоимость проезда и проживания, невозможность длительного отсутствия на работе, отсутствие транспортного сообщения и т.д. По тем же причинам ограничены возможности в получении различных видов высокоспециализированной консультативной медицинской помощи у жителей наиболее отдаленных районов, даже если такие консультации могут быть оказаны в региональных медицинских центрах.
Одним из главных достоинств телемедицины является возможность приблизить высококвалифицированную и специализированную помощь работников ведущих медицинских центров к отдаленным районам и, тем самым, существенно сэкономить затраты пациентов. Все вышесказанное обуславливает актуальность проведения исследований и разработки региональной телемедицинской информационной системы (РТИС), в том числе, в условиях Ханты-Мансийского автономного округа (ХМАО).
Цель диссертационного исследования заключается в разработке региональной телемедицинской информационной системы в условиях Ханты-Мансийского автономного округа, направленной на повышения качества медицинских услуг в регионе.
Для достижения указанной цели в диссертационной работе потребовалось решение следующих задач:
- Исследовать предметную область телемедицинских информационных систем.
- Провести анализ проблем развития телемедицины и обобщить опыт создания существующих телемедицинских информационных систем.
- Обосновать перечень задач региональной телемедицинской информационной системы подлежащих информатизации в условиях Ханты-Мансийского автономного округа.
- Обосновать концептуальные положения создания и развития региональной телемедицинской информационной системы Ханты-Мансийского автономного округа.
- Разработать конструкцию (состав элементов, принципы их взаимодействия) системы, структуру базы данных и схему информационных потоков.
- Разработать программное обеспечение телемедицинской информационной системы, использующее принципы микроядерной архитектуры и технологию XML-контейнеров.
- Провести апробацию разработанной телемедицинской информационной системы в структуре здравоохранения Ханты-Мансийского автономного округа.
Объект исследования. Объектом диссертационного исследования служит региональная телемедицинская информационная система ХМАО.
Предметом исследования являются информационные и коммуникационные технологии, направленные на повышение эффективности функционирования региональной телемедицинской информационной системы ХМАО.
Теоретические и методические основы исследования: Для решения поставленных задач использованы методы теории управления, системного анализа, теории информационных и телекоммуникационных систем и технологий.
Научные результаты диссертации и их новизна состоят в следующем:
- Проведено обоснование предметной области и анализ проблем развития телемедицинских информационных систем. Обобщен опыт создания существующих телемедицинских информационных систем, обоснован перечень задач региональной телемедицинской информационной системы подлежащих информатизации в условиях ХМАО.
- Разработана база данных подсистемы «Перинатальный аудит» с использованием XML-контейнеров, позволивших упростить структуру базы данных и увеличить скорость обмена данными между клиентскими формами и базой данных.
- Предложен метод построения подсистем телемедицинской информационной системы базирующийся на микроядерной архитектуре. В рамках этого метода разработаны подсистемы «АРМ Администратор» и «Перинатальный аудит».
- Проведена разработка проекта региональной телемедицинской информационной системы для условий Ханты-Мансийского автономного округа и предложена территориально распределенная организационная структура для ее сопровождения и последующего развития.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическое значение результатов диссертационного исследования заключается в разработке концептуальной модели территориально распределенной информационной системы, учитывающей особенности объекта исследования.
Практическое значение результатов диссертации состоит в разработке и реализации конкретной региональной системы информатизации задач телемедицинских консультаций, функционирующей в Ханты-Мансийском автономном округе.
Методические подходы к разработке региональной телемедицинской информационной системы и программный продукт могут использоваться в других регионах России.
Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:
- Перечень задач, состав, структура и принципы взаимодействия элементов региональной телемедицинской информационной системы, предназначенной для использования в здравоохранении Ханты-Мансийского автономного округа.
- Принципы построения телемедицинской информационной системы и разработки программного обеспечения, базирующегося на микроядерной архитектуре, а также базы данных, основанной на использовании XML-контейнеров.
- Результаты апробации телемедицинской информационной системы на примере Ханты-Мансийского автономного округа.
