Требования к качеству обслуживания

ISBN 5-94052-066-0
УДК
ПРОГРАММНЫЕ СИСТЕМЫ: ТЕОРИЯ И ПРИЛОЖЕНИЯ.
ПЕРЕСЛАВЛЬ-ЗАЛЕССКИЙ, 2004
519.68
Д. Е. Ермаков
Требования к качеству обслуживания при
передаче медицинской информации
Аннотация. В данной статье рассматриваются требования к качеству услуг
(также часто называемому „качеством обслуживания“, англ. QoS –– Quality
of Service), специфические для информационных технологий в области медицинской информатики.
Ключевые слова и фразы: QoS, Quality of Service, healthcare informatics, medical information interchange, качество обслуживания, медицинская информатика, передача медицинской информации.
1. Введение
В данной статье рассматриваются требования пользователей к
качеству услуг (также часто называемому „качеством обслуживания“, англ. QoS –– Quality of Service), специфические для информационных технологий в области медицинской информатики.
Качество услуг определено в [1] как „Совокупность свойств, касающихся коллективного поведения одного или нескольких объектов“.
Как видно, данное определение имеет чрезвычайно широкий характер, даже будучи ограниченным областью медицинской информатики.
Нормативный документ CEN Report 12161 (EWOS/ETG 021)
„Методика формулирования профилей для здравоохранения“[2] определяет общие требования пользователей к обмену медицинской информацией, а также пригодность средств, предлагаемых стандартами OSI (Open Systems Interconnection –– Взаимодействие открытых
систем [3]), для удовлетворения этих потребностей.
Экспертная группа медицинской информатики при Европейском
рабочем комитете по открытым системам (EWOS/EG MED) инициировала в мае 1995 года работы по определению и формализации
требований к качеству обмена медицинской информацией, которые
должны быть поддержаны стандартизированными коммуникационными средствами.
Требования к качеству обслуживания
260
В то же время существуют международные информационные
стандарты (разработанные в рамках комитетов ISO/IEC группами
JTC1 / SC21, ITU-T SG7), определяющие общую инфраструктуру
QoS (QoS Framework) [4] (терминология, концепции и так далее) и
создающие базис для разработки информационных систем, ориентированных на чёткое обеспечение качества обслуживания. Указанными рабочими группами также разработано „Руководство по методам
и механизмам обеспечения качества обслуживания“[5], которое может служить справочником, путеводителем по принципам QoS для
широкого круга системных архитекторов и разработчиков.
2. Определения
В настоящей статье термин „Качество обслуживания“(далее ––
КО) рассматривается применительно к взаимодействию между компонентами распределённых медицинских информационных систем
(МИС). Эта область не ограничивается сетевыми инфраструктурами
(то есть только транспортом данных), в неё также входят требования
к качеству работы хранилищ информации и систем для её обработки.
Конечно, МИС, обеспечивающая высокое качество обслуживания в
данном понимании, не гарантирует автоматически высокого качества
медицинского обслуживания пациентов медицинским учреждением,
однако вопросы чисто медицинского характера не входят в сферу
интересов и компетенции автора.
Основные определения из области качества обслуживания сформулированы в базовом стандарте [4]. Для того, чтобы не отрываться
от международной терминологии, в скобках будем приводить соответствующие англоязычные термины.
• Категория качества обслуживания (QoS category) –– группа требований, предъявляемых пользователями, которая в
свою очередь предопределяет выбор группы требований качества обслуживания (QoS requirements).
• Характеристика качества обслуживания (QoS characteristic) –– это любой из аспектов качества обслуживания, который поддаётся количественному измерению и определяется
независимо от средств, с помощью которых он контролируется и представляется.
Требования к качеству обслуживания
261
• Механизм качества обслуживания (QoS mechanism) –– специфический механизм, который может использовать элементы
протоколов, параметры качества обслуживания (QoS parameters) или контекст качества обслуживания (QoS context),
возможно в сочетании с другими механизмами качества обслуживания, с целью обеспечения установки, мониторинга,
контроля и поддержания определённого качества услуг.
• Информация о качестве обслуживания (QoS information) ––
любая информация, относящаяся к качеству обслуживания.
Она может подразделяться на контекст качества обслуживания (QoS context) (информация, содержащаяся внутри одного объекта) и параметры качества обслуживания (данные,
передаваемые между объектами), а также может подразделяться на требования к качеству обслуживания (QoS requirements) и данные о качестве обслуживания (QoS data).
• Параметр качества обслуживания (QoS parameter) –– информация о качестве обслуживания, передаваемая между объектами в ходе работы механизма качества обслуживания.
