МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА

теоретического занятия № 1

Тема: Введение. Медицинская информатика и ее задачи. Медицинская информация и методы ее обрабатывания

Курс I , специальность «Акушерское дело»

1.Актуальность темы: Вступая в XXI век, человечество открывает новый этап развития - информационный. Для него характерна доминирующая роль информационных ресурсов. Информатика выходит за рамки узкой технической дисциплины относящейся к средствам вычислительной техники и информационных технологий. Ее центральная роль заключается в предоставлении своего аппарата и понятийной базы другим естественным, общественным и техническим дисциплинам, в том числе и медицине.

2. Цели лекции:

Учебные:

Знать

• определение информатики, медицинской информатики;

• задачи медицинской информации

• основные направления развития медицинской информатики;

• основные свойства информации;

• понятие дискретных и аналоговых данных

• стандарты медицинских данных;

Воспитательные:

- Заинтересовать учащихся в изучении информатики как предмета, необходимого в практической деятельности современного специалиста.

- Убедить, что владение компьютером и информационными технологиями - элемент технической культуры современного специалиста.

1. Историческая справка развития медицинской информатики. Задачи медицинской информатики

На протяжении всей своей истории человечество овладевало веществом, энергией, информацией.

Вещество - это все, что вокруг нас, это воздух и вода, горы и травы. Мы сами, наше тело, мускулы и нервы, кровь и кожа.

Энергия - приводит наш мир в движение: энергия хим.реакций, энергия солнечных лучей, электроэнергия.

Информация (разъяснение, изложение) - получение в ходе переработки данных совокупность знаний (новых, ранее не известных сведений) об этих данных, зависимостях между ними, описывающая отраженное в данных наблюдаемое явление. Структура молекулы, строение пластов земли, сведения из газет и журналов - все это информация.

Обмен информацией так же необходим живому, как и обмен энергией и веществом. Человек может нормально мыслить длительное время только при условии информационного общения с внешним миром.

Каждый из нас слышал, что информацию можно собирать, хранить, передавать, обрабатывать и использовать.

Глядя на дорогу, по которой мы идем, мы собираем информацию с помощью органов зрения. В нервной ткани глаза информация сложным образом преобразуется и передается в зрительные отделы головного мозга. Здесь она подвергается дальнейшей обработке, и результат обработки немедленно используется: нашим мышцам поступают сигналы (информация) и мы обходим лужи.

Еще одна система сбора и обработки информации в нашем организме - система терморегуляции. Наша кожа содержит около 300 тыс. клеток - датчиков, собирающих информацию о температуре тела. Собранная информация попадает в определенные участки головного мозга - центры теплоотдачи (управляют охлаждением тела) и теплопродукции (управляют нагреванием). В этих центрах информация обрабатывается и в случае необходимости нагрева, например, интенсивнее прокачивается кровь по сосудам, а для охлаждения - усиливается процесс потоотделения.

Если центры теплопродукции "дезинформировать" (например, раздражая их эл. током), то они могут разогреть тело вплоть до смертельной температуры.

Существует определение информации, как понятие, описывающее действие одной системы на другую, при котором первая что-либо отдает, а вторая принимает. Конкретный пример такого понимания информации является опрос врачом больного.

С информационной точки зрения человек развивается благодаря взаимодействию двух основных информационных потоков: генетической информации, содержащейся в зародышевых клетках и информации, которая поступает к нему в процессе его развития из окружающей среды. Генетическая информация стабильна. Индивид не может изменить свой пол, рост, и др. характеристики.

Компьютеры и вычислительные сети, в частности их венечное проявление - Internet, являются отражением текущего технологического уровня развития человеческой цивилизации в сфере информационных технологий.

Человечество, испытывая постоянную необходимость усовершенствования технологий невербального хранения и передачи информации, вынуждено использовать вычислительные, в особенности, сетевые технологии, как самое удобное технологическое решение проблемы хранения и передачи информации.

Появление компьютеров и компьютерных сетей - закономерное историческое событие в развитии человеческой цивилизации.

Более совершенные информационные технологии (об их принципах сейчас нечего нельзя сказать с определенностью) при их создании могут и должны прийти на смену электронным технологиям, существующим в нашу эпоху.