Апробация диссертационной работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на III Всероссийской научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии в машиностроении» (Бийск, 2004); V Всероссийской научно-технической конференции «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях» (Бийск, 2004); III Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование» (Анджеро-Судженск, 2004); на международных конференциях «Прогрессивные технологии развития» и «Составляющие научно-технического прогресса» (Тамбов, 2004); на IV научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития инфокоммуникаций в Ханты-Мансийском автономном округе – Югре» (Ханты-Мансийск, 2005); V юбилейной межрегиональной конференции «Информационные технологии и решения для «Электронной России» (Ханты-Мансийск, 2006).
Результаты диссертационной работы используются в Югорском НИИ информационных технологий, Окружной клинической больнице и в ряде других лечебно-профилактических учреждениях Ханты-Мансийского автономного округа.
Публикации и вклад автора. Основные результаты диссертации опубликованы в 9 печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата. Исследования, представленные в диссертации, выполнены автором лично. Постановка задач, обоснование и разработка их решений также проводились при личном участии автора.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,
3-х глав, заключения, списка используемой литературы и приложения. Работа изложена на 169 страницах, включает 11 таблиц и 32 рисунка.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении раскрывается актуальность выбранной темы, определяются цели, задачи, объект и предмет исследования, характеризуются методические подходы выполнения исследований, раскрывается, научная новизна и формулируются основные положения диссертационной работы, выносимые на защиту.
В первой главе обсуждаются основные проблемы создания региональной телемедицинской информационной системы.
Исследуется предметная область телемедицинского консультирования как формы социальной защиты интересов населения округа в охране здоровья, даются определения основных понятий и терминов, рассматривается история становления и развития телемедицинского консультирования в мировой и российской практике. В диссертации сформулирована основная задача телемедицины, которая заключается в применении дистанционной диагностики, позволяющей приблизить высококвалифицированную и специализированную помощь специалистов ведущих медицинских центров в отдаленные районы.
В работе рассматриваются основные направления в применении телемедицинских технологий, такие как видеоконсультации больных, анализ данных функциональных исследований, телеобучение и телеконференции, тиражирование опыта ведущих медицинских специалистов, обеспечение доступа к специализированным базам данных на хронических больных. Показывается, что одним из важных методов повышения эффективности телемедицины является использование современных информационных и коммуникационных технологий обеспечивающих оперативный доступ к информации, находящейся в распределенных или удаленных базах данных, предоставляющих возможность повышения квалификации медицинским работникам, находящимся вне учебных центров, а также позволяющих более оперативно и обоснованно решать административные задачи здравоохранения.
Анализируется рынок телемедицинских услуг в России и за рубежом. Проводится обзор основных отечественных и зарубежных телемедицинских проектов. Отмечаются два главных недостатка, присущих рассматриваемым проектам: одни из них требуют наличия высокоскоростных каналов связи, а другие характеризуются отсутствием системы накопления информации по проведенным консультациям, что служит препятствием для аналитической обработки результатов проведенных консультаций.
Для обоснования состава задач, решаемых создаваемой системой, и структур баз данных исследуются принципы стандартизации в телемедицине. Рассматриваются американский специальный стандарт ведения электронной истории болезни HL7 (Health Level 7) и стандарт DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), который предназначен для передачи медицинских изображений, получаемых с помощью различных аппаратов лучевой и иной диагностики. Подробно обсуждаются форматы представления текстовой, графической, аудио и видео информации и формулируются требования по выбору форматов представления медицинской информации для использования в телеконсультациях.
Для выбора аппаратно-технической базы проекта РТИС ХМАО рассматриваются основные аппаратные средства проведения телеконсультаций такие, как телемедицинский терминал и каналы связи. В качестве телемедицинского терминала рекомендуется использовать персональный компьютер, оснащенный необходимыми аппаратными и программными средствами для проведения видеоконференций. Анализируются два способа проведения телеконсультаций. В первом случае два телемедицинских терминала связываются, друг с другом с помощью какого-либо канала связи и проводится видеоконференция с обсуждением проблем в режиме реального времени. Второй вариант заключается в проведении отложенной консультации, не требующей прямого соединения и, следовательно, большой пропускной способности канала, что предпочтительно для удаленных от центра медицинских пунктов, которые не имеют высокоскоростных каналов связи.
