Internet a zdravotnická informatika ZS 2007/2008 Zoltán Szabó Tel.: (+420) 312 608 207 E-mail:
[email protected] č dv : 504 č.dv.: 504, 5 5.p p
Dnešní š přednáška ř š Komunikace Standard, doporučení, p norma Český normalizační institut Zpráva a informace Komprese dat
RLE - kódování kód á í délk délkou běh běhu LZW (Lempel-Ziv-Welch) metoda Huffmanovo kódování
2
Komunikace
S - vysílač (odesílatel) T – přenosný kanál R - příjemce
1.
S→R
2.
S↔R
3.
S=R
4.
S→?
5.
?→R
m=s+n 3
Podmínky d k pro komunikaci k ik i Jednoznačnost a srozumitelnost p a původnost p Zabezpečení ochrana před neoprávněným přečtením ochrana před změnou obsahu na cestě ochrana před znovuodesláním neoprávněnou osobou b ověření identity odesílatele Rychlost 4
Standard, d d ddoporučení, norma Standard - Řešení, Ř které představuje určitou společnou konvenci, zajištující vzájemnou kompatibilitu produktů od různých výrobců. Doporučení - Standardy, y vypracované y a vydávané např. mezinárodními standardizačními institucemi. Po formální stránce nejsou právně závazné pro jiné výrobce. Norma - Právní závaznost pak mívají až návrhy ve formě norem, které vypracovávají k tomu oprávněné instituce.
5
Mezinárodní organizace pro normalizaci • ISO
(International Organization for Standardization) TS – technické specifikace TR – technické t h i ké zprávy á PAS – veřejně dostupné specifikace TTA – dohody o technických trendech
• CEN (European Committee for Standardization) EN – evropské normy ENV – předběžný evropské normy CR – technické zprávy
• ANSI (American National Standards Institute) HL7, Snomed
6
CEN / TC251
Členy CEN jjsou národní Čl á d í normalizační li č í organizace těchto zemí Evropy: Belgie, Česká republika Dánsko, republika, Dánsko Estonsko Estonsko, Finsko Finsko, Francie Francie, Irsko, Island, Itálie, Kypr, Litevsko, Lotyšsko, Lucembursko Maďarsko Lucembursko, Maďarsko, Malta Malta, Německo Německo, Nizozemí, Norsko, Polsko, Portugalsko, Rakousko,, Rumunsko,, Řecko,, Slovensko,, Slovinsko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie
7
Normy
Kd a jjak Kde k jje získat? í k t?
Český normalizační institut
Další zdroje
Národní standardy – např. Datový standard Ministerstva zdravotnictví, rozhraní VZP Mezinárodní standardy – např. např Snomed, Snomed UMLS UMLS, HL7 HL7, LOINC
8
Č ký normalizační Český li č í institut i tit t http://eshop.cni.cz/iPopWeb
9
10
Normy zdravotnické d i k informatiky i f ik v současnosti č ti 67 d dokumentů k tů nejstarší z roku 2000, nejnovější letos
11
Normy zdravotnické d i k informatiky i f ik Označení ČSN CR 12587 ČSN CR 13694 ČSN ENV 12017 ČSN ENV 12018 ČSN ENV 12435 ČSN ENV 12537-1 ČSN ENV 12537-2 ČSN ENV 12610 ČSN ENV 12611 ČSN ENV 12612 ČSN P ENV 12388 ČSN P ENV 1614 ČSN P ENV 1828 ČSN P ENV 13609-2 ČSN P ENV 13729 ČSN P ENV 13735 ČSN P ENV 13608-1 ČSN P ENV 13606-1 ČSN P ENV 13606-2 ČSN P ENV 13606 13606-3 3 ČSN P ENV 13606-4 ČSN P ENV 13728 ČSN P ENV 13607 ČSN P ENV 13608-2 ČSN P ENV 13608-3 ČSN P ENV 13734 ČSN CR 14300 ČSN CR 14301 ČSN CR 14302 ČSN EN 1828
