ЛЭТИ'20061 Семантическая классификация JPEG изображений Результаты экспериментального исследования.
Семантическая обработка медицинских данных в задачах...
-
Upload
alexandre-prozoroff -
Category
Health & Medicine
-
view
300 -
download
1
Transcript of Семантическая обработка медицинских данных в задачах...
![Page 1: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/1.jpg)
Семантическая обработка данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом в медицине критических состояний Конференция «Технологии больших данных», 2016, 21.06.2016 г.
1
ЦЖС МФТИ ИМБП РАН ФГАУ ЛРЦ
Прозоров Александр Александрович, Лаборатория спецмедтехники и технологий, МФТИ
Царенко Сергей Васильевич, ФГАУ «Лечебно-реабилитационный центр Минздрава РФ»
![Page 2: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/2.jpg)
Позвольте представиться
#mHealthLab 2
• Федеральное государственное автономное учреждение «Лечебно-‐реабилитационный центр Минздрава» -‐ одна из лучших в стране многопрофильных высокотехнологичных больниц на 400 коек + дневной стационар + лучший в РФ реабилитационный центр. Директор – акад. Лядов К.В.
• Профили деятельности: онкология, абдоминальная и торакальная хирургия, нейрохирургия, кардиология, эндоваскулярная хирургия
• 5 отделений анестезиологии и реанимации на 45 коек, объединенные в единую структуру (ЦАР)
• Царенко С.В. – руководитель ЦАР, доктор мед наук, профессор ФФМ МГУ им. М.В.Ломоносова, автор 8 монографий и 175 статей
• Прозоров А.А. – научный сотрудник Лаборатории специальной медицинской техники и технологий МФТИ, генеральный директор МИП «Мобайл Хелс Лаб»
![Page 3: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/3.jpg)
Типичный день реанимационного отделения
#mHealthLab 3
• Поступает 3-‐4 больных, переводится 3-‐4 больных. Одновременно занято 5-‐6 коек. Круглосуточно 1 дежурный реаниматолог и 2 медсестры, днем -‐ зав. отд., процедурная сестра и старшая сестра
• Каждый больной подключен к прикроватному монитору (минимум 5 параметров: ЭКГ, оксигенация, два давления, температура), аппарату ИВЛ (минимум 6 параметров), 3-‐6 автоматическим дозаторам. В нем от 4 до 10 трубок, по которым оттекают биологические жидкости. Одновременно вводится от 2 до 10 лекарственных препаратов
• Принятие решений: на основе экспертных оценок, алармов аппаратуры, современных представлений (многоцентровые исследования, обычаи делового оборота)
![Page 4: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/4.jpg)
Основные причины сложности принятия решений
#mHealthLab 4
1. На этапе сбора информации: «лес» аппаратуры, обилие манипуляций, субъективность оценок тревожных событий (что считать значимым отклонением физиологического показателя от нормы?)
2. На этапе анализа информации: разнородность данных, отсутствие интегральных показателей
3. На этапе лечебных решений: скудость данных о релевантности изменений физиологических показателей клиническим исходам и прогнозам
4. На этапе управленческих решений: разнородность больных, субъективная (экспертная) оценка тяжести состояния и эффективности лечения, плохая осведомленность о реальных ресурсах реанимационных отделений
![Page 5: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/5.jpg)
Поговорим о главном – понятиях Откуда в реанимации IoMT? Что такое семантика биоданных? Каковы взаимосвязи между множествами сущностей? Эти и другие вопросы…
5 #mHealthLab
ЦЖС МФТИ ИМБП РАН ФГАУ ЛРЦ
![Page 6: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/6.jpg)
Состав IoMT-систем
1. Биологическая мишень находится в непосредственном контакте с датчиком и подвергающаяся измерению
2. Датчик, предназначен для получения (съема) биометрических данных, включая поиск и определение паттернов в снимаемых аналоговых и цифровых сигналах, интегрированный в сетевую инфраструктуру облака
3. Протокол предназначен для предварительной обработки и передачи биометрических данных в приложение. Его основной задачей является интерпретация, количественное сравнение и анализ биологической и измерительной ценности снимаемых данных
4. Приложение, является получателем биометрических данных и выполняет основные прикладные задачи по их распознаванию, визуализации, анализу, сопоставлению, выработке рекомендаций и т.д.
