CC BY
132
РЧН
Телемедицина
1 и информационные
технологии
>
B. И. КУЗНЕЦОВ,
C. А. ТАРАКАНОВ,
Н.И. РЫЖАКОВ,
А.А. РАССАДИНА,
Центр медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий Национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ ОБЛАЧНЫХ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНСКИХ ДИСТАНЦИОННЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ
УДК: 616.71+004.624
Кузнецов В.И., Тараканов С.А., Рыжаков Н.И., Рассадина А.А. Применение облачных технологий в медицинских дистанционных диагностических устройствах (Центр медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий Национального исследовательского университета информационным технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург, Россия)
Аннотация. Создание дистанционных диагностических устройств, работающих в непрерывном режиме — одно из важнейших направлений в развитии современного медицинского оборудования. В частности, такие устройства создаются в кардиологии для регистрации ЭКГ. Серьезной задачей при создании таких устройств является хранение и передача информации. Авторами статьи предлагается использовать «облачные технологии» в качестве быстрого и удобного удаленного сервера, предназначенного для сбора, хранения и обработки информации.
Ключевые слова: облачные технологии; дистанционные диагностические устройства; передача и хранение данных средствами ИТ.
UDC: 616.71+004.624
ЧГ
Kuznetsov V.I., Tarakanov S.A., Ryzhakov N.I., Rassadina А.А. Application of cloudy technologies in medical
remote diagnostic devices (Center of medical, ecological instrumentation and biotechnologies of National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics)
Abstract. Creation of the remote diagnostic devices working in a continuous mode — one of the major directions in development of the modern medical equipment. In particular, such devices are created in cardiology for electrocardiogram registration. A serious problem at creation of such devices is storage and information transfer. Authors of article offer to use «cloudy technologies» as the fast and convenient remote server intended for collecting, storage and information processing.
Keywords: Cloudy technologies; remote diagnostic devices; transfer and data storage means of IT.
Актуальность вопроса
Развитие новых перспективных направлений медицины в значительной мере зависит от достижений технического прогресса. В частности, в настоящее время активно развивается дистанционный диагностический мониторинг. Передача на расстояние диагностируемых данных осуществляется средствами относительно нового техническо-медицинского направления — мобильной телемедицины [1 — 12]. Диагностируемые данные должны храниться на специальных серверах, обладающих большой мощностью и емкостью. Стоимость, обновление и обслуживание такого серверного оборудования для потребностей дистанцион-
© В.И. Кузнецов, С.А. Тараканов, Н.И. Рыжаков, А.А. Рассадина, 2012 г.
-ев- ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Телемедицина
www.idmz.ru
РЧН
ной медицины высока, что может тормозить дальнейшее развитие проекта.
Совсем недавно в индустрии ИТ появилось новое понятие «облачные технологии», которое заключает в себе любой сервис, предоставляемый средствами Интернета, в том числе серверное оборудование и сервисное обслуживание [13-14].
Предлагаемая вашему вниманию статья написана с целью ознакомления читателей с возможностями современной ИТ-индустрии в мобильной телемедицине.
Объектом исследования в статье станет проблема передачи и хранения данных на удаленных серверах, рассмотренная на примере аппаратно-программно-алгоритмического комплекса (далее АПАК) дистанционного кардиореспираторного мониторинга в режиме реального времени, разрабатываемого в центре медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий НИУ ИТМО.
Дистанционная диагностика
Для многих людей по разным причинам затруднено регулярное посещение медицинских учреждений либо получение квалифицированной медицинской помощи в стационаре. Вместе с тем для таких людей может быть необходим длительный амбулаторный контроль физиологических параметров организма. Поэтому дистанционный контроль состояния здоровья человека — современная актуальная проблема медицинской техники.
Самыми распространенными системами дистанционного контроля физиологических параметров человека являются системы кардиологического мониторинга. Такие системы необходимы при наблюдении больных с серьезными отклонениями в работе сердечно-сосудистой системы, в диагностике заболеваний сна и органов дыхания, в спортивной медицине. Также актуален вопрос мониторинга дыхания человека (респираторный мониторинг) как метод контроля за больными с заболеваниями дыхательной системы и дополни-
2012, №5
тельный метод контроля больных с сердечнососудистыми заболеваниями.
В настоящее время в центре медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий НИУ ИТМО разработан АПАК дистанционного кардиореспираторного мониторинга в режиме реального времени, отличительной особенностью которого от других подобных устройств [1-12] является возможность регистрации и передачи на удаленный сервер диагностических данных в течение длительного времени (месяц и более) в режиме он-лайн-диагностики.
Для хранения регистрируемых данных разработчики дистанционного АПАК предлагают отказаться от стационарных серверов дистанционных диагностических центров в пользу удаленных серверов сервис-провайдеров. Такое решение стало возможно с появлением нового сервиса «облачные технологии».
