Переход от бумажного документооборота к цифровым информационным системам в здравоохранении является столь же значительным шагом в развитии коммуникационной сферы для человечества, как и переход от наскальной живописи к папирусу или изобретение Гутенбергом печатного станка.
Последующие преобразования в технологии, от бумажных носителей информации до цифровых систем, позволяют практически мгновенно передавать и обрабатывать медицинскую информацию из множества различных хранилищ данных и географически удаленных источников до пункта, где они необходимы для использования. Это также позволяет проводить распознавание, представление и воспроизведение информации способами, которые невозможны для бумажных носителей информации.
Передовые технологии быстро развиваются, что ставит администраторов здравоохранения и специалистов по закупкам перед сложным выбором, куда следует инвестировать ресурсы при приобретении и развитии систем ИТ.
Более того, проектирование программных систем для медицинских работников отстает от разработки персональных устройств, вследствие чего:
- пользователи (медицинские работники) вынуждены тратить много времени на навигацию и поиск документов в отдельных программных системах, чтобы собрать все клинические данные для истории заболевания;
- увеличивается клинический риск, так как основные документы и информация могут быть не приняты во внимание из-за ограниченности времени сеанса служб;
- значительно возрастают усталость и неудовлетворенность пользователя;
- огромные инвестиции в ИТ не используются оптимальным образом на благо сотрудников служб здравоохранения.
Принципы «цифровых по умолчанию» технологий
С 2010 г. Британская правительственная цифровая служба (GDS) пропагандирует важность ориентации процесса извлечения данных и проектирования во всех службах государственного сектора на пользователя: публикации в блогах, руководства по эксплуатации и практические инициативы во всех основных государственных департаментах национального и местного правительств [1, 2].
Основная цель – создание полностью «цифровой по умолчанию» инфраструктуры ИТ в государственном секторе, которая в любом случае будет предпочтительнее старых методов работы.
Такой подход в настоящее время способствует изменению отношения к проектированию систем ИТ в Национальной службе здравоохранения Великобритании. Слишком долго создание баз данных проводилось без достаточного анализа потребностей пользовательской аудитории, без учета интересов и удобства конечных потребителей.
В Британской правительственной цифровой службе подчеркивают важность клиентоориентированности нового программного обеспечения, состоящей:
- из изучения реальных потребностей и методов работы целевой группы;
- моделирования программного обеспечения в альфа-фазе;
- бета-тестирования в выбранной группе пользователей, а затем в больших группах пользователей;
- активации;
- и, наконец:
- замены после истечения срока соответствия современным запросам.
В отличие от сферы производства печатной продукции, процесс разработки оптимального программного обеспечения никогда не завершается – потребности пользователей, технические решения и технологии находятся в постоянном движении.
Гибкие и итеративные принципы программного обеспечения создают большие возможности при его разработке, благодаря чему идеи поэтапно превращаются в рабочие системы, которые непрерывно и тщательно тестируются в соответствии с потребностями пользователей и от которых можно легко отказаться, если они не работают должным образом. Это способствует быстрому изменению направления развития при минимальных затратах, если система работает не так, как запланировано. «Демонстрируя предмет» пользователю через регулярные промежутки времени, мы признаем, что человеческий мозг является очень мощным испытательным стендом в разработке ИТ-систем с широкими возможностями визуальных эффектов.
Материалы и методы
Цифровая архитектура в Университетской больнице Саутгемптона (UHS)
Как и во многих современных учреждениях здравоохранения, Университетская больница Саутгемптона оснащена широким спектром программных и аппаратных средств ИТ, соответствующих требованиям по обработке историй болезней примерно 2,5 млн пациентов и предназначенных для работы около 10 000 сотрудников: медицинских работников, секретариата, административного персонала, менеджеров. Системы находятся в состоянии непрерывного развития, и их сложность показана на рис. 1.
