Информационно-аналитическая система в области телемедицины

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам телемедицины для автоматизированного контроля состояния здоровья удаленных пациентов. Информационно-аналитическая система содержит рабочие места удаленных пользователей, соединенные каналами связи с блоком управления специалиста-консультанта и мультиплексором, обеспечивающем связь с аппаратурой контроля состояния пациента, и блоком документирования результатов диагноза. Причем система содержит также блок адаптации для самонастройки и самообучения, блок оперативных консультаций и блок интеллектуального интерфейса. Блок управления специалиста-консультанта содержит экспертную систему. Рабочее место соединено с блоком интеллектуального интерфейса. Блок специалиста-консультанта соединен с блоком оперативных консультаций, блоком адаптации и блоком интеллектуального интерфейса. Изобретение позволяет повысить эффективность лечебно-профилактических мероприятий в области кардиологии за счет автоматизации процедур анализа. 5 ил.

 

Изобретение относится к сфере медицины и может быть использовано при автоматизированном контроле состояния здоровья удаленных пациентов в области кардиологии с помощью информационных технологий телемедицины. Его использование обеспечивает достижение технического результата в виде повышения эффективности диагностики и лечения пациентов за счет расширения функциональных возможностей и класса решаемых задач.

Информационно-аналитическая система в области телемедицины является сложной многофункциональной корпоративной системой, сочетающей в себе как информационную компоненту, обеспечивающую организацию доступа к большим базам данных и знаний, так и вычислительную компоненту, реализующую процедуры логического вывода, усвоения и мониторинга информации.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности лечебно-профилактических мероприятий в области кардиологии за счет автоматизации процедур анализа состояния пациента на базе специального программного обеспечения, использующего формализованный опыт и знания высококвалифицированных специалистов и связывающего в единый комплекс все элементы системы. Сеть телекоммуникаций обеспечивает связь между удаленными пользователями, носителями и средствами обработки медицинской информации.

Известны системы телемедицины, описанные в книге: Григорьев А.И., Орлов О.И., Логинов В.Л., Дроздов Д.В., Исаев А.В., Ревякин Ю.Г, Суханов А.А. Клиническая телемедицина. - М.: Фирма “Слово”, 2001. В частности, на с.18-20 дается характерстика мобильного телемедицинского комплекса, разработанного для использования на борту космического корабля “Спейс Шатл” и космических станций и представляющего собой набор программ и инструментальных средств для получения, оцифровки и передачи медицинских данных в виде аудио- и видеосигналов. Другая телемедицинская система (с.79-88) включает компьютер с сетевым интерфейсом и периферийным оборудованием для осуществления мероприятий по обеспечению жизнедеятельности, сохранению здоровья и работоспособности человека в условиях космических полетов. Однако эти системы основаны на использовании сравнительно дорогой космической связи и решают узкоспециализированные задачи обработки данных. Кроме того, в них отсутствуют компоненты, обеспечивающие принятие решения в условиях неполной медицинской информации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является аппаратно-программная станция телемедицины “Ambulance-071YS”, представляющая собой автоматизированное средство консультативной медицины, предназначенное для передачи клинической информации с антарктической станции “Восток” на Большую землю (см. раздел книги “Телемедицина”. СПб.: СпецЛит. 2001. с.43-45. Авторы А.К.Блажис и В.А.Дюк). Недостатками вышеуказанной системы является отсутствие специализированной базы знаний, обеспечивающей функционирование и адаптацию системы в условиях неполноты и неопределенности исходной информации, а также блока самообучения, ориентированного на восприятие новых теоретико-экспериментальных данных в рассматриваемой предметной области и блока связи с ведущими научно-исследовательскими, лечебно-профилактическими и диагностическими организациями и клиническими центрами в области кардиологии.

На фиг.1 изображена структурная схема системы. На фиг.2 изображена структурная схема средств адаптации. На фиг.3 изображена структурная схема блока оперативных консультаций.

