CC BY
80
I и информационные
технологии
iij
>
Г.Д. КОПАНИЦА,
к.т.н., ассистент кафедры оптимизации систем управления Института кибернетики, Национального исследовательского Томского политехнического университета; старший научный сотрудник ТГАСУ, г. Томск, Россия, [email protected] М.А. ТАРАНИК,
аспирант кафедры оптимизации систем управления Института кибернетики, Национального исследовательского Томского политехнического университета, г. Томск, Россия
РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МЕДИЦИНСКИХ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ОТКРЫТЫХ JAVASCRIPT БИБЛИОТЕК
УДК 002; 002:338.2
Копаница Г.Д., Тараник М.А. Разработка средств визуализации медицинских данных на основе открытых JavaScript библиотек (Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия)
Аннотация: Данная статья представляет результаты исследования возможности применения открытых javascript-шаблонов для визуализации стандартизированных медицинских данных.
Ключевые слова: архетипыы, медицинская информационная система, визуализация.
UDC 002; 002:338.2
Kopanica G.D., Taranik M.A. Implementation of a medical data visualization solution based on open source JavaScript libraries (National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia)
Abstract: In this paper we analyze the experience of application of open source java script templates to visualize standard based medical data.
Keywords: archetypes, electronic health record, visualization.
Введение
□ дним из наиболее важных аспектов при работе с персональными медицинскими записями (ПМЗ) является пользовательский интерфейс. Необходимость в простых и удобных средствах отображения показателей состояния здоровья пациента особенно актуальна при наблюдении за пациентами в престарелом возрасте, реализуемом в рамках подхода ALL (Ambient Assisted Living). В его основе лежит концепция, предполагающая разработку интеллектуальных систем для обработки данных, полученных при помощи различных сенсорных устройств, объединенных в сеть и расположенных по всему периметру дома наблюдаемого пациента [1—5]. Также данный подход направлен на разработку специальных средств, таких как социальные сети [6] и веб-сервисы, позволяющие пациенту удаленно взаимодействовать с медицинским специалистом [7]. Для формирования полного и развернутого представления о состоянии здоровья пациента необходимы данные из разнородных источников. Таким образом
© Г.Д. Копаница, М.А. Тараник, 2014 г.
32
Визуализация данных
данный подход требует стандартизации хранимых данных.
Стандарты хранения клинических данных не дают ответа на вопрос о представлении медицинской информации пользователю [13, 14]. Эта проблема изучалась в ранее проведенных исследованиях [9-12], направленных на разработку методов визуализации стандартизированных медицинских данных.
При использовании стандартизированных медицинских данных разработка графического пользовательского интерфейса требует дополнительных существенных временных и финансовых затрат для его реализации. К тому же пользовательский интерфейс разрабатывается под конкретные медицинские информационные системы [15]. Одним из способов представления стандартизированных данных является применение открытых библиотек JavaScript [16, 17]. В качестве хранилища информации для работы с данными библиотеками обычно выступают файлы с расширением JBOS или csv. Целью данной статьи является исследование возможности применения открытых JavaScript-библиотек для отображения стандартизированных медицинских данных в формате XML [8, 18-20], на примере данных наблюдения за пациентом с сахарным диабетом.
Методы
Для достижения поставленной задачи — визуализации стандартизированных медицинских данных с использованием JavaScript-библиотек, был определен набор медицинских данных, отображающих динамику состояния пациента с сахарным диабетом. Данные были смоделированы в виде архетипов ISO 13606 [18]. Такой формат был выбран для сохранения семантики при передаче данных между различными медицинскими информационными системами.
Для определения характеристик графического представления медицинских данных была разработана информационная модель [22],
www.idmz.ru
гол 4, № 1
■■■■
гш
представляющая собой XML-схему. Используемые в проекте библиотеки JQuery [16,17] применялись для построения статических и динамических диаграмм с целью определения корреляции между уровнем сахара в крови и инсулином в различные периоды наблюдения: ежедневный, еженедельный и ежемесячный. В качестве среды разработки интерфейса использовалась MS VisualStudio, полученные результаты визуализации были отображены с применением браузера Mozila Firefox.
Результаты
Используемая совокупность медицинских данных была определена как соответствующая совокупность архетипов, что позволяет совершать обмен данной медицинской информацией между пользователями. Определенные архетипы представляют собой набор XML-файлов. Настоящие медицинские данные, необходимые для представления пользователю в графическом виде, были получены из различных EHR-систем. Различные данные, представленные различными архетипами, были объединены в группы. Характеристики визуализации медицинских данных, описанные в ИМ, определяют тип диаграмм, а также другие свойства конечного графического представления пользователю. При применении соответствующего шаблона для отображения данных результатом визуализации становится сгенерированная HTML страница с диаграммой, за построение которой отвечают библиотеки JavaScript. На рис. 1 представлен процесс модельного преобразования, обеспечивающий графическое отображение медицинских данных пользователю.
