CC BY
54
ИТ и менеджмент Г1ПУ
www.idmz.ru 2009, №4
■■■■
рчва
В.С. БЛЮМ,
к.т.н., старший научный сотрудник, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН, vlad@blum.spb.su В.П. ЗАБОЛОТСКИЙ,
д.т.н., ведущий научный сотрудник, Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН, lai@iias.spb.su
МЫСЛЕННЫЙ эксперимент по организации учета и обработки информационных медицинских услуг
УДК 004.912
Блюм В.С., Заболотский В.П. Мысленный эксперимент по организации учета и обработки
информационных медицинских услуг (Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН) Аннотация: Предложена модель системы первичных медицинских документов, которая обладает свойствами полноты, достоверности и гарантирует оперативный доступ к информации. Выполнена оценка количества информации, которая генерируется при оказании медицинских услуг в течение года. Показано, что социальная иммунная система — это ожидаемый результат объективного процесса информатизации здравоохранения. Библ. 7 назв.
Ключевые слова: информатизация здравоохранения, иммунокомпьютинг
UDC 004.912
Blum V., Zabolotski V. Mental experiment of accounting and information processing of medical services
(St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences)
Abstract: A model system of primary medical records, which has the properties of completeness, accuracy, and ensure rapid access to information. Completed assessment of the amount of information that is generated in the delivery of health services. We show that the social immune system — this is the expected result is an objective process of computerization of health care. Bibl. 7 items.
Keywords: Public Health, immunocomputing
1. Введение
Каждый из нас является потенциальным пациентом системы здравоохранения, а весь класс пациентов — единственным источником информации о состоянии здоровья нации.
Однако для того, чтобы информация о здоровье (точнее, о нездоровье) пациента была легализована (признана государством), она должна превратиться в информационную услугу, которую вправе оказать только две категории объектов системы охраны здоровья — это множество действующих дипломированных врачей и множество лицензированных диагностических лабораторий. Именно эти и только эти деятели системы охраны здоровья допущены государством к телу пациента. Только они имеют право и обязаны генерировать инфор-
мацию (писать тексты, строить графики, фиксировать изображения) о состоянии здоровья граждан своей страны, а также предлагать и записывать алгоритмы их лечения.
Проведем мысленный эксперимент по построению единого пространства первичной медицинской информации.
Целью первого шага эксперимента будет оценка объема медицинских информационных услуг в России и общее количество информации, которое создают указанные информационные источники в течение года.
2. оценка объема медицинских информационных услуг
Предположим, что каждый из работающих по специальности (дипломированных, лицензированных, сертифицированных, аттестован-
© В.С. Блюм, В.П. Заболотский, 2009 г.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 27 ■
W4MM
1 и информационные
технологии
ИТ и менеджмент ЛПУ
ных) врачей имеет свой уникальный идентификатор. А полный перечень идентификаторов представлен в государственном реестре врачей. Этот реестр мы будем использовать для проверки правомочности предоставления информационной медицинской услуги пациенту. Такую же контрольную функцию будет выполнять и государственный реестр работающих (лицензированных) диагностических медицинских лабораторий, в котором зафиксирован полный перечень соответствующих уникальных идентификаторов.
Пусть n — число идентификаторов в реестре врачей, а m — число идентификаторов в реестре диагностических лабораторий (ДЛ).
Построим неубывающую функцию Inm(t), значением которой будет количество информации, накопленное указанными источниками системы здравоохранения с начала отсчета.
Каждая встреча пациента с врачом или контакт пациента с ДЛ приводит к возникновению информации (текста, графика, изображения), синтаксис которой имеет следующий вид:
<информационная услуга ВРАЧА> ::= <время сеанса><идентификатор ВРАЧА> Идентификатор ПАЦИЕНТА><документ ВРАЧА> (1)
или
Информационная услуга ДЛ> ::= <время сеанса><идентификатор ДЛ> Идентификатор ПАЦИЕНТА><документ ДЛ> (2)
В рамках нашего мысленного эксперимента результат каждой информационной медицинской услуги записывается на цифровой компакт-диск (CD-диск). Выберем такой тип диска, объем которого достаточен для записи самого большого из возможных медицинских информационных массивов.
В результате каждый акт взаимодействия пациента с врачом или ДЛ будет связан c возникновением CD-диска, на котором запи-
CD CD
врачей диагностических
лабораторий
Рис. 1. Стопки первичной медицинской информации
сана информация о состоянии здоровья пациента, выявленная и зафиксированная врачом или ДЛ в конкретном сеансе обслуживания.
