13   Medicínské aplikace

V průběhu roku 2005 byly v rámci aktivity řešeny následující projekty:

Na aktivitě se přímo podíleli pracovníci Masarykovy univerzity v Brně a 2. Lékařské fakulty UK v Praze. V rámci pracovních skupin při řešení jednotlivých projektů a přípravě společných projektů na další období spolupracovali pracovníci EuroMISE (společné pracoviště Akademie věd ČR a UK Praha), Ústavního soudu v Brně, Vysokého učení technického v Brně, Fakultní nemocnice u sv. Anny, Fakultní Thomayerovy nemocnice, Ústřední vojenské nemocnice, Masarykova onkologického ústavu, Masarykovy nemocnice v Ústí nad Labem, Univerzity Palackého v Olomouci, Univerzity Karlovy, Fakultní nemocnice Na Bulovce, nemocnice Znojmo, Městské nemocnice v Litoměřicích, nemocnice Hořovice a společnosti Medtel o. p. s. Vývoj specializovaného technického i programového vybavení probíhal ve spolupráci s firmou TatraMed s. r. o. z Bratislavy, IMA s. r. o. a Intercom Systems a. s. z Prahy.

13.1   Standardní prostředí medicínských aplikací

V prvním pololetí jsme vytvořili na základě spolupráce s pracovištěm EuroMISE centrum Ústavu informatiky AV ČR základní interní materiál "Vybrané právní aspekty vedení zdravotnické dokumentace a telemedicíny z českého a evropského pohledu". Další pokračování tohoto úkolu bylo zahájeno od 1. 10. 2005 formou doktorandské práce na téma "Právní aspekty elektronické komunikace v telemedicíně" v oboru Biomedicínská informatika na 1. LF UK, kde je vedoucí aktivity školitelem. Důležitá je rovněž možnost právních konzultací u doc. JUDr. P. Matese z VŠE, který se touto problematikou zabývá.

13.2   Medicínské aplikace v návaznosti na gridové technologie

Další vývoj v oblasti medicínských aplikací v návaznosti na GRID technologie probíhal v koordinaci s projektem programu Informační společnost Akademie věd MediGRID. Další dva mezinárodní projekty EuroCareCF (výzkum v oblasti cystické fibrózy - genetické systémové onemocnění řady tkání lidského těla) a MedGeNet (podpora výzkumu thalasémie - geneticky podmíněné onemocnění krvetvorby) byly připraveny v rámci kapacit této aktivity. V případě úspěšného podpisu smluv bude další řešení probíhat v rámci aktivity Virtuální prostředí pro spolupráci, a to s ohledem na požadovanou technologickou podporu.

13.3   Medicínské aplikace v rámci projektu CzechLight

Původní záměr vytvořit komunikační infrastrukturu pro Centrum buněčné terapie byl ovlivněn zpožděním, ke kterému došlo při napojování klíčové lokality FN Motol na optickou síť. Hlavní překážkou byla stavební uzávěra vyhlášená v souvislosti s výstavbou nového energocentra. Dalším limitujícím faktorem byla migrace síťové infrastruktury nemocnice z ATM na technologii gigabitového Ethernetu koncem letošního roku.

K podobné situaci došlo v případě původně plánovaného propojení tří fakultních nemocnic v pražské lokalitě a vytvoření jednoho komunikačního celku. Ke komplikaci došlo s ohledem na změnu řízení pražského zdravotnictví, která odpovídala změnám na Ministerstvu zdravotnictví ČR. Původní záměr propojit Všeobecnou fakultní nemocnici na Karlově náměstí s Fakultní nemocnicí na Bulovce a Fakultní Thomayerovu nemocnici v Krči do jednoho "virtuálního" celku platil asi jeden rok. Během této doby byly zahájeny aktivity, které měly umožnit vytvořit dostatečně propustnou infrastrukturu těchto propojených nemocnic. Ke změně došlo těsně před podpisem příslušných smluv a v současné době se jednotlivé nemocnice vrací k modelu samostatného fungování.

Další vývoj byl z hlediska komunikační infrastruktury popsán v kapitole Optické sítě. V této části budou zmíněny pouze záležitosti týkající se vlastních medicínských aplikací. Nad připravenou infrastrukturou lze uskutečnit řadu experimentů, ale v současné době jsme se zaměřili na následující dvě aplikace.

