CC BY
102
W4MM
1 и информационные
технологии
Медицинские информационные системы
И.В. БОЙЧЕНКО,
к.т.н., доцент, докторант ГОУ ВПО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» (ТУСУР), старший научный сотрудник, Томский филиал Института вычислительных технологий СО РАН (ТФ ИВТ СО РАН), г. Томск, biv@asu.tusur.ru
ПОСТРОЕНИЕ ИТ-ИНФРАСТРУКТУРЫ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПАРАДИГМЫ ОБЛАЧНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ
УДК 004.75
Бойченко И.В. Построение ИТ-инфрасгруктуры здравоохранения на основе парадигмы облачных вычислений (ГОУ ВПО «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники», Томский филиал Института вычислительных технологий СО РАН)
Аннотация: Рассматривается концепция облачных вычислений (ОВ) в применении к решению задач информатизации здравоохранения РФ. Предложены сценарии применения в здравоохранении информационных сервисов ОВ различного уровня (IaaS, PaaS, SaaS). Формулируются вопросы, которые необходимо рассмотреть при внедрении систем ОВ в здравоохранении.
Ключевые слова: распределенны/е системы!, облачные вычисления, информатизация здравоохранения, сервисориентированная архитектура
UDC 004.75
Л.
Boichenko I.V. Construction of IT-infrastructure of health care on the basis of cloud computing paradigm
(«Tomsk State University of Management and radio electronics», Tomsk branch of Institute of Computational Technologies Sibirian Branch of Russian Science Academy)
Annotation: There is considered a concept of cloud calculus as applied for solving problems of informatization of Russian Federation Health Care. There are proposed scenarios of applying informational services of different level cloud calculus (IaaS, PaaS, SaaS) in health care. There are formulated questions, which are to be investigated while implementing systems of cloud calculus in Health care.
Keywords: distributed systems, cloud calculus, informatization of public health care, service- oriented architecture
Введение
Необходимость и актуальность повышения уровня информатизации здравоохранения не требуют особого обоснования. Отрасль здравоохранения в Российской Федерации находится в режиме непрерывных реформ: меняется количественный и качественный состав медицинских услуг и лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ), меняются бизнес-процессы как внутри самих организаций, так и в структуре горизонтальных и вертикальных связей, меняется база законодательных и других регулирующих документов, диверсифицируются формы и источники финансирования и т.д. Естественно, что к техническому обеспечению информационных процессов, сопровождающих деятельность элементов такой сложной организационной системы, как здравоохранение, предъявляются высокие требования. В то же время применяемые сегодня «традиционные» подходы к информатизации отрасли исчерпали свой потенциал.
© И.В. Бойченко, 2011 г.
1 32 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Медицинские информационные системы
www.idmz.ru 201 1 , 1Ча 3
■■■■
рчва
Целью данной статьи является рассмотрение новых подходов к решению накопившихся проблем информатизации здравоохранения в связи с развитием информационных технологий. В частности, будет рассмотрена парадигма облачных вычислений (ОВ) и поддерживающие ее технологии.
Анализ проблемной ситуации и предлагаемые пути решения
Можно выделить следующие субъекты информационного взаимодействия в отрасли здравоохранения:
1) пациент — организации медицинского страхования;
2) пациент — доктор;
3) доктор — доктор;
4) доктор — медучреждение;
5) медучреждение — медучреждение;
6) медучреждение — организации медицинского страхования;
7) медучреждение — организация территориального управления здравоохранения
(ОТУЗ).