Основы медицинской информатики

Медицинская информатика - наука, изучающая закономерности информационных процессов в медико-биологических системах и способы внедрения информационных технологий в медицинскую практику.

Являясь дисциплиной современной эпохи, как и многие фундаментальные медико-биологические науки, медицинская информатика возникла на стыке целого ряда дисциплин: Философии, Физики, Математики, Теории вероятностей, Биологии и медицины, Кибернетики.

Предметом изучения медицинской информатики являются информационные процессы в медико-биологических системах и информационные медицинские технологии.

Перед медицинской информатикой стоят следующие основные цели:

1. Изучение закономерностей информационных процессов в медико-биологических системах;

2. Синтез теоретического фундамента (гипотез, теорий, законов, правил);

3. Создание новых информационных технологий на основе теоретического фундамента;

4. Поиск путей внедрения информационных технологий в медицинскую практику.

Мединформатика - это прикладная медико-техническая наука, являющаяся результатом перекрестного взаимодействия медицины и информатики: медицины поставляет комплекс задача - методы, а информатика обеспечивает комплекс средства - приемы в едином методическом подходе, основанном на системе задача - средства - методы - приемы.

Учитывая, что МИ является одним из прикладных видов информатики, МИ можно представить состоящей из двух разделов: общей, базовой информатики и собственно медицинской информатики.

• Общая информатика рассматривает аппаратное и программное компьютерное обеспечение, принципы создания компьютерных систем, общие для всех приложений информатики.

• Собственно медицинская информатика рассматривает медицинские приложения информационных технологий. Причем как использование стандартных, универсальных средств информатики для решения медицинских задач, так и специальные медицинские информационные технологии и системы.

Информатика - это наука, изучающая законы, методы и способы накопления, передачи и обработки информации при помощи ЭВМ.

В старину люди пользовались простейшими средствами вычисления: пальцами рук и ног, фалангами пальцев рук. Простейшими техническими устройствами были деревянные палочки с зазубринами, которые назывались бирками. Потом появились абаки - это доска, покрытая порохом, на которой легко было делать пометки, или углубления куда складывались камушки.

Вычислительные устройства исторично делят на механические, электромеханические и электронные.

Механические устройства. В 1614 году Джон Непер (1550-1617) изобрел логарифмы. Через шесть лет была создана логарифмическая линейка, которая давала возможность быстро, правда приближенно, умножать и делить числа.

В 1623г. немецкий астроном Вильгельм Шикард изобрел механическую вычислительную машину, но она сгорела. Сохранилась машина, которую сконструировал в 1642 году француз Блез Паскаль (1623-1662). Эта машина даже сегодня может складывать и отнимать многозначные числа точно, без ошибок. В конце XVII столетия немецкий ученый Готфильд Лейбниц (1646-1716) усовершенствовал устройство Паскаля. Новая машина выполняла операции умножения и деления. Модернизированная машина дошла до наших дней в виде арифмометров.

Первый шаг до современных компьютеров сделал английский математик Чарльз Беббидж (1792-1871), который создал аналитическую вычислительную машину. Машина выполняла сложнейшие арифметические задачи. Основы идей Беббиджа - устройства ввода-вывода, память и арифметическое устройство - были настолько хорошо разработаны, что когда через сто лет появился первый компьютер, он сильно напоминал аналитическую машину.

Так в состав аналитической машины устройство для хранения исходных данных и результатов называлось «складом». Операции над числами, взятыми из «склада», выполнялись устройством, которое называлось «фабрика» («мельница»). Управление всеми процессами вычислений осуществлялось устройством «контора».

Именно Чарльзу Беббиджу принадлежит идея организации работы вычислительной машины по заранее разработанной и введенной в память ЭВМ последовательности команд (программе). Первую программу для аналитической машины Чарльза Беббиджа разработала Ада Августа Лавлейс, дочь знаменитого поэте лорда Байрона. Она же убедила Беббиджа в необходимости использования в его машине двоичной системы счисления.

Электромеханические машины. В конце ХІХ - в начале ХХ вв. были изобретены электрические вычислительные машины. Американец Герман Голерит (1860-1929) сконструировал машину-табулятор, которая обрабатывала информацию, занесенную на перфокарты. Обрабатывание результатов переписи населения США в 1890 году с помощью таких табуляторов засвидетельствовало их высокую эффективность. После этого Голерит основал фирму, которая изготовляла табуляторы.

