19

1.1. Uniwersalność komputerów i lokalizacja informatyki medycznej

Komputery są dziś używane wszędzie i do wszystkiego, ponieważ dzięki wymiennym programom – komputer jest dziś bardziej wielozadaniowy niż najbardziej rozbudowany szwajcarski scyzoryk (Rysunek 1.1).

Rysunek 1.1. Komputer jest bardzo uniwersalnym narzędziem o wielu zastosowaniach (rysunek zmontowano z obrazka dostępnego jako MS ClipArt oraz ze zdjęcia ze strony http://www.geektoys.pl/foto/1331.jpg)

Nic więc dziwnego, że komputery pojawiają się także w jednostkach służby zdrowia. Jednak byłoby poważnym błędem oczekiwanie, że komputer w szpitalu będzie można wykorzystywać według tych samych wypróbowanych metod, jak komputer w przedsiębiorstwie handlowym, fabryce, banku lub urzędzie. Oczywiście elementy podobieństwa są, i na nich można się oprzeć opracowując systemy informatyki dla potrzeb służby zdrowia – ale wiele problemów związanych z zastosowaniami medycznymi jest wysoce specyficznych. Dlatego opracowując ten skrypt nadano mu tytuł „Informatyka medyczna” w celu podkreślenia, że ma on dostarczyć wiedzy wszystkim specjalistom znającym w sposób ogólny technikę komputerową (jest to wymaganie konieczne, warunkujące możliwość skutecznego skorzystania z tej książki!), ale chcącym uzupełnić swoją wiedzę o te właśnie cechy i te elementy informatyki, które wynikają z jej zastosowania w służbie zdrowia.

Zanim przejdziemy do szczegółów warto może przedyskutować pewien problem ogólny:

Otóż wielu tak zwanych „czystych informatyków” (zwłaszcza polskich) stoi na stanowisku, że – cytuję – informatyka jest jedna i niepodzielna dlatego mówienie o jakiejkolwiek informatyce z przymiotnikiem (na przykład informatyce ekonomicznej albo geoinformatyce) jest nieuprawnione. Nie będę przytaczał tu nazwiska Osoby, która tak kategorycznie się wypowiedziała, ale ręczę, że jest to wypowiedź autentyczna i że była wygłoszona przez wybitnego specjalistę.

Taki pogląd jest słuszny, gdy ograniczymy pojęcie informatyki wyłącznie do wiedzy o komputerach jako takich, o narzędziach i metodach programowania, o protokołach telekomunikacji cyfrowej czy o narzędziach do administracji sieci komputerowych.  Jednak tak wąsko rozumiana „profesjonalna” informatyka byłaby jedną z wielu dziedzin techniki o stosunkowo małym znaczeniu społecznym, bo zajmowaliby się nią naprawdę tylko nieliczni profesjonaliści. Nasuwa się tu nieodparcie wspomnienie niefortunnej wypowiedzi Thomasa Watsona, prezesa IBM (przez wiele lat największego na świecie producenta komputerów) pochodząca (rzekomo, bo są kontrowersje dotyczące tej sprawy) z 1950 roku: "Świat potrzebuje nie więcej, niż 5 komputerów rocznie". Gdyby informatykę tak postrzegać i tak uprawiać, jak to sobie zastrzegają niektórzy „czyści informatycy” – to oszacowanie prezesa Watsona byłoby oszacowaniem trafnym.

Bowiem ogromna, niewyobrażalna wręcz kariera informatyki w końcowych latach XX wieku i w całej pierwszej dekadzie obecnego wieku wynika właśnie z jej różnorodności oraz z mnóstwa jej zastosowań, często zasadniczo różniących się od siebie. Spójrzmy na rysunek 1.2. Pokazuje on, do jak wielu różnych zastosowań można dziś użyć narzędzi i środków informatyki.

