Проблема совместимости медицинского оборудования Трудно представить современный мир без отраслевых стандартов, позволяющих интегрировать решения различных производителей в единую систему.
Такие технологические системы могут взаимодействовать и обмениваться данными, значительно повышая производительность и удобство использования.
Примеров множество: от стандартизированных информационных протоколов до международного стандарта стыковочной системы, используемой на Международной космической станции.
К сожалению, отрасль здравоохранения отстает от других отраслей в предоставлении совместимых и безопасных систем и компонентов.
В этой статье мы рассмотрим проблему PoC-совместимости медицинских устройств и возможные пути ее решения.
PoC-медицинские устройства
Концепция проведения диагностических тестов вблизи пациента также известна как диагностика на месте.Пример PoC медицинского оборудования:
- глюкометр
- Мониторы пациента
- Вентилятор
- Мобильный рентгеновский аппарат
- Аппарат для гемодиализа
Совместимость медицинских изделий с существующей информационной инфраструктурой медицинского учреждения
До эпохи открытых стандартов каждый производитель медицинского оборудования PoC разрабатывал свои собственные протоколы связи.Таким образом, только медицинские устройства одной марки могли беспрепятственно взаимодействовать с инфраструктурой больницы, что поставило руководство клиники перед трудным выбором производителя.
Невозможность обеспечить безопасное и стабильное взаимодействие устройств разных производителей привела к необходимости разработки открытых протоколов взаимодействия медицинских устройств.
Медицинская отрасль во многом консервативна, и, в отличие, например, от рынка смартфонов, где срок жизни новой модели от вывода на рынок до морального устаревания очень непродолжителен, медицинские устройства находятся в реальной эксплуатации в течение многих лет, некоторые модели могут производиться и используется десятилетиями.
В настоящее время в реальных клиниках имеется большой зоопарк фирменных устройств, которые по разным причинам не могут быть быстро заменены устройствами аналогичного функционала с открытыми протоколами.
Идеальным решением является создание новых медицинских устройств PoC, которые с нуля разработаны для использования с открытыми протоколами.
И хотя многие производители медицинского оборудования уже разрабатывают подобные устройства, пройдет еще немало времени, прежде чем они появятся на рынке.
Открытой остается и проблема дальнейшего использования медицинских изделий старого образца, которые очень дороги и при этом вполне работоспособны.
Интеграция новых протоколов в существующие устаревшие устройства потребует значительных усилий, сравнимых с разработкой нового устройства с нуля.
Необходимо будет повторно тестировать, сертифицировать и менять прошивку на каждом из устройств, что частично парализует работу клиники.
Разумным компромиссом является разработка отдельного сервиса — конвертера протоколов, позволяющего обеспечить совместимость протоколов в разумные сроки.
Использование преобразователей позволит использовать старое оборудование без серьезного вмешательства в работу клиники.
Совместимость протоколов (взаимодействие)
Способность двух или более устройств (разного типа, модели или производителя) обмениваться информацией (независимо от того, подключены ли они напрямую друг к другу или через систему связи) и эффективно использовать обмениваемую информацию.
Конвертер протоколов или виртуальный мост
Промежуточным звеном между устаревшими устройствами PoC и новыми устройствами, совместимыми с PoC SDC, является собственный преобразователь протоколов, который свяжет вместе устройства нового поколения и устаревшие устройства в ИТ-инфраструктуре больницы.В этой статье Аурига делится своим опытом разработки решения и проблемами, которые могут возникнуть при преобразовании проприетарных протоколов в открытый стандарт IEEE 11073 Сервис-ориентированного подключения устройств (SDC).
Что такое СДК?
SDC был задуман и разработан OR.NET, некоммерческой организацией, объединяющей производителей медицинского оборудования, врачей и исследователей.SDC определяет протокол связи для медицинских устройств PoC, основная цель которого — обеспечить надежную связь между медицинскими устройствами в рамках открытой IP-системы, ориентированной на безопасную и надежную связь для обеспечения безопасности пациентов.
SDC основан на сервис-ориентированной архитектуре (SOA).
Что такое сервис-ориентированная архитектура? Процесс оказания медицинских услуг можно объединить в логические единицы, например, Рентгенологическая служба, Служба искусственной вентиляции легких и т.д. 
Что такое МДИБ?
SDC широко использует концепцию MDIB – Информационная база медицинского оборудования.MDIB — это описание PoC медицинского устройства как абстрактная модель возможностей медицинского устройства в статической описательной части и текущего состояния устройства в динамической части.
Для этого описания используется формат XML. Процесс создания MDIB как модели медицинского изделия достаточно сложен.
MDIB должен содержать описание всех показателей, измеряемых устройством, медицинских сигналов тревоги и поддерживаемых операций удаленной настройки.