Историю развития информационной системы Университетской больницы Саутгемптона можно ретроспективно проследить вплоть до начала 1990-х гг., когда впервые были введены электронные системы отчетности о патологии. А уже к середине 1990-х гг. был принят ряд дальновидных и важных решений, которые лежат в основе более поздних разработок, а именно:
- все электронные клинические документы были первоначально стандартизованы в формате Word 6, а позже, начиная с 2003 г. и далее, в форматах html, eDocs;
- метаданные, регистрация источника, название клинической дисциплины и отметка даты и времени применялись к каждому документу;
- среда общих данных поддерживалась сетевыми интернет-протоколами tcp /ip;
- гибкий и итеративный подход к разработке системы способствовал тому, что вся система оказалась под местным контролем, а не под контролем коммерческих поставщиков услуг.
Такой эволюционный подход оказался устойчивым и обеспечил больнице максимальную гибкость и адаптивность дизайна и применимость проекта при наименьших затратах, тогда как национальная политика была направлена на приобретение крупных коммерческих систем.
Интерфейс электронной истории болезни «Lifelines» в Университетской больнице Саутгемптона
К 2009 г. стало очевидно, что потребуется улучшение интерфейса электронной истории болезни (ЭИБ/EPR), если врачи окажутся способными наилучшим образом использовать растущий объем цифровой информации в ЭИБ и работать с максимальной эффективностью и клинической безопасностью.
Впервые я заинтересовался методом визуализации данных благодаря графическим методам представления информации французским инженером Шарлем Минаром (Charles Minard), который, как отмечено в культовой книге Эдварда Туфте (Edward Tufte) по визуализации данных, на простой диаграмме отобразил провальный поход Наполеона на Москву в 1812–1813 гг., используя множество параметров и данных [3].
Этому также способствовали опубликованные в 1990-х гг. работы профессора Бена Шнейдермана (Ben Shneiderman) и его команды в Лаборатории взаимодействия человека с компьютером в Университете Мэриленда. В частности, меня поразила их концептуальная модель интерактивной ЭИБ (рис. 2) [4–5], которая значительно выделялась среди других форм визуализации ЭИБ [6, 7].
Насколько нам известно, интерактивная модель «Lifelines» значительно опередила свое время и никогда ранее не применялась на практике. Тем не менее мы поняли, что простая двухмерная архитектура с временной шкалой и интерактивный характер иконографии могут быть взяты за основу в нашей системе интерактивного ввода клинических данных (СDE).
Сила визуализации сложных наборов данных
Эволюция оптимизировала зрительные зоны данных коры головного мозга и интерфейс «глаз-мозг» нервной системы человека для сверхбыстрой обработки визуальной информации, которая включает: форму, сложность рисунка, размер, цвет, относительное положение, глубину и движение.
В противоположность этому, лобный отдел коры головного мозга обрабатывает информацию медленнее, это касается формы чтения текста и данных и, в частности, компоновки паттернов данных.
Таким образом, система, оптимизированная для зрительной зоны коры головного мозга, представляет собой очень мощный инструмент для передачи сложной информации.
С конца 2009 г. мы экспериментировали с концепцией в нашей тиражируемой модели тестовой системы. Работали конструктивно, гибко и итеративно c целью создания рабочей версии концепции интерактивной системы («Lifelines») в рамках нашей Клинической базы данных, используя доступные клинические данные из различных систем (рис. 3).
Первая модель интерактивной системы «Lifelines» в университетской больнице Саутгемптона укрепила нашу уверенность в способности проекта к трансформации:
- вся ЭИБ может отображаться в одном интерактивном окне;
- можно построить динамическую систему, в которой временная шкала постоянно адаптируется к добавлению новых документов;
- можно постепенно расширить ось Y, чтобы иметь возможность включить данные, структурированные по времени, из любого другого релевантного и доступного источника в систему данных;
- можно оптимизировать систему для быстрого отображения и получения мультифакториальной клинической информации;
- система значительно сократила время, необходимое для понимания истории заболевания и доступа к ключевым документам любого периода времени, по сравнению со «стандартными форматами» множества окон, вкладок и списков документов.
Система полностью соответствует идее профессора Шнейдермана по интерактивной визуализации сложного набора данных [8, 9], обеспечивая:
- обзор всего набора данных;
- возможность увеличения/приближения любого объекта (или документа), представляющего интерес;
- возможность фильтрации постороннего и нежелательного контента;
- возможность получить подробную информацию по требованию.
Система постоянно развивается путем создания серии версий, так как нам приходилось и приходится решать ряд технических проблем при постоянно растущем массиве клинических данных.
