1
Komunikacijski protokoli i norme u zdravstvu
Kolegij: Biomedicinska informatika
Predavač: doc.dr.sc. Miroslav Končar
Email: [email protected]
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 2
Sadržaj
• Uvod
• Ključne norme, protokole i industrijske asocijacije relevantne za radiologiju
– HL7
– IHE
– DICOM
• Zaključak
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 3
Norme i interoperabilnost
• Fundamentalni uvjet za prihvat rješenja i korištenje dotupnih usluga od strane korisnika
• Financijski aspekti
– “Ekonimija skale” – više kvalitete za manje novca
– Održivost projekata
– Neovisnost kupca i dobavljača (vendor lock in)
• Klinički i medicinski učinci
– Longitudinalni pogled u stanje pacijenta
– Podaci prate osobu, a ne obratno
– Smanjenje pogrešaka
Jedan od ključnih čimbenika uspješnosti
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 4
Trošak ne-interoperabilnosti
• The West Health Institute (WHI) recently testified to U.S. Congress, and released an estimate that system and device interoperability could save over $30 billion a year in the U.S. healthcare system alone, while simultaneously improving patient care and hospital safety.
• Uncoordinated care costs America an average of $240 billion a year, according to a study based on analysis of more than 9 million insured lives in five states in US (IOM, 2012)
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 5
Razine interoperabilnosti rješenja
Razine interoperabilnosti
Tehnička razina Zakonski okvirPoslovni
procesiSemantika
eZdravstvo zahtjeva multidisciplinarne timove, ključne eksperte, i jasno definirano upravljanje projektima
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 6
Interoperabilnost u eZdravstvu
Bolničko okruženje
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 7
DICOM Norma
• DICOM – Digital Imaging and Communication in Medicine
• Norma koja definira upravljanje, pohranu, ispis i prijenos medicinskih slika
• Odnosi se primarno na dvije razine normiranja
– Format same slike
– Komunikaciju korištenjem Internet protokola
• Cilj DICOM norme je omogućiti integraciju različitih modaliteta od strane različitih dobavljača u jedinstveni PACS – Picture Archiving and Communication Network
• Norma je razvijena od strane American College of Radiology (ACR) and National Electrical Manufacturers Association(NEMA) – NEMA ima copyright na normu
• ISO 12052:2006 Health informatics -- Digital imaging and communication in medicine (DICOM) including workflow and data management
• http://medical.nema.org/standard.html
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 8
DICOM Norma – Format podataka
• DICOM Informacijski Objekt => Klasa => Instanca
– Apstrakcija (objekt), formalni opis (klasa) i reprezentacija entiteta od interesa (instanca)
– Sastavljen od tzv atributa, koji se u pravilu sadrži dva tipa podataka
• Tekstualne podatke koje definiraju kontekst slike – ime pacijenta, identifikatori, modalitet,
• “pixel” podatke – slika ili slike (JPEG, lossless kompresije)
• Atributi su odvojeni, što onda omogućuje izradu multimedijalnih arhiva, odnosno korištenje podataka za sekundarne svrhe
• Većina podataka i polja je opcionalna
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 9
DICOM Norma - Komunikacija
• DICOM norma definira usluge nad informacijskim objektima (tzv. Service Classes) - Produce, Store, Display, Process, Send, Retrieve, Query or Print
• Service Class povezuje jedan ili više informacijskih objekata sa jednom ili više radnji koje treba obaviti na istima
• Sukladno tome, govorimo o Service-Object Pair Class (definicija akcije i informacijskih objekata bez sadržaja) i Instance (definicija koja uključuje sadržaj)
• http://www.dicomlibrary.com/dicom/sop/
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 10
DICOM – Komunikacijski servisi
• DICOM servisi i objekti prenose se koristeći mrežne protokole (online), odnosno preko sustava za pohranu (offline)
• Internet Protokoli za prijenos podataka
– TCP/IP
– Web tehnologije
• Conformance statement – definicija koje servise, objekte i komunikacijske protokole podržava pojedini dobavljač
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 11
DICOM Norma - Ograničenja
• DICOM norma cilja na tehničku interoperabilnost u vidu komunikacije i pohrane slika i radioloških nalaza
– Ne ulazi u definicije tzv. radiology workflows – radnih okvira komunikacija na razini poslovne logike
• DICOM je u pravilu ograničen na radiologiju – prijenos podataka izvan radiologije, kao što je integracija nalaza u Elektronički zdravstveni zapis, odnosno RIS sustav je van okvira definicije
• DICOM norma pretpostavlja čitav niz opcionalnosti u sadržaju, čime se smanjuje prostor i mogućnosti plug-and-play interoperabilnosti
• Kao rješenje... HL7 norma te IHE profili, kao “nadogradnja” u cilju cjelokupne interoperabilnosti
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 12
HL7
• Misija – “To provide standards for the exchange, management and integration of data that support clinical patient care and the management, delivery and evaluation of healthcare services.”