Prvním okruhem je problém konzultací. Z napojených nemocnic projevila velký zájem v této oblasti Fakultní Thomayerova nemocnice (FTN), která potřebuje neurochirurgické konzultace v Ústřední vojenské nemocnici ve Střešovicích (ÚVN), protože ošetřuje komplikovaná polytraumata (nejčastěji oběti dopravních nehod) a nemá svůj neurochirurgický tým. Často stojí před rozhodnutím, zda pokračovat v léčbě v rámci úrazové chirurgie, nebo předat pacienta na neurochirurgické oddělení k neodkladné operaci. Jejich požadavek na konzultace přináší z organizačního hlediska řadu problémů. Přenos dat musí být dostatečně rychlý a spolehlivý. Musí být zajištěno zabezpečení přenášených pacientských dat. Další nekompromisní, ale na druhou stranu pochopitelný požadavek specialistů v ÚVN je, že konzultace pro FTN je nebude příliš zatěžovat. Lékaři proto požadují, aby konzultovaný snímek mohli zpracovávat ve svém standardním prostředí. Z hlediska nemocničních informačních systémů se jedná vlastně o systém uploadu, kde snímky přicházející z FTN se zařazují do systému ÚVN, jako by se jednalo o snímky z jednoho jejich specializovaného oddělení. Základní schematické zobrazení je uvedeno na obrázku.

[Obrázek]

Obrázek 13.1: Konzultace

Vytvořili jsme, jak už bylo zmíněno v kapitole Optické sítě, gigabitové spoje sítě CzechLight do FTN i do ÚVN. Oba spoje jsou vedeny z centra sdružení CESNET v Praze Dejvicích. Díky tomu je možné vyřešit v rámci pilotního provozu první problém, kterým byla nedostatečná rychlost připojení specializovaných služeb. Zejména přenos sekvencí z počítačového tomografu (CT), což je pro vyšetření v oblasti neurologie a neurochirurgie typické, je schopen způsobit problémy, pokud je celý provoz nemocnice veden pouze přes linku 100 Mb/s. Přenos musí být rychlý a spolehlivý i z toho důvodu, protože se jedná o život ohrožující stavy a pokud je technika spojení nespolehlivá nebo pomalá, snímek se pro jistotu posílá sanitkou rychlé záchranné služby, což představuje zpoždění vyhodnocení snímků o 30 až 45 minut dle hustoty silničního provozu.

Druhým požadavkem nemocnic, které jsou již v současné době vybaveny bezfilmovým zpracováním dat, je technologie archivace obrazových dat. Zatím byla většinou realizována centrální úložiště dat. Jen v rámci projektu MeDiMed je možné najít prvky distribuce dat. Ať už se jedná o vlastní zálohování nebo o vytváření specializovaných databází, například pro účel výuky.

Podle našeho názoru jde o obecný problém. Utvrdil nás v tom požadavek dvou nemocnic, které se podílí na projektech v oblasti digitálního zpracování medicínských dat. V tomto případě se opět na jedné straně jedná o Ústřední vojenskou nemocnici v Praze Střešovicích, což je pro nás výhodné, neboť můžeme s výhodou využít vlastnosti optické sítě DWDM a použít pro tento účel stejný optický kabel, který je již připraven pro systém konzultací ve FTN. V této části projektu je druhým spolupracujícím subjektem Masarykova nemocnice v Ústí nad Labem, která je již v současné době vybavena kompletním bezfilmovým zpracováním medicínské obrazové informace.

V tomto případě se již nejedná o přenos jednotlivých vyšetření, ale o systematickou spolupráci v oblasti vytváření archivu dat. Režim je přibližně takový, že se každodenně v době mimo pracovní špičku provádí replikace pracovních častí archivu dat, a to nejen na vlastním pracovišti, ale také na diskovém prostoru spolupracující nemocnice. Toto řešení umožňuje zásadně zvýšit spolehlivost uložených dat. Například ÚVN si již v současné době vytváří pracovní kopii dat v rámci svého areálu, v samostatných budovách s nezávislým napájením. I při tomto zabezpečení však není možné vyřešit všechny problémy, které jsou dány nepřetržitým provozem nemocničních systémů, jako je pravidelná údržba archivačního systému, optimalizace využívání datových skladů, řešení náhradního chodu v případě poškození jednoho ze spolupracujících center a samozřejmě možnost velmi jednoduchého sdílení dat pro definované účely medicínského výzkumu. Základní uspořádání navrženého řešení je na přiloženém schématu.