Результаты
В конце 2016 г. стала очевидной необходимость интеграции интерфейса в режиме реального времени «Live Beta» для электронной истории болезни, а уже в августе 2017 г. можно было работать с полностью интегрированной платформой.
Интерактивная система «Lifelines» продолжает развиваться, поскольку расширяется спектр историй болезней, встречающихся в практике пользователей, для различных клинических дисциплин (например: анестезия, общая медицина), увеличивается объем информации в соответствии с хронологией.
От контролирования до конфиденциальности
Мы признаем, что использование иконографии позволяет в значительной степени осуществлять контроль соблюдения конфиденциальности в отношении конфиденциальной информации в медицинских записях. Несмотря на то что системные значки (иконки) были изначально введены в качестве окна для просмотра соответствующих документов, стало очевидно, что эти иконки также можно использовать для закрытия доступа к конфиденциальной информации, и в то же время предупреждать пользователя о существовании соответствующего данному значку документа.
С середины 2019 г. мы находимся в поиске способов сделать контент доступным для пациентов через безопасное приложение, встроить его в другие системы данных (например, Национальную систему данных о раке) и сделать его доступным для семейных врачей в регионе, что существенно улучшит поток особо важной и безопасной клинической информации от больницы к широкому кругу пользователей в сообществе.
С национальными учреждениями здравоохранения обсуждается вопрос о расширении применения и использования этой концепции в «универсальном» интерфейсе ЭИБ.
Чтение истории болезни в иконографии
При работе над интерактивной системой «Lifelines» пришло понимание того, каким образом с высокой степенью достоверности можно «читать медицинские карты» в шаблонах отображения значков и метаданных, не имея доступа к соответствующим данным, скрытым за ними.
Например, на рис. 3 четко отображена история болезни женщины на протяжении многих лет (хронологически представленный акушерский анамнез) с хроническими заболеваниями, раком и многократными госпитализациями на протяжении этих лет. На рис. 7 отображена информация о женщине, у которой наблюдалось улучшение после первоначального лечения рака в 2001 г., рецидив которого возник в 2008 г.
Предварительный отбор медицинских документов и данных для цифрового отображения
Основная цель эффективного интерфейса клинической информации состоит в том, чтобы помочь медицинскому работнику принимать наиболее подходящее и точное клиническое решение в кратчайшие сроки с наименьшей утомляемостью. С этой точки зрения, принцип проектирования с целью оптимизации возможностей конечного пользователя (стратегия «Цифровая по умолчанию»/Digital by Default) позволил получать быстрый, простой для понимания, комфортный в использовании и исчерпывающий обзор клинических данных.
В то же время традиционные бумажные носители содержат большой объем клинической информации, которая имеет небольшую или нулевую клиническую или административную ценность спустя короткое время (дни, недели или месяцы) после создания. Действительно, в некоторых случаях 90–95% данных в историях болезни не имеют ценности для долгосрочного ведения пациента.
Это подводит нас к следующему принципу визуализации истории болезни – радикальное упрощение. Так, например, всего один хорошо составленный выписной эпикриз объединит информацию из десятка или сотен страниц документов различных обследований.
В правовой системе многих стран существует требование о хранении всей документации в течение определенного периода, для того чтобы можно было в любой момент просмотреть историю болезни, провести клинические исследования и дать медико-юридическую оценку.
Однако мы заметили, что, если бы вся документация отображалась в интерфейсе, таком как «Lifelines», или в режиме списка в архиве, то время, необходимое для чтения и просмотра содержимого, сделало бы эту обычную работу невыполнимой.
Контроль перевода всех клинических записей в цифровую форму
С 2014 г. Университетская больница Саутгемптона участвует в сложном процессе полной оцифровки всех активных медицинских записей, которые в некоторых случаях состоят из сотни страниц, переведенных в формат PDF.
Для решения столь сложных задач в качестве электронного хранилища базы данных мы адаптировали высокопроизводительную систему электронного документооборота «Onbase» компании Hyland Inc. (Кливленд, Огайо), а также установили высокоскоростные сканеры для оцифровки данных за прошлые годы. Из-за большого объема к каждому классу сканируемого документа пришлось применять метаданные, которые распределяют их в соответствии с долгосрочными целями на следующие категории
Документы особой важности: медицинские заключения, письма, протоколы операций и анестезии, выписные эпикризы и заключения многопрофильной бригады специалистов.