Параметры подразделяются на параметры требований и параметры данных. Передаваемая информация может касаться одной или нескольких характеристик качества обслуживания.
• Управление качеством обслуживания (QoS management) ––
набор действий, производимый любым системным или коммуникационным механизмом, направленный на обеспечение
мониторинга, контроля и администрирования качества обслуживания (в отличие от общих методов, таких, как управление в OSI).
• Соглашения о качестве обслуживания (QoS agreements) ––
этот термин, а также равнозначное ему понятие „уровень
соглашения“ (level of agreement), используется для обозначения согласованного (negotiated) уровня поддержки для данного набора характеристик качества обслуживания.
В дополнение к этим определениям в отчёте CEN Report 12161
(EWOS/ETG 021) [2] сформулированы ещё несколько важных понятий:
• Атрибут –– свойство объекта реального мира, которое может
быть характеризовано конечным набором дискретных значений.
Требования к качеству обслуживания
262
• Набор значений атрибутов (SAV: Set of Attribute Values) ––
для определённого набора атрибутов, относящихся к определённой области (например, к обмену информацией), набор
значений атрибутов состоит из (упорядоченного) списка значений для каждого атрибута.
• Коэффициент соответствия (GOFF: Goodness of Fit Factor) –– показатель, определяющий, насколько хорошо соответствует результат обработки информации (например, профиль) заданному набору значений атрибутов.
• Пользовательский сценарий (User Scenario) –– описание требований к обработке информации, которые могут характеризоваться набором значений атрибутов.
3. Концепции качества обслуживания
Фундаментальная цель любой спецификации, практического решения или механизма, связанного с качеством обслуживания (КО),
может быть выражена с помощью трёх концепций: управление различными характеристиками КО для выполнения соглашений о КО.
3.1. Характеристики качества обслуживания. Характеристика КО –– это термин, используемый для обозначения свойств систем и процессов, имеющих отношение к качеству обслуживания. К
характеристикам КО относятся (перечень, конечно, далеко не полный):
• временной интервал между двумя событиями (например, запросом и ответом);
• время прохождения массива информации между двумя точками (транзитная задержка);
• пропускная способность канала передачи данных;
• надёжность элемента системы;
• ёмкость элемента системы в плане хранения или обработки
информации;
• плотность потока ошибок при передаче информации;
• согласованность копий базы данных;
• точность данных.
Требования к качеству обслуживания
263
В инфраструктуре КО определяется целый ряд полезных характеристик, большинство –– в общем виде, как показано выше. В каждом конкретном случае характеристика должна быть уточнена, например, в случае транзитной задержки необходимо определить параметры передаваемого массива информации и двух точек, между
которыми этот массив передаётся.
3.2. Управление качеством обслуживания. Характеристики КО должны быть управляемы, и для того, чтобы отличить этот
специфический вид управления от общих механизмов (таких, как
управление в OSI), его обозначают термином „управление качеством
обслуживания“.
Для удовлетворения различных требований КО необходимо выполнить целый ряд разнообразных действий, например: согласование, управление доступом (например, управление скоростью, с которой элемент системы выдаёт данные), контроль. В инфраструктуре
КО используется термин „механизм качества обслуживания“для обозначения этих действий.
Различные механизмы КО действуют на различных этапах, в различных фазах контролируемых процессов:
• фаза предсказания (Prediction phase): до начала процесса.
Назначение этой фазы –– предсказать аспекты поведения системы с целью выбора и инициализации соответствующих
механизмов КО;
• фаза установки (Establishment phase): до начала процесса
или во время его инициализации. В этой фазе элементы
системы могут выражать свои требования к КО, согласовывать требования между собой, договариваться о тех действиях, которые должны предприниматься в случае падения
КО, а также запускать механизмы, которые потребуются в
рабочей фазе (например, размещение ресурсов);
• рабочая фаза (Operational phase): во время работы процесса. Задача механизмов КО в этой фазе –– соблюдение соглашений о КО, сделанных в фазе установки, или выполнение
заданных мер, если таковое соблюдение невозможно. В этой
фазе элементы системы могут отслеживать КО, предпринимать при необходимости восстановительные меры и/или
уведомлять другие элементы о происходящих изменениях;
Требования к качеству обслуживания
264
• фаза разъединения (Release phase): во время запланированного или экстренного завершения процесса, а также после
этого завершения. В этой фазе может выполняться работа
по остановке (в определённом порядке) механизмов, задействованных в рабочей фазе, по закрытию log-файлов, по высвобождению ресурсов и так далее.