• www.hl7.org
• Povijest udruge
– Udruga osnovana 1987. godine
– HL7 Inc i 30 službenih podružnica po svijetu (HL7 Hrvatska)
• www.hl7.hr
– Posljednja službena inačica – HL7v3 (ANSI norma)
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 13
HL7 motivacija
• Smanjenje broja potrebnih sučelja
– Point-to-point - N čvorova uključuje n*(n-1)/2 sučelja
• Mrežno okruženje – “HL7 sabirnica”
HL7
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 14
HL7 skup normi
• Aplikacijski protokol za elektroničku izmjenu podataka u zdravstvenim sustavima
– HL7v2, HL7v3
• Normizacija arhitekture kliničkih dokumenata – CDA
• Ostalo
– Normizacija reprezentacije znanja – Arden Syntax
– Specifikacije komponenata za upravljanje kontekstom – CCOW
– Podrška za razmjenu zdravstvenih informacija koristeći object request brokere i komponente
– Vokabulari i kodni sustavi
– Rad u području sigurnosti, privatnosti, povjerljivosti i odgovornosti
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 15
HL7v2.x
• Prvi značajniji pomaci prema ciljevima zadanim misijom
• Jednostavna i efikasna primjena u bolničkim okruženjima, posebno kad se radi o administrativnim funkcijama
• Implementacije
– ADT (Admission, Dishcarge, Transfer)
– Naručivanje laboratorijskih pretraga
• HL7v2 Message = n(Segmenata) = n(N*(Message Fields))
• Specijalni karakteri za odvajanje segmenata, polja, komponenata
• Kodiranje
– HL72.4 - ASCII kodiranje i delimiteri
– HL7v2.5 – XML format
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 16
Primjer HL7v2 poruke
MSH|^~\&|GHH LAB|ELAB-3|GHH OE|BLDG4|200202150930||ORU^R01
|CNTRL-3456|P|2.4<cr>
PID|||555-44-4444||EVERYWOMAN^EVE^E^^^^L|JONES|196203520|F|||153 FERNWOOD
DR.^^STATESVILLE^OH^35292||(206)3345232|(206)752-121||||
AC555444444||67-A4335^OH^20030520<cr>
OBR|1|845439^GHH OE|1045813^GHH
LAB|15545^GLUCOSE|||200202150730|||||||||555-55-5555^PRIMARY^PATRICIA
P^^^^MD^^LEVEL SEVEN HEALTHCARE, INC.
|||||||||F||||||444-44-4444^HIPPOCRATES^HOWARD H^^^^MD<cr>
HL7 Segment Message Field
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 17
HL7v2.x pravila konstrukcije poruka
• Procesiranje poruka
– Ignoriraju se segmenti, polja, komponente i pod-komponente i dodatna ponavljanja polja koji nisu očekivani
– Segmenti koji su očekivani, a nisu prisutni interpretiraju se kao da sadrže sva prazna polja
– Polja i komponente koji su očekivani unutar segmenta, a nisu uključeni interpretiraju se kao da nisu prisutni
• Razine potvrde
– Accept Acknowledgement
– Application Acknowledgement
• Z segmenti, tipovi poruka i događaji – lokalne poruke
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 18
HL7 verzija 2.x - problemi
• Proces izrade 2.x poruka u potpunosti ad hoc
– Ne postoji eksplicitna metodologija
– Ne postoje formalne upute za konstrukciju poruka
– Većina polja u poruci su opcionalna
• Dinamički model – odgovornosti aplikacije, potvrde primitka
• Rezultat => interoperabilnost različitih HL7v2.x implementacija nije zajamčena i praktički nemoguća!!!