Временные документы: данные жидкостного баланса, температурные кривые и другие временные документы, создаваемые во время госпитализации.
Административные документы: сообщения о назначениях консультаций, обследований и госпитализациях и другая шаблонная и повторяющаяся немедицинская документация, которая часто встречается на бумажном носителе.
Защищенные документы: требующие более высокого уровня конфиденциальности по различным юридическим или оперативным причинам.
Данная классификация была очень полезной во время нашего первого опыта перехода к электронной записи информации.
Система сбора и обработки данных по раку молочной железы
Разработка программы «UHS Lifelines» позволила нам принять принципиально новый подход к созданию типовой системы данных, структурированных в хронологическом порядке, чтобы включить данные более 12 000 пациенток с раком молочной железы (РМЖ), которые проходили лечение в Университетской больнице Саутгемптона или у ее партнеров с 1970-х гг.
Для этого мы решили создать базовую систему регистрации, которая автоматически создает новую запись и заполняет основную информацию о каждом пациенте, чей идентификационный номер внесен в систему. Затем дополнительная информация вводится вручную. Наша следующая цель – полная автоматизация всего процесса.
В настоящее время система содержит почти 18 000 записей, начиная с 1970-х гг., и в основном данный процесс завершен для всех записей, начиная с 1990-го г. Каждая запись включает различные характеристики рака на каждой стадии, а также основные методы лечения, используемые на каждом этапе.
Встраивая версию «Lifelines» в историю болезни каждого пациента, отпадает необходимость искать документы в архивных файлах, а информацию можно очень быстро обновлять. Задача была успешно решена благодаря:
- восстановлению 500 000 неактивных цифровых протоколов патологоанатомических исследований на старых компьютерных дисках, начиная с января 1990 г.;
- национальной системе регистрации смертей, которая автоматически обновляет главный индекс пациента (PMI) в больнице, когда пациент умирает в пределах страны. Таким образом, это позволяет нам закрыть записи о пациентах, которые выехали из страны или не использовали местную систему здравоохранения в недавнем прошлом;
- ряду старых электронных баз данных, которые мы смогли интегрировать в нашу новую систему, включая данные Национальной программы скрининга груди.
База данных пациентов с РМЖ имеет различное практическое применение. Например, в амбулаторных клиниках и на совещаниях многопрофильных бригад она используется для изучения истории болезни. База данных также является основным источником для клинических исследований рака.
Структура базы данных, основанная на этапах
Многие хронические заболевания у детей и взрослых имеют ряд переходных этапов в своем развитии. В случае РМЖ и других видов рака последовательность можно разделить на следующие этапы: Первичная диагностика/Обращение к врачу-> Локально-региональный рецидив->Отдаленный метастаз->Смерть, где она наступила и вследствие какой причины.
Поэтому мы структурировали нашу базу данных согласно этапам оказания помощи и выстроили ее по временной шкале, которую назвали «UHS LifeTraсk». Специальное окно для ввода данных для каждого этапа показано на рис. 4.
Временная шкала «LifeTraсk»
Данные о характеристиках и методах лечения заболевания на каждом этапе (или стадии развития) собираются в новом разделе базы данных, где каждый этап наносится на временную шкалу «LifeTraсk», что позволяет визуализировать все течение болезни.
Мы полагаем, что течение хронического заболевания схоже с железнодорожными путями, станции на которых представляют собой различные этапы (рис. 5). Расстояние между станциями соответствует временным интервалам или длительности выживания, которые затем могут быть соотнесены с характеристиками течения болезни и методами лечения для каждого этапа.
В качестве продолжения аналогии человеческую жизнь можно рассмотреть как комплекс событий. На нашей карте все дороги и населенные пункты представляют собой другие условия и временные точки, существующие параллельно с железнодорожными путями, тогда как река (Крауч) представляет собой реку жизни, которая течет сквозь историю болезни.
По данным из «UHS Lifelines» можно определить истинную причину смерти большинства наших пациентов, независимо от того, является ли это следствием РМЖ, или любого другого заболевания, или сочетания различных заболеваний и возраста пациентов (рис. 6).