Rysunek 1.2. Informatyka medyczna jest jedną z bardzo wielu dziedzin zastosowania technik komputerowych

To te różnorodne zastosowania sprawiły, że komputery stały się tak dziś ważnym składnikiem współczesnej cywilizacji, powodującym między innymi to, że powszechnie mówi się o tym, że współczesne społeczeństwa ewoluują w kierunku tak zwanego społeczeństwa informacyjnego, w którym e-medycyna, czyli komputerowo wspomagane usługi medyczne dla obywateli są jednym z najważniejszych składników (Rysunek 1.3).

Rysunek 1.3. Przykładowo zebrane (zdecydowanie nie wszystkie!) elementy społeczeństwa informacyjnego pokazują znaczenie e-medycyny

Dlatego mimo sprzeciwów „czystych informatyków” będziemy mówili w tym podręczniku o Informatyce Medycznej, obejmując tym hasłem bardzo liczne zastosowania technik komputerowych w szpitalach, przychodniach, klinikach, laboratoriach diagnostycznych, ośrodkach rehabilitacyjnych i niezliczonych innych instytucjach i placówkach, których przeznaczeniem jest ochrona zdrowia ludzi.

Podręcznik ten jest kontynuacją wcześniejszy książek autora dotyczących tego samego tematu (Rysunek 1.4) a także nawiązuje do opracowań zagranicznych, w szczególności do obszernego 4-tomowego dzieła Medical Informatics: Concepts, Methodologies, Tools, and Applications, którego autorem jest Joseph Tan z Wayne State University (USA). Książkę tę wydało renomowane wydawnictwo IGI Global, Hershey - New York w 2009 roku.

Jako lekturę uzupełniającą zalecić także można trzytomowe dzieło, zatytułowane Encyclopedia of Healthcare Information Systems. Autorami tej przebogatej encyklopedii są Nilmini Wickramasinghe i Eliezer Geisler z Illinois Institute of Technology, USA, a wydawcą znowu jest IGI Global, Hershey - New York (2009).

Rysunek 1.4. Wcześniejsze książki autora dotyczące podobnej problematyki jak poruszana w tej książce

Skoro przywołano już wydawnictwo IGI Global to może warto wspomnieć, że w tym samym 2009 roku wydało ono także w Nowym Yorku dość obszerną (430 stronic) książkę, której współautorem[1] był autor tego skryptu. Była to pozycja ściśle naukowa, ale też związana z informatykę medyczną, której tytuł brzmiał: Ubiquitous Cardiology - Emerging Wireless Telemedical Application. Więcej pozycji literatury związanych z tematyką tego podręcznika znaleźć można w Bibliografii zestawionej na końcu skryptu.

1.2. Analiza SWOT czynników rozwoju informatyki medycznej

Przechodząc do meritum musimy stwierdzić, że informatyka medyczna,  chociaż niektórzy informatycy odmawiają jej prawa obywatelstwa, jest już dzisiaj bardzo ważna, a jej rola i znaczenie będą stale wzrastały w najbliższej przyszłości. Żeby się zorientować, jakie czynniki będą napędzały, a jakie hamowały jej rozwój – dokonamy teraz krótko analizy SWOT tej właśnie dziedziny. Ta metoda, używana często do oceny szans realizacji różnych przedsięwzięć gospodarczych, pozwala zestawić razem zalety i wady, a także słabe i silne strony dowolnego projektu, więc przyda się nam teraz do wskazania, w jakim zakresie informatyka medyczna może mieć szanse rozwoju, a co może spowodować jej zahamowanie.

Schemat analizy SWOT przedstawia rysunek 1.5.

Rysunek 1.5. Składniki analizy SWOT. Opis w tekście.

Jak widać z rysunku, ana­liza SWOT bierze pod uwagę cztery grupy czynników, od których nazw (w języku angielskim) bierze się jej łączna nazwa. W pierwszej kolejności bierzemy pod uwagę mocne strony rozważanego obiektu (w naszym przypadku – informatyki medycznej). Potem optymistycznie rozważamy wszelkie szanse, które są wprawdzie niezależne od nas (są to czynniki zewnętrzne), ale uznamy je za czynniki pozytywne, bo nam sprzyjają. Dla pełnej informacji trzeba jednak także rozważyć słabe strony a także zagrożenia.