Datum D t vydání Popis 1.8.2000 Zdravotnická informatika - Metodika dalšího vývoje zdravotnických elektronických zpráv Zdravotnická informatika - Standardní protokol pro posouzení kvality bezpečnosti a spolehlivosti norem zdravotnického softwaru 1.8.2000 (SSQS) 1.8.2000 Zdravotnická informatika - Slovník zdravotnické informatiky Zdravotnická informatika: Struktura identifikačních identifikačních, administrativních a běžných klinických dat pro přechodně propojované elektronické 1.8.2000 přístroje a zařízení používané ve zdravotnictví (včetně elektronických, přístrojově čitelných karet) 1.8.2000 Zdravotnická informatika - Vyhodnocení výsledků měření ve zdravotnictví 1.8.2000 Zdravotnická informatika - Způsob záznamu jednotlivých informačních položek v EDI - Část 1: Seznam položek Zdravotnická informatika - Způsob záznamu jednotlivých informačních položek v EDI - Část 2: Postupy při zaznamenávání 1.8.2000 informačních položek při elektronické výměně dat (EDI) ve zdravotnictví 1.8.2000 Zdravotnická informatika - Označování zdravotnických ý p přípravků p 1.8.2000 Zdravotnická informatika - Hlavní pojmové třídy společné struktury terminologických systémů - Zdravotnické prostředky 1.8.2000 Zdravotnická informatika - Zprávy elektronické výměny administrativních informací ve zdravotnictví 1.1.2001 Zdravotnická informatika - Algoritmus digitálního podpisu ve zdravotnictví 1.1.2001 Zdravotnická informatika - Struktura názvosloví, klasifikace a kódování vlastností látek pro potřeby klinických laboratorních věd 1.1.2001 Zdravotnická informatika - Struktura klasifikace a kódování chirurgických procedur Zdravotnická informatika - Zprávy pro údržbu podpůrných informací v systému zdravotní péče - Část 2: Aktualizace specifických 1.7.2001 informací zdravotnické laboratoře 1.7.2001 Zdravotnická informatika - Bezpečná identifikace uživatele - Silná autentizace pomocí mikroprocesorových karet 1.7.2001 Zdravotnická informatika - Interoperabilita lékařských přístrojů napojených na pacienta 1.9.2001 Zdravotnická informatika - Bezpečnost komunikace ve zdravotnictví - Část 1: Pojmy a terminologie 1.12.2001 Zdravotnická informatika - Sdělování elektronických zdravotních záznamů - Část 1: Rozšířená architektura 1.12.2001 Zdravotnická informatika - Sdělování elektronických zdravotních záznamů - Část 2: Seznam termínů domény 1 1 2002 Zdravotnická 1.1.2002 Zd t i ká iinformatika f tik - Sděl Sdělování á í elektronických l kt i ký h zdravotních d t í h záznamů á ů - Část Čá t 3: 3 Di Distribuční t ib č í pravidla idl 1.1.2002 Zdravotnická informatika - Sdělování elektronických zdravotních záznamů - Část 4: Zprávy pro výměnu informací 1.2.2002 Zdravotnická informatika - Rozhraní klinických analyzátorů k laboratorním informačním systémům 1.3.2002 Zdravotnická informatika - Zprávy pro výměnu informací o lékařských předpisech 1.3.2002 Zdravotnická informatika - Zabezpečení komunikace ve zdravotnictví - Část 2: Zabezpečené datové objekty 1.3.2002 Zdravotnická informatika - Zabezpečení komunikace ve zdravotnictví - Část 3: Zabezpečené datové kanály 1 3 2002 Zdravotnická informatika - Reprezentace informací o vitálních známkách 1.3.2002 1.1.2003 Zdravotnická informatika - Interoperabilita systému multimediálních hlášení ve zdravotní péči 1.1.2003 Zdravotnická informatika - Koncepce zabezpečení komunikace ve zdravotní péči 12 1.1.2003 Zdravotnická informatika - Koncepce požadavků na zabezpečení intervalově připojených zařízení 1.1.2003 Zdravotnická informatika - Společné pojmové třídy pro klasifikace a kódování chirurgických procedur