В существующих медицинских информационных системах (МИС) в основном реализованы взаимодействия: 4, 6, 7. В основном в одной отдельно взятой организации взаимодействие реализуется с помощью одной или нескольких МИС, которые используют свои собственные форматы представления и хранения данных. Как правило, системы развертываются непосредственно на серверах и рабочих станциях, объединенных локальной сетью. МИС представляет собой клиент-серверное приложение с хранилищем в виде базы данных. Если организация крупная, например, НИИ, то поддержкой МИС занимаются собственные отделы информационных технологий (ИТ), в противном случае поддержкой и разработкой занимаются коммерческие фирмы по контракту. Исторически так сложилось, что процесс информатизации здравоохранения в РФ шел снизу-вверх, то есть организации сами решали задачу с нуля, своими силами,
без существенной координации «сверху». Разрабатываемые таким образом МИС предназначались только для взаимодействия внутри конкретной организации, поэтому необходимости в интеграции или в обеспечении совместимости с другими системами не было. Не было также специальных требований по защите персональных данных и поддержке единых стандартов медицинских записей. В результате такого режима развития МИС за последние 20 лет в здравоохранении возникла ситуация «лоскутной информатизации». Этот термин означает, что имеющиеся «традиционные» информационные системы, во-первых, не покрывают всего поля информационного взаимодействия (например, взаимодействий типа 1-3 и 5); во-вторых, МИС не интегрированы между собой; в-третьих, не соответствуют современным требованиям, в том числе требованиям законодательства.
Приведем два примера, иллюстрирующие последствия «лоскутной информатизации». Первый пример. Пациент, переходя из одной клиники в другую, вынужден носить с собой выписки из истории болезни, а также результаты анализов и другие документы в бумажном виде. Эта информация будет вводиться в МИС другой клиники вручную, доктором или другим персоналом. Второй пример. Известно, что ЛПУ формируют и подают отчеты в вышестоящие организации, а также обмениваются информацией с организациями ОМС. С точки зрения информатики, любой отчет — это агрегированная информация, которую можно формировать автоматически на основе первичных данных. Однако в настоящее время в связи с тем, что локальные МИС ЛПУ и ИС для отчетов и взаимодействия с ОМС не интегрированы, данные переносятся также вручную. Какова достоверность таких отчетов? Какова оперативность их подготовки, особенно с учетом регулярно меняющихся форм отчетности?
Итак, главный вопрос: каким образом можно повысить уровень информатизации
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 33 ■
РЧН
Медицинские информационные системы
и информационные
технологии
ш
> здравоохранения в РФ и привести его в соответствие современным требованиям?
Попробуем представить себе возможные ответы на эти вопросы:
1. Для каждой существующей МИС выполнить модернизацию на соответствие требованиям;
2. На йти новую технологию, на базе которой построить единую инфраструктуру, в рамках которой будут разрабатываться и развертываться новые МИС, полностью соответствующие требованиям;
3. Найти компромисс между 1- и 2-м подходами в зависимости от конкретных условий и ресурсов.
Естественно, что 1-й путь самый трудо- и времяемкий. Маловероятно, что именно он станет преобладающим хотя бы потому, что есть очень много МИС, разработанных «кустарно», и серьезная модификация их будет стоить дороже, чем создание новых. Что касается 2-го направления, то в настоящее время есть все необходимые технологические компоненты, позволяющие создать единую информационную инфраструктуру. По нашему мнению, здесь наилучшим образом подходит концепция облачных вычислений, о которой мы будем говорить дальше. Правильная интерпретация и внедрение этой концепции позволят не ломать полностью прежних наработок, а, наоборот, найти оптимальный путь перехода к системам, соответствующим современным требованиям. И 3-й путь — путь компромисса, наверное, наиболее соответствует современным реалиям. Здесь следует заметить, что 2- и 3-й подходы все-таки говорят о необходимости создания новых технологических решений, но только переход на них можно осуществлять по-разному. Метод «все разом» обычно не работает.
Парадигма и технологии облачных вычислений
Приведем два определения понятия облачные вычисления.
1. Облачные вычисления — это окружение вычислительной среды, включающее множество заинтересованных сторон и предоставляющее измеряемый с различной степенью гранулярности информационный сервис на заданном уровне качества [1].
