Implementação de um sistema integrado de gestão hospitalar usando software livre em arquitetura de três camadas

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1 Implementação de um sistema integrado de gestão hospitalar usando software livre em arquitetura de três camadas Fabio A. Pires a, Marco A. Gutierrez ab, Sergio S. Furuie ab, Marina S. Rebelo ac, Ramon A Moreno ab and Marcelo Santos a Instituto do Coração do Hospital das Clinicas (InCor), São Paulo, Brazil b Escola Politécnica (EPUSP), Universidade de São Paulo, São Paulo, Brazil c Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação, Universidade de Campinas, Campinas, Brazil RESUMO O objetivo deste estudo é descrever a experiência do Instituto do Coração ( InCor ) na implementação de Sistema de Informação Hospitalar (HIS) integrado com o Sistema de Informação de Radiologia ( RIS) e o Sistema de Arquivamento e comunicação de imagens ( PACS ) utilizando software livre e arquitetura de três camadas. O sistema foi desenhado em módulos que permitem admissão, alta e transferencia do paciente, registro de procedimentos, diagnósticos e terapia, ordens médicas e acesso a todos os dados do paciente, incluindo sinais vitais, imagens e exames laboratoriais. Os módulos são integrados em uma aplicação baseada em web browsers permitindo uma fácil e rápida navegação através dos módulos. Para a manutenção das informações de atendimento e cuidados dispensados ao paciente de maneira eficiente e com custos reduzidos, foram utilizado terminais ( thin clients ) em ambiente Linux. Para acessar as informações dos pacientes os usuários são submetidos ao um processo de autenticação baseado no protocolo LDAP, onde também é definido e perfil de acesso. O sistema é totalmente integrado ao PACS InCor, permitindo acesso instantâneo ao banco de dados de imagens através das aplicações que requerem estas informações, tais como apoio a diagnósticos e laudos. Para a exibição das imagens um visualizador Java DICOM foi implementado. Para permitir a comunicação com todas as modalidades DICOM no servidor também foi implementado um Java DICOM server. Palavras-chave: Prontuário Eletrônico do Paciente, Interoperabilidade, Imagens Medicas, Modelagem. Abstract - The goal of the current study is to describe the experience of the Heart Institute (InCor) in the implementation of a patient-oriented Hospital Information System (HIS) integrated with the Radiology Information System (RIS) and the Picture Archiving and Communication System (PACS) in an open-source three-tier architecture. The system was designed in modules that permits patient admission, discharge and transfer (ADT), registration of medical activities, registration of diagnoses and therapy, order entry and access of all patient data, including vital signals, images and lab tests. The modules are integrated in a single Web-based application allowing the easy and fast navigation through the modules. In order to maintain the quality of patient care in an efficient and cost-effective manner, thin clients workstations in a Linux environment were used. To access the patient information users have to perform an authentication

2 de privacidade comparado com o tradicional prontuário em papel. Além do mais, a inclusão de imagens médicas e a integração de dados de diferentes sistemas torna possível um PEP mais completo. O Instituto do Coração ( InCor) de São Paulo tem tido o compromisso com o objetivo de integrar toda informação relevante dentro do instituição. Nos últimos anos, o InCor criou com sucesso um sistema de transmissão, arquivamento, recuperação, processamento e visualização de Imagens Médicas e criou também um Sistema de Informação Hospitalar ( HIS ) que armazena informações administrativas e clinicas da instituição. Estes sub-sistemas integrados formam o Prontuário Eletrônico do Paciente ( PEP ) do InCor. O InCor esta também encarando o desafio que esta tornando-se muito comum na área da saúde: a necessidade de trocar informações entre diferentes instituições. O InCor é um dos seis institutos do Hospital da Clinicas (HC) da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo e cada instituto têm seu próprio sistema de informação, a troca de informação entre os institutos é também uma questão muito importante. Este trabalho descreve a experiência do esforço para desenvolver um completo e funcional PEP, o qual inclui exames laboratoriais, imagens ( estáticas, dinâmicas e 3D ), laudos, documentos digitalizados e ainda sinais vitais em tempo real. Este trabalho também discute a integração do PEP em ambiente heterogêneo e distribuído. Metodologia Mais do que uma simples troca de dados, nós precisamos lidar com um complexo nível de integração. O desejado nível de interoperabilidade pode ser alcançado através do uso de padrões tais como: UML - Unified Modeling Language [8]; DICOM - Digital Imaging and Communications in Medicine [9] for archiving and communication of medical images; CORBA - entender todas as informações relacionadas ao paciente. Contudo, como a proposta principal do projeto é permitir um alto nível de complexidade nas pesquisas, nós expandimos o modelo padrão proposto para satisfazer o requerimento de recuperar imagens médicas a partir de qualquer atributo. O novo modelo permite a representação de diferentes modalidades de imagem, integração destas modalidades no mesmo estudo, investigação de imagens similares de diferentes pacientes e visualização contextual e processamento de imagens clinicas [13]. Outra importante questão é que o PEP esta em constante evolução, portanto a arquitetura deve ser flexível o suficiente para acomodar novas funcionalidades e tecnologias. A implementação foi baseada na arquitetura cliente-servidor via servidores Web conectados a diversas base de dados e sub-sistemas: HIS, base de dados de imagens (PACS), base de dados de documentos digitalizados, monitores de sinais vitais. A. Dados Clínicos e Administrativos A estrutura de informação do nosso HIS é formado por diversos sub-sistemas de informações clinicas: agendamento; admissão ( ambulatório, pronto socorro, internação, hospital dia e SADT ); ocupação e movimentação de leitos; atendimentos ambulatoriais; ordens médicas (prescrição eletrônica, solicitação de exames); dispensação farmacêutica; administração de medicamentos; prescrição de enfermagem; exames laboratoriais; laudos; procedimentos hospitalares; diagnósticos; evoluções do paciente; resumo de alta; controle cirúrgico entre outros. A consolidação de todos estes módulos formaram o prontuário eletrônico do InCor, onde o profissional de saúde pode navegar rapidamente através da visualização hierárquica e cronológica das informações do

3 ? Cinco (5) de hemodinamica: 3 deles são ACRNEMA, cujo os dados são convertidos para DICOM;? Dois (2) de Ressonância Magnética? Dois (2) de Tomografia Computadorizada;? Nove (9) de Medicina Nuclear, incluindo 1 PET? Dezessete (17) de ultra-som / ecocardiografia, cujo os dados de vídeos são adquiridos e convertidos para DICOM. A arquitetura proposta para o armazenamento combina modalidades on-line, nearline e offline[14]. O fluxo é controlado por um software de gerenciamento baseado nas informações armazenadas na base de dados. O armazenamento on-line é baseado em um sistema de disco magnético ( RAID-5 ) com 700 GB de capacidade. O tempo de acesso é clinicamente adequado ( menos de 3s ) utilizando rede de banda larga (fast Ethernet and Gigabit Ethernet). Para o armazenamento nearline nós utilizamos uma jukebox de DLT (Digital Linear Tapes) com 48 slots e 4 drives com 3.5 TB de capacidade. O armazenamento off-line é simplesmente as fitas na fitoteca. Nós também desenvolvemos um visualizador DICOM em java que esta apto a manusear imagens dinâmicas de 30 frames por secundo. C. Documentos digitalizados Algumas informações importantes do paciente ainda estão em papel, tais como termo de responsabilidade e consentimento. Uma vez que o PEP deve prover todo contexto relevante, nós decidimos incluir estas informações como documentos digitalizados. O processo de inclusão de documentos digitalizados esta divido em três (3) fases principais [15]: D. Sinais vitais em tempo real Sinais vitais em tempo real, tais como ECG e freqüência cardíaca do paciente em cirurgia e em terapia intensiva são obtidos através de monitores (Siemens, models SC7000 and SC6002XL) que conseguem comunicar-se com outros sistemas computadorizados através o protocolo HL7 (Health Level Seven )[16]. Toda comunicação entre a rede de monitores e a rede do hospital é efetuada através de uma implementação de um servidor HL7 que integra este tipo de dado com o HIS. E. Integração do PEP em ambiente heterogêneo e distribuído Uma única pessoa produz uma enorme quantidade de informação durante sua vida. Ter estas informações disponíveis em uma forma