Zobaczmy, jak tę „czteropolówkę” możemy wypełnić treścią rozważając informatykę medyczną. W każdym z obszarów podano tylko pięć czynników (chociaż jest ich więcej), żeby dać Czytelnikowi ogólny pogląd.

S (Strengths) – mocne strony informatyki medycznej:

S1. Technologia informatyczna dynamicznie rozwija się w zakresie sprzętu, oprogramowania i usług, więc jest coraz więcej zasobów możliwych do wykorzystania w informatyce medycznej.

S2. Nowoczesne metody informatyczne, na przykład sieci neuronowe pozwalają wykorzystywać wiedzę empiryczną, której nie potrafimy przedstawić w postaci algorytmu, co przełamuje pewne ograniczenia specyficzne dla informatyki medycznej (wiedza niesformalizowana).

S3. Polscy informatycy są w skali globalnej bardzo wysoko oceniani pod względem umiejętności.

S4.  Obserwujemy dobry poziom teoretyczny polskich prac naukowych i oryginalne pomysły w zakresie rozwiązań informatycznych.

S5. Przyciągany jest kapitał zagraniczny (np. IBM- Warszawa, Motorola- Kraków, Siemens-Wrocław) i wzrasta zatrudnienie informatyków.

W (Weaknesses) – słabe strony:

W1. Problem bezpieczeństwa gromadzenia i  wymiany danych medycznych.

W2. Mała świadomość wymagań prawnych związanych z wprowadzaniem do obrotu wyrobów medycznych, w tym oprogramowania.

W3. Rosnąca złożoność oprogramowania. Wymaga stosownej dokumentacji projektowej, a tej zwykle w polskich systemach brakuje.

W4. Bardzo słabe dążenie do standaryzacji. Międzynarodowo uznane standardy tworzenia, przechowywania i transmitowania informatycznych zasobów medycznych nie są u nas stosowane.

W5. Wysokie koszty wdrażania nowoczesnych metod i technologii.

O (Opportunities) – szanse:

O1. Rosnąca mobilność społeczeństwa i  coraz szersze stosowanie technologii bezprzewodowej stwarza szanse na rozwój aplikacji medycznych i wbudowywanie/łączenie ich w typowe systemy powszechnego użytku (np. telefony komórkowe, PDA).

O2. Zwiększająca się dostępność tanich i przyjaznych interfejsów użytkownika (np. ekrany dotykowe) może ułatwić posługiwanie się urządzeniami o dużej złożoności programowej.

O3. Prognozowane starzenie się społeczeństwa i spodziewany wzrost zapotrzebowania na infrastrukturę informatyczną i aparaturową do zdalnej opieki domowej.

O4. Swobodny przepływ ludzi, idei i technologii w ramach Unii Europejskiej.

O5. Wysoki stopień publicznej świadomości potrzeby korzystania z nowych rozwiązań stosowanych w medycynie.

T (Threats) – zagrożenia:

T1.  Niestabilność działania systemów informatycznych dla medycyny może ograniczyć wiarygodność świadczonych usług w zakresie informatyki medycznej. Tymczasem coraz powszechniejsze zastosowanie w aplikacjach medycznych komputerów PC z popularnymi systemami operacyjnymi  (które się czasem zawieszają!) wpływa istotnie na ich niezawodność.

T2.  Obecny system opieki zdrowotnej nie sprzyja wprowadzeniu innowacji. Widać wielką różnicę w podejściu do rozwiązań typu  e-zdrowie pomiędzy prywatną, a państwową służbą zdrowia na korzyść tej pierwszej.