[Obrázek]

Obrázek 13.2: Distribuovaný archivační systém

Předpokladem vytvoření tohoto systému je vybavení obou pracovišť technikou podporující FCoIP (Fibre Channel over IP), jež mimo konverzi protokolů zajistí jejich kódování z důvodu zabezpečení dat, správu celého systému přenosu dat na vzdálenost přesahující běžné metropolitní vzdálenosti (více než přibližně 20 km), řešení příslušných problémů časování a zpoždění na meziměstských linkách.

13.4   Rozvoj projektu MeDiMed

Rozvoj a rozšíření projektu MeDiMed probíhá v řadě směrů. Byla zahájena jednání s ÚVT MU a MOÚ Brno o napojení MNÚL Ústí n. L. na centrální komunikační server PACS. MNÚL má speciální zájem o spolupráci v oblasti onkologie (přenos a hodnocení obrazových dat), protože Masarykův onkologický ústav je celostátní autoritou a nejvyšším pracovištěm v tomto oboru.

V rámci nové spolupráce s FN Bulovka začal vývoj unikátních metod fúzí obrazových informací z různých zdrojů (např. CT, MR) s využitím moderních metod grafického zpracování ve spolupráci s FN Bulovka, MFF UK (ÚVT a KSVI). Mezi připravované projekty patří techniky k rozlišování objektů s nízkou densitou (cévní systém zastíněný kostmi, modelování vnitřních částí kloubního spojení).

Dalším zahájeným projektem nad rámec původního plánu aktivity je zpracování vícedimenzionálních modelů z obrazových modalit v reálném čase. Projekt probíhá s využitím centrálního komunikačního serveru PACS, infrastruktury sdružení CESNET, za účasti FN u sv. Anny v Brně a Ústavu počítačové grafiky a multimédií FIT VUT v Brně. Moderní medicína využívá stále více nejrůznějších technických zařízení a přístrojů, které umožňují zlepšovat úroveň diagnostiky a ošetření pacientů. Dobrým příkladem jsou zobrazovací diagnostické metody počítačová tomografie (CT) a magnetická rezonance (MR). Tyto metody dokáží získat prostorovou (3D) informaci o vnitřních strukturách v těle pacienta. Využití takto získaných 3D dat však dnes převážně zůstává na úrovni subjektivního posouzení lékařem, jako tomu bylo u 2D snímků, a na vytvoření textového popisu nálezu. Jedním z moderních trendů v této oblasti je 3D modelování tkání na základě CT/MR dat a aplikace vytvořených modelů zpět v klinické praxi například při plánování chirurgických a rekonstrukčních operací, simulaci jejich průběhu, navigaci a zaměřování nástrojů, realistickém tréninku lékařů na simulátoru atd.

Společný projekt v oblasti 3D modelování lidských tkání na základě CT/MR uskutečnil první experimenty ve spolupráci Ústavu počítačové grafiky a multimédií na Fakultě informačních technologií VUT v Brně, Kliniky zobrazovacích metod Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně a sdružení CESNET. V tomto týmu byl navržen klinicky použitelný systém zpracování CT/MR dat pro tvorbu 3D počítačových modelů lidských tkání. Zároveň hledáme a připravujeme aplikaci těchto modelů v klinické praxi řady oborů: ortopedie, plastická chirurgie, stomatologie.

Jedná se o výrazně interdisciplinární spolupráci, která využívá moderní poznatky medicíny, informačních technologií (IT), strojírenství a dalších oborů. Je velmi náročné (finančně, personálně, technicky) vybudovat jednotné pracoviště, které by bylo schopno efektivně a na požadované úrovni zabezpečovat vývoj a testování dosažených výsledků v klinické praxi. Proto byly v letošním roce zahájeny práce na vybudování tzv. "virtuálního vývojového a aplikačního pracoviště". Zapojení pracovníci zůstávají organizačně i prakticky na svých mateřských pracovištích (FIT VUT v Brně, FN u sv. Anny v Brně, Úrazová nemocnice, atd.). To se týká i speciálního technického vybavení (CT, MR, 3D tiskárna, grafické pracovní stanice, atd.). Veškerá datová a komunikační integrace je zabezpečena prostřednictvím akademické počítačové sítě CESNET2.