que pode ser facilmente recuperada é importante não só para o paciente, mas também para motivos tais como pesquisa e ensino. Normalmente cada instituição de saúde tem seu próprio sistema de informação, o qual utiliza uma particular combinação de sistema de gerenciamento de banco de dados, linguagem de programação, sistema operacional, estrutura de dados e plataforma de hardware, a tarefa de recuperação de um registro médico completo para um único paciente é extremamente complexa. Mesmo dentro de uma única instituição de saúde, a informação é geralmente distribuída em diferentes sistemas departamentais, que por sua vez também tem uma particular combinação de software e hardware. A herança de um ambiente heterogêneos faz a tarefa de integrar a informação na área da saúde um desafio a ser perseguido. A integração de sistemas heterogêneos e distribuídos podem ser alcançados com o uso de middleware que trabalhe como interface entre

4 O serviço de acesso de observações clinicas ( COAS ) é um mecanismo para recuperação de dados de observações clinicas de repositórios e aplicações. O serviço de acesso de imagens clinicas ( CIAS ) recupera imagens clinicas. Este serviço permite pesquisar imagens de um único paciente ou baseado em características da imagem, como parte do corpo, equipamento, modalidade. O serviço de processamento de imagem contem diversos métodos de processamento de imagens, como zoom, segmentação, foco, etc. Clientes de sistemas distribuídos, que podem estar utilizando qualquer software e hardware, podem acessar estes serviços através de interfaces CORBA. F. Controle de Acesso Desenhar um modelo adequado para autorização e controle de acesso para prontuário eletrônico do paciente é essencial para o uso em larga escala do PEP em grandes organizações de saúde. Nós propusemos RBAC ( role-based access control ) como modelo de autorização para o PEP [17]. A implementação RBAC regula o acesso do usuário a recursos computacionais baseado em papeis organizacionais [18]. A autorização contextual utiliza informações do ambiente disponíveis no momento do acesso, como o relacionamento usuário / paciente, para decidir se é permitido ao usuário acessar algum recurso do PEP. Este modelo foi implementado utilizando LDAP (Lightweight Directory Access Protocol), linguagem de programação Java e Serviço de Segurança e Decisão de Recursos de Acesso CORBA. Com estes padrões distribuídos e abertos, componentes heterogêneos do PEP podem requerer autenticação do usuário e serviço de autorização de acesso numa forma unificada através de múltiplas plataformas. O modelo proposto e consistente com a recomendação do HIPAA (Health Insurance Portability and Accountability Act of 1996) que Resultados Atualmente, autenticação e serviço de decisão de acesso tem sido utilizado diariamente no InCor. O processo de implementação da nossa solução foi baseado nas seguintes etapas: definições dos papeis; carga dos perfis de usuários no servidor LDAP e atribuição dos respectivos papeis; criação e utilização de autorizações por aplicação que compõe o PEP. Até o momento mais de 2000 usuários foram registrados e atribuído algum dos 51 papeis profissionais. Além disso a lógica complexa de controle de acesso pode ficar fora da aplicação, no entanto considerando o contexto da necessidade de autorizar ou negar a permissão de acesso. Desta forma, alterações na lógica de autorização não implica em alterações no código da aplicação. Outro beneficio é a resolução de política de conflito. Conflitos podem ser determinados de acordo com a autoridade e responsabilidade definida para cada papel através da autorização associada. Somente as ações que configuram conflito real de interesse são proibidos. Em termos de volume, desde meados de 2000, mais de 3.5TB de imagens DICOM foram armazenas e integradas utilizando a arquitetura proposta. O PEP armazena mais de 5GB/dia de dados e faz mais de 1400 acessos por dia. O subsistema de armazenamento proposto permite 6 meses de visibilidade com rápida recuperação (modo on-line) e mais de 2 anos para recuperação automática utilizando a DLT jukebox. O acesso distribuído de todos os dados integrados do PEP é disponibilizado via web browsers através da nossa rede com aproximadamente 1000 pontos de acesso. Os clientes podem ser microcomputadores convencionais ou terminais thin-client utilizando linux configurados com memória de 128 MB ou superior.