2. Обла чная обработка данных (облачные вычисления) — это парадигма, в рамках которой информация постоянно хранится на серверах сети Интернет и временно кэшируется на клиентской стороне, например, на персональных компьютерах, игровых приставках, ноутбуках, смартфонах и т.д. [2].
Еще несколько лет назад понятие облачных вычислений было слишком размыто, этот термин часто подменялся другими: GRID, сервис-ориентированная архитектура (СОА) и др. В настоящее время многие понятия, связанные с распределенными вычислениями, обретают четкие контуры.
В первую очередь ОВ — это концепция, охватывающая как организационные, так и технологические аспекты распределенных вычислений. Цель — предоставлять ресурсы для проведения вычислений (на любом уровне) в виде публичного сервиса, оплачиваемого потребителями в зависимости от затраченных времени и ресурсов.
ОВ — это не технология, это парадигма, призванная освободить пользователя или предприятие от необходимости поддерживать полномасштабную IT-инфраструктуру, позволяя решать любые информационно-вычислительные задачи посредством сервисов, доступных в глобальной сети. Такая возможность позволяет снизить непрямые затраты на продукцию и услуги. Стоимость аренды сервисов в долгосрочной перспективе существенно меньше, чем стоимость владения собственной IT-инфраструктурой.
Мировое научное сообщество давно осознало, что облачные вычисления становятся новой парадигмой обработки данных. Университетскими центрами в сотрудничестве с IT-компаниями организованы исследователь-
34 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Медицинские информационные системы
www.idmz.ru 201 1 , 1Ча 3
■■■■
рчва
ские программы по развитию технологической платформы облачных вычислений. Так, в программе OpenCirrus (http://opencir-rus.org/), организованной изначально компаниями Yahoo, Intel и HP, принимают участие Университет Иллинойса в Урбана-Шампейн (США), Технологический институт Карлсруэ (ФРГ), Институт системного программирования РАН (г. Москва) и др. В Евросоюзе (ЕС) предпринимаются объединенные усилия на межгосударственном уровне в рамках шестой и седьмой рамочных программ Еврокомиссии по информационно-коммуникационным технологиям (FP6-ICT, FP7-ICT). Под эгидой ЕС создана экспертная группа по облачным вычислениям, опубликовавшая аналитический отчет о проблемах и перспективах развития технологий ОВ [1].
В нашей стране с 2008 г. действует программа «Университетский кластер», целью которой является развитие и распространение технологий ОВ (http://www.ispras.ru/ru/ unicluster/).
Облачные вычисления ставят глобальную задачу: предоставить сервис вычислений
любого уровня не только на уровне приложений, но и на уровне операционных систем, специализированных вычислительных ресурсов и т.д. Кроме того, ОВ вводят дополнительные (не функциональные) требования к сервису. Так, в [1] отмечается, что системы ОВ должны обладать эластичностью, то есть возможностью задействовать новые физические ресурсы при увеличении и освобождать ресурсы при уменьшении количества пользовательских запросов. Концепция ОВ охватывает большой круг вопросов, связанных с надежностью, адаптивностью, уровнем качества сервиса, и многих других, имеющих отношение к построению и эксплуатации реально действующих систем.
В настоящее время сложились три модели использования сервисов облачных вычислений:
1. Infrastructure as a Service (laaS) — инфраструктура как сервис. IaaS предлагает доступ
к низкоуровневым ресурсам: хранилищам данных, вычислительным устройствам и памяти. Естественно, доступ к таким ресурсам не может осуществляться напрямую. Здесь развиваются технологии виртуализации, использующие специальный управляющий процесс — гипервизор, который обеспечивает выполнение приложений (и даже операционных систем) пользователя в прозрачном режиме. Примеры: (хранилища) Amazon S3, SQL Azure, (вычисления) Amazon EC2, Zimory, Elastichosts.