Облачные технологии
Понятие «облачные технологии» или иначе «облачные вычисления» вошло на рынок ИТ-технологий с 2008 г., и включает в себя любой сервис, который может быть предоставлен через сеть Интернет. Эти Интернетуслуги, также известные как «облачные сервисы», можно разделить на три основные категории:
— инфраструктура как сервис (Infrastructure as a Service, laa);
— платформа как сервис (Platform as a Service, PaaS);
— программное обеспечение как сервис (Software as a service, SaaS).
Основные характеристики сервисов:
— работа в режиме — «ресурсы по запро-
су»,
— эластичность,
— независимость от элементов управления инфраструктурой.
Таким образом, при подключении через Интернет к «облачным сервисам» у пользователя появляется возможность:
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 69 ■
■■г.г
■■■■
РЧН
Телемедицина
1 и информационные
технологии
>—хранить информацию на безграничных по своему масштабу емкостях удаленных Интернет-серверов, не приобретая собственного серверного оборудования;
— передавать информацию от одного телекоммуникационного устройства к другому;
— использовать программные продукты, предлагаемые владельцами Интернет-серверов, экономя на их приобретении; при этом владельцы «облачного сервиса» сами настраивают, обновляют и устраняют неисправности ПО;
— удаленного доступа к данным сервера из любой точки на планете, где есть доступ в сеть Интернет.
«Облачные технологии» создают дополнительные возможности для мобильной связи, давая возможность экономить потребление энергии передающим устройством. Владелец мобильного телефона, обладая относительно маломощным инфокоммуникационным устройством, получает возможность формировать интересные ему огромные информационные ресурсы в «облаках» [15].
Оплата за пользование Интернет-ресурсами «облачные технологии» осуществляется по принципу «плата-за-использование». Едини-цой времени пользования ресурсами принимается минута или час. Объем данных оценивается в Мегабайтах хранимой информации. Таким образом, пользователь оплачивает только тот объем ресурсов, которым он пользовался в течение определенного времени.
Необходимо также отметить основные недостатки, которые могут возникнуть при пользовании «облачными технологиями»:
— владельцем хранимых на «облачном сервере» данных является сервис-провайдер, поэтому он определяет политику доступа к информации;
— отсутсвие общепринятых стандартов в направлении безопасности облачных технологий.
Тем не менее, многие эксперты считают, что преимущества и удобства перевешивают
возможные риски использования подобных сервисов [17].
Применение облачных технологий в АПАК дистанционного кардиореспираторного мониторинга в режиме реального времени
В разработанном в центре медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий НИУ ИТМО АПАК дистанционного кардиореспираторного мониторинга в режиме реального времени для хранения и частичной обработки диагностируемых данных предлагается использовать удаленные серверы сервис-провайдеров «облачных технологий».
Предполагается, что сервис-провайдер «облачных технологий» будет предлагать дистанционным диагностическим центрам свои емкие сервера для хранения диагностируемых данных, при этом частичная обработка данных будет осуществляться разработанным в центре медицинского, экологического приборостроения и биотехнологий НИУ ИТМО программным обеспечением на удаленных серверах.
Чтобы разобраться в схеме передачи информации от диагностирующего устройства на удаленный сервер сервис-провайдера и от сервера сервис-провайдера в дистанционный диагностический центр, рассмотрим схему основных элементов конструкции АПАК:
— носимое диагностическое устройство,
— телефон-трансивер (мобильный телефон пациента),
— оборудование сотового оператора,
— серверное оборудование сервис-провайдера,
— планшетные устройства дистанционного диагностического центра (см. рис. 1).
Вернемся к вопросу передачи диагностируемой информации.
Регистрируемые данные от носимого пациентом диагностического устройства переда-
■■ -то- ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Телемедицина
www.idmz.ru
РЧН
sans, №5
Оборудование сотового Оборудование дистанционного
Рис. 1. Устройство АПАК оператора диагностического центра
ются на мобильный телефон пациента с помощью беспроводной технологии BlueTooth с использованием алгоритмов сжатия потоков информации. Данное техническое решение представляется наиболее рациональным и универсальным, поскольку обеспечивает максимальное удобство и мобильность при использовании, существенно увеличивает время автономной работы носимого устройства и уменьшает его габариты. Решение обосновано и с экономической точки зрения, поскольку у большинства потенциальных диагностируемых пациентов есть мобильные телефоны, поддерживающие технологию BlueTooth.
Передача данных от мобильного телефона на серверное оборудование сотового оператора происходит через сотовые сети UMTS с применением технологии беспроводной пакетной передачи данных: General Packet Radio Service (GPRS), Enhanced Data for GSM Evolution (EDGE), а так же 3G, в зависимости от сети покрытия сотового оператора, посредством мобильного телефона пациента.