Электронные машины. Во время второй мировой войны профессор Джон Атанасов и его ассистент Клиффорд Берри (США) для создания логических схем с успехом использовали электронные лампы и создали первую электронную вычислительную машину, которая называлась "АВС". Первую универсальную электронную вычислительную машину сконструировано в США в 1946 году под руководством Джона Моучли и Преспера Эккерта.

Американский математик Джон фон Нейман (1903-1957) обобщил и сформулировал принципы работы ЭВМ, которые были использованы Д. Эккертом и Дж. Моучли. Основные из них:

• принцип программного управления, который предполагает, что любая поставленная задача реализуется процессом в полном соответствии с программой, которая составлена заранее и введена в память компьютера

• принцип независимой памяти - команды представляются в числовом виде и хранятся в том же запоминающем устройстве, что и обрабатываемые с их помощью данные

• принцип использования двоичного кодирования, благодаря которому команды, адреса памяти и данные хранятся и обрабатываются в виде двоичных чисел.

Информатика внедрялась в медицину с нескольких независимых направлений:

• лаборатории и группы, занимающиеся медицинской кибернетикой;

• производители медицинской аппаратуры;

• медицинские информационно-вычислительные центры;

• руководители медицинских учреждений, самостоятельно внедрявшие новую технику.

У истоков отечественной медицинской информатики стояли крупные руководители науки и медицины, которые активно способствовали ее развитию, такие как В.И.Бураковский (кардиохирург, лечение врожденных пороков сердца у детей раннего возраста), А.А.Вишневский (хирург, труды по местной анестезии, искусственному кровообращению при операциях на сердце), Е.В.Майстрах, В.В.Парин, Б.В.Петровский, В.И.Шумаков, а также кто непосредственно занимался внедрением новых технологий: Н.М.Амосов, В.М.Ахутин, Р.М.Баевский, М.Л.Быховский и другие.

Историю развития отечественной мед информатики удобно рассматривать на фоне развития средств вычислительной техники.

Смена поколений связана с развитием элементарной базы - электронные лампы (І поколение), транзисторы (ІІ поколение), интегральные схемы - чипы (ІІІ поколение), большие интегральные схемы (ІV поколение).

І поколение. Элементарной базой компьютеров были вакуумные электронные лампы. Тысячи ламп были в металлических шкафах, которые занимали много места. Весила такая машина десятки тонн. Для ее работы необходима была небольшая электростанция.

Первая отечественная ЭВМ - МЭСМ была создана в 1950г. под руководством С.А.Лебедева. Это были чрезвычайно дорогие и громоздкие машины. Они занимали целые этажи или большие здания и требовали большого штата обслуживающего персонала (до ста человек). Ни одно медучреждение страны ими не располагало. Но некоторые медицинские задачи решались - это задачи по статистической обработке данных для научно-медицинских исследований, а также предпринимались первые попытки по автоматизации процесса диагностики. Исследования проводились с использованием перфокарт и счетно-перфорационных машин, которые относятся к классу электромеханических вычислительных устройств.

В 1959г. была создана первая лаборатория медкибернетики в институте хирургии им. А.В.Вишневского (под руководством М.Л.Быховского). В этой лаборатории в 1961 году была установлена первая в медучреждениях СССР ЭВМ первого поколения «Урал-2».

ІІ поколение. Элементарной базой компьютеров были транзисторы. Транзисторы значительно меньше ламп, и расходуют меньше энергии. Поэтому размеры компьютера уменьшились.

В 60 - 70-е появились более компактные (занимали примерно 3-4 комнаты) и имели штат обслуживания до 20 человек. ЭВМ появились в Институте нейрохирургии им. А.Л.Поленова («Минск-1»), Институт экспериментальной медицины и др. Общее количество ЭВМ превысило тысячу. Развиваются работы по консультативной диагностике и прогнозированию течения заболеваний. Н.М.Амосовым, М.Л.Быховским, Е.В.Гублером и др. делаются попытки создания и обработки на ЭВМ формализованной карты истории болезни в Институте кибернетики АН УССР, создание мониторных систем в авиационной и космической медицине. Делаются первые шаги в телемедицине: первые опыты по дистанционной диагностике с помощью ЭВМ на базе Института хирургии им. А.В.Вишневского. В конце 60-х годов для координации работ в области медицинской информатики создается Главный вычислительный центр Минздрава СССР при Институте соц.гигиены и организации здравоохранения им. Н.А.Семашко. Одной из задач центра является разработка автоматизированной системы планирования и управления здравоохранением (АСПУ «Здравоохранение»)