Для работы механизмов КО обычно требуется взаимодействие
элементов системы между собой. Задействованные в этом процессе
элементы информации, относящейся к КО, обозначаются термином
„параметры качества обслуживания“. Отметим различие между характеристиками КО и параметрами КО. Характеристики КО –– это
реальные свойства системы, которыми нужно управлять, и значения
которых могут не быть неизвестны с абсолютной точностью. Параметры КО –– это элементы информации о КО, передаваемые в ходе
работы управляющего процесса; это могут быть целевые значения,
предлагаемые пороги, пределы, кодированные запросы на измерение
КО и так далее.
3.3. Соглашения о качестве обслуживания. Одной из важнейших задач, решаемых в фазе установки, является достижение соглашений об уровне КО, который будет в дальнейшем обеспечиваться
и поддерживаться. Для каждой из рассматриваемых характеристик
КО могут определяться следующие моменты:
• природа самого определяемого значения (целевое значение
величины, верхний предел, нижний предел, порог срабатывания и так далее);
• должны ли резервироваться какие-либо ресурсы;
• должен ли отслеживаться реально достигнутый по ходу работы уровень КО;
• действие или действия, которые должны предприниматься,
если согласованный уровень КО в какой-то момент работы
не может быть обеспечен. Такими действиями могут быть:
– повторное согласование уровня КО,
– прерывание работы процесса,
– прерывание работы другого процесса, имеющего меньший приоритет, с целью высвобождения ресурсов,
Требования к качеству обслуживания
265
– изменение поведения пользовательского приложения,
например, переключение на меньшее графическое разрешение, переключение с цветного на чёрно-белый режим и так далее.
Для обозначения всей совокупности этих аспектов используется термин „уровень соглашения“. Раньше обычно использовался так
называемый „безгарантийный “(best-effort) уровень соглашения, при
котором достигается договорённость о целевых значениях характеристик КО, но не делается никаких усилий по определению действительно достигнутого уровня КО, и в дальнейшем не предпринимается никаких дополнительных действий, связанных с КО. В настоящее
время, по мере того как обычным явлением становится разделение
одних и тех же коммуникационных ресурсов между потоками данных с существенно различающимися требованиями к КО, системы
должны следить за предоставляемым КО более оперативно и тщательно.
Как видно из вышеприведённого (далеко не полного) списка,
можно определить великое множество различных уровней соглашения о КО. Эти соглашения могут достигаться различными средствами: с помощью решений, жёстко заложенных в архитектуру системы,
с помощью односторонних предложений от одного из элементов системы или с помощью двух- или многосторонних согласований. Руководство по методам и механизмам КО [5] содержит ряд определений
общих механизмов согласования, которые применимы к широкому
спектру ситуаций, включая коммуникации типа многоадресных рассылок.
3.4. Механизмы качества обслуживания. Как говорилось
выше, механизмы КО обеспечивают возможности запуска различных
действий, необходимых для выполнения определённых требований к
КО. Далее рассмотрим некоторые механизмы КО, задействованные
в различных фазах поддерживаемых процессов.
3.4.1. Механизмы фазы предсказания. Фаза предсказания включает в себя следующие действия:
• запрос и анализ историчной информации о достигнутых ранее уровнях КО;
• предсказание характеристик КО в системе (например, время
завершения процесса);
Требования к качеству обслуживания
266
• вычисление потенциальных отклонений от желаемых уровней КО (предполагается, что эти уровни будут согласованы
и утверждены);
• вычисление значений параметров КО, которые будут затребованы в фазе установки;
• проверка допустимости сформулированного запроса с точки
зрения соответствия политике доступа, установленной для
данного элемента системы.
Обычно механизмы этого класса реализуются локальными средствами элемента. На сегодняшний день не существует каких-либо общепризнанных стандартов или спецификаций, касающихся подобных
механизмов.
Механизмами данной фазы могут использоваться нижележащие
системные средства (например, управляющие протоколы OSI), эвристики и различные формы априорных предположений.
3.4.2. Механизмы фазы установки. Фаза установки включает в
себя действия по размещению ресурсов и инициализации механизмов рабочей фазы. Одним из примеров механизмов, занимающихся
размещением ресурсов, является RSVP (Resource Reservation Protocol –– протокол резервирования ресурсов), определённый в RFC 1821
[6]. Среди методов и механизмов, использующихся в фазе установки,
можно выделить следующие:
• методы достижения соглашений о КО;
• механизмы размещения ресурсов;
• инициализационные механизмы.
3.4.3. Механизмы рабочей фазы. В рабочей фазе используются
следующие механизмы:
•
•
•
•
•
•
механизмы контроля;
корректирующие механизмы;
механизмы синхронизации;
фильтрующие механизмы;
механизмы опроса;
механизмы оповещения.