Предположим, что материализованная таким образом информационная медицинская услуга без промедления складируется в определенном месте в две стопки CD-дисков: CD врачей и CD диагностических лабораторий (рис. 1).
Попытаемся оценить размеры «информационных» столбов и объем сохраненной в них в течение года информации.
Согласно официальной статистике, в России в течение года регистрируется около 200 млн. заболеваний [1].
Если принять, что в процессе облуживания каждого заболевания врачи пишут только две страницы текста о состоянии больного (результаты общего осмотра, анамнез, диагноз, назначения) и десяток параметров измерений (температура, давление и т.п.), что в сумме составит около 5 кбайт новой информации, то за год минимальный объем новых данных о состоянии здоровья нации составит около 1000 Гбайт. При этом если предположить, что для обслуживания одного заболевания пациент только два раза встречается с врачом (чтобы открыть и закрыть больничный лист), то
- ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
ИТ и менеджмент Г1ПУ
число CD врачей составит 400 млн. штук — столб размером 480 км (высота CD — 1,2 мм).
С другой стороны, в России работают около 700 тыс. врачей [2]. Не имея достоверной информации о количестве диагностических лабораторий (ДЛ), примем, что их число соответствует числу лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ), то есть около 20 тыс.
Положим, что в течение рабочего дня врач обслуживает 10 пациентов, а ДЛ обслуживает 20 пациентов. Пусть в результате каждой встречи с пациентом врач пишет одну страницу текста объемом 2 кбайт, а ДЛ генерирует массив данных размером 50 кбайт. Тогда в течение года врачами будет написан текст объемом 3500 Гбайт (1750 млн. штук CD — столб размером 2100 км), а ДЛ сгенерируют файл объемом 5000 Гбайт (100 млн. штук CD — столб размером 120 км).
Итогом наших умозрительных построений стало создание двух информационных столпов здравоохранения — полного набора данных о нездоровье нации. Этот набор соответствует современному уровню развития системы охраны здоровья и является единственным, безальтернативным источником информации такого рода. Благодаря выбранному способу нормировки (размещение данных об одной медицинской услуге на CD стандартного размера), мы можем не только посчитать количество оказанных медицинских услуг, но и измерить объем накопленной информации как в традиционных битах, так и в условных «метрах».
Таким образом, врачи пишут в год от одного до трех с половиной терабайт текстов о состоянии здоровья своих пациентов, то есть не менее 200 тысяч томов по 500 страниц каждый. А диагностические лаборатории в течение года производят информацию, издание которой потребует не менее 20 тысяч иллюстрированных томов объемов 500 страниц каждый.
В результате первого шага нашего мысленного эксперимента собраны две коллекции ранжированных по времени создания документов вида (1) и (2), сумма которых, по нашему
www.idmz.ru
гааэ, №4
■■■■
РЧН
мнению, обладает свойством полноты. Можно утверждать, что не существует иной первичной медицинской информации о состоянии здоровья нации, кроме собранной в указанных двух коллекциях документов, суммарная величина которой определяется значением функции Inm(t) на заданном интервале времени.
Следует указать на неоднородность выделенных двух классов источников медицинской информации, что, тем не менее, не должно препятствовать процессу создания государственных реестров действующих врачей и диагностических лабораторий — объектов повышенной опасности для здоровья граждан.
3. О разнообразии генераторов первичной медицинской информации
Что можно сказать о разнообразии вра-чей-писателей? Согласно приказу Минздрав-соцразвития России от 11.03.2008 №112н «О номенклатуре специальностей специалистов с высшим и послевузовским медицинским и фармацевтическим образованием в сфере здравоохранения Российской Федерации», это лица, окончившие ВУЗ по специальностям, представленным в таблице 1.
В результате дополнительного обучения в интернатуре и (или) ординатуре врач получает одну из основных специальностей, представленных в таблице 2.
В результате дополнительной подготовки врачи получают специальности, общее число которых в России составляет 140 наименований. Например, врач с основной специальностью «педиатрия» может приобрести квалификацию согласно перечню, приведенному в таблице 3.