ІІІ поколения - это тип ЕС и СМ (70-80-е годы). Элементарная база - интегральные устройства. Интегральные устройства - это небольшая пластинка из чистого кремния, на которой есть миниатюрные электрические элементы: транзисторы, резисторы и др. Таких элементов на квадратном сантиметре вначале было несколько тысяч. Серии СМ для своего размещения требовала всего одну комнату и только 5 человек для своего обслуживания. Такие машины могли позволить многие медучреждения. Появились сообщения о первых автоматизированных системах профилактических осмотров населения; начались работы по стыковке медаппаратуры с ЭВМ; появились сообщения о первых мониторных системах (первая мониторно-компьютерная система «Симфония» для слежения за состоянием больных во время хирургических операций 1973г.) и автоматизированная система обеспечения решений врача АСОРВ для наблюдения послеоперационных больных в палатах интенсивной терапии. В 1978г. создана первая отечественная ИС «Педиатрия» (ЛПМИ Ленинград) для реаниматационно-консультативного центра под руководством Е.В.Гублера. Развиваются скрининговые системы. В 1983г. была начата разработка АСПО детского возраста.

ІV поколение. Элементарной базой является большие интегральные средства. Прогрессивным достижением науки явилось то, что большое количество элементов размещалась на малом кристалле кремния. Кроме того, на одном кристалле кремния разместилось устройство, которое назвали микропроцессором. Это привело к появлению микрокалькуляторов, ПК. Во второй половине 80-х годов появились персональные компьютеры, и процесс информатизации медицины принял лавинообразный характер. Появляется большое количество разнообразных систем для функциональных исследований. Создаются первые компьютерные сети в медицине.

Основным типом ЭВМ стал ПК, совместимый с IBM PC.

V поколение. Элементарной базой стали сверхбольшие интегральные средства, которые содержат сотни тысяч элементов на квадратном сантиметре. Был преодолен рубеж 1 миллиард операций в секунду для однопроцессорных компьютеров и 1 триллион операций - для многопроцессорных систем.

Сегодня решаются задачи природного общения пользователя и компьютера. С этой целью уже созданы автоматы, которые читают и воспринимают информацию на слух. Их функционирование базируется на распознавании образов.

Таким образом, в результате почти полувекового развития мединформатики информационные компьютерные системы стали важным инструментом практического здравоохранения.

.

2. Медицинская информация, свойства информации, форма и носители информации. Информативность медицинских данных. Дискретные и аналоговые данные.

Информация (разъяснение, изложение) - важные факты, полученные с данных.

Данные - результат наблюдения окружающей среды с помощью органов чувств или приборов.

Данные - это числа, символы, слова, которые фиксируются в документах и передаются средствами связи, обрабатываются средствами вычислительной техники независимо от их содержания. Они статичны, легко воспринимаются и передаются, связанные со знаниями, могут генерироваться людьми, компьютерами, использоваться кем угодно и когда угодно.

Носители информации - это природная или искусственная среда, в которой фиксируется информация: нейроны мозга человека, бумага, диски и прочее. Информация сохраняется на носителях в закодированной форме.

Информационный поток, поступающий извне, отличается многочисленными переменными параметрами: скоростью, изменчивостью, разнообразием, определенным содержанием, избыточностью.

Информация почти никогда не используется в том самом месте, где она возникает, и не применяется в момент возникновения. Ее нужно передавать в пространстве и во времени, пользуясь искусственно созданными или естественно возникшими каналами и средствами.

Поток, состоящий из отдельных сообщений, воплощенный в сигналах и документах, движущийся в пространстве и во времени от источника информации к получателю наз. информационным потоком.

Общая схема передачи информации была предложена американским ученым Клодом Шенноном в 1949г. Она применена для биологических систем.

Общая схема системы передачи информации.

Источник информации - клетка, человек, орган - избирает для передачи некоторое сообщение.