На фиг.4 изображена структурная схема интеллектуального интерфейса. На фиг.5 изображена блок-схема функционирования системы. Информационно-аналитическая система в области телемедицины (фиг.1) включает рабочее место удаленного пользователя 1, блок программного управления 2, блок адаптации 3, блок оперативных консультаций 4, блок коммутации 5, кардиометр 6, рекордер ЭЭГ 7, тестер Акабане 8, датчик температуры и кровяного давления 9, холстеровская система датчиков 10, цифровая фотокамера 11, интеллектуальный интерфейс 12, блок документирования 13.

Устройство представляет собой проблемно-ориентированный комплекс на базе многопроцессорного кластера и удаленных персональных компьютеров для создания, передачи, обработки, хранения и отображения медицинской информации в вычислительной среде с помощью интеллектуального интерфейса и диалогового режима, включающий технологию экспертных систем, средства математического моделирования, статистического анализа, а также процедуры, поддерживающие в режиме диалога автоматизированные циклы диагностики и лечения, применяемые при решении задач кардиологии на базе информационных технологий телемедицины.

Информационно-аналитическая система в области телемедицины функционирует на основе архитектуры “Клиент - сервер” и свободно распространяемом программном обеспечении под управлением операционной системы Linux. Для параллельной системы управления базами данных (СУБД) использована система PostgreSQL, поддерживающая все конструкции SQL, включая определенные пользователем вложенные запросы и функции, что обеспечивает мощный механизм хранения и управления данными. Перечисленные особенности системы позволяют реализовать управление сложной моделью данных, необходимой для функционирования экспертной системы.

Рабочее место пользователя (автоматизированное рабочее место - АРМ лечащего врача) 1 функционирует на базе персонального компьютера и обеспечивает взаимодействие врача с пациентом с использованием медицинских приборов и аппаратуры 6-11, в том числе кардиометра, путем записи и первичного анализа электрокардиограммы (ЭКГ). Рабочее место пользователя 1 связано с блоком интеллектуального интерфейса 12. Ввод данных о пациенте состоит в заполнении формализованных бланков, которые для каждого типа данных автоматически генерируются и хранятся в XML-формате. Результаты обследования кэшируются на компьютере рабочего места пользователя (клиента) и при необходимости могут отображаться на экране монитора без обращения к серверу. Аппаратные средства 6-11 обеспечивают проведение оперативного контроля и передачу результатов клинических исследований в блок программного управления 2 (ядро кардиологического комплекса), включая текстовые описания, медицинские изображения и показания медицинских приборов и аппаратуры. С этой целью используются механизмы ведения электронной истории болезни и анкетирования данных обследования.

Рабочее место пользователя 1 реализуется на языке Java, для запуска кода которого использована виртуальная машина (JVM - Java Virtual Machine), характерная для многих современных операционных систем. При функционировании блока 1 (АРМ врача) выполняются задачи, связанные с работой приборов и аппаратуры 6-11, особенно кардиометра (клиентская часть системы), а также через сетевой протокол - с серверной частью, которая обеспечивает: идентификацию врача и определение прав доступа к истории болезни пациентов; автоматический прием ЭКГ-данных с кардиометра, расшифровку и отображение их на экране монитора лечащего врача; динамическое формирование анкет для опроса пациентов (паспортная часть, история жизни, обследование) и отображение их на экране для заполнения или изменения; создание локальной копии учетной карточки пациента и синхронизация ее с данными, хранящимися на сервере; обеспечение двусторонней связи со специалистом-консультантом; запрос серверу для установления диагноза и выработки рекомендаций по введенным данным обследования или ЭКГ; поиск информации по базам данных и знаний (включая накопленный опыт специалистов-консультантов и медицинскую литературу); отображение необходимой справочной информации в удобном для восприятия виде; прием от сервера (блок 2) медицинской информации о результатах диагноза и выработанных практических рекомендациях; отображение информации на экранах специалиста-консультанта 2 и рабочего места пользователя 1. В экстремальных ситуациях, связанных с особо сложными, жизнеугрожающими случаями заболевания, а также при затруднениях по формированию практических рекомендаций по результатам диагноза в блоке программного управления 2 блоком оперативных консультаций 4 по запросу блока программного управления 2 осуществляется проведение консультаций со специалистами-консультантами ведущих научно-исследовательских, лечебно-профилактических и диагностических учреждений и клинических центров. Полученные результаты обрабатываются в блоке управления 2, отображаются на экранах специалиста-консультанта 2 и рабочего места пользователя 1 и передаются в блок документирования 13.