В качестве основных каналов связи рассматриваются цифровые сети ISDN (Integrated Services Digital Network) и аналоговые некоммутируемые линии с передачей данных по транспортному протоколу TCP/IP. Обсуждаются достоинства и недостатки этих каналов.
В диссертации подробно рассматривается проблема защиты информации в компьютерных системах и проблема безопасности в глобальных сетях. В качестве простейшего способа защиты данных пациента рекомендуется передавать медицинские сведения врачу-консультанту, опуская паспортные данные и адрес проживания больного.
Выбранный состав задач РТИС, подлежащих информатизации приведен в таблице 1.
Таблица 1.
Задачи телемедицинской информационной системы, подлежащие информатизации
| № п/п | Наименование задачи | Содержание |
| 1 | Организация заявки на проведение консультации. | Ввод паспортных данных пациента, истории болезни и анамнеза, включая изображения, полученные с использованием медико-диагностической аппаратуры. Ввод вопросов к врачу-консультанту. |
| 2 | Организация обмена данными телеконсультации между пользователями системы и центром телемедицинского сервиса. | Формирование электронного сообщения на основании введенных данных о консультации и передача его по каналам связи в центр телемедицинского сервиса (ЦТС). |
| 3 | Контроль и координация процесса телеконсультирования. | Регистрация медицинских учреждений, пользователей системы консультирования. Анализ качества сформированного запроса на консультацию, направление запроса на консультацию консультанту. Контроль прохождения консультации и основных параметров функционирования информационной системы. |
| 4. | Организация ответа консультанта на консультацию. | Обеспечение режима просмотра медицинских данных по консультации и ввода ответа на консультацию. Передача сформированного ответа в ЦТС и врачу-донору консультации. |
| 5. | Документирование процесса телеконсультирования. | Сохранение данных консультаций в базе данных ЦТС. Ведение протокола прохождения консультаций. Определение статистических показателей работы системы. |
В предлагаемом проекте РТИС новыми по отношению к аналогичным информационным системам являются задачи централизованного хранения данных о телемедицинских консультациях и координирования их прохождения, что направлено на повышение качества предоставляемых услуг. Так же в работе предложен ряд новых проектных решений, повышающих эффективность функционирования самой информационной системы.
Вторая глава посвящена обоснованию концептуальных положений создания и развития РТИС ХМАО, описано проектирование ее конструкции на основе системного анализа, перечислены основные этапы создания системы и очередность их реализации.
Сформулированы основные положения концепции создания региональной телемедицинской информационной системы Ханты-Мансийского автономного округа. РТИС ХМАО рассматривается нами как система информационных технологий, используемых в процессе работы с информацией при телемедицинском консультировании. Основной целью создания РТИС ХМАО является удовлетворение информационных потребностей лиц, принимающих решения по лечению населения в удаленных малонаселенных районах округа. Достижение данной цели требует структуризации и формализации предметной области РТИС. Структура системы определяется как совокупность элементов системы и регламентов их функционирования в конкретной среде, обеспечивающих решение проблемы по заданным целям с учетом имеющихся ресурсных ограничений. Система рассматривается как саморазвивающаяся с длительным периодом функционирования.
В работе проводится структуризация цели создания РТИС ХМАО, и определяются функции, реализующие дерево целей.
Обсуждаются основные требования к конструкции РТИС ХМАО. Конструкция РТИС ХМАО как саморазвивающейся системы должна обеспечить выполнение следующих задач: а) научно-методическое обеспечение работ по созданию, развитию и функционированию РТИС ХМАО; б) поэтапное создание и развитие технологий информационного обеспечения телемедицинского консультирования населения округа для условий конкретного региона; в) создание материально-технической базы РТИС ХМАО; г) подготовку специалистов для выполнения задач РТИС ХМАО. Главным элементом конструкции эффективно функционирующей РТИС ХМАО, по нашему мнению, выступает региональный центр. Здесь же рассматриваются внешние условия, действующие на входе создаваемой системы.
Формулируются основные этапы проектирования и создания системы, и дается перечень необходимых программно-технических средств.