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 19
HL7v3 pristup
• Proces je predočen kao eksplicitno dokumentirana metodologija
– Izrada modela slučajeva uporabe (engl. Model Driven Approach)
– Uvođenje informacijskih modela korištenjem UML notacije
• Uključuje referentni model, specifikacije vokabulara i tipova podataka, modeliranje i dinamičke zahtjeve poruka
• Značajno limitirana opcionalnost u porukama
• Problemi
– Dugačak proces učenja
– Lokalizacija na razini non-USA zemalja
– Nedostatak stabilnih alata za razvoj
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 20
HL7 CDA
• HL7 CDA – Clinical Document Architecture
• HL7v2.x i v3 su primarno messaging specifikacije –dinamika, tranzicija podataka, komunikacija, procesi
• Zašto CDA?
– Dokumenti su zapravo najprirodnija metoda iskazvanja zdravstvenog stanja
– Zdravstveni djelatnici su navikni na komunikaciju dokumentima
– Svi zdravstveni zapisi (pa i oni elektronički) uključuju dokumente –registre i repozitorije
– Fragmenti podataka su korisni za određeno vrijeme i u određenom kontekstu; za osiguranje perzistencije, dokument treba biti (digitalno) potpisan
Courtesy of Mr. Rene Spronk, Ringholm
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 21
HL7 CDA – Ključne postavke
• Interoperabilnost
– Ljudska razina
• Kopiranje papirnatog svijeta u elektronički
– Računalna razina
• Pohranjivanje i upravljanje kliničkim podacima
• Očuvanje konteksta
• Arhiviranje na konzistentan način – omogućuje ponovo korištenje dokumenata
• Ideja ispunjenja zahtjeva na obje razine
– Trenutna osiguranje ljudskog procesiranja – očuvanje osnovne forme dokumenta
– Iterativno dodavanje tagova prema XML notaciji kako bi se dokument dao računalno obrađivati
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 22
HL7 CDA – Ciljevi i primjena
• Perzistentnost
• Upravljanje arhivama
• Mogućnost autentikacije
• Cjelovitost
• Ljudska razina čitljivosti
• Očuvanje konteksta
• Dodatni podaci za računalno procesiranje
• Podrška upravljanju različitih formata podataka
• Primjeri u primjeni
– Otpusno pismo
– Recept
– Uputnica
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 23
Struktura CDA dokumenta
• kontekst u kojem se dokument nalazi
• ključni podaci za izmjene dokumenata
• klinički podaci o pacijentu
• XML hijerarhija – podaci podijeljeni u sekcije, paragrafe, liste i tablice
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 24
Struktura CDA dokumenta
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 25
HL7 CDA Header
• Identifikacija dokumenta (ID, kategorija, naslov, datum, verzija)
• Jezik, povjerljivost, autorizacija, patient consent
• Digitalni potpisi
• Primatelj sadržaja
• Menadžer dokumenta
• Upisnik dokumenta (osoba koja je fizički unjela podatke u dokument)
• Odgovorne osobe
• Pacijent
• Autor
• ...
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 26
HL7 CDA Body
Nestrukturirani sadržaj
Strukturirani sadržaj
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 27
Razine HL7 CDA
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 28
HL7 CDA – Level 1
• običan narrative text sa dodatnim formatiranjem
<component>
<!– History -->
<section>
<title>29.08.2005: History</title>
<text>Onset of asthma in his teens. He was hospitalized twice last year, and alreadytwice this year.