Díky již funkčnímu síťovému spojení se zabezpečeným přenosem citlivých dat nemusí odborníci (lékaři ani technici) cestovat mezi jednotlivými pracovišti, která jsou rozmístěna po celém městě. Přenos CT/MR dat z nemocnice na technické pracoviště, segmentace obrazu tkání, příprava 3D modelů, ověření jejich správnosti atd. je zabezpečeno, dohodnuto, provedeno nebo schváleno prostřednictvím sítě CESNET2. V akutních případech, kdy jde o čas, to může mít velký význam pro zdraví a život pacienta. Je také možné mnohem lépe využít čas vysoce odborných pracovníků (lékařů i techniků) a kapacity specializovaného a drahého technického vybavení (CT, MR, 3D tiskárna, atd.). Dále také může být toto "virtuální pracoviště" bez větších problémů rozšířeno o další klinická i technická pracoviště v regionu i v rámci kraje nebo republiky.

[Obrázek]

Obrázek 13.3: 3D model počátečního tvaru obličeje s viditelným poškozením tkání

[Obrázek]

Obrázek 13.4: Doplnění deformované části ze zdravé strany s využitím symetrie

[Obrázek]

Obrázek 13.5: Vytvořený doplněk pro korekci deformace, který je v závěrečné fázi převeden do trojrozměrného modelu pomocí 3D tiskárny

13.4.1   Elektronický podpis při přenosu a zpracování medicínské obrazové informace

Metropolitní centrum zpracování obrazové informace v medicíně řešené v rámci projektu MeDiMed využívá technologie založené na celosvětovém komunikačním standardu DICOM (Digital Image Communication in Medicine). Problematika zabezpečených přenosů medicínských dat včetně problematiky autentizace uživatelů apod. v rámci uzavřeného systému jedné nemocnice se obvykle řeší vlastními prostředky, které nabízí konkrétní dodavatel PACS ve spolupráci s konkrétním dodavatelem nemocničního systému, bez ambicí na vyřešení požadavku kompatibility mimo areál daného zdravotnického zařízení.

Vyřešení autentizovaného přístupu k medicínským obrazovým datům napříč spektrem zdravotnických zařízení spolupracujících v rámci projektu MeDiMed přináší novou kvalitu poskytovaných služeb, zejména podporu přenosů obrazových informací mezi jednotlivými pracovišti (nemocnicemi), která pacient v průběhu léčby navštíví, případně jsou nutná pro konzultace specialistů. Ve svém důsledku jednoznačně vede k usnadnění a urychlení formulace správné diagnózy, vyloučení opakovaných vyšetření, úspoře času pacienta i lékaře a tím i finančních prostředků.

Zařízení rozličných výrobců v současnosti připojená k metropolitnímu PACS serveru (prohlížecí stanice, specializované stanice pro primární diagnostiku, archivační zařízení, terapeutická zařízení,...) tvoří velmi heterogenní prostředí. Pro rozlišení pracovišť jednotlivých nemocnic je v současnosti rozhodující IP adresa pracovních stanic tohoto pracoviště, resp. její transformace do unikátního adresního prostoru privátní sítě metropolitního PACSu. Toto řešení je dostačující např. pro zdroje obrazových dat, případně pro prohlížecí stanice, které jsou využívány jediným uživatelem. Alternativa autentizovaného přístupu je zcela logickým požadavkem lékařů (služby v jiných nemocnicích, mobilní pracoviště, domácí pracovny lékařů,...).

Tento problém jsme vyřešili pomocí IPSec tunelu s přidělováním privátní IP adresy IPSec klientům na základě jejich autentizace. Uživatelé, kteří sdílí pracoviště s dalšími, budou pro komunikaci s PACS serverem používat IPSec tunel, kde jim bude na základě autentizace pomocí PKI přidělena "jejich" privátní unikátní IP adresa.