Несмотря на отмеченное разнообразие специализаций врачей, общим свойством врачебной деятельности является то, что каждый из них обязан фиксировать свои наблюдения и решения в форме текстов. Объем писательской работы составляет до 50% рабочего времени врача.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 29 ■
РЧВВ
ИТ и менеджмент ЛПУ
1 и информационные
технологии
Таблица 1
Классы медицинских специальностей,
Таблица 2
Основные врачебные специализации
30
ИТ и менеджмент Г1ПУ
Одной из основных трудностей по пути к обработке врачебных текстов является чрезвычайно большая размерность пространства понятий, используемых в современной медицине. По оценкам экспертов, оно содержит более 2 млн. понятий и терминов. Для сравнения издание Оксфордского словаря английского языка содержит 615 тыс. слов, а в Большом толковом словаре русского языка — 135 тысяч слов.
Разнообразие методов диагностических исследований пациентов не меньше, чем разнообразие врачебных специальностей. Более того, число методов объективного контроля быстро увеличивается, что обусловлено высокими темпами научно-технического прогресса.
Современный объем лабораторных исследований в рамках оказания амбулаторно-поликлинической помощи характеризуется следующим разнообразием:
• биохимические исследования;
• гематологические исследования;
• общеклинические (неинвазивные) методы исследования;
• иммунологические исследования;
• паразитологические исследования;
• цитологические исследования;
• токсикологические исследования;
• химико-токсикологические исследования;
• бактериология.
Разнообразие цифровой медицинской информации, для хранения, визуализации и обмена которой используется формат стандарта DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) представлено в таблице 4. В данном стандарте в понятия информационных объектов введены не только изображения и графические данные, но также и протоколы и описания исследований; определены формы взаимодействия и способы описания этих объектов в компьютерных сетях.
И в этом случае общим свойством диагностических исследований является то, что их результаты представлены в форме текстов либо поясняющих текстов, которые сопровождают графики или изображения.
www.idmz.ru
гааэ, №4
■■■■
РЧВВ
Таблица 4
Типы визуальных результатов медицинских исследований
№ п.п. Типы медицинских изображений
1 Ангиография
2 Ангиокардиография
Определение радиоактивности биологических проб
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■■ ! п ■■ ■ ■ ■■■ ■■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■■ ■ ■
W4MM
1 и информационные
технологии
ИТ и менеджмент ЛПУ
Разнообразие врачебных специализаций, а также методов и результатов лабораторных исследований не может быть препятствием к формированию единого информационного пространства первичных медицинских документов, которое должно быть полным и достоверным. Очевидно, что изъятие любого документа (рис. 1) может привести к фатальной врачебной ошибке.
4. Полная и достоверная система первичных медицинских документов
На втором шаге мысленного эксперимента выполним копирование ранее созданных CD врачей и ДЛ. Из этих копий создадим еще один многокилометровый ранжированный по времени столб застывшей информации, который станет собственностью пациентов — CD пациентов (рис. 2).
Мотивом для двухкратного увеличения объема хранимой информации является наше стремление исключить всякую фальсификацию, которая может стоить жизни пациенту. Достоверными будем считать только те CD пациентов, у которых существует точная оригинальная копия.
Пусть к — число идентификаторов различных пациентов, обслуженных на заданном
информация информация
врачей лабораторий
Рис. 2. Система полной и достоверной первичной медицинской информации
интервале времени. Тогда функция количества достоверной информации:
Inmk(t) = 2Inm(t)
Напомним, что для формирования достоверных наборов данных об информационных результатах работы врачей и ДЛ мы использовали якобы существующие реестры уникальных идентификаторов.
После того, как указанные три набора данных сформированы, могут быть определены для любого заданного интервала времени функции N(t) — число различных идентификаторов врачей и M(t) — число различных идентификаторов диагностических лабораторий (ДЛ). Для вновь организованного набора данных пациентов определим функцию K(t) — число различных идентификаторов пациентов. Функция K(t) вычисляется методом последовательного перебора CD пациентов для заданного интервала времени. Чтобы не возникало коллизий при формировании столба CD пациентов и расчете функции K(t), позаботимся об однозначной идентификации пациентов, полагая, что идентификатор пациента соответствует номеру его полиса ОМС.
Полная и достоверная система медицинских данных является воплощением идеи академика РАМН и РАН Андрея Ивановича Воробьева о том, что лечащий врач не может быть простым регистратором заключений лабораторий и диагностических служб; ему необходим весь объем первичной медицинской информации: и рентгеновские снимки, и фотографии гистологических препаратов и т.д.