Визуальная модель основана на архетип-ной модели стандарта ISO 13606. Уровень сущности содержит архетипы, а также информационную модель (ИМ) представления данных — визуальные сущности. На уровне данных происходит связь файлов ИМ с файлами XML, содержащих медицинские данные. На
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 33 ■
гш
Визуализация данных
1 и информационные
технологии
>
/ N /
Уровень ISO 13606 —\ Визуальная
модели Модель архетипов и модель
V J
XML Schema
Уровень
сущности
\
Архетипы
V )
с Визуальные \
сущности
\ )
с f N \
Уровень Медицинские
данных данные
V к J /
Уровень
интерфейса
Графический интерфейс
XML Schema сущности
Java script шаблоны
Рис. 1. Процесс визуализации медицинских данных
следующем уровне представления медицинских данных применяются JavaScript-шаблоны для графического отображения диаграмм. Результаты настоящей работы представлены на рис. 2 и 3. Данные диаграммы отображают динамику изменения уровня сахара в крови пациента. Диаграмма на рис. 2 демонстрирует совокупность различных параметров, определенных различными архетипами, но содержащихся в одном медицинском документе. Шаблон, представленный на рис. 3, позволяет масштабировать необходимые части диаграммы для более детального просмотра.
Обсуждение
Представленный в настоящем исследовании подход, определяющий метод визуализации медицинских данных с применением графических библиотек JavaScript, несомненно, требует дальнейшего всестороннего изучения. Перспектива такого подхода заключается в успешном применении средств opensour-ce при графическом представлении стандар-
тизированных клинических данных, хранящихся в XML-файле. Шаблоны, используемые для визуализации, были настроены вручную.
Среди подобных opensource-продуктов можно выделить библиотеку Formatting Objects Processor (FOP) [23], позволяющую генерировать выходные графические PDF-документы при представлении медицинских данных с использованием элементов (Scalable Vector Graphics) SVG. Для корректной работы библиотеки FOP необходима среда выполнения IKVM [24], она также является компонентом opensource и реализует java приложения на платформе .NET в среде разработки MS VisualStudio.
Заключение
Полученные решения помогают реализовать гибкие и тривиальные способы графического представления медицинских данных. Используя библиотеки JavaScript, разработчик получает мощный инструмент для создания графических элементов. Дополнительным достоинством средств opensource является
34
Рис. 2. Диаграмма показателей инсулина и уровня сахара в крови пациента
Рис. 3. Динамическая диаграмма уровня сахара в крови пациента
многообразие уже разработанных шаблонов — готовых решений. При данном подходе разработчику необходимо внести минимальные коррективы в исходный код для получения соответствующего графического представления клинической информации. Результат тако-
го представления является простым и информативным. Таким образом, использование средств opensource позволит значительно снизить финансовые затраты при создании EHR-систем, а также сократить время разработки пользовательского интерфейса.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 35 ■
I и информационные
технологии
ids
ЛИТЕРАТУРА
1. Sousa F., Viola L., Ferreira L., Trevisan G. , Cunha D., Alves J., etal. An ecosystem of products and systems for ambient intelligence — the AAL4ALL users perspective//Studies in health technology and informatics. — 2012. — №177. — P.263-271. PubMed PMID: 22942066. Epub 2012/09/04. eng.
2. Munoz A., Serrano E, Villa A., Valdes M, Botia J.A. An approach for representing sensor data to validate alerts in Ambient Assisted Living//Sensors (Basel, Switzerland). — 2012. — № 12(5). — P.6282-6306. PubMed PMID: 22778642. Pubmed Central PMCID: PMC3386741. Epub 2012/07/11. eng.
3. Fernandez-Llatas C, Garcia-Gomez J.M, Vicente J., Naranjo J.C, Robles M, Benedi J.M , eta. Behaviour patterns detection for persuasive design in Nursing Homes to help dementia patients//Conference proceedings: Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Conference. — 2011. — P.6413-6417. PubMed PMID: 22255806. Epub 2012/01/19. eng.
4. Chen C., Haddad D ., SelskyJ., Hoffman J.E ., Kravitz R.L., Estrin D .E ., etal . Making
sense of mobile health data: an open architecture to improve individual- and population-level health//Journal of medical Internet research. — 2012. — № 14(4). — P. e112. PubMed PMID: 22875563. Pubmed Central PMCID: PMC3510692. Epub 2012/08/10. eng.
5. Aquilano M., Cavallo F., Bonaccorsi M., Esposito R., Rovini E., Filippi M., et al. Ambient Assisted Living and ageing: Preliminary results of RITA project//Conference proceedings: Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Conference. — 2012 Aug; 2012. — P.5823-5826. PubMed PMID: 23367253. Epub 2013/02/01. eng.