Эта технология также поддерживается на большинстве мобильных телефонов.
Передача данных между сотовым оператором и оборудованием сервис-провайдера осуществляется посредством сети Интернет, аналогично осуществляется передача данных между сервис-провайдером и терминалом ДДЦ.
Заключение
«Облачные технологии» как эластичное средство для хранения информации могут использоваться в том числе как база для хранения и обработки диагностических данных с медицинских дистанционных устройств. Использование «облачных серверов» позволит экономить средства на приобретение и обслуживание дорогостоящего сервисного оборудования дистанционных диагностических серверов.
Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■■ ■ ■
■■г.г
■■■■
РЧН
Телемедицина
I и информационные
технологии
ЛИТЕРАТУРА
1. Wen C., Yeh M, Chang K., Lee R. Real-time ECG telemonitoring system design with mobile phone platform//Measurement. — 2008.— V. 41. — is. 4. — P. 463-470.
2. Dorn R., Volker M., Neubauer H, Hauer J., Johansson J. A 3-channel ECG measuring system for wireless applications//MeMeA 2006 — International Workshop on Medical Measurement and Applications, Benevento, Italy, 20-21 April 2006. — P. 49-52.
3. Vaisanen O., Maki/arvi M, Sillvast T. Prehospital ECG transmission: comparison of advanced mobile phone and facsimile devices in an urban Emergency Medical Service System//Resuscitation. — 2003. — V. 57. — is. 2. — P. 179-185.
4. Engin M., Yamaner Y., Engin E. A biotelemetric system for human ECG measure-ments//Measurement. — 2005. — V. 38. — is. 2. — P. 148-153.
5. Mamaghanian H, Khaled N., Atienza D, Vandergheynst P. Compressed Sensing for Real-Time Energy-Efficient ECG Compression on Wireless Body Sensor Nodes// IEEE Transactions on Biomedical Engineering. — 2011. — V. 58. — is. 9.
6. Lee H.J., Lee S.H., Ha K, Jang H., Chung W, Kim J., Chang Y, Yoo D. Ubiquitous healthcare service using Zigbee and mobile phone for elderly patients//International Journal of Medical Informatics. — 2009. — V. 78. — is. 3. — P. 193-198.
7. Figueredo M.V.M., Dias J.S. Mobile Telemedicine System for Home Care and Patient Monitoring//Proceedings of the 26th Annual International Conference of the IEEE EMBS, San Francisco, CA, USA, 2004. September 1-5. — P. 3387-3390.
8. Goni, Burgos A., Dranca L., Rodriguez J., Illarramendi A, Bermudez J Architecture, cost-model and customization of real-time monitoring systems based on mobile biological sensor data-streams//Computer Methods and Programs in Biomedicine. — 2009. — V. 96. — is. 2. — P. 141-157.
9. Warren, Weerasinghe T., Maddison R., Wang Y. OdinTelehealth: A Mobile Service Platform for Telehealth//Procedia Computer Science. — 2011. — V. 5. — P. 681-688.
10. Picard R.W., Liu K.K Relative subjective count and assessment of interruptive technologies applied to mobile monitoring of stress//International Journal of Human-Computer Studies. — 2007. — V. 65. — is. 4. — P. 361-375.
11. Su C.J. Mobile multi-agent based, distributed information platform (MADIP) for wide-area e-health monitoring//Computers in Industry. — 2008. — V. 59. — is. 1. — P. 55-68.
12. Winkler S., Schieber M., LuckeS, Heinze P, SchweizerT., Wegertseder D., ScherlM., NettlauH, Henke S., Braecklein M, AnkerS.D., KoehlerF. A new telemonitoring system intended for chronic heart failure patients using mobile telephone technology — Feasibility study//International Journal of Cardiology. — 2011. — V. 153. — is. 1. — P. 55-58.
13. Ягфарова Н.И. Облачные вычисления и преимущества их использования// Вестник КАЗНТУ. — 2012. — № 2 (90). — C. 70-76.
14. Антипин Е.Г., Панченко Д.С. Перспективы облачных вычислений//СхПдноукра-□нський нацПональний университет ПменП В. Даля. — 2011. — № 3 (157). — C. 8-10.
15. Аджемов А.С.Облачные технологии//Информационные технологии, связь и защита информации МВД России. — 2012. — Ч. 1. — C. 46-47.
16. http://www.mvd.informost.ru/2012/pdf/part1/1-14.pdf.
17. Харьковский А. «Катастрофа облачных вычислений» в 2010 г.? http://www.3d-news.ru/news/ikatastrofa_oblachnih_vichisleniii_v_2010_g/.
72