T3. Działanie NFZ nie  bierze pod uwagę długofalowych korzyści jakie może przynieść telemedycyna i e-medycyna. Działania NFZ mają bardzo krótki horyzont czasowy. Na to nakłada się jeszcze ogólnie znane słabe finansowanie opieki zdrowotnej.

T4. Brak stabilnej i jednolitej koncepcji ochrony zdrowia na szczeblu państwa oraz zasad i źródeł jej  finansowania.

T5. Konkurencja między różnymi ośrodkami leczniczymi i naukowo – badawczymi powoduje trudności we wdrażaniu jednolitych procedur i standardów.

1.3. Czynniki wymuszające rozwój informatyki medycznej

Jak widać z przytoczonej analizy – informatyka medyczna w Polsce będzie się (z dużym prawdopodobieństwem) rozwijała, chociaż rozwój ten nie pozbawiony będzie pewnych zagrożeń i zakłóceń. Warto więc poznać podstawy informatyki medycznej, między innymi z tego powodu, że w najbliższym czasie będzie skala społecznego zapotrzebowania na usługi medyczne.

Wynika to ze zmian demograficznych i zdeformowanej struktury wiekowej społeczeństwa polskiego. Oczywiście nie jesteśmy tu jakimś szczególnym wyjątkiem, bo społeczeństwa wszystkich rozwiniętych krajów świata dramatycznie się starzeją. Jednak z tego, że sytuacja innych społeczeństw jest równie zła nie wynika bynajmniej, że nasza sytuacja może być postrzegana jako chociaż odrobinę lepsza.

Na czym polega problem?

Do niedawna struktura wiekowa typowego społeczeństwa przypominała piramidę: najwięcej było dzieci i młodzieży, co formowało szeroką i stabilną podstawę piramidy, zaś im wyżej (to znaczy im starszą grupę wiekową rozpatrywaliśmy) – tym ludzi było mniej. Piramida się zwężała, bo ludzi w starszym wieku ubywało w następstwie chorób, wypadków, wojen, kataklizmów. Była to sytuacja w jakimś sensie naturalna (Rysunek 1.6 – lewa strona).

Rysunek 1.6.  Piramidy demograficzne – tradycyjna (po lewej stronie) oraz formująca się obecnie w krajach rozwiniętych (po stronie prawej)

W takim społeczeństwie, z szeroką bazą dzieci i młodzieży, liczba tych, którzy mogli otoczyć chorych opieką (czyli ludzi młodych i w średnim wieku) była znacząco większa, niż liczba tych, którzy tej opieki potrzebowali, bo z racji wieku częściej chorowali. Gdy na każdą osobę w wieku podeszłym przypadało kilku ludzi w tak zwanym wieku produkcyjnym i jeszcze więcej dzieci, statystycznie każdy chory i potrzebujący opieki miał spore szanse na to, że znajdzie kogoś, kto mu tej opieki udzieli.

Dziś jest jednak inaczej.

Dzisiejsze społeczeństwo pod względem demograficznym zaczyna niestety przypominać odwróconą piramidę (Rysunek 1.6 po prawej stronie). Oczywiście ta „stojąca na wierzchołku” piramida to pewien skrót myślowy i metafora, ale popatrzmy na rysunek 1.7, zaczerpnięty z obszernego (397 stronic!) opracowania, przedstawionego w czerwcu 2009 roku przez Zespół Doradców Strategicznych Premiera Tuska. Opracowanie to, zatytułowane „Polska 2030”, którego głównym autorem jest minister Michał Boni, zawiera między innymi konkretne dane na temat struktury demograficznej w roku 2000 oraz przewidywanej w roku 2030. Czy nie przypomina to złowróżbnie sunącej w górę odwróconej piramidy?

Rysunek 1.7. Struktury wiekowe ludności Polski (aktualna i prognozowana) pokazują zagrożenie demograficzne, z którym będzie można się zmierzyć wyłącznie z wykorzystaniem możliwości stwarzanych przez lepsze techniczne uzbrojenie medycyny, między innymi przez informatykę medyczną[2].

