Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.cplire.ru/rus/telemed/rpr/article2.doc Дата изменения: Tue Dec 17 18:55:59 2002 Дата индексирования: Tue Oct 2 07:24:22 2012 Кодировка: koi8-r

Системы современной телемедицины:

проектирование и реализация





В.Е. Анциперов1,2, Д.С. Никитов2, З.А. Сновида2, В.А. Бородин2


1Институт радиотехники и электроники РАН, г. Москва


2Московский физико-технический институт, г. Москва




По мнению большинства экспертов, прогнозирующих развитие науки и техники,
двадцать первый век должен стать "веком коммуникаций", что подразумевает
повсеместное использование глобальных информационных систем. Использование
таких систем в медицине открывает качественно новые возможности:

- в обеспечении взаимодействия региональных клиник с крупными
медицинскими центрами;
- в вопросах интеграции отечественных систем в международные
медицинские ассоциации;
- в оперативном получении результатов последних научных исследований;
- в деле подготовки и переподготовка кадров

Перечисленные возможности можно охарактеризовать одним общим понятием -
телемедицина. Следует отметить, что под термином "телемедицина" здесь
подразумевается весь широкий спектр задач, чем отдельные узкие направления.


Современные информационные системы, как правило, разворачиваются в
глобальных сетях типа Internet. Не являются исключением и системы
телемедицины. Время автономных, локальных (standalone) прикладных программ
и баз данных уходит в прошлое. Их место занимают глобальные информационные
системы, характеризующиеся многообразием архитектур, многоплатформенностью,
разнообразием форматов данных и протоколов. Соответственно и задачи
создания современных информационных систем и интеграции в них оказываются
значительно сложнее и требуют специалистов гораздо более высокой
квалификации, чем было принято даже несколько лет назад. Образно говоря, на
сегодняшний день в области телемедицины востребованы специалисты с
глобальным, системным мышлением.


Наиболее перспективные тенденции в создании современных информационных
систем можно объединить понятием "архитектура, обусловленная
моделированием" (Model Driven Architecture - MDA) [1]. Философия этого
подхода заключается в том, что в сложной системе невозможно предусмотреть
всё - все возможные сценарии, платформы, будущее развитие системы и т.д.
Поэтому целесообразно разработать некоторую общую для всех участников
открытую объектную модель и определить принципы ее наращивания и интеграции
приложений в систему: МDA разделяет вопросы проектирования и реализации
информационных систем.


Рис 1 Философия MDA [1]


MDA отделяет спецификацию фундаментальной логики от спецификаций различного
программного обеспечения промежуточного уровня (реализации).

Это позволяет быстро разрабатывать и внедрять новые спецификации
взаимодействия, используюя новые развернутые технологии, базирующиеся на
достоверно проверенных моделях.



Глобальные информационные системы, построенные на основе MDA-подхода,
обеспечивают эффективное решение следующих проблем [1]:

. Мобильность - возможность многократного использования приложений,
уменьшение стоимости и сложности разработки и управления приложениями.


. Межплатформенное взаимодействие - использование строгих методов,
стандартов, гарантирующих одинаковое выполнение идентичных функций вне
зависимости от технологий реализации.

. Независимость от платформ - обуславливает значительное сокращение
времени, стоимости и сложности переориентации приложений на другие
платформы.

. Специализация - выработка специфических для предметной области
моделей, адаптированных под специфические для данной индустрии задачи.

. Производительность - позволяет разработчикам, дизайнерам и системным
администраторам использовать комфортные языки и концепции, с
минимальными издержками интегрировать в процесс разработки другие
команды разработчиков.


Процесс создания информационных MDA-систем представляет собой типичный
сложившийся цикл разработки любого сложного информационного проекта:


фаза выработки требований (ТЗ) - фаза анализа - фаза реализации.


В рамках каждой из фаз прорабатываются специфические для нее вопросы
соответствия требованиям, согласованности и функциональности. Для фаз
анализа и реализации наиболее перспективными признаны технология
проектирования UML (Unified Modeling Language) [2] и, основанный на
технологии XML [3] (Extensible Markup Language), стандарт XMI (Metadata
Interchange).