Аппаратное обеспечение рабочего места пользователя 1 (клиента): класс процессора - не менее Pentium II; количество оперативной памяти на узле - не менее 64 МБ; дисковое пространство - не менее 10 МБ; обеспечение сетевого соединения с сервером по протоколу TCP/IP.

Блок управления специалиста-консультанта 2 представляет собой информационно-аналитический центр, реализуемый на базе многопроцессорного кластера. Блок 2 обеспечивает контроль и оценку состояния пациента и содержит экспертную систему. Блок 2 соединен с блоком оперативных консультаций 4, блоком адаптации 2 и блоком интеллектуального интерфейса 12. Выходные данные блока управления специалиста-консультанта 2 представляют собой результаты оценки состояния пациента и соответствующие лечебно-профилактические рекомендации.

Блок адаптации 3 (фиг.2) обеспечивает реализацию основных принципов функционирования системы, связанных с самонастройкой и самообучением в условиях неопределенности и неполноты исходной информации. Блок адаптации 3 с помощью прямых и обратных связей взаимодействует с блоками управления специалиста-консультанта 2 и оперативных консультаций 4. В состав средств адаптации входят два блока. Первый блок 14 осуществляет уточнение данных диагноза, формируемого в блоках программного управления 2 и оперативных консультаций 4, на основе методов анализа и распознавания сложных ситуаций и процедур, обеспечивающих пополнение базы знаний в том случае, когда вывод по стандартным правилам не приводит к информативному результату. Второй блок 15 реализует формирование модели специалиста и ее адаптацию под конкретного пользователя на основе новых данных, накапливаемых при функционировании блоков управления 2 и оперативных консультаций 4.

Модель специалиста (лечащего врача) 15 функционирует на базе блока управления 2. Модель специалиста 15 включает четыре модуля: первый модуль 16 содержит индивидуальные особенности специалиста и текущее состояние его знаний и умений; второй модуль 17 определяет требования к начальному и заключительному состоянию модели специалиста; третий модуль 18 - типичные ошибки и когнитивные механизмы и четвертый модуль 19 - психофизиологические особенности взаимодействия лечащего врача с пациентом, которые формируются в процессе выполнения консультаций и используются при организации и корректировке процесса консультаций.

Блок оперативных консультаций 4 (фиг.3) обеспечивает дополнительные консультации в экстремальных ситуациях, связанных с особо сложными жизнеугрожающими случаями заболевания на базе новых данных, полученных ведущими научно-исследовательскими, лечебно-профилактическими и диагностическими учреждениями и клиническими центрами в процессе проведения теоретико-экспериментальных исследований в области кардиологии. Блок оперативных консультаций 4 взаимосвязан с блоком программного управления 2 и состоит из трех основных модулей: первый модуль 20 обеспечивает проведение телемедицинских консультаций (отложенных или в режиме он-лайн); второй модуль 21 предназначен для создания, настройки и верификации экспертных правил по информации, полученной как из внешних источников, а также для формирования и настройки анкет для опроса пациентов (паспортная часть, история жизни, обследование и т.д.); третий модуль 22 осуществляет функции контроля и оценки индивидуальных действий врачей для их сертификации, другими функциями этого модуля являются мониторинг общей ситуации в области (регионе) и управление правами доступа: подбор пользователей, разграничение доступа к данным.

Аппаратное обеспечение блока оперативных консультаций 4: класс процессора - не менее Pentium II; количество оперативной памяти на узле - не менее 64 МБ; дисковое пространство - не менее 10 МБ; обеспечение сетевого соединения с блоком программного управления (сервером) и средствами адаптации по протоколу TCP/ IP.

Блок коммутации 5 содержит мультиплексор, обеспечивающий взаимосвязь рабочего места пользователя 1 с приборами и аппаратурой контроля состояния пациента: кардиометром 6, рекордером ЭЭГ 7, тестером Акабане 8, датчиком температуры и кровяного давления 9, Холстеровской системой датчиков 10, цифровой фотокамерой 11.