2. Platform as a Service (PaaS) — платфор-
ма как сервис. Платформа — это прикладной программный интерфейс, обеспечивающий приложению возможность работы в условиях «облаков». Приложение фактически работает под управлением специализированной операционной системы, предоставляемой поставщиком ОВ. Между PaaS и IaaS различие в масштабе ответственности программного слоя. IaaS может только гарантировать определенное количество процессоров или объем памяти, а все остальное должно делать размещаемое пользователем приложение. PaaS — ситуация, когда поставщик фактически заявляет, что приложение пользователя будет работать эффективно, так как операционная система (платформа) оптимизирована для работы в «облаке». Примеры: Force.com,
Google App Engine, Windows Azure (Platform).
3. Software as a Service (SaaS) — приложение как сервис. Поставщик реализует всю бизнесс-логику в рамках определенного приложения. Примеры: Google Docs, Salesforce CRM, SAP Business by Design.
Сценарии применения облачных вычислений в здравоохранении
Можно выделить два направления развития МИС с точки зрения конечного назначения: 1 — системы информационного обеспечения медицинских бизнес-процессов, 2 — аналитические системы поддержки решений;
Так, компании IBM и ActiveHealth Management провели совместную работу по созда-
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 35 ■
РЧН
Медицинские информационные системы
и информационные
технологии
ш
>нию решения Collaborative Care Solution, которое предоставляет врачам и пациентам доступ к информации, необходимой для улучшения общего качества медицинских услуг. Решение не предусматривает дополнительных инвестиций в новую инфраструктуру. Вся информация должна предоставляться через среду облачных вычислений IBM Cloud [3]. Collaborative Care Solution предоставляет сервисы для клинических учреждений, дополняющие системы управления электронными историями болезней, и устраняет инфраструктурные расходы благодаря поставке этих сервисов через среды облачных вычислений.
Специальные медицинские сервисы разрабатывают также компании Google и Microsoft. В 2008 г. Google представил сервис Google Health, который представляет собой онлайновое хранилище информации медицинского характера. Пользователи службы смогут загружать на серверы в Интернете сведения о состоянии своего здоровья и истории болезни, а также обмениваться данными с лечащим врачом [4]. Технология разработана совместно с IBM.
В 2007 г. Microsoft запустил информационный сервис, названный HealthVault [5]. Сервис предназначен для поддержки медицинских записей и обмена данными о состоянии здоровья.
На отечественном рынке в основном предлагаются медицинские информационные системы, ориентированные на развертывание непосредственно в медицинском учреждении. Информации о создании центров обработки данных медицинского назначения (ЦОДМН), предоставляющих информационные сервисы, на отечественном рынке не найдено.
Можно предложить несколько сценариев применения концепции ОВ к решению задач информатизации здравоохранения.
1. Наличие поставщика сервиса на уровне IaaS позволит существенно упростить поддержку собственной IT-инфраструктуры для бюджетного ЛПУ. Достаточно иметь доступ в
информационную сеть. Фактически это выглядит как аренда компьютера. Современные решения позволяют конечному пользователю полностью сконфигурировать требуемое программное обеспечение (ПО) удаленно (операционная система + набор прикладного ПО). На данном уровне не предполагается интеграции данных и систем, только предоставление инфраструктуры.
2. На уровне PaaS может осуществляться создание промежуточного ПО, обеспечивающего интеграцию унаследованных «традиционных» МИС. Для существующей «традиционной» МИС может быть реализована функция импорта-экспорта данных или организована работа с общей базой данных. Возникает техническая задача интеграции данных, сервисов и т.д.
3. На уровне SaaS могут предоставляться медицинские информационные сервисы в виде готовых приложений. В силу особенностей ОВ такие сервисы должны быть рассчитаны на работу с «облачным» прикладным программным интерфейсом.
При реализации концепции ОВ следует рассматривать не только технические, но и организационные, а также юридические аспекты (рис. 1).