Warto dla porównania obejrzeć analogiczny wykres, który dotyczył 1988 roku (rys. 1.8). Na tamtym wykresie, który dzisiaj oglądamy z zazdrością, struktura prostej piramidy była bardzo wyraźna – i to była podstawa do optymizmu.

Dzisiaj ludzie żyją coraz dłużej. To oczywiście dobrze! Przyczyn jest wiele: żyje się łatwiej i wygodniej, potrzeby życiowe większości ludzi są dobrze zabezpieczone, mamy liczne, łatwo dostępne i skuteczne leki, opanowano wielkie epidemie, praca zawodowa coraz rzadziej wiąże się z niebezpieczeństwem utraty zdrowia czy życia, na szczęście nie trapią nas (w naszej części świata) mordercze wojny. Ludzie żyją więc dłużej.

Jednak dzieci rodzi się coraz mniej (patrz rys. 1.9). Przyczyn jest wiele i nie jest to właściwe miejsce, żeby je dokładnie analizować, jednak sam fakt (w ujęciu statystycznym) nie pozostawia wątpliwości: dzieci i młodzieży ubywa. Już teraz jest ich mniej, niż wymagających opieki i starców, a trend ten się nieustannie pogłębia!

Rysunek 1.8. Struktura demograficzna Polski w 1988 roku ma jeszcze kształt typowej piramidy (z korzystnym poszerzeniem w obszarze ludzi w wieku produkcyjnym, co się wiąże z powojennym wyżem demograficznym). Spłaszczony wierzchołek piramidy wynika z wprowadzonej na szczycie zbiorczej kategorii wiekowej „70 i więcej”.  (Źródło: http://www.stat.gov.pl/cps/rde/xbcr/szczec/ ASSETS_raport_czesc_1_ludnosc_clip_image002_0000.gif – sierpień 2010)

Można to zjawisko nazywać niżem demograficznym lub w dowolny inny sposób – ale fakty w dziedzinie opieki zdrowotnej są jednoznaczne: chorujących i potencjalnie zagrożonych chorobą jest coraz więcej, a mogących (i chcących…) udzielać pomocy ubywa.

Rysunek 1.9. Dzieci w Polsce rodzi się coraz mniej. Pokazany na rysunku TRF to wskaźnik dzietności ogólnej[3].

Na opisany wyżej proces demograficzny nakłada się drugi, mający swoje źródło w obyczajowości. Mija moda na zintegrowane, wielopokoleniowe rodziny (Rysunek 1.10 po lewej stronie), gdzie starcy mogli stale korzystać z opieki młodszych członków rodziny. Cechą wyróżniającą ludzi XXI wieku zaczyna być wszechobecna samotność (Rysunek 1.10 po prawej stronie). A ludzie samotni częściej potrzebują pomocy medycznej niż ludzie żyjący w rodzinie.

Rysunek 1.10. Mija moda na zintegrowane, wielopokoleniowe rodziny, do niedawna typowe w naszym kraju, a obecnie spotykane głównie w krajach trzeciego świata. Obywatele rozwiniętych krajów najczęściej są samotni (wykorzystano obrazy dołączone jako ClipArt do programu Office 2007)

Wymienione czynniki przyczyniają się do tego, co jest zmorą dzisiejszej medycyny: wydłużających się kolejek osób potrzebujących pomocy medycznej (Rysunek 1.11).