Устройство передачи информации - определенным образом его обрабатывает или преобразовывает (например, голосовые связки, радиопередатчик) и готовит к дальнейшей передачи. Преобразование информации - это процесс изменения свойств объекта. Появление новых объектов можно интерпретировать как процесс создания новой информации.

Информационный шум - помеха нормальному восприятию.

Устройство приема информации - радиоприемник, барабанная перепонка уха - преобразует сигнал и восстанавливает по нему первоначальное сообщение и передает получателю.

Канал связи - среда (воздух, нервная система) в которой непосредственно осуществляется передача информации. Важной характеристикой каналов связи есть пропускная способность: чем больше, тем лучше. Скорость обмена данными через каналы связи измеряют в битах на секунду (бит/с), или килобайт на секунду: 1 Кбит/с=1024 бит/с, 1 кбайт/с = 8192 бит/с.

В нем действует источник помех - шум - искажающий сигнал, например, плохое освещение или громкая музыка при чтении, неисправность мед. аппаратуры.

Информация и шум. Не вся информация является ценной, достоверной, полезной. Люди во все времена стараются собрать и сохранить для себя и потомков полезную, ценную, достоверную информацию. Достоверная информация - это факт. Совокупность фактов в данной области - это знания.

Одним из способов получения информации есть сообщение. Сообщение может быть звуковое, письменное и др. Сообщение может нести как полезную так и не полезную информацию. Та часть сообщения, которая не несет полезную информацию, называют шумом. Поэтому необходимо разъединять понятия объем текстового сообщения и количества информации в сообщении, а сообщения нужно создавать так, чтобы шум в нем был минимальным.

Пример. Когда мы читаем книгу. Текст в ней является источником информации. Глаза преобразуют эту информацию в сигналы, тут же по нервным путям - каналам связи - до подкорковых зрительных центров приемника информации. Ее потребителем является кора головного мозга.

Информативность медицинских данных.

Медицинская информация - это медицинские знания и данные. Свойства мед информации: объективность, полнота, достоверность, доступность, актуальность, валидность (адекватность).

1. Объективность и субъективность информации. Т.к. понятие объективности информации является относительным. Более объективность принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный характер, (пример, фотоснимок и рисунок).

2. Полнота информации. Характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.

3. Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются полезными - всегда присутствует уровень посторонних сигналов, т.е. "информационный шум".

4. Доступность информации. Мера возможности получить ту или иную информацию

5. Актуальность информации. Степень соответствия информации текущему моменту времени. Устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям

6. Адекватность информации. Это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образоваться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных.

Информация обладает еще рядом свойств:

1. Дает знания об окружающем мире, которых в рассматриваемый точке пространства и в определенный момент не было.

2.Сама по себе не материальна, но неотрывна от ее материальных носителей.

3. Может быть заключена в знаках, символах, как таковых или в их сочетаниях (словах), например, в буквах (Т,Р,О,C) из которых можно складывать различные слова: рост, трос и т.д.

4. Знаки, символы, сигналы и др. носители информации дают информацию лишь для пользователя способного их распознать.

6. Имеет ценность.

Именно объективность, полнота, достоверность, доступность, актуальность характеризуют информативность медицинских данных. Например, кривые ЭКГ, ЕЕГ характеризуются исключительной информативностью для установления диагноза и принятия решений. Валидность (от лат. validus - сильный, крепкий) играет в теории информации узловую роль. В первую очередь - это надежность информации, обоснованность и адекватность, отсутствие в ней ошибок. Например, фармакологические свойства данного препарата должны приниматься как обоснованы надежные сведения, то есть они должны быть валидными. Именно информативность и валидность медицинских данных делают их ценными в каждому конкретному случаю медицинской практики. Поэтому именно этим свойствам медицинской информации - информативности и валидности - уделяется особенное внимание.