3.4.4. Механизмы фазы разъединения. В фазе разъединения используются следующие механизмы:
• механизмы освобождения ресурсов;
• механизмы работы с логами;
• механизмы работы со статистической информацией.
Требования к качеству обслуживания
267
4. Типичные ситуации, касающиеся качества
обслуживания в области медицинской информатики
В этой главе рассмотрим ряд типичных ситуаций, в которых качество обслуживания играет важную роль. Это рассмотрение является своего рода отправной точкой для дальнейших исследований, в
ходе которых должно быть установлено, например, всегда ли присущи обозначенные требования данной типичной ситуации, или они
зависят от каких-то условий; также несомненно требуется формализация и уточнение всех требований к КО, характерных для каждой
ситуации, и многое другое.
4.1. Работа с изображениями при жёстких ограничениях по времени. В данной ситуации врач запрашивает медицинское изображение из архивной системы (PACS –– Picture Archiving
and Communications System) на свой компьютер. При этом требуется определить максимально допустимую задержку между выдачей
запроса и появлением изображения на экране. В случаях, когда изображение запрашивается во время хирургической операции, неспособность системы PACS обеспечить приемлемое качество обслуживания
может потенциально представлять опасность для жизни пациента.
Важнейшей характеристикой КО в данной систуации является
временная задержка. Механизмы КО должны удерживать её в заданных пределах и не давать превысить установленный порог.
4.1.1. Механизмы фильтрации. В качестве примера механизмов
КО, применяемых в области медицинской информатики, кратко рассмотрим класс механизмов фильтрации.
В данном контексте фильтр –– это механизм, преобразующий данные для того, чтобы изменить некоторые из их характеристик, имеющих отношение к КО. Примером подобных преобразований является
компрессия и выборочное отбрасывание информации. Оба этих процесса позволяют уменьшить требования к общей пропускной способности канала связи. Более интеллектуальные фильтры учитывают
взаимозависимости между различными характеристиками КО, например, отбрасывание части информации может ухудшить качество
изображения в пользу улучшения временных характеристик передачи данных.
Наиболее сложные фильтры, предназначенные для информации,
часть которой может быть отброшена в ходе передачи, позволяют не
Требования к качеству обслуживания
268
только осуществлять такое отбрасывание, но и обеспечивать различные уровни КО на основе одних и тех же исходных данных. В качестве реальных примеров информации подобного типа можно привести компрессированное видео [7], в котором могут отбрасываться
некоторые кадры, а также иерархически компрессированное видео
[8], которое может быть декомпрессировано с разными разрешениями.
4.2. Телемедицина. Любая система, используемая в телемедицине, должна обеспечивать определённый минимальный уровень КО.
Приведём ряд ситуаций, наглядно иллюстрирующих вопросы качества обслуживания в данной области.
4.2.1. Удалённый доступ в случае отсутствия наземной инфраструктуры. Работающий в полевых условиях врач обращается к телемедицинскому центру по спутниковому каналу. Этот канал характеризуется большими задержками и взаимозависимостью между пропускной способностью, продолжительностью сеанса связи и стоимостью. Удалённая система (терминал врача) должна договориться с
телемедицинским сервером о минимально приемелемом уровне КО.
Если этот уровень не может быть достигнут, то либо пользователю
предлагается уменьшенная функциональность, либо сеанс работы вообще отменяется.
4.2.2. Лечебный пункт с ограниченными возможностями. Медик в лечебном пункте пытается установить сеанс связи с удалённым медцентром с целью консультации. Пропускной способности канала связи недостаточно для того, чтобы телемедицинское приложение могло развернуть все свои возможности (например, фотографии
кожных покровов или отведения ЭКГ не могут передаваться в реальном времени). Медик решает, что любая связь лучше, чем совсем
никакой, и общается с медцентром по голосовому каналу, а компрессированные чёрно-белые снимки посылает в фоновом режиме.
4.2.3. Консультация в условиях изменения параметров КО.
Между двумя радиологами установлен телемедицинский сеанс связи, идёт консультация. При установке сеанса достигнут такой уровень
соглашения о КО, в котором оговорено отсутствие мониторинга КО,
реально достигаемого в ходе сеанса. Если реальное КО опустится ниже некоторого уровня, некоторые параметры предоставляемых услуг
(например, скорость передачи изображения) могут существенно деградировать, так что телемедицинская консультация должна будет
Требования к качеству обслуживания
269
или продолжаться с меньшей функциональностью (например, движущиеся изображения будут заменены неподвижными), или прекратиться вовсе. При этом очень важно, чтобы содержимое отдельных
изображений не искажалось и не теряло качества (по крайней мере
без взаимной договорённости сторон), так как это может привести,
например, к постановке неправильного диагноза по искажённой Rграмме.