Так как «облачные» информационные сервисы предоставляются удаленно, по сети, то наличие сетевого соединения является необходимым условием реализации концепции облачных вычислений. В городах развитие муниципальных сетей идет высокими темпами. Получение доступа к информационным ресурсам для ЛПУ, находящихся в большом городе (>500 тыс. чел.), является типовой технической задачей. В районах и сельской местности высокоскоростной канал получить труднее. Здесь наиболее доступной является телефонная и сотовая связь. Тем не менее, развитие сетевой инфраструктуры и технологий идет быстрыми темпами. В ближайшем будущем будут широко внедряться системы беспроводного доступа WiMax, LTE, а также сотовая связь четвертого
36 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Медицинские информационные системы
www.idmz.ru
рчва
201 Л , № 3
Рис. 1. Аспекты применения систем облачных вычислений
поколения — 4G. Эти технологии существенно упростят организацию доступа к «вычислительным облакам». В целом можно сказать, что организовать сетевой доступ все-таки проще, чем создать и поддерживать собственную информационную инфраструктуру, особенно для учреждений с небольшим бюджетом.
Одной из важнейших является проблема реализации прав граждан в области защиты персональных данных при одновременном требовании доступности данных в целях лечения и профилактики, то есть в реализации права на качественное медицинское обслуживание. Системы ОВ по способу развертывания относятся к распределенным системам. Как известно, защита информации в распределенных системах является более сложной
задачей по сравнению с централизованными системами. Поэтому ключевой задачей является создание защищенной распределенной системы медицинского документооборота, на базе которой будут строиться медицинские информационные системы. Компоненты, связанные с защитой информации, должны находиться в ведении юридически ответственных лиц — «операторов персональных данных». Кто будет таким оператором в системах, построенных на принципах ОВ? Этот вопрос относится к юридическому аспекту облачных вычислений. Можно предположить, что таким оператором могут выступать, например, Медицинские информационно-аналитические центры (МИАЦ) соответствующих уровней в структуре здравоохранения.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 37 ■
W4MM
1 и информационные
технологии
Медицинские информационные системы
Есть и другие вопросы нетехнического характера, связанные с эксплуатацией «облачных» систем. Рассмотрение таких вопросов заслуживает отдельного рассмотрения и выходит за рамки данной статьи. Мы лишь подчеркиваем тот факт, что применение концепции «облачных вычислений» требует строгого системного подхода на отраслевом, региональном и, возможно, государственном уровнях.
Заключение
Новая концепция информационных технологий — облачные вычисления позволяет
решать задачи информатизации здравоохранения в полном масштабе, как в смысле географического охвата, так и в смысле всего спектра задач. Предварительный анализ существующих решений показывает, что концепция ОВ вполне жизнеспособна и обладает большим потенциалом развития, но имеется и ряд проблем технического, организационного и правового характера. По нашему мнению, все эти проблемы вполне разрешимы, и в ближайшем будущем облачные вычисления станут основным подходом к решению задач информатизации не только в здравоохранении, но и во многих других отраслях.
ЛИТЕРАТУРА
й 1. JeffereyК. The future of cloud computing/Eds. К. Jefferey, В. Neidecker-Lutz// L Cloud Computing Expert Group Report 2009 [Электронный документ]. — Режим (г доступа: http://cordis.europa.eu/fp7/ict/ssai/docs/cloud-report-final.pdf, свободный (дата обращения: 15.04.2010).
2. Hewitt С. ORGs for Scalable, Robust, Privacy-Friendly Client Cloud Computing [Электронный ресурс]. — Режим доступа: //http://www.computer.org/portal/web /csdl/doi/10.1109/MIC.2008.107, для зарегистрированных пользователей (дата обращения: 15.04.2010).
3. Медицинский информационный сервис IBM [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.consult.ru/themes/default/consult-new.asp2folderH 968&newid= = 10708, свободный.
4. Медицинский информационный сервис Google [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.google.com/health, свободный.
5. Медицинский информационный сервис MicroSoft [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.healthvault.com/, свободный.
38