Например, медицинское устройство PoC измеряет частоту сердечных сокращений (Heart Rate или сокращенно HR), результатом будет числовой показатель со значением текущего пульса.
Также на экране вы увидите кривую кариограммы, также известную как форма волны, которая будет представлена в MDIB соответствующей метрикой.
Метрики можно объединять в каналы, а каналы объединять в ВМД — виртуальное медицинское устройство.
Таким образом, реальный медицинский прибор разбивается на логические сущности - VMD, например, если медицинский прибор измеряет температуру, ЭCG и уровень насыщения, то в MDIB будет три соответствующих VMD - Монитор температуры, Монитор ЭКГ и Монитор SpO2. Если измеренное значение ЧСС превышает установленное минимальное или максимальное значение, медицинское устройство выдаст медицинский сигнал.
В MDIB это соответствует системе оповещений.
Соответственно, медицинское устройство предоставляет услугу изменения мин/макс настроек, а в MDIB это соответствует операциям Службы управления.
Каждый объект MDIB содержит множество атрибутов, которые необходимо правильно установить и настроить.
Пример MDIB: 
BodySites и PhysicalConnectors
Одним из атрибутов метрики является bodysite, а именно часть тела пациента, являющаяся источником метрики.Например, температуру можно измерить под мышкой или во рту, это будет немного другая температура.
И если bodysite можно грубо представить как координату на теле пациента, то за координаты на медицинском устройстве отвечают PhysicalConnectors, например, устройство может иметь несколько портов для датчиков температуры, и каждый порт будет иметь свой PhysicalConnector. 
Настройка устаревших атрибутов медицинского устройства в MDIB
Для корректной работы протокола SDC необходимо сначала разработать описание устаревшего медицинского устройства в виде набора метрик, медицинских сигналов тревоги и других атрибутов MDIB. PoC медицинского устройства можно преобразовать в MDIB различными способами благодаря гибкой структуре MDIB. Процесс создания MDIB можно упростить, разделив его на итерации, а именно:- Создайте список сигналов устройства Medina на основе анализа собственного протокола.
- Создайте прототип MDIB, содержащий только метрики и формы, на основе списка сигналов.
- Расширьте описание метрик, используя технические особенности устройства Medina, используя объекты SDC, такие как бодисайты и физические разъемы.
- Исследуйте работу медицинского изделия в различных сценариях, на основе полученных данных расширяйте MDIB оповещениями
- Изучить различные сценарии удаленного изменения настроек медицинского изделия на основе полученных данных, расширить MDIB операциями управления на базе сервисов SDC.
- Реализуйте сложные сценарии, определив список требований, не охватываемых SDC, и составив список исключений.
Автогенерация зависимостей в статической части MDIB
Статическая часть MDIB содержит описание абстрактной модели медицинского изделия.Такая модель для реальных устройств может содержать тысячи узлов, поэтому искать какие-либо зависимости в MDIB каждый раз, пока работает преобразователь протоколов, достаточно сложно и дорого.
В целях оптимизации желательно минимизировать такие обращения к MDIB. Одним из наиболее удобных инструментов такой оптимизации является использование автоматически генерируемых таблиц зависимостей.
На этапе компиляции проекта XML-файл анализируется как описательная часть MDIB и формируются таблицы зависимостей в наиболее удобном формате.
Недостатками этого подхода являются пониженная гибкость и невозможность горячей замены MDIB; конкретная версия конвертера будет связана с конкретной версией MDIB.
Картирование параметров устаревшего медицинского устройства
Довольно часто прямое сопоставление 1-к-1 устаревшего протокола с протоколом SDC невозможно из-за особенностей устаревшего протокола.
В таких случаях приходится прибегать к конечным автоматам (конечным автоматам), где преобразователь протоколов хранит историю состояний устаревшего устройства для корректного отображения в формате SDC.
Синхронизация времени
Проблема синхронизации стоит достаточно остро, потому что.Практически любое медицинское PoC-устройство предоставляет временные метки для метрик, путевых форм, медицинских сигналов тревоги в собственном фирменном формате, а некоторые временные метки, необходимые для SDC, могут вообще не предоставляться; они должны быть рассчитаны внутри преобразователя.
Емкость больничной сети
В сети SDC одно медицинское устройство PoC генерирует трафик около 80 Кбит/с за счет использования XML-файлов.Типичная клиника может одновременно использовать сотни PoC-устройств для диагностики пациентов, а также существует не-SDC-трафик типа видеозвонков и т. д. Все это необходимо учитывать на этапе построения больничной сети; необходимо оптимизировать маршрутизацию трафика ДДЦ или даже выделить отдельное оборудование для сегмента сети ДДЦ во избежание перегрузки больничной сети.