Медицинские знания - это выводы многовековой деятельности человека, сформированные и воссозданы в медицинских науках. Со стороны информатики медицина не является конкретной наукой, то есть в медицинских знаниях мало прослеживается количественных законов, выраженных в формулах. В то же время проблем и заданий профилактики, диагностики и лечения медицинские дисциплины выдвигают достаточно много. Поэтому написание ППЗ для медицинских предметных отраслей является более сложным заданием, чем написание ППЗ для дисциплин, приближенных к точным наукам (вспомните уроки программирования в школе, когда как условия использовались четкие задачи из математики, физики, химии). Выходя из заданий, которые выдвигаются медицинскими знаниями, специалисты в отрасли мединформатики применяют для их решения не только классическую математику (алгебра, теория чисел, геометрия и др.), но и разделы прикладной математики (математический анализ, вероятностно-статистические подходы, математическое моделирование и др.). Согласно этим методам медицинская информатика решает задания, которые генерируются медицинскими знаниями, и имеет как специфическое, так и универсальное ППЗ. ППЗ состоит из разных МИС: справочно-информационных, разнообразных диагностических программ, программ моделирования и системы распознавания, экспертных систем, программ визуализации в компьютерных диагностических комплексах.

Медицинские данные - факты и сведения, которые воссоздают явления и процессы физиологичного, анатомического, химико-биологического характера, что непосредственно касаются медицины и здравоохранения. Они являются первичным материалом, сырьем для дальнейшей обработки. Это и фактическая медицинская информация, которая непосредственно обрабатывается компьютером. Любой набор данных, систематизированных и взаимоорганизованных для быстрого поиска, формирует Базы данных и Банки данных.

Сбор медицинских данных является непростым заданием. В ходе лечебно-диагностического процесса информационные потоки большие и сложно организованы. Участники лечебно-диагностического процесса передают друг другу большое количество сведений об объекте этого процесса - пациенте.

Дискретные и аналоговые медицинские данные. Медицинские данные в связи со значительными объемами и разнообразием типы подлежат систематизации. По способу обработки на ПК медицинские данные разделяют на дискретные и аналоговые. Понятия дискретности, прерывистые известно из курса математики (прерывистость функции) и физики (дискретность корпускулярной теории света, квантовой теории).

Аналоговый способ реализуется с помощью непрерывных плавных сигналов. Плавным сигналом есть звуковой сигнал, привычный электрический сигнал в телефонной линии связи.

Цифровой способ реализуется с помощью импульсных сигналов. Импульсные сигналы проходят в электрических кругах компьютера, в цифровой линии связи.

Во время пересылки аналогового сигнала линии связи практически не могут убрать физический шум (шум в телефонной трубке, шипение пластинки или старой магнитофонной кассеты). Сторонние шумы в цифровых устройствах есть, однако они не влияют на качество создания информации, поскольку цифровые устройства не фиксируют и не реагируют на низкие напряжения, которые отвечают шумы (компакт-диски, цифровые лазерные проигрыватели, цифровое телевидение).

Устройства, которые используют для передачи информации на расстоянии - телефон, модем, телетайп, факс.

Дискретные медицинские данные - это данные, которые вводятся в компьютер с клавиатуры, т.е. тексты, цифры, знаки, которые требуют известной цифровой обработки. Это может быть:

• Жалобы, низкие клинические параметры, которые характеризуют общее состояние больного

• Результаты лабораторных исследований

• Результаты инструментальных исследований

• Диагнозы

• Медицинская документация и пр.

Аналоговые медицинские данные включают:

• Непрерывные кривые медико-биологические параметры, полученные с помощью определенной аппаратуры - приборов функциональной диагностики: реограммы, электрокардиограммы, электроэнцефалограммы, кривые температуры тела, частота дыхания, артериальное давление и пр. Эти сигналы несут важные сведения о состояние здоровья пациента, и их расшифровывание требует временами немедленных выводов. Расшифровывать подобную информацию быстро и без погрешностей можно с помощью современных компьютерных технологий;

• Информационные излучения- волновые процессы разной физической природы (инфракрасные, рентгеновские, ультразвук и пр.)которые используются в диагностических комплексах. Информационные излучения обязательно преобразовываются на непрерывные электрические сигналы.

Аналоговые данные не вводятся в ПК с клавиатуру. Они подаются на него с помощью специального устройства, которые выполняет функцию оцифровывания аналоговых сигналов. Любые данные могут быть обработаны на ПК только с условием перевода в числовую, дискретную форму, т.е. в цифровой код. Одним из стандартных устройств является АЦП.

АЦП - устройство, которое преобразовывает водной аналоговый сигнал на дискретный код, т.е. цифровой сигнал.