Извлечение данных из базы данных по раку молочной железы
Автоматическое создание временной шкалы «LifeTrack» для каждого пациента в базе данных обеспечивает нас мощным инструментом для дальнейшего анализа, где этапы прогрессирования заболевания преобразуются в измеримые линейные интервалы.
Это побудило нас создать инструмент для извлечения данных, с помощью которого мы могли бы выбирать и определять группы пациентов по различным характеристикам: демографическим, гистологическим, по методам лечения и исходам болезни. А также включать пациентов, у которых впоследствии развились рецидивы или метастазы, в любой временной период за последние 40 лет (рис. 7).
В результате можно получить: во-первых, ключевые статистические данные по исходам болезни, и, во-вторых, отображение всех временных шкал «LifeTraсks» пациентов данной когорты со ссылками на первичные записи.
Функция «Get Stats» (получить статистику) создает списки пациентов ныне здравствующих пациентов и уже умерших с обозначением причины смерти. Например, можно отобрать группу пациенток с 1990 по 1997 гг. в возрасте 50±30 лет с инвазивной протоковой карциномой, у которых впоследствии произошел рецидив.
Функция «Get LifeTraсk+Stats» (получить LifeTraсk + статистику) отображает все отдельные временные шкалы «LifeTraсks» пациента в режиме пролистывания.
Со временем эта функция позволит нам проводить исследования по выживаемости на каждом этапе, что поможет лучше понять влияние симптомов болезни и методов лечения на каждую стадию прогрессирования заболевания.
В некоторых случаях заболевание может быть двусторонним, синхронным и метахронным (рис. 8).
Обсуждение
Работа, описанная в данной статье, является частью постоянной программы развития информационных технологий в нашей больнице, разработанной по инициативе Центра передового опыта «Global Digital Exemplar» в рамках перехода информационных систем здравоохранения Великобритании на цифровой формат.
Этот опыт позволяет получить ценную информацию для развития современного и экономически эффективного цифрового ресурса для технического совершенствования системы здравоохранения. Открытые публикации Британской правительственной цифровой службы предоставляют много ценных советов по развитию цифровых сервисов, в том числе в области медицинских услуг.
Можно выделить основные детерминанты разработки эффективного программного обеспечения в сфере здравоохранения.
- Важность оптимизации возможностей конечного пользователя, что, в свою очередь, предполагает поиск и оценку требований к системе от истинного пользователя в его повседневной работе.
- Важность радикального упрощения, под которым подразумевается предоставление пользователю в нужный момент всех необходимых данных для «прочтения» (истории болезни), но без беспорядочной посторонней информации.
- Важность приверженности четырем принципам, по профессору Бену Шнейдерману: обзор, увеличение, фильтрация и получение деталей по запросу.
- Важность работы в тесном контакте с потребителем, гибкого мышления, уважения и взаимопонимания между конечным пользователем и командой разработчиков программного обеспечения, а также непрерывного общения, тестирования и обратной связи в ходе разработки системы программного обеспечения.
- Значимость гибких интерактивных разработок, основанных на широком стратегическом концептуальном подходе, а не на спецификации деталей в начале работы. Это подразумевает и значимость ранней разработки визуальных и тестируемых моделей системы, которые играют важную роль в совершенствовании и дальнейшей разработке программы.
Заключение
В отличие от великих произведений искусства или книг, система программного обеспечения никогда не бывает завершенной, а наоборот, должна постоянно развиваться, следуя за потребностями пользователей. Система организации здравоохранения является одной из самых сложных с точки зрения управления информацией, ее систематизации, доступности и вместе с тем конфиденциальности, важности как для ежедневного использования, так и в качестве базы для отдаленных научных исследований.
Разработка «UHS Lifelines» – значительный шаг вперед к более эффективной и безопасной системе для оценки медицинских данных и принятия решений, а также использования имеющейся информации для дальнейших исследований.
На примере «UHS Lifelines» создан прототип базы данных по онкологическим заболеваниям у детей и взрослых в цифровом формате, вмещающей огромный массив информации.
Познакомить широкую профессиональную аудиторию с потенциальными возможностями таких систем и стимулировать их дальнейшую разработку в условиях конкуренции – это наше задача на ближайшее будущее.