Pro řešení jsme se rozhodli zvolit autentizaci pomocí PKI (Private Key Infrastructure) s privátním klíčem uživatele umístěným na USB klíči.

Zpočátku jsme zvažovali tyto dvě varianty řešení:

Na straně IPSec serveru jsme použili dvojici směrovačů Cisco 3845 s hardwarovou akcelerací šifrování. Naše řešení je postaveno na přidělování privátní IP adresy IPSec klientům na základě jejich autentizace. Proto není možné použít zařízení řady Cisco PIX, neboť PIX umožňuje pouze přidělování adresy z rozsahu sdíleného všemi IPSec klienty. Vybírali jsme tedy pouze mezi VPN koncentrátorem řady Cisco VPN 3000 a běžným Cisco směrovačem s dostatečným výkonem pro šifrování. Zde jsme vybrali na základě ekonomických parametrů Cisco 3845, koncentrátor VPN 3000 ve stejné cenové relaci by poskytoval přibližně třetinový výkon.

Pro uložení veřejných PKI klíčů jednotlivých uživatelů byla zřízena certifikační autorita v rámci Masarykovy univerzity a dvojice publikačních serverů. Provoz této certifikační autority bude zpočátku zajišťovat Masarykova univerzita. V závislosti na množství uživatelů lze do budoucna zvažovat jiné operativnější varianty, které byly projednávány se zástupci sdružení CESNET zodpovědnými za tuto oblast.

Na straně klienta lze podle druhu operačního systému použít buď IPSec klient Cisco řady VPN 3000, který nevyžaduje žádný licenční poplatek, případně nativní IPSec klient daného operačního systému. Jako USB úložiště privátních PKI klíčů jsme použili USB klíče vyvinuté firmou Alladin. Toto zařízení již bylo testováno proti prvkům Cisco. Pro účely tohoto projektu jsme pořídili minimální objednatelné množství, tj. 25 kusů USB klíčů a příslušných SW licencí. Vybavení dalších uživatelů bude následně řešeno z jiných prostředků.

Komponenty navrhovaného řešení jsou z důvodu bezpečnosti umístěny ve dvou vzdálených lokalitách Masarykovy univerzity v Brně a propojeny vysokorychlostní sítí. Primární lokalitou je Ústav výpočetní techniky Masarykovy univerzity, sekundární lokalitou je budova Lékařské fakulty Masarykovy univerzity.

Dosažené cíle

13.4.2   Dostupnost distribuované medicínské obrazové informace při poruše přenosových tras

Prozkoumali jsme dostupnost různých variant řešení záložního spojení pro vzdálené nemocnice připojené přes veřejnou datovou síť. Zálohu datového spoje pro tyto nemocnice je možno řešit prostřednictvím následujících typů datových okruhů.

Pevné duální připojení nemocnice do veřejné datové sítě

Řešení má dvě zásadní nevýhody:

V obou případech je potřeba pronajmout dva nezávislé datové okruhy.

Komutovaný datový okruh k dalšímu operátorovi veřejné datové sítě

Existuje řada operátorů, kteří nabízejí komutované připojení přes veřejnou telekomunikační síť zdarma. Toto připojení však nemá dostatečnou přenosovou kapacitu.

Komutovaný datový okruh "nemocnice-Ústav výpočetní techniky"

Toto řešení se jeví jako jediné ekonomicky schůdné s dostatečnou přenosovou kapacitou. Komutovaný spoj plánujeme řešit pomocí protokolu multikino PPP. Pomocí něj je teoreticky možné sdružovat libovolné množství přenosových kanálů nižší kapacity. Protokol multikino PPP je náročný na výkon procesoru zařízení, kde je ukončen. V současné době hledáme cenově výhodné zařízení s dostatečným výkonem CPU.

13.4.3   Mezinárodní ocenění

Medimed prezentoval ČR během konference eHealth 2005 v Tromso na výstavce úspěšných projektů a na eHealth - Impact Case Studies 2005 v Tunisu. Tento projekt vybralo a doporučilo MI ČR.

předchozí
obsah 		následující
další weby:fond rozvojemetacentrumCzechLightpřenosyvideoservereduroameduID.cz