5. Хранилище биометрических данных, предназначено для накопления и долгосрочного хранения данных, обеспечивает должный уровень безопасности, доступности и поддержки различных протоколов доступа
6
Data Hub
PHR
3D
БКГ
ЭКГ
Темп
SpO2
MicПациент
Мониторинг пациентов
Врач
Уровень 4
Уровень 1 Уровень 2
Уровень 3
Уровень 5
![Page 7: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/7.jpg)
Семантика биоданных в реанимации (основное)
#mHealthLab 7
ПоказателиНормы показателей
Алармы
Биосигналы
Подсказки
ИндикаторыТренды
Статус пациента
Паттерны патологий
Тревожные события
Начальник ОРИТ
Дежурный врач
Дежурный медперсонал
Пациент
![Page 8: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/8.jpg)
Пространство лечебных данных ОРИТ Что такое лечебные данные? Сроки годности лечебных данных? Почему пространство лечебных данных должно быть едино? Эти и другие вопросы…
8 #mHealthLab
ЦЖС МФТИ ИМБП РАН ФГАУ ЛРЦ
![Page 9: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/9.jpg)
Единое пространство лечебных данных (схема)
#mHealthLab 9
УчёныеМедработники АдминистраторыПациенты
Внешние ИТ- системы
Мед. архив
GUIМедицинское оборудование
CLIUI-сервер
Единое хранилище лечебных данных
HL7 шлюз ЭМК МИС
Мониторинг пациентов
Концентратор данных в палате Облачная система хранения ИТ-оборудование клиники
Расследование инцидентов
Регистрация хода лечения
Захват данных
Потоковый анализ данныхПакетный анализ данных
Локально В облаке
Upstream Downstream
Внешние ИТ-системы
Время жизни данных
Секунды Дни Годы
Интеграция ИТ в
медицину
0%10
0%
![Page 10: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/10.jpg)
Единое пространство лечебных данных (upstream)
#mHealthLab 10
Пациенты
Витальный монитор
Захват данных
Единое хранилище лечебных данных
Поиск паттернов
Концентратор данных в палате
Разметка биосигналов
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Номер логичес-кого уровня
Расчет индикаторов
Регистрация отклонений показателей от норм
Расчет статуса пациента
8.
9.
Локально
Биомишень
Медицинское оборудование
Захват данных и преобразование к внутреннему формату
Разметка волновых данных
Регистрация аномалий в данных
Расчет интегральных индикаторов
Расчет статуса пациента, генерация событий изменения статуса
Долгосрочное хранение лечебных данных
ИТ-оборудование
Описание логического уровня
Потоковый
анализ
данных
![Page 11: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/11.jpg)
Единое пространство лечебных данных (downstream)
#mHealthLab 11
УчёныеМедперсонал Администраторы
GUI CLI
UI-сервер
Единое хранилище лечебных данных
Концентратор данных в палате Облачная система хранения1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Номер логичес-кого уровня
Расследование инцидентов
Регистрация хода лечения
Стандартная отчетность
Пакетная обработка данных
Визуализация биосигналов
Визуализация трендов и индикаторов
Потоковая обработка данных
Врачи и руководство
Пользователи системы
Тип интерфейса пользователя
Формирование интерфейса пользователя
Логика лечебно-организационных процессов
Логика по визуализации расчётных и "живых" графиков
Расчет индикаторов и подготовка данных для визуализации
Долгосрочное хранение лечебных данных
ИТ-оборудование
Описание логического уровня
Локально В облаке
8.