Проектирование MDA-систем на основе методологии и системы нотаций UML [2]
признано наиболее адекватным подходом к созданию больших информационных
систем - это ключ к пониманию технологии MDA в целом. UML подход позволяет
специфицировать, визуализировать, документировать разрабатываемую систему,
включая разработку ее структуры, архитектуры и дизайна. Используя большое
количество средств, предлагаемых UML, можно с различных точек зрения
анализировать требования будущей системы и проектировать их решения.


Рис 2 UML - проектирование [2]


В рамках объектно-ориентированного подхода UML позволяет выделить основные
блоки - классы объектов - для формирования моделей. Эти диаграммы классов в
совокупности составляют: базовые информационные модели - информационную
модель предметной области и информационную модель сообщений. Дальнейшая
работа состоит в уточнении и детализации в рамках соответствующего
стандарта содержания объектов-классов и их функционального назначения.

Стандарт UML предлагает следующий набор диграмм для моделирования: [2]

. диаграммы вариантов использования (use case diagrams) - для
моделирования бизнес-процессов в системе (требований к системе);

. диаграммы классов (class diagrams) - для моделирования статической
структуры классов системы и связей между ними;

. диаграммы поведения системы (behavior diagrams);

. диаграммы взаимодействия (interaction diagrams) - для моделирования
процесса обмена сообщениями между объектами;

. диаграммы состояний (statechart diagrams) - для моделирования
поведения объектов системы при переходе из одного состояния в другое;

. диаграммы деятельностей (activity diagrams) - для моделирования
поведения системы в рамках различных вариантов использования или
моделирования деятельностей ;

. диаграммы реализации (implementation diagrams).


Крупнейшая в области телемедицины американская общественная организация HL7
оформила всю документацию по базовой модели медицины (RIM) именно с
использованием UML. Ее опыт повторяет и западноевропейский комитет CEN/TC
251. Складывается ситуация, когда без владения технологией UML окажется
невозможным современное решение задач создания/интеграции в системы
телемедицины. В этой связи следует констатировать печальный факт,
заключающийся в том, что в отечественной информатике наметилось отставание
- специалистов по объектно-ориентированному проектированию мало, а по UML
они вообще единичны. В этой связи представляется весьма актуальной
подготовка квалифицированных кадров по проектированию и включение
соответствующих курсов по UML в программы подготовки специалистов для
телемедицины.


Другой аспект создания современных информационных систем - реализация на
основе моделей унифицированных, стандартизованных способов хранения, обмена
и поиска структурированных данных. Наиболее перспективными для данной
задачи представляются языки разметки, в частности, активно развивающаяся
технология XML (Extensible Markup Language) [3]. XML - универсальный, не
зависящий от платформ стандарт, обеспечивающий концепции и технологии для
гибких, открытых, и стандартизованных решений проблем структурирования,
хранения и обмена данными. Основное достоинство (и назначение) XML
заключается в разделении информационного содержания электронных документов
от процедур обработки информации, в частности, способов ее представления.
Достоинством XML также является его ориентация на возможность полной
автоматизации обработки документов компьютерными системами.


Рис 3 XML [3] как сумма технологий


"Язык" XML имеет глубокие корни - происходит от стандарта SGML и является
концептуальной основой для большого числа связанных технологий - от
способов структурирования информации (DTD, XDR, XSD) до способов ее
обработки (DOM, XSLT, XLINK) и представления (CSS, XSL, XHTML).





Применительно к вопросам разработки информационных MDA-систем следует
отметить, что на сегодняшний день уже существует (система Rational Rose
фирмы Rational) и продолжает совершенствоваться методология
автоматизированного согласования и генерации XML- стандартов (схем) по
спроектированным UML-моделям. Более того, разработаны способы реинжениринга
- восстановления моделей по существующим XML - структурам. Таким образом,
вопросы проектирования и реализации в технологиях UML- XML связаны и
взаимообусловлены в гораздо большей степени, чем это может показаться на
первый взгляд.


Рис 4 Реализация как "этап" проектирования


Модель классов системы может быть конвертирована стандартными средствами в
определения типов документов или схемы для использования их в качестве
стандартов структур данных, сообщений, документов реальной информационной
системы.