В следующих пунктах как раз иллюстрируется важность чёткого
определения уровня соглашений, степени и полноты контроля реального КО, а также действий, которые должны быть выполнены при
невозможности поддержания КО на заданном уровне.
4.3. Воспроизведение видеоряда. Врач с целью поиска аномалий воспроизводит видеопоследовательность, полученную во время ультразвукового исследования. В данном случае такие параметры, как вариация транзитной задержки при передаче видеофайлов
по сети и объём буферов под эти файлы являются взаимосвязанными
величинами. Если пропускная способность системы передачи данных
падает ниже определённого уровня в течение промежутка времени,
превышающего некоторый предел, то воспроизведение будет прерываться, что в принципе является терпимым. Если же скорость получения видео превзойдёт возможности механизма буферизирования,
то отдельные кадры видеоряда начнут теряться, что уже является
недопустимым, так как в этих кадрах может содержаться существенно важная диагностическая информация.
Для данной ситуации важными характеристиками КО являются:
задержка (максимально допустимый промежуток времени от запуска проигрывания до действительного появления видео на экране) и
пропускная способность коммуникационного канала (определяемая
своим средним значением и максимально допустимым отклонением
от него). Уровень соглашения о КО должен определять поведение
системы в случае потери кадров.
4.4. Медицинские приборы. В этой области вопросы КО могут возникать во множестве ситуаций, например:
Требования к качеству обслуживания
270
4.4.1. Реакция на сигналы тревоги. Медицинское оборудование
обычно выдаёт сигналы тревоги, чтобы привлечь внимание персонала к возникшим аномалиям в состоянии пациентов или к проблемам внутри самих приборов. Когда подобные сигналы передаются по
коммуникационным каналам, система передачи информации должна
гарантировать их доставку указанным пользователям (то есть медперсоналу) в течение заданного времени.
4.4.2. Интеллектуальная фильтрация сигналов тревоги. Когда
одновременно наступают несколько тревожных ситуаций, множество
различных сигналов может сбивать медперсонал с толку, в конечном итоге осложняя его работу. В данном случает требуется некий
механизм интеллектуальной фильтрации тревожных сигналов, основывающийся на различных характеристиках КО, например приоритетности сигналов.
4.4.3. Замкнутая система управления. Пример: скорость работы циркуляционного насоса может определяться показаниями, выдаваемыми отдельным прибором (монитором), контролирующим некоторый аспект состояния пациента. Качество работы такой системы
зависит от достоверности и своевременности контрольной информации, выдаваемой монитором.
4.4.4. Сбор информации для ретроспективного анализа. При
протоколировании, например, отведений ЭКГ или доз лекарственных
препаратов (выдаваемых автоматически), необходимо, чтобы выборка информации с медицинского оборудования производилась с определённой частотой, а кроме того должна обеспечиваться целостность
накапливаемого массива информации.
5. Категории качества обслуживания
в медицинской информатике
В этой главе, опираясь на вышеприведённые примеры, попытаемся обобщить и свести воедино все требования к КО, характерные
для медицинской информатики. Затем попробуем наметить подходы
к удовлетворению этих требований
5.1. Категории качества обслуживания. Медицинская информатика –– одна из областей, в которой деятельность пользователей имеет некоторую специфику, влияющую на характер коммуникационных и вычислительных процессов. Эта специфика приводит
Требования к качеству обслуживания
271
к выбору определённого ряда характеристик КО, выражающих требования пользователей. Для определения того, какие именно требования к КО соответствуют заданным пользовательским требованиям, в базовом стандарте по КО [4] вводится понятие „категория качества обслуживания “(QoS category, см. определение выше). Список (далеко не полный) предлагаемых категорий КО включает в себя: безопасность, отказоустойчивость, гарантированность по времени, надёжность, простота использования, расширяемость/гибкость,
контролируемость/проверяемость.
Различные аспекты качества обслуживания, определённые в
каждой категории (то есть практически для любой группы пользователей), будут, вероятно, схожи, разница будет в основном в расстановке акцентов. Категории КО не будут взаимно непересекающимися,
наоборот, любая прикладная область может предъявлять к информационной системе требования по времени, безопасности и надёжности.
Точное определение состава характеристик КО, принадлежащих данной категории, очевидно, должно производиться в информационных
стандартах соответствующей прикладной области.
5.2. Что отличает медицинскую информатику? Каждая
прикладная область, в том числе и медицина, имеет свои индивидуальные черты и характеристики, которые отличают её от других
областей в плане специфики использования информационных технологий. Таким образом, и требования к КО, будучи сформулированными для условий медицины и медицинской информатики, будут
отличаться от требований к КО, характерных для других областей.