Описывается порядок создания РТИС ХМАО и рассматривается ее территориальная структура, которая представляет собой информационное пространство, объединяющее субъекты РТИС ХМАО. Субъектами РТИС являются телемедицинский центр, центр телемедицинского сервиса и удаленные лечебно-профилактические учреждения (ЛПУ). Все подсистемы выступают одновременно и как потребители, и как источники новой информации.
В диссертации описываются этапы проектирования информационных систем и различных подходов к их рализации.
В качестве основного подхода к решению задач, возникающих при проектировании телемедицинских информационных систем, предлагается использовать методологию, в соответствии с которой все прикладные задачи делятся на два класса: класс ранее формализованных задач и класс уникальных задач, дополняющих и расширяющих функциональные возможности организованных таким образом автоматизированных рабочих мест (АРМов) (Титаренко Ю. И., 1995). Формализованные задачи адаптируются к условиям реализации и внедряются в первую очередь. Специфические задачи разрабатываются и отлаживаются на информации, полученной при решении задач первой очереди, и расширяют область использования АРМа.
При проектировании информационного обеспечения объектов с непрерывно-дискретным режимом функционирования предлагается использовать формальные модели, разработанные для автоматизированного управления гибкими производственными системами (ГПС) (Кулинич А.С., Лескин А.А., Мальцев П.А, 1995). При этом необходимо выбрать методы моделирования данных и использовать его во всех проектах разработки баз данных.
Среди различных методов проектирования информационных систем (см., например, Буч Г., 2000; Peters L., 1981), на наш взгляд, наибольший интерес представляют такие методы, как: а) метод структурного проектирования и соответствующие функциональные диаграммы; б) метод потоков данных; в) метод диаграмм "сущность-связь". В работе дается краткая характеристика каждого этапа проектирования, и описываются методики, применяемые на соответствующем этапе.
Для построения функциональных диаграмм предлагается использовать методику SADT (Structured Analysis and Design Technique) (см. например, Йордан Э., 1999), а дальнейшее их уточнение проводить с помощью DFD-диаграмм (Data Flow Diagrams) (Джексон М., 1983). На этапе логического и физического проектирования предлагается применять ER-модели (Entity-Relationship) (см. например, Вендерова А.М., 1998).
Последовательная реализация всех этапов проектирования позволяет успешно решить задачи проектирования и создания информационной системы на основе формальных алгоритмов, описаний и разработки систем автоматизированного проектирования программ, таких как CASE-технологии (Computer-Aided Software Engineering) (Калянов Г.К., 1996).
В диссертации детально обоснована функциональная структура РТИС ХМАО, на базе которой с помощью выбранной методики SADT конструируется функциональная модель, объединяющая основные процессы взаимодействия между врачами-консультантами, консультируемыми врачами и сервером телемедицинского сервиса. Построенная функциональная модель свидетельствует о том, что в телемедицинской информационной системе присутствуют программируемые части, а также базы данных.
В работе разработана структура диаграмм потоков данных РТИС ХМАО. Структура диаграмм потоков данных РТИС ХМАО, показана на рис. 1. Дается описание каждой подсистемы. В свою очередь, каждая подсистема включает в себя множество самостоятельных модульных элементов, выделенных по функциональному признаку.
Описанная структура диаграмм потоков данных РТИС ХМАО используется для построения самих диаграмм потоков данных региональной телемедицинской информационной системы Ханты-Мансийского автономного округа, которая выделяет основные потоки данных между подсистемами РТИС ХМАО. Накопители данных, описываемые с помощью элементов DFD-диаграмм, служат прототипом базы данных, разрабатываемого проекта РТИС ХМАО.
В диссертационной работе с помощью SADT-диаграмм и диаграмм потоков данных проводится предварительное планирование разрабатываемой базы данных и подсистем РТИС ХМАО, т.е. проводятся подготовительные действия, позволяющие реализовать этапы жизненного цикла приложений базы данных.
Поскольку требования к системе и подсистемам, области их применения и выполняемые функции определены, то два первых этапа проектирования можно считать завершенными.