5 importância de interoperabilidade entre PEPs heterogêneos e distribuídos para coletar informações distribuídas sobre o paciente. Esta é uma questão muito complexa, mas que teremos que discutir. Nós acreditamos na utilização de serviços do CORBA como COAS e CIAS para a integração de sistemas heterogêneos e distribuídos. Acreditamos fortemente que o uso de padrões não proprietários é o caminho para tornar o Prontuário Eletrônico do Paciente completo e real. A abordagem proposta é baseada em padrões tais como CORBAmed specifications, DICOM e XML. Referências [1] Liu G.C., Cooper JG., Schoefflerb K.M.; Hammond E. (2001). Standards for the Electronic Health Record Emerging from Health Care s Tower of Babel. Proceedings of AMIA [2] Grimson J. (2001) Delivering the electronic healthcare record for the 21 st century. International Journal of Medical Informatics, 64: [3] Berg M. (2001) Implementing information systems in health care organizations: myths and challenges. International Journal of Medical Informatics, 64: [4] Katehakis D, Lelis P, Karabela E, Tsiknakis M, Orphanoudakis S: (2000) An Environment for the Creation of an Integrated Electronic Health Record in HYGEIAnet, the Regional Health Telematics Network of Crete. TEPR 2000, Your Connection to Electronic Healthcare, San Francisco, CA, May 9-11, 2000, Vol. 1, pp [5] Cimino,J.J., Li,,J., Mendonca,E.A. (2000) An Evaluation of Patient Access to Their Electronic Medical Records via the World Wide Web., Proc. of 19th Symposium on Computer Applications in Medical Care. [6] Adelhard, K Holzel, D., Uberla, K. (1999) Design elements for a computerized patient record, Methods. Inf. Med [7] Tachinardi U, Furuie SS, Bertozzo N, Moura L, Gutierrez MA, Melo CP. (1995). Hypermedia patient data retrieval and presentation through www. Proc. of 19th Symposium on Computer Applications in Medical Care: [8] OMG. (1996) Object Management Group, Manual [9] ACR-NEMA (1988) American College of Radiology, National Electrical Manufacturer Association, ACR-NEMA Digital imaging and communication standard: version 2.0, NEMA standards publication N [10] OMG (1998a) Person/Patient Identification Service. February rtf. [11] OMG (1999a) Clinical Observation Access Service Final. [12] OMG (2000a) Clinical Image Access Service Revised Submission. [13] Nardon, F.B.; Rebelo, M.S., Furuie, S.S., Moura, L. (2000) Modeling the Electronic Patient Record- The Heart Institute of São Paulo Case. Toward an Electronic Patient Record (TEPR'2000) Proceedings, San Francisco, p [14] Furuie SS, Bertozzo N, Yamaguti M., Gutierrez M.A.(2002) A Flexible Storage Architecture For Large PACS. IEEE Computers in Cardiology,September 22-25, 2002, Memphis, USA [15] Furuie SS,Tachinardi U,Bertozzo N, Gazetta M,Ramos J A, Teixeira JC. (2001) Digitized Paper-Based Medical Records as Part of a HIS/PACS. Radiology, 221 (P) Fascículo: suppl. RSNA 2001:761. [16] Health Level Seven. (1996) HL7 Version 2.3 Specification [17] G. H. M. B. Motta, S. S. Furuie. A Contextual Role-Based Access Control Model for Electronic Patient Record. IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine, vol 7, no. 3: , September 2003, ISSN [18] Ferraiolo DF, Sandhu R, Gravila D, Kuhn DR, Chandramouli R. (2001) Proposed NIST standard for role-based access control, ACM Trans.Info. Syst. Security, 4: [19] Yeong, W.; Howes, T. e Kille, S. (1995) Lightweight Directory Access Protocol. Internet Engineering Task Force IETF, In: [20] OMG Object Management Group. (2001) CORBA Security Service Specification. [Online] Available: [21] OMG (2000b) Resource Access Decision Facility. In: Contato Fábio Antero Pires Unidade de Sistemas - Serviço de Informática Instituto do Coração HCFMUSP. Av. Dr. Enéas de Carvalho Aguiar, 44. São Paulo Tel: (11) fabio@incor.usp.br