В данной главе делается попытка выделить специфику характеристик КО в сфере медицинской информатики. Практически любая
из этих характеристик сама по себе равно применима и ко многим
другим дисциплинам. И именно сочетание этих характеристик выделяет медицинскую информатику в ряду прочих прикладных областей.
Очевидно, что многие информационные системы (ИС) в медицине выполняют очень ответственные функции. Соответственно, качество их работы должно поддерживаться на определённом уровне.
Если же КО упадёт ниже оговоренного предела, то лечение, проводимое в таком режиме, может оказаться неэффективным или даже
неправильным, что в свою очередь может создать угрозу здоровью и
жизни пациентов.
Требования к качеству обслуживания
272
Высокая надёжность –– одно из ключевых требований к ИС в
здравоохранении. В медицинском учреждении типичной является
ситуация, когда одновременно, в комплексе используется широкий
спектр информационных технологий и медицинского оборудования
различных поставщиков и производителей. В итоге образуется высокогетерогенная среда, характеризуемая наличием большого числа
файловых форматов, протоколов обмена и коммуникационных механизмов. На сегодняшний день большая часть усилий по стандартизации в медицинской информатике направлена на выработку стандартов представления информации для её хранения (форматы файлов) или передачи. По использованию механизмов КО в медицинской
информатике имеется лишь небольшое число работ. И ещё меньше
работ посвящено грядущим перспективам управления качеством в
медицинских ИС.
Медицинские ИС имеют много общего с ИС из других прикладных областей. Более того, общие требования к передаче медицинской
информации схожи с требованиями к передаче любых других типов
информации. При определении одной или нескольких категорий КО
для здравоохранения необходимо принимать в расчёт определённую
комбинацию требований к безопасности, точности, целостности, скорости и так далее. Ниже рассмотрим ряд аспектов, играющих важную роль в процессе передачи медицинской информации.
5.2.1. Объёмы данных. Как и в случае с другими мультимедийными приложениями, в информационный обмен в медицинских ИС
могут вовлекаться значительные объёмы данных. И хотя размер отдельных изображений редко превышает 10 Мб и они не создают каких-либо проблем, однако в реальной практике встречаются последовательности из сотен взаимосвязанных кадров, которые оказывают
существенную нагрузку на подсистемы сбора, передачи, хранения и
отображения информации.
5.2.2. Компрессия. Существуют определённые ограничения на
применение необратимой (с потерями) компрессии к различным видам медицинской информации. В некоторых случаях даже незначительные потери от такой компрессии являются неприемлемыми.
5.2.3. Ответственность. Во многих странах законодательство
требует, чтобы любая собранная медицинская информация хранилась определённый период времени и только потом уничтожалась.
Требования к качеству обслуживания
273
Очевидно, для данного случая „время жизни“ –– важная характеристика КО. Также в подобных ситуациях должно быть чётко определено, кто отвечает за хранение и целостность информации.
5.2.4. Права доступа. Кто имеет право просматривать, изменять, копировать или удалять фрагменты медицинской информации?
Во многих ЛПУ для регулирования этих вопросов существуют жёсткие и весьма разветвлённые системы прав на выполнение любых действий с информацией.
5.2.5. Идентификация. В медицинских приложениях жизненно
важно корректно ассоциировать медицинские данные с нужным пациентом. В данной ситуации связи между массивами информации
различных типов должны быть защищены от искажений, и кроме
того, они должны поддерживаться в актуальном состоянии на фоне
идущих процессов передачи данных.
В других ситуациях (например, в исследовательской работе)
часто встречается прямо противоположная задача –– необходимость
обеспечения анонимности.
Проблема усугубляется в распределённой мультимедиа-среде, где
нужно поддерживать многочисленные связи между массивами информации разнообразных типов.
5.2.6. Целостность информации. Данное требование является
одним из важнейших и вытекает из самой природы лечебной деятельности. Любая медицинская информация должна быть защищена
от случайного или злонамеренного изменения в ходе передачи и хранения.
5.2.7. Конфиденциальность. Это ключевое требование к медицинской информации, относящейся к конкретным пациентам. Законодательство большинства стран охраняет конфиденциальность подобной информации. Для обеспечения защиты данных от несанкционированного доступа –– помимо других мер –– широко используется
криптография.
5.2.8. Доступность. Доступность –– также очень важное требование к медицинской информации. Достоверная информация должна
быть доступна там, где она требуется, и как можно оперативнее, иначе жизнь пациента может оказаться под угрозой. Доступность может
стать критическим фактором в чрезвычайных ситуациях в условиях
острого недостатка времени. При этом использование криптографии
(см. выше) может оказаться недопустимым, так как замедляет доступ
к информации.