Блок интеллектуального интерфейса 12 (фиг.4) работает на базе блока управления 2 и осуществляет функцию объединения знаний по поддержанию взаимодействия с помощью прямых и обратных связей с рабочим местом пользователя 1 и блоком управления 2. Принципы функционирования блока интеллектуального интерфейса 12 обеспечивают формализацию понятий в области кардиологии и реализуются в четырех основных модулях: синтаксический анализатор 23, выполняющий процедуры морфологического и синтаксического анализа и реализующий синтаксический граф для предложений входного текста; семантический анализатор 24, использующий результаты синтаксического анализа для построения графа, формализующего информационное содержание входного текста; процессор понятийного словаря 25, представляющий собой библиотеку функций, обеспечивающих вычисление характеристик представленных в словаре понятий и полного набора отношений между ними, а также фиксированного набора ассоциативных отношений вида “часть - целое”, “симптом - диагноз”; процессор справочника баз данных 26, характеризующих модель предметной области (кардиологии), определяющей функционирование мониторов лечащего врача 1 и специалиста-консультанта 2.

Блок документирования 13 связан с рабочим местом пользователя 1 и обеспечивает автоматизированное формирование электронных ведомостей и журналов пациентов, содержащих общие сведения о результатах контроля, и соответствующих протоколов для каждого пациента.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.5), на котором изображена блок-схема, реализующая последовательность операций при функционировании системы:

с помощью файла run.bat в блоке 1 лечащий врач осуществляет запуск программы;

на экране монитора появляется окно с запросом фамилии врача и пароля;

осуществляется идентификация пользователя: набирается пароль с целью проверки выбранного языка и регистра;

если сочетание “фамилия врача - пароль” неверно, выводится сообщение о нарушении пароля;

если идентификация пользователя прошла успешно, открывается основное окно программы;

осуществляется поиск учетной карточки по фамилии пациента из имеющегося списка;

если пациент обследовался ранее, находится карточка с данными его обследования;

если данных нет, то заводится новая карточка пациента;

после выбора учетной карточки или приема карточки с сервера врач может выполнить следующие действия:

проведение диагностических операций с использованием кардиометра и других приборов и аппаратуры;

использование сетевого протокола для работы с серверной частью системы, которая обеспечивается последовательностью операций:

автоматический прием ЭКГ-данных с кардиометра, других приборов и аппаратуры, их расшифровка и отображение на экране монитора врача;

динамическое формирование анкет для опроса пациентов (паспортная часть, история жизни, обследование);

отображение данных в блоке 1 на экране лечащего врача для заполнения или изменения;

создание в блоке 1 локальной копии учетной карточки пациента и синхронизация ее с данными, хранящимися в блоке 2;

установление двусторонней связи между блоками 1 и 2, обеспечивающей взаимодействие лечащего врача со специалистом-консультантом;

запрос серверу (блок управления 2) для установления диагноза и выработки рекомендаций по введенным данным обследования;

поиск информации, осуществляемый блоком управления 2 (включая накопленный опыт специалистов-консультантов и медицинскую литературу);

отображение на экране специалиста-консультанта (блок 2) необходимой информации в удобном для восприятия виде;

логический вывод, осуществляемый в блоке 2 и предусматривающий процедуру параллельной обработки информации на основе:

вывода по правилам (rule-based) - с использованием четких и нечетких моделей;

моделей вывода по прецеденту (case-based) - с помощью прямого и обратного поиска;

обработка результатов логического вывода с помощью с учетом определенности и достоверности используемой информации;

в особо сложных, жизнеугрожающих случаях заболевания, а также при затруднениях по формированию практических рекомендаций по результатам диагноза в блоке управления 2 осуществляются следующие действия:

в блоке управления 2 на основании информации от рабочего места пользователя 1 производится запрос в блок оперативных консультаций 4;

в блоке оперативных консультаций 4 устанавливается уточненный диагноз и вырабатываются практические рекомендации на основе данных, полученных от специалистов-консультантов ведущих научно-исследовательских, лечебно-профилактических и диагностических учреждений и клинических центров;

прием на рабочее место специалиста-консультанта блока управления 2 от блока оперативных консультаций 4 медицинской информации о результатах диагноза и выработанных практических рекомендациях;