![Page 12: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/12.jpg)
Потоки и основные пользователи данных
#mHealthLab 12
Пациент
СенсорКонцентратор
данных
Единое хранилище лечебных данных
Оперативная БД палаты ОРИТ
(CACHEDB)
Показатели и биосигналы
("сырые" данные)
N 1
N
1
1
N
1
1
1
1Сырые + расчетные данные
Репликация
WEB
N
UI-SERVER
1
SIUD-запросы + данные
SELECT-запросы + данные
CLISELECT-запросы + данные
Медсестра
Учёный
WEBUI-SERVER
Потоковый анализ данных
Пакетный анализ и краткосрочное хранение данных
Пакетный анализ и долгосрочное хранение данных
Захват и преобразование
данных
1
N
Поток биосигналов
Визуализация данных и
формирование UI
"Прямой" доступ к данным
1
1
1
N
1
1
Врач
N
Руководство
N
1
![Page 13: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/13.jpg)
Анализ данных в разных режимах Что такое режим анализа данных? В чем отличие режима потока от режима пакета? Какие данные получаются в разных режимах? Эти и другие вопросы…
13 #mHealthLab
ЦЖС МФТИ ИМБП РАН ФГАУ ЛРЦ
![Page 14: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/14.jpg)
Анализ данных в режиме потока (схематично)
#mHealthLab 14
Проверка коридоров норм
Прием и валидация MSG_DATA
Генерация алармов
Поиск паттернов патологий
Генерация подсказок
Расчет индикаторов
Определение статуса пациента
Генерация тревожных событий
Обработка обновлений
INSERT/ UPDATE
JSONы для визуализации
Показатели
Биосигналы
Показатели и биосигналы
("сырые" данные)
UI-SERVERCACHEDB
Показатели и биосигналы для хранения и визуализации
Найденные отклонения
Найденные отклонения
Разметка биосигналов
Сигналы с разметкой
Подсказки
Тревожные события
Статус пациента
Значения индикаторовАлармы
Данные для расчета
Найденные отклонения
Изменения статуса
![Page 15: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/15.jpg)
Анализ данных в режиме пакета (схематично)
#mHealthLab 15
Расчет трендов
Подготовка стандартных отчетов
Расчет индикатора прогноза
Генерация тревожных событий
Обработка обновлений
INSERT/ UPDATE
JSONы для визуализации
UI-SERVERCACHEDB
Тренды
Обновление прогноза состояния пациента
Отчеты
Изменение статуса пациента
Запуск по запросу или таймеру
![Page 16: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/16.jpg)
Обеспечение надежности и безопасности
Что такое ошибка восприятия? Что такое ошибки первого и второго рода? Как препятствовать возникновению ошибок? Эти и другие вопросы…
16 #mHealthLab
ЦЖС МФТИ ИМБП РАН ФГАУ ЛРЦ
![Page 17: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/17.jpg)
Лечебный процесс и обработка ошибок
#mHealthLab 17
Как проявляется эта проблема? Врач не верно принимает решение, хотя располагает большим объемом информации о больном
Почему произошла ошибка? Причин может быть много: переизбыток информации, нет опыта, утомление, отсутствие времени, нервозное состояние, другие причины Пример: врач не «увидел» симптомы, потому что пациент сложный, очень много факторов необходимо держать во внимании
Проблема #1: Ошибка восприятия («когнитивная слепота»)
![Page 18: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/18.jpg)
Лечебный процесс и обработка ошибок
#mHealthLab 18
Как проявляется эта проблема? Система выполнила ложноположительное срабатывание, например, сгенерировала аларм там, где его нет
Почему произошла ошибка? Причин может быть много: коридоры норм не адаптированы к пациенту, наводки или иные сбои снятия биосигнала, в т.ч. избыточная чувствительность сенсоров, не достаточно точные нормы, другие причины.