Требования к качеству обслуживания
274
5.2.9. Оценка уровня доверия. По мере того, как всё большие и
большие объёмы медицинской информации публикуются на серверах
и www-сайтах, возрастает потребность разработки механизма присвоения источникам подобной информации некоторых „сертификатов качества“ с тем, чтобы пользователи могли убедиться в качестве
запрашиваемых данных. Примерами такой информации могут служить результаты научных исследований и врачебной практики, используемые, например, в доказательной медицине. Качество и полнота опубликованных сведений может варьироваться в широчайших
пределах –– от однократного случайного замечания до многократно
проверенных результатов всесторонних исследований. Однако нельзя
утверждать, что первое менее полезно, чем второе –– просто необходимо иметь возможность установить категорию, к которой принадлежат те или иные сведения. Таким образом, здесь возникает потребность в такой характеристике КО, как „уровень доверия“.
5.2.10. Точность информации. В дополнение к требованиям, регулирующим конфиденциальность и доступность медицинской информации, ещё одним критически важным требованием является её
точность. Потребная точность информации тесно связана с теми целями, для которых она предназначается. Например, если врач просматривает серию МР-снимков в поисках изображений головы пациента, то низкая точность представления вполне допустима. Если же
снимок посылается другому врачу с целью консультации, то требуется гораздо большая точность.
Решения касательно точности информации принимаются на всех
стадиях работы с последней –– при сборе, при обмене, при хранении
(например, выбирается число уровней для оцифровки, частота выборки и так далее). Мультимедийные данные, из-за своего большого
объёма, часто подвергаются компрессии для уменьшения нагрузки на
механизмы передачи и хранения. Компрессия может вызвать уменьшение точности (из-за необратимой потери части информации или
добавления артефактов, шумов и тому подобного), поэтому тип и
степень компрессии должны тщательно выбираться в зависимости
от множества условий. Наиболее часто компрессия применяется для
изображений (неподвижных и движущихся), а также для аудиоинформации.
Требования к качеству обслуживания
275
5.2.11. Объединение взаимосвязанных данных. Обычно разные
элементы медицинской информации не собираются и не хранятся
изолированно –– напротив, они воспринимаются как массивы взаимосвязанных элементов. Для этого необходимо наличие механизма
ассоциирования информационных объектов. Например, показания,
полученные с помощью различных инструментов и сканеров, должны быть синхронизированы во время просмотра врачом их совокупности. Универсальным представлением синхронизированного набора
медицинских данных различных типов является механизм „Боткинского листа“, разрабатываемый в настоящее время специалистами
ИЦ МИ ИПС РАН.
Для подобных ситуаций может быть предложена характеристика
КО „целостность связи“.
5.2.12. Срочность информации. Для критически важных данных характеристика КО „транзитная задержка передачи данных
между двумя точками“ должна быть подразделена на два (или более) класса:
• для обычных данных;
• для срочных данных (сигналы тревоги и прочее).
5.2.13. Упорядоченность информации. В некоторых случаях получение информации в том же самом порядке, в котором она была отправлена, может быть жизненно необходимым. Для подобных
ситуаций может быть предложена характеристика КО „целостность
последовательности данных“.
6. Качество обслуживания применительно к процессам
в здравоохранении
В дополнение к вышеприведённым характеристикам, затрагивающим медицинскую информацию, необходимо рассмотреть требования к КО на различных этапах лечебного процесса.
6.1. Диагностика. Результаты диагностических исследований
могут доставляться на компьютер врача в электронном виде. Они
могут включать в себя отдельные изображения (например, рентгеноргамму кости), последовательности изображений (например, ряд
МРТ-снимков) и движущиеся изображения (например, данные с ультразвукового сканера). Ключевым требованием является отсутствие
искажений и деградации качества информации при передаче. Таким
Требования к качеству обслуживания
276
образом, важными характеристиками КО здесь являются целостность и точность.
6.2. Лечение. Вычисления доз препаратов, учёт лекарственных средств, определение доз радиации в радиологии и многое другое –– всё это может быть представлено в виде мультимедийных объектов, связанных временными и пространственными соотношениями.
И снова целостность информации имеет важное значение.
6.3. Хирургия. Существует множество приложений, где предварительно записанные диагностические изображения могут быть использованы совместно с поступающей в реальном времени информацией (со сканеров, датчиков и так далее). Примером может являться микрохирургия: прецизионное ведение микроскальпеля, прохождение миниатюрных ТВ-камер по катетерам и прочее. Здесь требуются своевременность подачи информации, помехоустойчивость и
адекватная пропускная способность системы передачи данных.