На основании полученных результатов конструируется логическая и физическая модели базы данных РТИС ХМАО. Построение этих моделей опирается на использование ER-диаграмм.
Логическая модель базы данных РТИС ХМАО приведена в Приложении 1 диссертационной работы, а ее физическая модель вынесена в Приложение 2. Физическая модель учитывает такие особенности базы данных СУБД Oracle, как допустимые типы, наименования полей таблицы, ограничения целостности и т.п. Структура таблиц базы данных с подробным описанием приведена в Приложении 3 диссертации.
В третьей главе представлено алгоритмическое и программное обеспечение оригинальных блоков, а также раскрыта реализация компонентов, формирующих информационную систему РТИС ХМАО.
В диссертации описана структура автоматизированного комплекса центра телемедицинского сервиса (ЦТС) РТИС ХМАО. Данный центр представляет собой пакет взаимосвязанных программ и телекоммуникационного оборудования, работающих по технологии "Клиент-Сервер" и Web. Он предназначен для обслуживания удаленных ЛПУ и телемедицинского центра и позволяет проводить региональные, межрегиональные и международные телеконсультации с использованием медицинских изображений и сопроводительной информации о пациенте в режиме off-line (отсроченных телеконсультаций).
Компонентная модель данного комплекса включает в себя базу данных, обработчик почты, функциональные подсистемы с автоматизированными рабочими местами (АРМ) администратора, консультанта/консультируемого, он-лайнового консультанта, координатора, статистика и перинатального аудита.
Для хранения телемедицинских данных, учитывая большие объемы используемой информации, а также повышенные требования к надежности системы, предлагается использовать реляционную модель базы данных телемедицинской информационной системы ХМАО под управлением СУБД Oracle. При этом на локальном уровне предполагается использование СУБД Paradox.
В диссертации подробно рассматриваются функциональные подсистемы РТИС ХМАО. Первой рассматривается подсистема АРМ «Администратор». Приводится список функций, поддерживаемых программным обеспечением данной подсистемы. Отличительной особенностью АРМа «Администратор», а также подсистем АРМов «Консультант\консультируемый» и «Перинатальный аудит», является то, что эти подсистемы построены по принципам микроядерной архитектуры. Термин «микроядерная архитектура» обычно используется при описании операционных систем. Микроядерная архитектура является альтернативой классическому способу построения операционной системы, в соответствии с которым все основные функции операционной системы, составляющие многослойное ядро, выполняются в привилегированном режиме. В микроядерных ОС в привилегированном режиме остается работать только очень небольшая часть ОС, называемая микроядром (В. Г. Олифер, 2001). Все остальные высокоуровневые функции ядра оформляются в виде приложений, работающих в пользовательском режиме.
Описываются недостатки и достоинства систем, построенных по принципам микроядерной архитектуры. Недостаток систем, построенных по принципам микроядерной архитектуры, по сравнению с традиционной монолитной архитектурой – это пониженное быстродействие. Это происходит из-за того, что система должна использовать формальные механизмы для получения ресурсов и выполнения каких-либо действий. Те данные, которые в монолитной системе компонент ядра мог просто прочитать из системной области памяти, сервер микроядерной системы вынужден получить от ядра, используя механизмы межпроцессного взаимодействия и т.д. Однако этот недостаток с лихвой перекрывается множеством достоинств микроядерной архитектуры (В. Г. Олифер, 2001), таких как: а) высокая степень модульности и расширяемости; б) стабильность и безопасность; в) простота программирования.
Микроядерная архитектура в подсистемах АРМ «Администратор», АРМ «Консультант/консультируемый» и «Перинатальный аудит» основана на технологии модели объектных компонентов (COM – Component Object Model). COM-модель – это применение единого стандарта для организации связи между объектами, которая не зависит от используемой платформы и языка. Этот стандарт, описывающий как должны работать интерфейсы класса (или объекта) - включая такие вопросы, как, например, работа с памятью или многопоточностью, и каким образом приложения могут использовать компоненты, созданные в стандарте COM (А.,Елманова, 2003). Программные компоненты разрабатываются как отдельные COM-объекты.