</text>
</section>
</component>
Level 1
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 29
HL7 CDA – Level 2
• Kodiranje sekcija unutar CDA body za računalno procesiranje
<component>
<!– History -->
<section>
<code code="10164-2“ codeSystem="2.16.840.1.113883.6.1"
codeSystemName="LOINC"/>
<title>29.08.2005: History</title>
<text>Onset of asthma in his teens. He was hospitalized twice last year, and alreadytwice this year.
</text>
</section>
</component>
Level 2
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 30
HL7 CDA – Level 3
• Kodiranje pojednih klučnih riječi unutar sekcija CDA tijela za dodatno računalno procesiranje
<component>
<section>
<code code="10164-2" codeSystemName="LOINC"
codeSystem="2.16.840.1.113883.6.1“ />
<title>29.08.2005: History</title>
<text>Onset of <content ID="a1">asthma</content> inhis teens. He was hospitalized twice last year, and already twice this year. </text>
<entry typeCode="COMP">
<observation>
<code code="195967001“codeSystem="2.16.840.1.113883.6.96"
codeSystemName="SNOMED CT"
displayName="Asthma">
<originalText>
<reference value="#a1"/>
</originalText>
</code>
</observation>
</entry>
</section>
</component>
Level 3
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 31
Primjer
• Consolidated CDA - link
32
Integrating the Healthcare EnterpriseIHE
http://www.ihe.net
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 33
IHE - Uvod
• IHE – Integrating the Healthcare Enterprise
• Globalna, neprofitna inicjativa sa nacionalnim podružnicama
• Osnovana 1998. u SAD-u na inicjativu RSNA i HIMSS-a
• Zajednički okvir za harmonizaciju i implementaciju normi u zdravstvu.
• Uključuje komunkaciju između
– Aplikacija
– Sustava
– Različitih domene
• Osigurava jednostavan prijenos zdravstvenih informacija unutar i između organizacija, regija, te komunikaciju na državnim razinama
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 34
IHE je implementacijski okvir, a ne norma!
• Promovira nepristranu selekciju i koordinirano korištenje postojećih normi u e-Zdravstvu, kao i široko prihvaćene IT prakse za implementaciju slučajeva uporabe u zdravstvu
• Podržava jednoznačnu i jasnu oprabu postojećih normi poput HL7, ASTM, DICOM, ISO, IETF, OASIS itd
• IHE implementacijski okvir definira ograničenja i odabir konfiguracijskih opcija pri primjeni gore navedenih normi kako bi unaprijedio komunikaciju između pojedinih sustav
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 35
IHE - Motivacija
• Norme u eZdravstvu (i šire...) su
– Fundamentalne – rješavaju osnovne probleme interoperabilnosti i komunikacija
– Široke – podložne različitim implementacijama i interpretacijama
– Relativno uske u primjeni – rješavaju određen segment komunikacije i poslovanja, te ne uzimaju u obzir odnose između pojedinih domena
– Kompleksne i mnogobrojne – vrlo često zapravo redundantni i ne sinhronizirani
– Fokusirane na pojedine implementacije – implementacije norme rješavaju problem samo za to određenu normu
• Ideja IHE – osigurati jednoznačan i jednostavno primjenjiv proces implementacije višestrukih normi
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 36
IHE: Connecting Standards to Care
• IHE – forum koji okuplja stručnjake i donosi preporuke kako integrirati rješenja i sustave koristeći norme
www.ihe-europe.net
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 37
IHE Domene
• Preko 200 industrijskih proizvođča
• 10+ tehničkih okvira
• 100+ integracijskih profila
• Testiranja na “Connectathon-ima”
Radiology (18 profiles)
IT Infrastructure for Healthcare (20 profiles)
Cardiology (7 profiles)
Laboratory (6 profiles)
Radiation Oncology (3 profiles)
Patient Care Coord. (5 profiles)
Pathology
Eye Care (4 profiles)
1999
Veterinary
Endoscopy
Pharmacy
Public Health, Quality and Research
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
Patient Care Devices (3 profiles)