Обратное преобразование осуществляется с помощью ЦАП: при выведение на экран изображения внутренних органов в ходе использования методов визуализации (УЗИ), компьютерной томографии (КТ), получение снимков, переданных по сети.

После преобразования оцифрованная информации попадает в ПК, где обрабатывается программным обеспечением и, пройдя обратное преобразование с помощью ЦАП, подается на устройство вывода в виде изображения органов, графической модели, сигнала тревоги и др. На сегодня созданы ПК, оснащенные устройствами как прямого, так и обратного преобразования аналогового сигнала.

Кодирование информации. Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления - для этого используют прием кодирования, т.е. выражение данных одного типа через данные другого типа.

Одну и ту же информацию можно представить и передавать по-разному. В старинном телеграфе, например, информация кодировалась и передавалась с помощью азбуки Морзе - в виде последовательности из точек и тире. В книгах и газетах информация передается в виде текстов и изображений. Система Брайля для слепых, морская азбука.

В современной вычислительной технике информация чаще всего кодируется с помощью сигналов всего 2-х видов: да или нет, черное или белое, намагничено или не намагничено, включено или выключено. Принято обозначать одно состояние цифрой 0,а другое цифрой 1.

Двоичная единица количества информации, принимающее значение 0 и 1 называется битом.(binary digit - двоичные цифры)

С помощью набора битов можно представить любой знак и любое число. Все команды и все данные в компьютере представлены комбинациями битов.

Символы, представляющие собой последовательность из 8 нулей и единиц называется байтом. (8 бит)

1байт = 8 битам

Всего существует 256 различных последовательностей из 8 нулей и единиц - это позволяет закодировать 256 разных символов (например, большие и малые буквы русского и латинского алфавита, цифры, знаки препинания и т.д.)

0. 00000000

1. 00000001

2. 00000010

……………… всего 256 байтов

50. 00011010

………………

255. 11111111

С помощью байтов кодируют информацию, которую вводят с клавиатуры компьютера. Каждому символу алфавита соответствует свой код. Набор кодов создают таблицу кодов.

Соответствие байтов и символов задаются с помощью кодовой таблицы символов - ASCII (American Standard Code for Information Interchange). В ней байты с номерами от 0 до 31 заняты служебными символами, которые не используются в текстовых документах; байты с номерами 128-255 отданы для национальных алфавитов и символов псевдографики.

Компьютер кодирует символы автоматично. Поэтому пользователю не нужно запоминать коды. Нужно знать только, что в одном байте закодирован только один символ алфавита.

Следовательно, один символ или знак содержит один байт.

Как же кодируется графическая информация? Оттенки серого цвета - от черного до белого - автоматически градируются на 256 значений, и кодируются байтами. Любое черно-белое изображение - это набор упорядоченных точек. Каждой точке ставится соответствующий байт, что означает оттенок серого цвета. Изображение также кодируется последовательностью 0 и 1. Если изображение цветное, то одной точке ставится соответственно не один байт, а три байта. Из курса физики мы знаем, что любой цвет это результат соединения трех основных цветов: красного (Red), зеленого (Green), синего (Blue). Каждый имеет оттенков 255 градаций - от 0 до 255. В компьютерной графике такую палитру цветов называют RGB-палитрой, где красный цвет имеет код (255,0,0), зеленый (0,255,0), а синий (0,0,255). Достаточно изменить на единицу какой-либо число в такой триаде - получим код нового цвета. Таким образом, разных цветов (точнее оттенков) есть 255х255х255, или около 16 млн.

Подобным образом кодируется звук. Он характеризуется силой и продолжительностью. Силу звука градируют на 256 значений, поэтому в каждый момент времени каждому звуку соответствует значение соответствующего байта. Это называют оцифровыванием звука.

Для измерения значений объемов информации используют такие единицы:

1килобайт = 1 Кбайт = 2¹⁰ = 1024 байт 10³ байт

1мегабайт = 1Мбайт = 1024 Кбайт10⁶ байт

1гигабайт = 1Гбайт = 1024 Мбайт10⁹ байт

1терабайт = 1Гбайт = 1024 Гбайт10¹² байт

битами и байтами измеряют объемы информации на носителях, а также емкость запоминающих устройств. Например, емкость носителя 32 Мбайт означает, что на носителе можно разместить до 32 Мбайт информации (до 33 миллионов символов), хотя сейчас на нем может ничего и не быть.