St kt Struktura dat d t pro elektronické l kt i ké přístroje ří t j
Označování zdravotnických přípravků Klasifikace a kódování
Interoperabilita lékařských přístrojů Elektronický zdravotní záznam Bezpečnost a zabezpečení Interoperabilita multimédií
Normy zdravotnické d i k informatiky i f ik ČSN ISO/TR 18307 ČSN P ENV 13940 ČSN P ENV 13730-1 ČSN EN ISO 18812 ČSN ISO/TS 17090-1 ČSN ISO/TS 17090-2 Č ČSN ISO/TS 17090-3 ČSN P ENV 13730-2 ČSN EN 14484 ČSN EN 14485 ČSN EN ISO 18104 Č ČSN EN ISO 21549-1 ČSN EN ISO 21549-2 ČSN EN ISO 21549-3 ČSN EN 12052 ČSN EN 12251 ČSN P CEN/TS 14271 ČSN P CEN/TS 14463 ČSN P CEN/TS 14796 ČSN EN 13609-1 ČSN EN 1064 ČSN EN 12381 ČSN EN 14720-1 ČSN EN 1068 ČSN EN 12264 ČSN EN ISO 11073-10101 ČSN EN ISO 11073-10201 ČSN EN ISO 11073 11073-20101 20101 ČSN EN ISO 11073-30200 ČSN EN ISO 11073-30300
1.1.2003 1.1.2003 1.4.2003 1.9.2003 1.12.2003 1.12.2003 1.12.2003 1.1.2004 1.8.2004 1.8.2004 1.8.2004 1.12.2004 1.12.2004 1.12.2004 1.3.2005 1.3.2005 1 8 2005 1.8.2005 1.8.2005 1.8.2005 1.1.2006 1.3.2006 1 3 2006 1.3.2006 1.3.2006 1.4.2006 1.4.2006 1.4.2006 1.4.2006 1 4 2006 1.4.2006 1.4.2006
Zdravotnická informatika - Interoperabilita a slučitelnost v normách pro předávání zpráv a komunikací - Klíčové charakteristiky Zdravotnická informatika - Systém pojmů pro zajištění kontinuity péče Zdravotnická informatika - Zprávy týkající se transfuze krve - Část 1: Zprávy týkající se subjektu péče Zdravotnická informatika - Komunikace laboratorních informačních systémů s klinickými analyzátory - Využití mechanismu profilu Zdravotnická informatika - Infrastruktura veřejného klíče - Část 1: Základní osnova a přehled Zdravotnická informatika - Infrastruktura veřejného klíče - Část 2: Profil certifikátu Zdravotnická informatika - Infrastruktura veřejného klíče - Část Č 3: Management politiky certifikační autority Zdravotnická informatika - Zprávy týkající se transfuze krve - Část 2: Zprávy týkající se výroby (BTR-PROD) Zdravotnická informatika - Mezinárodní přenos dat o zdravotním stavu osob podle Směrnice EU o ochraně dat - Politika zabezpečení na vysoké úrovni Zdravotnická informatika - Návod pro zprostředkování dat o zdravotním stavu osob v mezinárodních aplikacích v kontextu se Směrnicí EU o ochraně dat Zdravotnická informatika - Integrace modelu referenční terminologie pro ošetřování Zdravotnická informatika - Data zdravotní karty pacienta - Část 1: Obecná struktura Zdravotnická informatika - Data zdravotní karty pacienta - Část 2: Společné objekty Zdravotnická informatika - Data zdravotní karty pacienta - Část 3: Omezená klinická data Zdravotnická informatika - Digitální zobrazování - Komunikace, pracovní postup a management dat Zdravotnická informatika - Bezpečná identifikace uživatele pro zdravotní péči - Management a bezpečnost autentizace hesly Zd Zdravotnická t i ká iinformatika f tik - Vý Výměnný ě ý formát f át souborů b ů s iinformacemi f i o vitálních itál í h známkách á ká h Zdravotnická informatika - Syntaxe k reprezentaci obsahu lékařských klasifikačních systémů (CIaML) Zdravotnická informatika - Datové typy