Информационная безопасность
В больничной инфраструктуре можно использовать два типа сетей: SDC и устаревшие медицинские устройства.Часто устаревшие сети были разработаны давно и не соответствуют современным стандартам кибербезопасности:
- Нет одноранговой аутентификации
- Сообщения собственного протокола не шифруются.
- Отсутствие зарезервированных портов TCP/UDP и трудности с настройкой межсетевого экрана.
Скрытые медицинские сигналы тревоги и автоматическое создание медицинских данных
Некоторая критическая информация, например факт медицинской тревоги в формате SDC, может не быть записана в явном виде в устаревшем протоколе, но может быть определена по косвенным признакам в результате анализа исходящего трафика медицинского устройства.Таким образом, конвертер не только обеспечивает передачу медицинских данных из одного протокола в другой, но и может самостоятельно генерировать такие данные, устанавливать факт медицинской тревоги или рассчитывать некоторые метрики, что позволяет повысить класс безопасности конвертера до более высокого уровня.
медицинский прибор.
Хорошим примером является расчет данных формы волны от усиленных отведений от конечностей aVL, aVR, aVF как линейной комбинации стандартных отведений I, II, III: 
Если устаревшее медицинское устройство измеряет и передает только основные параметры кардиограммы, преобразователь протоколов может самостоятельно рассчитать дополнительные параметры.
Требования к конвертеру протоколов
Конвертер протоколов должен работать автоматически и автономно без какого-либо взаимодействия с пользователем.Для всех поддерживаемых протоколов оно должно отображаться как отдельное устройство, действуя как прокси (виртуальный мост).
Преобразователь должен:
- Определите тип устройства, версию протокола и другие важные настройки для правильной работы.
- Автоматическое восстановление в случае сбоя программного или аппаратного обеспечения.
- Поддержка автоматического обнаружения устройств и сценариев горячего подключения.
- Учитывайте требования кибербезопасности, такие как шифрование, разделение сетей, белые списки.
Распространенные проблемы с проприетарными протоколами
Хотя запатентованные протоколы различаются у разных производителей медицинского оборудования, проблемы и сложности разработки преобразователей будут в разной степени общими.Давайте рассмотрим основные подводные камни проприетарных преобразователей протоколов и способы их преодоления.
Проблема №1 – Отсутствие документации Подробное описание проприетарного протокола может отсутствовать по разным причинам: от бюрократических проволочек и юридических запретов до банальной невнимательности разработчиков.
Как следствие, возможные артефакты недокументированного поведения медицинского устройства придется исследовать с помощью обратного проектирования.
Проблема №2 – Сложные сценарии поведения медицинского изделия Для разработки и испытаний медицинских изделий на рынке доступны симуляторы пациента, позволяющие изучать основные состояния параметров пациента в широких диапазонах.
Однако такие симуляторы пациентов не позволят воспроизвести сложные сценарии поведения медицинского устройства, например, такие симуляторы не позволят воспроизвести техническую неисправность самого PoC-устройства, например, неисправность какого-либо датчика, клапана или двигателя насоса.
Медицинское устройство обычно имеет возможности самодиагностики и предоставляет информацию о технических проблемах через собственный протокол, и в таких случаях физически уничтожить устройство, конечно, кажется невозможным.
Чтобы решить эту проблему, «Аурига» использует собственный симулятор медицинского оборудования для тестирования преобразователя протоколов в таких сложных технических сценариях.
Симулятор устройства — это сетевое приложение, которое моделирует поведение медицинского устройства по собственному протоколу связи.
Этот симулятор позволяет работать без настоящего медицинского устройства, что также полезно для автоматизированного тестирования.
Краткое содержание
Можно с уверенностью сказать, что сфера телемедицины, совместимых медицинских устройств PoC и удаленной диагностики будет пользоваться большим спросом в ближайшем будущем, а это означает, что многие участники рынка столкнутся с проблемами совместимости и проблемами при разработке совместимых протоколов связи.Опыт разработки преобразователей протоколов показывает, что идеи, заложенные в проприетарные протоколы связи 80-90-х годов, уже существенно устарели и не позволяют реализовать простое отображение 1-к-1 в совместимые протоколы SDC. В этой статье мы рассмотрели некоторые проблемы преобразования и способы их решения.
Теги: #здоровье #ИТ-стандарты #Телемедицина #Medgadgets #совместимость #sdc #медицинские данные #медицинские приборы
-
Eken M001: Простой И Практичный Umpc
19 Oct, 24 -
Как Остановить Зависание В Дата-Центре?
19 Oct, 24 -
Зачем Нам Кузнец?
19 Oct, 24 -
Блокировка Ie8 От Автоматических Обновлений
19 Oct, 24