Rysunek 1.11. Wydłużające się kolejki pacjentów są nieuchronne – chyba że znacząco polepszy się „uzbrojenie techniczne” medycyny. (Dla realizacji tego fotomontażu wykorzystano obrazy dołączone jako ClipArt do programu Office 2007)

Oczywiście wzmiankowane zjawiska demograficzne i obyczajowe są jedynymi z wielu powodów kiepskiego funkcjonowania polskiej służby zdrowia, ale to nie jest to przedmiot tej książki, więc nie będziemy tego obszerniej dyskutować. Natomiast wniosek jest jeden: służbę zdrowia musi wspomóc Inżynieria Biomedyczna, bo inaczej nie sprosta rosnącym zadaniom, jakie się na nią nakłada. A jednym z ważniejszych składników Inżynierii Biomedycznej jest Informatyka Medyczna. Tym, którzy się nią zajmą nie grozi więc bezrobocie…

1.4. Charakterystyka informatyki medycznej

Na koniec tego rozdziału dokonajmy jeszcze krótkiej charakterystyki informatyki medycznej, z podkreśleniem elementów decydujących o jej odmienności w stosunku do na przykład informatyki przemysłowej czy informatyki bankowej. Otóż pierwszą cechą wyróżniającą informatykę medyczną jest grono użytkowników komputerów, którymi w oczywisty sposób są głównie lekarze oraz pielęgniarki (Rysunek 1.12). Użytkownicy ci mają cechy charakterystyczne odmienne od użytkowników spotykanych w innych zastosowaniach informatyki. Mają oni w szczególności znacznie mniej umiejętności technicznych od inżynierów korzystających z informatyki przemysłowej – i w dodatku zwykle wcale nie mają ochoty się dokształcać w zakresie techniki, poświęcają bowiem każdą wolną chwilę na podnoszenie swoich kwalifikacji medycznych. Nie są też tak uważni i tak staranni przy obsługiwaniu komputera jak na przykład pracownicy banku. W związku z tym oprogramowanie przeznaczone do użytkowania w ramach informatyki medycznej musi być maksymalnie proste w obsłudze i odporne na błędy użytkownika.

Rysunek 1.12. Cechą wyróżniającą informatykę medyczną są jej użytkownicy: lekarze i pielęgniarki (Źródło: http://www.himaabranches.com/ wp/wp-content/uploads/2009/10/doctor_computer_0325.jpg - sierpień 2010)

Po drugie dane gromadzone i przetwarzane w systemach informatyki medycznej są danymi o ludziach (pacjentach) i o ich chorobach (rys. 1.13). Tego typu dane opisywane są w podręcznikach informatyki jako dane wrażliwe. Ich treść nie może zginąć ani zostać zniekształcona (na przykład przez atak hakera), jak również dane te nie mogą pod żadnym pozorem być ujawnione (udostępnione) osobie nieupoważnionej.

Rysunek 1.13. Dane w systemach informatyki medycznej są danymi o pacjentach, czyli danymi wrażliwymi (Źródło: http://www.post-gazette.com/pg/images/200801/ 20080116aslocscreen3_500.jpg - sierpień 2010)

Problem bezpieczeństwa danych medycznych jest szczególnie trudny ze względu na konieczność pogodzenia sprzecznych wymagań. Z jednej strony bowiem trzeba zapewnić tym danym maksymalną ochronę przed nieupoważnionym dostępem, z drugiej jednak dla autoryzowanego personelu powinny one być szybko i łatwo dostępne, bo chirurg, któremu pacjent wykrwawia się na rękach, może nie mieć głowy do wprowadzania skomplikowanych haseł. Dlatego strukturze systemów informatycznych dla medycyny można zwykle wyróżnić część wewnętrzną, związaną z maksymalnie łatwym i szybkim dostępem do danych dla autoryzowanego personelu medycznego, oraz część zewnętrzną, pozwalającą na dostęp zdalny (na przykład w ramach realizacji procedur telemedycznych). Ta druga część musi być traktowana maksymalnie nieufnie i maksymalnie ostrożnie. W tej drugiej części funkcjonują rygorystyczne systemy haseł, liczna metody uwierzytelniania i weryfikacji tożsamości użytkowników itp. Jedną część od drugiej odgradzają zwykle specjalne urządzenia separujące, na przykład ściany ogniowe z filtracją pakietów, wskazane strzałką na rysunku 1.14.

Rysunek ...