Transfuze krve
Infrastruktura veřejného klíče
Mezinárodní přenos dat o zdravotním stavu osob Data zdravotní karty pacienta
Bezpečná identifikace uživatele
Datové typy, klasifikační systémy
Zdravotnická informatika - Zprávy pro údržbu podpůrných informací systémů zdravotní péče - Část 1: Aktualizace kódových schémat Zdravotnická informatika - Standardní komunikační protokol - Počítačem podporovaná elektrokardiografie Zdra otnická informatika - Časové Zdravotnická Časo é norm normy pro specifické problémy problém zdravotní dra otní péče Zdravotnická informatika - Vyžádání služby a sdělení výsledku - Část 1: Základní služby včetně předání a propuštění Zdravotnická informatika - Registrace kódovacích systémů Zdravotnická informatika - Struktury kategorií pro pojmové systémy Zdravotnická informatika - Komunikační zařízení pro místo zdravotní péče - Část 10101: Nomenklatura Zdravotnická informatika - Komunikační zařízení pro místo zdravotní péče - Část 10201: Informační model domény Zdravotnická informatika - Komunikační zařízení pro místo zdravotní péče - Část 20101: Aplikační profily Zdravotnická informatika - Komunikační zařízení pro místo zdravotní péče - Část 30200: Transportní profil - Propojení kabelem Zdravotnická informatika - Komunikační zařízení pro místo zdravotní péče - Část 30300: Transportní profil - Infračervené bezdrátové 13 1.4.2006 propojení
Komunikace s EKG Časové normy Komunikace
Zpráva a informace
?
Proces pro získávání informace ze zprávy se nazývá interpretace (člověk nebo počítač).
14
Matematická definice informace I = − log 2 p kde
0 ≤ p ≤1
Př : Př.:
⎛1⎞ I = − log 2 ⎜ = 1 ⎝2⎠
p zprávy
I
I = −∑ pi log 2 pi kde
∑p
i
=1
⎛ 1 ⎞ I = − log 2 ⎜ ⎟ = 10 ⎝ 1024 ⎠ 15
Informační č obsah DNA deoxyribonukleová kyselina
James Watson and Francis Crick in 1954
Př : řetězec 100 000 znaků Př.: TAC C GTAG GTCA. . .
(
4 × 4 × L × 4 = 4100000 = 2 200000
I = − log 2 2
−200000
) = 200000 16
Informační obsah biologického signálu
m = 2n m = 2n
fvz - Vzorkovací kmitočet
m × m × L× m = m N
(
I = − log 2 2
− nN
) = nN
Př.:
EKG, 100s, 100vz/s m = 127 I = 70000 bitů
17
Nejčastěji měřené biologické signály Signál
Šířka pásma Rozsah (Hz)
Kvantizace (bits)
Elektroencefalogram - EEG
0.2-50
600 µV
4-6
Elektrookulogram g - EOG
0.2-15
10 mV
4-6
Elektrokardiogram - EKG
0.15-150
10 mV
10-12
Elektromyogram - EMG
20-8000
10 mV
4-8
Krevní tlak
0-60
400 mm Hg
8-10
Spirogram
0-40
10 L
8-10 2 4 = 16 26 = 64 28 = 256 210 = 1024 212 = 4096
18
Komprese dat d Cíl komprese: redukovat objem dat za účelem přenosu dat archivace dat Kvalita komprese: rychlost komprese symetrie/asymetrie kompresního algoritmu Symetrické algoritmy – stejný čas potřebný pro kompresy i dekompresi Asymetrické algoritmy – čas potřebný pro kompresi a dekompresi se liší
19
Míra komprese k Komprimované Nekomprimované
Kompresní poměr = př: 40/160 = 1/4 = 0,25 p
Ratio = 1 - kompresní p poměr p (úspora, udává kolik % ušetřilo) př: 1 - 0,25 0 25 = 0 0,75 75 = 75%
Bit per byte = 8 * kompresní poměr př: 8 * 0,25 = 2 bpb 20
Komprese dat d
bezztrátová - po kódování a dekódování je výsledek 100% shodný,
nižší kompresní poměr požívají s výhradně pro kompresi textů a v případech, kdy nelze připustit ztrátu informace