Таким образом, ядро в подсистемах АРМ «Администратор», АРМ «Консультант/консультируемый» и «Перинатальный аудит» регистрирует каждый модуль в системе отдельно. Вследствие небольшого размера модулей возможно наращивание отдельных модулей приложения через Интернет. При условии соблюдения определенных правил, разработка модулей может вестись несколькими разработчиками, вследствие чего ускоряется командная разработка приложений.
В диссертационной работе рассматривается подсистема АРМ «Координатор». Это web-приложение написано на языке программирования java. Для взаимодействия с данными из базы данных используются встроенные в СУБД Oracle пакеты, написанные на языке PL/SQL. Приводится список функций, поддерживаемых подсистемой АРМ «Координатор».
В РТИС ХМАО консультанты могут работать в двух режимах - on-line и off-line. В связи с этим комплекс ЦТС включает в себя два отдельных АРМа: «Онлайновый АРМ консультанта» и АРМ «Консультант\консультируемый». Последний обеспечивает обмен медицинскими данными между пользователями и ЦТС посредством электронной почты. Информация, полученная от пользователей РТИС, обязательно фиксируется в базе данных ЦТС. Приводится список функций поддерживаемых подсистемой АРМ «Консультант/консультируемый», работающей в среде операционной системы Windows версии не ниже, чем 9x/NT.
Следующей составной частью РТИС ХМАО является подсистема «Обработчик почты». Данное приложение предназначено для управления потоками почтовых сообщений в РТИС ХМАО (см. рисунок 2). Подсистема «Обработчик почты» разработана с использованием java-технологий. Java-сервлеты взаимодействуют со встроенными в СУБД Oracle процедурами и функциями на языке PL/SQL. Приводится список функций, поддерживаемых «Обработчиком почты», и режимов работы.
Рис. 2. Схема движения данных в РТИС ХМАО
Все данные, поступающие от клиентов в ЦТС, присылаются на выделенный почтовый ящик для входящей почты. Подсистема «Обработчик почты» отслеживает состояние ящика входящей почты на почтовом сервере и обеспечивает конвертирование и перемещение данных в серверную базу данных. После серии запросов к серверной базе данных «Обработчик почты» формирует исходящую почту и помещает ее в почтовые ящики клиентов РТИС ХМАО. Клиенты забирают почту по консультациям из своих почтовых ящиков при очередном сеансе связи.
Следующая подсистема РТИС ХМАО, АРМ «Статистика» также разработана с использованием java-технологий. Java-сервлеты обращаются к встроенным в СУБД Oracle процедурам на языке PL/SQL и составляют статистические отчеты. Перечисляются направления, по которым подсистема АРМ «Статистика» может формировать статистическую отчетность. Вся статистика предоставляется за произвольно выбранный отрезок времени.
Наибольший интерес, на наш взгляд, представляет последний по порядку перечисления АРМ «Перинатальный аудит». Подсистема «Перинатальный аудит» предназначена для информационной поддержки проводимого в регионе динамического наблюдения за течением беременности у женщин, входящих в группу риска по неблагоприятному ее исходу. Отличительной особенностью подсистемы «Перинатальный аудит» является то, что ее данные являются полуструктурированными. Известно, что полуструктурированные данные сложно хранить в реляционной базе данных (Bourret R., 2004), поскольку в этом случае возникает либо много различных таблиц, либо проектируется единственная таблица с множеством пустых колонок. И то, и другое негативно сказывается на продолжительности времени поиска данных и поддержке их целостности в базе. В связи с этим в работе предлагается разрабатывать базу данных подсистемы «Перинатальный аудит» не как реляционную, а как XML-базу данных. Полуструктурированные данные предлагается хранить в XML-контейнерах. Такой подход основан на технологии XML (eXtensible Markup Language - расширяемый язык разметки).
Использование XML-контейнеров для хранения различных медицинских параметров приводит к резкому сокращению числа таблиц и, как следствие, увеличению скорости доступа к базе данных. В Приложениях 4 и 5 приведены логическая и физическая модели реляционной базы данных подсистемы «Перинатальный аудит». В Приложениях 6 и 7 можно увидеть те же самые модели подсистемы «Перинатальный аудит» после применения XML-контейнеров. Сравнение моделей показывает, что использование XML-контейнеров уменьшило число таблиц в структуре базы данных на порядок.