5. Персонифицированная система первичных медицинских документов
На этом шаге эксперимента проведем сортировку каждого из трех столбов CD по соответствующему ключевому параметру: идентификатор врачей — для CD врачей, идентификатор ДЛ — для CD ДЛ, идентификатор пациентов — для CD пациентов. В результате получим три класса персонифицированных
1 32 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
ИТ и менеджмент Г1ПУ
www.idmz.ru 2009, №4
■■■■
рчва
коллекции медицинских документов: коллекции врачей, ДЛ и пациентов (рис. 3).
Отметим, что процедура сортировки не должна нарушать ранжирования документов по времени внутри каждой персональной коллекции.
В коллекции документов {Vj,V2,...,Vn}, сформированных врачами, Vj — идентификатор врача (например, номер действующей лицензии) может использоваться в качестве основы адреса сетевого ресурса для доступа к этим данным, а также для формирования гиперссылок к коллекциям обслуженных пациентов.
Коллекция данных {Lj,L2,...,Lm}, сформированная диагностическими лабораториями, имеет аналогичную структуру и смысловую нагрузку.
В коллекции документов {Pi,P2>...,Pk}, сформированных для пациентов, Pj — это идентификатор пациента (например, номер его полиса ОМС), который может быть использован для автоматического формирования (вычисления) имени соответствующего сетевого ресурса. Коллекция Pj — это ни что иное, как медицинская карта пациента, представленная в данном случае в виде стопки ранжированных по времени CD-дисков, каждый из которых имеет гиперссылку к своей оригинальной коллекции (рис. 4). Гиперссылки строго упорядочены по времени. В этом ряду, очевидно, первым является документ о рождении пациента, а заключительным станет документ, в котором врач фиксирует смерть пациента.
Коллекция документов {Vj,V2,...,Vn} — это собрание историй врачевания каждого допущенного к этой работе доктора. Граф врача Vj (рис. 5) — это тот объект, к которому сегодня можно адресовать слова Н.И. Пирогова: «Усовершенствования во врачебном искусстве можно добиться только путем изучения ошибок, допущенных у постели больного».
6. Формирование индекса здравоохранения
По оценкам Всемирной организации здравоохранения, около 20% врачебных ошибок связано с неполнотой данных или невозмож-
Рис. 3. Три класса персонифицированных коллекций медицинских документов
Рис. 4. Сетевой граф пациента
Р
Рис. 5. Сетевой граф врача
ностью оперативного получения необходимой информации.
Предыдущие шаги мысленного эксперимента были посвящены формированию полной и достоверной системы медицинской информации. Теперь мы можем отказаться от измере-
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 33 ■
W4MM
1 и информационные
технологии
ИТ и менеджмент ЛПУ
ния информации в «метрах», выделить для каждой коллекции документов {VpV2,--;Vn}, {L1,L2,...,Lm} и {P1,P2,...,Pk} n + m+ k персо-
нальных сетевых ресурсов в распределенной сети и заняться разработкой способа оперативного получения необходимых данных.
Для оперативного доступа к информации необходима специализированная поисковая машина, в основе которой лежит постоянно корректируемый поисковый индекс здравоохранения.
Поисковый индекс здравоохранения — это база данных (локальная или распределенная), в которой хранится полный перечень используемых в современном здравоохранении терминов, связь этих терминов с содержащими их сетевыми ресурсами, а также локальные ссылки на документы и их весовые характеристики.
Предлагаемая структура поискового индекса близка к классической, которая описана в литературе [4, 5]. В его основе лежат инверсные списки вхождений слов, которые используются для поиска релевантных документов, а также прямые индексы термов для формирования фрагментов, возвращаемых пользователю.
Индекс формируется специальной программой — сетевым роботом («пауком»). Паук не копирует страницы сайтов в индекс поисковой машины, а сохраняет информацию о структуре каждого документа сайта — например, какие слова встречаются в документе и в каком порядке, адреса гиперссылок страницы сайта, размер документа в килобайтах, дата его создания и многое другое.
Индексную медицинскую информацию для выше определенных коллекций медицинских документов целесообразно хранить по частотным термам фиксированными порциями, которые можно назвать «региональными корзинами». Число «корзин» может соответствовать числу территориальных фондов ОМС.
Частотный терм — это слово, которое встречается в таком количестве документов, передача которых с одного процессора поиска на другой может превысить предельную величину на заданном интервале.
Обмен данными между процессорами поиска характеризуется параметрами вычислительной среды, к которой подключены соответствующие серверы, и не могут быть изменены в рамках конкретной технической реализации. Из этого факта следуют необходимость решения следующих двух проблем:
1. Проектирование топологии подключения серверов поисковой системы, в которой минимальны риски конфликтов между информационными потоками.