ztrátová - po kódování a dekódování dochází ke ztrátě
obvykle vyšší kompresní poměr než bezztrátové lze použít pouze v případech kdy ztráta je akceptovatelná (komprese obrazů, zvuku
21
Metody d komprese k
jednoduché – založené na kódování opakujících se posloupností znaků (RLE) statistické t ti ti ké – založené l ž é na četnosti č t ti výskytu ý k t znaků ků v komprimovaném souboru (Huffmanovo kódování, Aritmetické kódování) slovníkové – založené na kodování všech vyskytujících se pos posloupností oup os ((LZW)) transformační – založené na ortogonálních popř. jiných transformacích ((JPEG, waveletová komprese, p fraktálová komprese)
22
RLE - kódování kód á í délk délkou běhu běh RLE (Run Length Encoding) Princip: opakující se symboly se kódují dvojicí Počet opakování Symbol S b l Př Vstup: Př. Výstup:
AAAABBCDDDDABD 4A2B1C4D1A1B1D
Nevýhoda: pokud se znaky neopakují často nedochází ke kompresi, ale naopak k prodloužení kódovaného souboru 23
RLE - kódování kód á í délk délkou běhu běh
pomocí escape sekvencí – kódují se pouze opakující se sekvence delší než 3 znaky, kratší sekvence se zapisují přímo do výstupního souboru Př. Vstup: AAAABBCDDDDABD Výstup: #4ABBC#4DABD
Výhoda: neprodlužuje soubor, kde není co komprimovat to zůstane v původní podobě Pozn.:
escape - z množiny znaků je nutné vyčlenit symbol, který se nevyskytuje v komprimovaném souboru. Dále může nastat problém pokud je opakující se sekvence delší než 255 znaků (pokud kódujeme délku běhu na 8 bitech). Řešení závisí na konkrétní aplikaci
Použití RLE: např. např obrazový formát BMP 24
LZW (Lempel-Ziv-Welch) ( l i l h) metoda d Princip: vyhledávání opakujících se posloupností znaků, ukládání těchto posloupností l tí do d slovníku l ík pro d další lší použití žití a přiřazení řiř í jednoznakového j d k éh kódu těmto posloupnostem. jjednoprůchodová p metoda (nevyžaduje ( y j p předběžnou analýzu ý souboru)) Při průchodu komprimovaným souborem se vytváří slovník (kde první položky jsou znaky původní abecedy a zbývající položky tvoří posloupnosti znaků obsažené v komprimovaném souboru souboru.
25
LZW (Lempel-Ziv-Welch) ( l i l h) metoda d Algoritmus komprese a vytvoření slovníku
Výsledný výstupní řetězec: 65 66 67 256 258 257 68 259
26
Huffmanovo kódování
algoritmus navržen v Davidem Huffmanem v roce 1952 kódové symboly mají proměnnou délku
Princip: Metoda je založená na stanovení četnosti výskytů jednotlivých znaků v kódovaném souboru a kódování znaků s největší četností slovem s nejkratší délkou. Algoritmus kódování: 1. Zjištění četnosti jednotlivých znaků v kódovaném souboru 2 2. Vytvoření binárního stromu (Huffmanova kódu jednotlivých znaků) 3. Uložení stromu 4. Nahrazení symbolů jednotlivými kódy (posloupností bitů)
27
Příklad: ABRAKADABRA
(11)
10010110001100001001011
0
(6)
Algoritmus vytvoření ř í stromu
0 A R B K D
1 01 001 0001 0000
1
(4)
1
0 1
(2) 0 1
D (1)
K (1)
B (2)
R (2)
A (5) 28
Dekomprese 1. Načtení a obnovení stromu, algoritmus je popsán při kompresi X 2. Vlastní dekomprese: Nahrazení kódů původními znaky. Příklad: 10010110001100001001011
A R B K D
1 01 001 0001 0000
ABRAKADABRA
29
Díky za pozornost Následující přednáška 8.11.2007
30