Далее в третьей главе описаны форматы сообщений в РТИС ХМАО. Сначала приводится общая информация о входящих почтовых сообщениях. Тема письма с консультацией, пришедшего на выделенный почтовый ящик входящей почты, соответствует установленному формату, который содержит ID (идентификатор) этапа выполнения консультации, номер письма в серии и количество писем с медицинскими данными в серии, например тема письма - «1.6.89.209.20050115160232020-110-0:1», состоит из составных частей описанных в таблице 2.
Таблица 2
Составные части темы письма с консультацией
| Часть | Название |
| 1.6.89.209.20050115160232020 | UID (уникальный идентификатор) консультации. |
| 110 | ID (идентификатор) этапа выполнения консультации. |
| 0 | Номер письма в серии. |
| 1 | Количество писем с медицинскими данными в серии. |
| .-: | Разделители частей. |
К каждому письму прикрепляется один архивный файл со стандартным именем data.zip. Архив data.zip содержит файл data.ini и файлы данных *.dat.
Файл data.ini имеет формат ini-файла, принятый в Windows для файлов настроек. Каждая секция файла data.ini содержит данные для одной записи в одну из таблиц базы данных. Приводится расшифровка обозначений в названии секции в файле data.ini, описывается структура и форматы записей в файле data.ini. В Приложении 8 приводится пример файла data.ini.
Кроме этого, дается принципиальное описание файлов *.dat и описание процедур, используемых для вставки данных из входящих писем в поля базы. Эти процедуры собраны в пакет PKG_IN_MAIL базы данных.
С помощью описанных форматов достигается уникальность всех писем по консультациям в РТИС ХМАО.
Результаты диссертационной работы внедрены в составе РТИС ХМАО. Программное обеспечение регионального центра телемедицинского сервиса установлено в Югорском НИИ информационных технологий. Рабочие места консультантов/консультируемых установлены в 21 лечебном учреждении округа. Проведена опытная эксплуатация системы. Развитие региональной телемедицинской информационной системы ХМАО ведется в рамках целевой программы реализуемой в соответствии с распоряжением Правительства автономного округа №985-рп «О комплексных мероприятиях по формированию и использованию системы телемедицинских технологий в здравоохранении Югры на 2003-2007 годы».
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Исследована предметная область телемедицинских информационных систем. Показана актуальность и сформулирована основная задача исследования - разработка и внедрение региональной информационной телемедицинской системы Ханты-Мансийского автономного округа, повышающей качество медицинской помощи в регионе за счет внедрения методов дистанционной диагностики, позволяющих приблизить высококвалифицированную и специализированную помощь специалистов ведущих медицинских центров в отдаленные районы.
2. Проведен анализ и обобщен опыт создания существующих телемедицинских информационных систем, обоснован выбор аппаратно-технической базы проекта РТИС ХМАО. Показано что перспективным направлением совершенствования телемедицинских информационных систем на региональном уровне является использование Интернет технологий для выполнения отдельных функций системы, проведения контрольных операций по ее функционированию и для модификации системы территориально распределенных АРМов.
3. Обоснован перечень задач РТИС подлежащих информатизации в условиях Ханты-Мансийского автономного округа. Сформулированы новые по отношению к аналогичным информационным системам задачи централизованного хранения данных о телемедицинских консультациях и координирования процесса прохождения телеконсультаций.
4. Обоснованы концептуальные положения создания и развития региональной телемедицинской информационной системы Ханты-Мансийского автономного округа. Проведена структуризация цели создания РТИС ХМАО и определены функции реализующие дерево целей.
5. Разработаны конструкция системы, структура базы данных и схема информационных потоков. Показано, что главным элементом конструкции, существенно повышающим эффективность функционирования, является региональный центр телемедицинского сервиса, осуществляющий контроль и координацию работы РТИС ХМАО.
6. Проведена разработка программного обеспечения региональной телемедицинской информационной системы. Применяемые при реализации проекта решения, основанные на использовании микроядерной архитектуры и технологии XML-контейнеров, используются в подобных системах впервые.