передача блоку адаптации 3 от блока управления 2 информации от блока оперативных консультаций 4;

уточнение в блоке адаптации 3 данных диагноза и рекомендаций, формируемых в блоке программного управления 2 с учетом оперативных консультаций 4;

анализ совокупности информации, полученной в блоках 2 и 4, выработка уточненного диагноза и соответствующих практических рекомендаций;

прием на рабочее место пользователя 1 от блока 2 медицинской информации о результатах диагноза и выработанных практических рекомендациях;

отображение информации на экранах специалиста-консультанта 2 и рабочего места пользователя 1;

передача от рабочего места пользователя 1 информации в блок документирования 13 для автоматизированного формирования электронной ведомости и журнала пациента, содержащих общие сведения о результатах контроля и соответствующих протоколов экспертизы.

Адаптация диагностической программы под конкретного пользователя (лечащий врач) осуществляется на основе модели специалиста 15, размещенной в блоке средств адаптации 3. Формирование модели специалиста 15 на основе тестирования знаний и умений лечащего врача, а также определения его индивидуальных особенностей, по результатам которого выполняется процедура идентификации, используемая в блоке 3 на фиг.2.

Инфомационно-аналитическая система в области телемедицины работает следующим образом. Включается компьютер лечащего врача. Входными сигналами для начала работы являются команды управления, подаваемые с пульта удаленного пользователя 1. Под воздействием этих команд в блоке мультиплексора 5 осуществляется последовательность операций по опросу датчиков приборов и аппаратуры 6-11 и формированию исходной информации о состоянии пациента, которая передается в блок управления 2 специалисту-консультанту для последующей обработки и анализа, при выполнении которого в экстремальных ситуациях используется связь с блоком оперативных консультаций 4, данные от которого совместно с результатами предварительной оценки ситуации в блоке программного управления 2 обрабатываются в блоке средств адаптации 3 и в структурированном виде поступают в блок 2 для реализации процедуры окончательного заключения, при этом блок интеллектуального интерфейса 12 осуществляет функцию объединения знаний по поддержанию взаимодействия рабочего места удаленного пользователя 1 с блоком управления 2.

Организация вычислительных операций в процессе функционирования системы предусматривают обработку информации в режиме реального времени. Конкретная реализация системы осуществляется на базе многопроцессорного кластера, обеспечивающего оперативную обработку текущей информации с помощью средств и методов, содержащихся в блоках управления и адаптации, и связанного посредством сети Интернет, представляющей собой универсальную независимую и доступную среду для построения телемедицинского сервиса, с персональными компьютерами удаленных пользователей и организаций, осуществляющих оперативные консультации в экстремальных ситуациях. Документирование результатов работы системы производится с помощью принтера, соединенного с рабочим местом удаленного пользователя.

Информационное обеспечение системы организовано с помощью комплекса программных средств и массивов информации, содержащейся в блоках 1-4 и сгруппированных в специальных базах данных, управляемых с помощью экспертной системы, входящей в блок программного управления 2, с учетом задач информационного обмена. При организации телекоммуникации предусматриваются организационные и технические средства защиты, предотвращающие насанкционированный доступ к данным пациента в течение срока хранения и передачи информации, а также обеспечивается целостность данных для последующих медицинских решений.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность сформировать на базе многопроцессорного кластера и персональных ЭВМ гибкое информационное пространство, включающее методы математического моделирования, настраиваемые адаптивные автоматизированные циклы диагностики с учетом особенностей обследуемого пациента и новых знаний, полученных в процессе функционирования системы.

Информационно-аналитическая система для телемедицины, содержащая рабочие места удаленных пользователей, соединенные каналами связи с блоком управления специалиста-консультанта и мультиплексором, обеспечивающем связь с аппаратурой контроля состояния пациента, и блоком документирования результатов диагноза, отличающаяся тем, что система содержит блок адаптации для самонастройки и самообучения, блок оперативных консультаций и блок интеллектуального интерфейса, причем блок управления специалиста-консультанта содержит экспертную систему, рабочее место соединено с блоком интеллектуального интерфейса, а блок специалиста-консультанта соединен с блоком оперативных консультаций, блоком адаптации и блоком интеллектуального интерфейса.