6.4. Палатное наблюдение. В это понятие входит наблюдение
за состоянием пациента (ЧСС, температура, кровяное давление и так
далее), а также наблюдение за ходом лечения (введение препаратов,
диализ и прочее). В подобных условиях важное значение имеют такие
характеристики, как [9]: идентифицированность пациента, а также
целостность, доступность, уровень доверия и точность информации.
6.5. Обучение. Мультимедийные технологии позволяют одновременно регистрировать множество аспектов одной и той же медицинской процедуры (например, хирургической операции): видео с
эндоскопа, графики с монитора кровяного давления и ЭКГ, и прочее.
Впоследствии эти записи можно воспроизвести и объяснить студентам, дав им иллюстрацию правильных действий врачей. Здесь важны
анонимность и доступность информации, а также целостность взаимосвязей (временных и пространственных) между воспроизводимыми записями.
Требования к качеству обслуживания
277
6.6. Исследования. Как правило, исследовательские организации нуждаются в постоянном обмене информацией, представленной в различных форматах. Очень часто при этом требования к безопасности (конфиденциальность, целостность и доступность информации) сильно отличаются от требований, предъявляемых в лечебном процессе. Например, в условиях ЛПУ требование целостности
данных диктует необходимость наличия и доступности всех мультимедиа-материалов из электронной истории болезни пациента, причём
эта информация должна быть сопоставлена с конкретным пациентом
(например, путём подписывания каждого изображения). В исследовательских же приложениях, наоборот, важным является требование конфиденциальности, и любые ссылки на конкретного пациента
обычно должны удаляться из медицинской информации.
6.7. Хранение медицинской информации. Практикующие
врачи по ходу своей деятельности накапливают огромные объёмы
разнородной информации о пациентах (пометки, диаграммы, разные
изображения и так далее). Медицинские ИС, реализующие электронную медицинскую карту, предлагают механизмы и способы хранения
и индексирования подобной гетерогенной информации в рамках единой инфраструктуры. По истечении определённого периода времени
некоторая информация может быть уничтожена, в то время как другая должна продолжать аккуратно храниться. Таким образом, характеристика КО „время жизни данных“ в данном контексте может
быть весьма полезна, причём на это время ИС должна обеспечивать
защищённое хранилище для данных.
7. Перспективные направления исследований
В настоящей статье обозначены лишь общие принципы и подходы к обеспечению качества услуг в медицинской информатике, однако уже по изложенному выше материалу можно сформулировать
несколько направлений, требующих более детальных исследований:
• углублённое исследование типичных сценариев (см. глава 4)
с целью формализации и уточнения всех требований к КО,
характерных для каждой ситуации;
• изучение типичных ситуаций в распределённых медицинских ИС с целью определения, формального описания и (в
идеале) стандартизации необходимых механизмов обеспечения КО;
Требования к качеству обслуживания
278
• для каждой формализованной характеристики КО требуется определение её количественных параметров в различных
типичных ситуациях.
Несомненно, приведённый список никоим образом не претендует
на полноту. Он является не более чем иллюстрацией тезиса о широте
спектра потенциальных исследований.
Список литературы
[1] ISO/IEC. Open Distributed Processing –– Reference Model –– Part 2: Foundations,
1996. ↑1
[2] EWOS/ETG 021. A Method for Defining Profiles for Health Care, 1996. ↑1, 2
[3] ISO/IEC. Information technology –– Open Systems Interconnection –– Reference
Model –– Part 1: Basic Reference Model, 1994. ↑1
[4] ISO/ IEC. Information technology –– Quality of Service –– Framework , 1996. ↑1,
2, 5.1
[5] ISO/IEC. Information technology –– Quality of Service –– Guide to Methods and
Mechanisms, 1997. ↑1, 3.3
[6] IETF. Integration of Real-time Services in an IP-ATM Network Architecture,
1995. ↑3.4.2
[7] ISO/IEC. Information technology –– Coding of moving pictures and associated
audio for digital storage media at up to about 1.5 Mbit/sec (MPEG-1), 1993.
↑4.1.1
[8] ISO/ IEC. Information technology –– Coding of moving pictures and associated
audio information (MPEG-2), 1993. ↑4.1.1
[9] IEEE. IEEE Standard for Medical Device Communications –– Overview and
Framework , 1996. ↑6.4
Исследовательский центр медицинской информатики ИПС РАН
D. E. Ermakov. Quality of service requirements for health information interchange. (in russian.)
Abstract. This article considers user requirements for Quality of Service (QoS) specifically
in the healthcare Information Technology (IT) environment.