Пример: индивидуальная реакция на препараты, понижающие артериальное давление
Проблема #2: Ошибка первого рода
![Page 19: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/19.jpg)
Лечебный процесс и обработка ошибок
#mHealthLab 19
Как проявляется эта проблема? Система выполнила ложнотрицательное срабатывание, например, не стала генерировать аларм там, где он есть
Почему произошла ошибка? Причин может быть много: коридоры норм «велики» для пациента, сбои снятия биосигнала, в т.ч. недостаточная чувствительность сенсоров, отсутствуют необходимые правила расчета алармов, значение показателя проверяется раньше, чем необходимо
Пример: оценка эффективности процесса оксигенации организма на аппарате ИВЛ за счет регистрации SpO2 артериальной крови
Проблема #3: Ошибка второго рода
![Page 20: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/20.jpg)
Борьба с ошибками: основные принципы
#mHealthLab 20
1. Забудь, что ты самый умный («подход «долины» не работает)
2. Узнай лечебный процесс изнутри
3. Экономь внимание медика
4. Экспериментируй! (если ошибок нет – это еще не повод для радости)
5. Не забывай о репрезентативной выборке (пациенты и пользователи)
6. Не выполняй лишних операций (упрощай решение задач, обобщай и переформулируй)
7. Используй открытые технологии и заведомо адаптируемые решения
8. Встраивай проверки и защиту от дурака везде, где только возможно
![Page 21: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/21.jpg)
Информационная безопасность IoMT – проблемы
#mHealthLab 21
Многие IoT-‐устройства генерируют данные, охраняемые 152-‐ФЗ. С IoMT-‐устройствами все обстоит значительно сложнее: • IoMT-‐устройства генерируют медицинские данные, наиболее
чувствительные к компрометации
• Взлом и несанкционированное использование IoMT-‐устройств может привести к смерти или проблемам со здоровьем человека
• Интерес злоумышленников к шантажу и вымогательству посредством компрометации IoМT-‐устройств в перспективе нескольких лет приведет к развитому «черному» рынку соответствующих преступных услуг (по аналогии с «черным» рынком выч. мощностей)
• ФСБ необходимо скоординировано с международными институтами стандартизации как можно скорее активизировать работу по стандартизации и сертификации надежных механизмов защиты IoMT-‐устройств, применимых на территории РФ
Nanoribbon Heart Implant
![Page 22: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/22.jpg)
Информационная безопасность IoMT – подходы
#mHealthLab 22
1. Разделять сети по функциональности – мед. оборудование, потоковая обработка данных, оперативное хранение и пакетная обработка, визуализация (интерфейс пользователя), репликация в облако
2. Жестко минимизировать физический доступ в сетям, особенно объединяющим мед. оборудование
3. Жестко контролировать физический доступ в беспроводные сети (планшеты врачей)
4. Применять СКЗИ там, где это возможно
5. Производить своевременные обновления ПО
6. При росте количества пользователей, внедрять единую систему идентификации и авторизации IdM
![Page 23: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/23.jpg)
Специфика разработки мед. изделий
#mHealthLab 23
1. АПК и ПО, задействованные в лечебном процессе, – медицинские изделия
2. Источник – номенклатурная классификация медицинских изделий по видам (НКМИВ) и классам потенциального риска их применения (НКМИР)
3. Это требует от разработчика и производителя 1. Обязательной оценки соответствия медизделий в целях их
государственной регистрации (Приказ Минздрава от 09.01.2014, №2н)
2. Проведения экспертизы качества и безопасности медизделий (Приказ Минздрава от 21.12.2012, №1353н)
3. Проведения клинических испытаний в целях утверждения типа средств измерений (Приказ Минздрава от 15.08.2012, №89н)
4. Получения лицензии на производство и техническое обслуживание мед. техники (Постановление Правительства РФ от 03.06.2013, №469)
5. В разработке изделий следовать положениям соотв. ГОСТов
![Page 24: Семантическая обработка медицинских данных в задачах диагностики и управления лечебным процессом](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022021922/588206881a28abf05e8b5b0b/html5/thumbnails/24.jpg)
24
Прозоров Александр Александрович Научный сотрудник Лаборатории специальной медицинской техники и технологий МФТИ
Генеральный директор МИП «Мобайл Хелс Лаб»
Email: [email protected]
Mobi: +7 916 9989619
Есть вопросы? Задавайте!
#mHealthLab
Руководитель Центра анестезиологии и реанимации ФГАУ «ЛРЦ МЗ РФ», профессор, д.м.н. Email: [email protected]
Mobi: +7 963 7501492
Царенко Сергей Васильевич