2. Минимизация количества передаваемых данных в условиях запросов частотных термов.
Попутно необходимо решить достаточно много мелких, неприятных, но необходимых задач «очистки документов»: ликвидация
переноса слов и фиксация таблиц, проверка алфавита и словосочетаний, проверка структуры, форматирование текста, ликвидация лишних пустых строк и строк разметки и т.п.
Построение предметного индекса на однородной коллекции документов — это, по существу, процедура семантического сжатия информации.
На первом этапе выполняются последовательно несколько известных алгоритмов семантического сжатия индекса слов коллекции, полученного после стандартной операции индексирования, а именно:
• извлечение стоп-слов (наречий, союзов, предлогов и т.д.),
• учет статистических закономерностей текстов (ранговые распределения как системное свойство текстов),
• морфологическая коррекция терминов и коррекция по частям речи,
• определение словосочетаний в полученном наборе терминов.
Структуры данных должны быть выбраны так, чтобы они допускали подключение таких критериев оценки терминов, как позиционное взвешивание и взвешивание по инверсной частоте.
На втором этапе вычисляются соотношения терминов в виде статистических данных, определяются семантические связи между терминами и выполняется усечение словаря терминов.
34 ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
ИТ и менеджмент Г1ПУ
Критерием усечения является малое число связей термина с другими терминами. Результатом второго этапа является минимизированный словарь связанных терминов, по существу, представляющий предметный индекс коллекции медицинских документов.
Следует отметить, что борьба за оперативный доступ к медицинской информации имеет свою цену: объем базы данных индекса имеет тот же порядок, что и исходный объемом хранимых данных. Обозначим функцию количества полной, достоверной и индексированной информации на заданном интервале времени I[nm^](t). Тогда:
 ~ 3Inm(t).
Таким образом, в результате мысленного эксперимента мы определили полную и достоверную систему первичных медицинских документов, к которой гарантирован оперативный доступ. Этот результат следует рассматривать как основу и необходимое условие построения социальной искусственной иммунной системы (СИИМ), в которой цена компьютерной памяти стремительно падает, а цена человеческой жизни неизменно растет.
Заключение
Главное в проведении мысленного эксперимента, как правило, состоит в опроверже-
www.idmz.ru
гааэ, №4
■■■■
РЧН
нии некоторой возможности (см. классификацию моделей, Р. Пайерлс [3]). Но мы преследовали прямо противоположную цель — показать возможность построения единого информационного пространства здравоохранения, опираясь на систему простых и очевидных информационных источников и трезво оценивая объем и динамику производимой ими исходной информации.
Построение единого информационного пространства здравоохранения — это в первую очередь формирование полной и достоверной системы первичных медицинских документов, к которым гарантирован оперативный доступ. Иными словами, это система данных, объем информации в которой определен функцией I[nmk](t).
Решение указанной проблемы, скорее всего, процесс объективный, связанный с инстинктом самосохранения нации. Однако его можно и нужно поддержать целенаправленной работой по созданию СИИМ и внедрению методов иммунокомпьютинга [6, 7] для оперативного обнаружения вторжений (заболеваний), эффективного управления всеми видами ресурсов здравоохранения, для информационной поддержки принятия решений врачом и вычисления врачебных ошибок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Официальная медицинская статистика. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.mzrd.ru/?f=np_about_pro
2. Медицинская статистика. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.medlinks.ru/article.php?sid=30795
3. PeierisR. Model-Making in Physics//Contemp. Phys. — 1980. — January/February. — v. 21. — P. 3-17; Перевод: Пайерлс Р. Построение физических моделей//УФН, 1983. — № 6.
4. Salton G., Buckley C. Term-weighting approaches in automatic text retrieval/In Information Processing and Management: an International Journal. — 1988. — V. 24. — 1.5. — P. 513-523.
5. BrinS., Page L. The Anatomy of a Large-Scale Hypertextual Web Search Engine// In Computer Networks and ISDN Systems. — 1998. — V. 30. — № 1-7. — P. 107-117.
6. Искусственные иммунные системы и их применение/Под ред. Д. Дасгупты. Пер. с англ. под ред. А.А. Романюхи. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. — 344 с.
7. ТагакяапоуA.O., Skormin V.A., Sokolova S.P. Immunocomputing: Principles and
Applications. New York.: Springer, 2003. — 230 р.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 35 ■