7. Результаты диссертационной работы апробированы при разработке телемедицинской информационной системы в Ханты-Мансийском автономном округе. Разработанное программное обеспечение установлено в Югорском НИИ информационных технологий и 21 лечебно-профилактическом учреждении округа. Проведена опытная эксплуатация системы.
В настоящее время в округе проводятся мероприятия по развитию системы телемедицины на основе целевой программы, разработанной при участии автора.
ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Горлов Н.В., Царегородцев А.Л. Построение распределенной системы телемедицины для обеспечения работы на межрегиональном уровне // Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: Материалы 4-ой Всероссийской юбилейной научно-практической конференции 23-24 сентября 2004 года / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2004. – С. 197 – 200.
2. Горлов Н.В., Царегородцев А.Л. Разработка АРМ «Статистика» региональной системы телемедицина с использованием современных информационных технологий // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: Межвузовский сборник / Под ред. Г.В. Леонова. – Алт. гос. техн. ун-т. БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2004. – С. 66. – 68.
3. Горлов Н.В., Исаков А.А., Царегородцев А.Л. Оптимизация запросов к базе данных в региональной системе телемедицины при переносе среза базы данных ORACLE в структуру таблиц PARADOX // Ресурсосберегающие технологии в машиностроении: Материалы 4-ой Всероссийской юбилейной научно-практической конференции 23-24 сентября 2004 года / Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2004. – С. 194 – 197.
4. Царегородцев А.Л. Региональная система телемедицины Ханты-Мансийского автономного округа / В кн.: Информационные технологии и математическое моделирование: Материалы III Всероссийской научно-практической конференции (11-12 декабря 2004 г.). Ч.1. Томск: Изд-во Том. Ун-та, 2004. – С. 98 – 101.
5. Горлов Н.В., Царегородцев А.Л. Разработка модуля АРМ «Консультанта-онлайн» региональной системы телемедицины Ханты-Мансийского автономного округа // Прогрессивные технологии развития: Сборник научных статей по материалам международной научно-практической конференции 17-18 декабря 2004 года / Тамбовский гос. техн. ун-т. – Тамбов: Изд-во БМА, ПБОЮЛ Бирюкова М.А., 2004. – С. 109. – 111.
6. Царегородцев А.Л. Информационная система «Перинатальный аудит» как развитие «региональной системы телемедицины» // Составляющие научно-технического прогресса: Сборник материалов международной научно-практической конференции - 22 -23 апреля 2005 года / Тамбовский гос. техн. ун-т. – Тамбов: Изд-во БМА, ПБОЮЛ Першина Т.В., 2005. – С. 190. – 192.
7. Горлов Н.В., Корзников И.А., Пуховец И.А. Царегородцев А.Л. Перинатальный аудит как ведущий элемент автоматизированной системы управления службой родовспоможения регионального уровня (на примере Алтайского края) // Информационные технологии и обратные задачи регионального природопользования: Материалы конференции / Югорский научно-исслед. институт информационных технологий. – Ханты-Мансийск: Полиграфист, 2005. – С. 157 - 159.
8. Дружинин В.А., Горлов Н.В., Царегородцев А.Л., Махнева Т.В. Состояние и дальнейшие пути развития региональной системы телемедицины Ханты-Мансийского автономного округа // Информационные технологии и обратные задачи регионального природопользования: Материалы конференции / Югорский научно-исслед. институт информационных технологий. – Ханты-Мансийск: Полиграфист, 2005. – С. 160 – 163.
9. Царегородцев А.Л., Горлов Н.В. Использование полуструктурированного подхода для построения базы данных региональной телемедицинской информационной системы // Вестник Томского государственного педагогического университета – 2006. – вып. 5(49). «Естественные и точные науки» – С. 115. – 118.
ОАО «Информационно-издательский центр»
628006, Тюменская область, Ханты-Мансийский автономный округ,
г. Ханты-Мансийск, ул. Мира, д.5
Изд. Лиц. ИД № 00426 от 10.11.99. Подписано в печать 04.10.2006.
Формат 60х84/16. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,0.
Тираж 100 экз. Заказ 635.