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 38
IHE Ključne komponente
1. ACTOR - Definicija sudionika u vrlo jasno definiranim ulogama
– Apstrakcija pojedine funkcije u IT sustavu
– U pravilu softver podržva više od jednog sudionika
2. TRANSACTIONS - Sudionici u zdravstvu uključeni su u vrlo jasno definirane transakcije
3. INTEGRACIJSKI PROFIL – skup izmjena informacija u “stvarnom svijetu”, koji onda rješava integracijski problem
– Opisan je kontekst u koje se profil nalazi
– Definirani sudionici (Actors) – tj. Sustavi koji su uključeni
– Definirane transakcije – što ti sustavi moraju/trebaju/mogu raditi
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 39
IHE Ključni koncepti - ACTOR
• Predstavlja skup aplikacijskih uloga i odgovornosti koje snosi pojedini sustav
• Uvijek postoji jasno mapiranje na aplikacije u realnom svijetu
• Obično aplikacije podržavaju višestruke IHE sudionike
• Primjeri
– Izdavatelj naloga za laboratorijsku pretragu
– Ispunitelj naloga za laboratorijsku pretragu
– Prijam pacijenta, otpust i transfer (ADT)
– Registar dokumenata
– Repozitorij dokumenata
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 40
IHE Ključni koncepti - TRANSACTION
• Set interakcija ili poruka između dva sudionika koji se odnosi na određenu aktivnost
• Jednoznačno definira kako sudionici moraju surađivati kako bi se ispunio određeni zadatak
• Koristi postojeće norme poput HL7, DICOM, EN 13606 EHR Extract, ...
Order Placer Order FillerPlacer order management
[LAB-1]
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 41
IHE Ključni koncepti – INTEGRACIJSKI PROFIL
• Fokusira se na rješavanje integracijskog problema
– Skup izmjena informacija iz realnog svijeta koji je podržan od određenog skupa sudionika i transakcija (prema nekoj normi)
• Primjeri
– Autentikacija korisnika
– Dohvat informacija za prikaz
– Naručivanje laboratorijskih pretraga
– Izmjena kliničnih dokumenata
Referenced
standard
(e.g. HL7)Detailed messaging
info --------------------------Roles
Integration Profile
Actor Actor Actor…
Tra
nsa
ctio
n
Tra
nsa
ctio
n
Tra
nsa
ctio
n
Tra
nsa
ctio
n
Tra
nsa
ctio
n
………
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 42
IHE Tehnički okvir
• IHE Tehnički okvir (Technical Framework) –implementacijski okvir za svaki od integracijskih profila
• Jedan Tehnički okvir u pravilu obuhvaća više integracijskih profila
• Tehnički okvir koncipirani su na slijedeći način
– Volume 1
• Integracijski profili i sadržaj informacija
• Definiraju sudionike i transakcije, odnosno module sadržaja
– Volume 2+
• Implementacijske specifikacije transakcija ili modula sadržaja
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 43
IHE Integracijski profili - Radiologija
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 44
IHE Integracijski profili – RadiologijaPrimjer
• Scheduled Workflow (SWF)
– Osigurava integritet i konzistentnost informacija o pacijentu i pretragama, prilikom naručivanja iste, odnosno obrade pacijenta
– Omogućava korisnicima i informaciju da li su slike i rezultati dostupni u arhivama, ili se vežu na neki drugi proces, kao što su izvješća
– Centralni koordinacijski servis (notifikacije termina, završetak obradbe, i slicno)
Biomedicinska InformatikaMiroslav Končar 45
Zaključak
• Integracija radiološke opreme u bolničke mreže i sustave:
– DICOM – povezivanje različitih modeliteta u PACS mreže
– HL7 – integracija podataka iz radiologije sa ostalim sustavima u bolnici (RIS, BIS)
– IHE – definicija workflows, certifikacija aplikacija
• Oprema koju koristite sadržava specifikacije, implementation guides, and conformance statements za navedene norme, sa ciljem da osigura integraciju opreme u sustave/mreže
• Imati na umu
– U pravilu, nema plug-and-play integracije
– Troškovi integracije i održavanja mogu biti neodrživi bez pravilnog planiranja i ulaganja u timove i znanja