XML может использоваться в любых приложениях информационной системы - от
служебных приложений, с гигантскими объемами передаваемой информации, до
пользовательских подсистем, реализующих относительно простые сценарии.
Более конкретно, XML эффективен для решения следующих задач [3]:

. В первую очередь, эта технология полезна для разработчиков сложных
информационных систем, с большим количеством приложений, связанных
потоками информации самой различной структурой. В этом случае XML -
документы выполняют роль универсального формата для обмена информацией
между отдельными компонентами большой программы.

. XML является базовым стандартом для нового языка описания ресурсов,
RDF, позволяющего упростить многие проблемы в Web, связанные с поиском
нужной информации, обеспечением контроля за содержимым сетевых
ресурсов, создания электронных библиотек и т.д.

. XML-документы могут использоваться в качестве промежуточного формата
данных в трехуровневыхсистемах. Обычно схема взаимодействия между
серверами приложений и баз данных зависит от конкретной СУБД и
диалекта SQL, используемого для доступа к данным. Если же результаты
запроса будут представлены в некотором универсальном текстовом
формате, то звено СУБД, как таковое, станет "прозрачным" для
приложения. Кроме того, на рассмотрении W3C находится спецификация
нового языка запросов к базам данных XQL, который в будущем может
стать альтернативой SQL.

. Информация, содержащаяся в XML-документах, может изменяться,
передаваться на машину клиента и обновляться по частям.
Разрабатываемые спецификации XLink и Xpointer поволят ссылаться на
отдельные элементы документа, c учетом их вложенности и значений
атрибутов.

. Использование стилевых таблиц (XSL) позволяет обеспечить независимое
от конкретного устройства вывода отображение XML- документов.


Вышеперечисленные достоинства делают XML наиболее перспективной технологией
для хранения, обработки и обмена медицинскими документами и данными. Именно
поэтому комитетом CEN/TC 251 принята рекомендация об использовании
синтаксиса XML как единственной альтернативы по структуризации
обмениваемыми сообщениями. В стандарте HL7 Version 3 XML планируется как
основной способ структурирования сообщений в системе.


И опять, приходится с сожалением констатировать, что, хотя в среде
программистов-практиков технология XML начинает использоваться все шире, в
учебных программах курсы по XML все еще редки (справедливости ради следует
отметить, что в последнее время появилось достаточное количество переводной
литературы по XML). Подготовка квалифицированных преподавателей и курсов по
ХМL и включение их в учебный процесс подготовки специалистов для
телемедицины представляются весьма актуальными.


Вместе с тем, сложившаяся в отечественной информатике и телемедицине
ситуация не представляется безнадежной. Существуют отдельные энтузиасты и
группы специалистов, которые активно изучают и даже принимают участие в
развитии современных принципов и подходов к разработке больших
информационных систем, в том числе телемедицины. Примером может служить
кафедра Прикладных информационных технологий МФТИ [4], опыт которой
обсуждался на проходившей осенью конференции "Кадровое обеспечение
Федеральной целевой программы "Электронная Россия". В выступлеии [5]
отмечено в частности, что имеет место взаимная тенденция IT-специалистов и
заинтересованных сторон от медицины к кооперации и сотрудничеству.
Консолидация этих усилий могла бы привести к ощутимым результатам. На
пороге нового века - "века коммуникаций" необходим адекватный ответ вызову
времени.


Ссылки:

1. "The Architecture of Choice for a Changing World" -
http://www.omg.org/mda

2. "Introduction to UML" -
http://www.omg.org/gettingstarted/what_is_uml.htm

3. "Core Standards (XML) - http://xml.coverpages.org/xml.html

4. Кафедра Прикладных информационных технологий МФТИ
http://www.ffke.mipt.ru/ait/

5. Гуляев Ю.В., Никитов С.А., Анциперов В.Е., Бабалян А.Г. "Концепция
современного образования в области информационных технологий и опыт
консолидации усилий по ее реализации" - Межотраслевая научно-
практическая конференция "Кадровое обеспечение Федеральной целевой
программы "Электронная Россия", М.; 2002 г.