6. Demski H., Hildebrand C., Lopez Bolos J., Tiedge W, Wengel S., D OB, et al. Technical requirements of a social networking platform for senior citizens//Studies in health technology and informatics. — 2012. — №180. — P.818-822. PubMed PMID: 22874306. Epub 2012/08/10. eng.
7. Cascado D., Romero S.J., Hors S., Brasero A., Fernandez-Luque L., Sevillano J.L. Virtual worlds to enhance Ambient-Assisted Living//Conference proceedings: Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society IEEE Engineering in Medicine and Biology Society Conference. — 2010; 2010. — P.212-215. PubMed PMID: 21097183. Epub 2010/11/26. eng.
8. Veseli H., Kopanitsa G., Demski H. Standardized EHR interoperability — preliminary results of a German pilot project using the archetype methodology//Studies in health technology and informatics. — 2012. — №180. — P.646-650. PubMed PMID: 22874271. Epub 2012/08/10. eng.
9. Atalag K., Yang H.Y., Tempero E., Warren J. Model driven development of clinical information sytems using openEHR//Studies in health technology and informatics. — 2011. — № 169. — P.849-853. PubMed PMID: 21893867. Epub 2011/09/07. eng.
10. Cios K.J., Moore G.W. Uniqueness of medical data mining//Artificial intelligence in medicine. — 2002 Sep-Oct. — №26(1-2). — P. 1-24. PubMed PMID: 12234714. Epub 2002/09/18. eng.
36
Визуализация данных
www.idmz.ru
гол 4, № 1
■■■■
гш
11. van der Linden H, Austin T, Talmon J. Generic screen representations for future-proof systems, is it possible? There is more to a GUI than meets the eye//Computer methods and programs in biomedicine. — 2009 Sep. — №95(3). — P.213-226. PubMed PMID: 19368989. Epub 2009/04/17. eng.
12. van der Linden H, Schuler T, Chen R, Talmon J. Generic screen representations for future proof systems — is it possible? Two-model approach to a generic GUI//Stud-ies in health technology and informatics. — 2007. — № 129. — Pt. 2. — P. 1122-1126. PubMed PMID: 17911890. Epub 2007/10/04. eng.
13. Fonseca T., Ribeiro C., Granja C. Vital signs in intensive care: automatic acquisition and consolidation into electronic patient records//Journal of medical systems. — 2009 Feb. —№33(1). — P.47-57. PubMed PMID: 19238896. Epub 2009/02/26. eng.
14. Raghupathi W, Umar A. Upper-level ontologies for health information systems. Towards an archetype patterns approach//Methods of information in medicine. — 2011. — №50(3). — P.285-295. PubMed PMID: 21336420. Epub 2011/02/22. eng.
15. Hanzlicek P, Spidlen J., Heroutova H, Nagy M. User interface of MUDR electronic health record//International journal of medical informatics. — 2005 Mar. — № 74(2-4).
— P.221-7. PubMed PMID: 15694628. Epub 2005/02/08. eng.
16. http://d3js.org/. Data-Driven Documents [cited 2013 15.02.2013]. Data-Driven Documents].
17. http://www.flotcharts.org/. Attractive JavaScript plotting for jQuery [cited 2013 15.02.2013].
18. Rinner C, Kohler M, Hubner-Bloder G, Saboor S., Ammenwerth E, Duftschmid G. Creating ISO/EN 13606 archetypes based on clinical information needs//Studies in health technology and informatics. — 2011. — № 165. — P.43-48. PubMed PMID: 21685584. Epub 2011/06/21. eng.
19. Duftschmid G, Wrba T, Rinner C. Extraction of standardized archetyped data from Electronic Health Record systems based on the Entity-Attribute-Value Model// International journal of medical informatics. — 2010 Aug. — № 79(8). — P. 585-597. PubMed PMID: 20537942. Epub 2010/06/12. eng.
20. Rinner C, Janzek-Hawlat S, Sibinovic S, Duftschmid G. Semantic validation of standard-based electronic health record documents with W3C XML schema//Methods of information in medicine. — 2010. — №49(3). — P. 271-280. PubMed PMID: 20405091. Epub 2010/04/21. eng.
21. Mola E. Patient empowerment, an additional characteristic of the European definitions of general practice/family medicine//The European journal of general practice.
— 2013, Jan 22. PubMed PMID: 23336328. Epub 2013/01/23. Eng.
22. Kopanitsa G. Standard based multiclient medical data visualization//Studies in health technology and informatics. — 2012. — № 180. — P. 199-203. PubMed PMID: 22874180. Epub 2012/08/10. eng.
23. http://xmlgraphics.apache.org/fop/. The Apache FOP Project [cited 2013 15.02.2013].
24. http://www.ikvm.net/. IKVM.NET Home Page [cited 2013 15.02.2013].
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 37 ■
