Telemedicína a komunikační standardy pro zpracování biomedicínské informace Karel Zvára 1

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

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 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)

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)

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 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)

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

HL7 verze 3 RIM DIM MT Storyboard

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 10010011.11100111.00000111.10001010 Síťová maska 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 Adresa 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 – 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)

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 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“)

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 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