Достоинства двоичного кодирования:

• надежность - использование самого простого способа представле­ния электрических сигналов, т. е. фиксация его наличия или отсутст­вия (1 или 0);

• универсальность - устраняет проблемы, связанные с разнотипностью сигналов по всевозможным линиям связи и использованием носителей информации с разными принципами записи и чтения;

• простота технической реализации:

• для выполнения арифметических операций над двоичными числа­ми используется аппарат булевой алгебры (алгебры логики);

• свойства двоичных чисел позволили операции вычитания, умноже­ния и деления свести к выполнению только двух простых опера­ций: сложение и сдвиг разрядов (вправо, влево);

• вместо четырех устройств, выполняющих разные операции, потре­бовалось только одно - сумматор.

Представление данных в памяти компьютера:

1. текстовая информация:

• текст в компьютерных системах - это последовательность симво­лов, представленных двоичным кодом;

• каждый введенный символ имеет свой оригинальный код, который должен распознаваться компьютерной системой;

• для однозначного толкования символов существуют специальные кодовые таблицы, в которых устанавливается взаимно-однозначное соответствие между символом и кодом;

• в настоящее время используются различные кодовые таблицы, главное, чтобы кодирование и декодирование осуществлялось по одной таблице; наиболее распространенными таблицами кодировки являются: КОИ-8, ASCII, CP1251, Unicode;

1. графическая и звуковая информация;

   • изображения и звук сначала преобразовываются в дискретную форму (оцифровка), а затем вводятся в память ПК;

   • изображение кодируется в виде точек (пикселей) имеющих цвет, (растровое представление) или в виде графических примитивов, ко­торые преобразуются в рисунки путем перерасчета по специальным алгоритмам;

2. числовая информация:

• если число встречается в тексте (количество, дата, время и пр.), то оно считается частью текста и кодируется аналогично другим символам кодовой таблицы. Отличие в том, что над числами в тексте не могут производиться математические и логические операции;

• если над числами производятся действия, то представление таких чисел отличается от текстового сообщения и основано на исполь­зовании правил арифметики двоичной системы счисления.

Системы счисления:

1. классификация систем счисления:

• позиционная система счисления характеризуется тем, что вес циф­ры зависит от позиции (местоположения в числе): десятичная система счисления для представления чисел использует 10 цифр (от 0 до 9); двоичная - две цифры (0 и 1); шестнадцатеричная - 10 цифр (от 0 до 9) и 6 букв латинского алфавита;

  • непозиционная система счисления основана на принципе, где "вес" числа не зависит от номера позиции. Римская система счисления является примером системы данного типа;

1. перевод из десятичной системы счисления в систему счисления с любым основанием:

• перевод осуществляется путем последовательного деления десятич­ного числа на величину основания новой системы;

• остатки, которые образуются на каждом шаге деления, выделяются и фиксируются;

• процесс деления продолжается до тех пор, пока делимое не станет меньше, чем основание новой системы счисления;

• число в новой системе счисления представляет собой цепочку цифр, которая образуется путем записи последнего полученного частного и остатков, начиная с конца;

Перевод числе из десятичной системы исчисления в другую.

Любое десятичное число можно записать в другой системе исчисления.

Правило. Чтобы перевести целое число из десятичной системы исчисления в систему с основой р, нужно выполнить деление этого числа на число р по такому алгоритму.

1. Число поделить без остатка на р

2. Определить остаток и часть

3. Если часть меньше чем р, то выполнить пункт 6, если нет, то выполнить пункт 4

4. Рассматривать часть как новое число

5. Выполнять пункты 1,2,3.

6. Прочитать результат.

Результат - это последовательность цифр, которые складываются из последней части от всех остатков, начиная с последней.

Стандарты медицинских данных. Оценивание, измерение, кодировка и проработка информации. Общие понятия о методах обрабатывания медицинских данных.

Для того, чтобы медицинская информация была понятной всем (людям и компьютерам), разрабатывают стандарты медицинских данных. Стандарты данных являются единственными требованиями к оформлению, хранению и передаче медицинских данных. Стандарты могут быть выражены в кодах, шаблонах медицинских документов, в обязательных условиях проведения исследований и др.

Стандарты данных необходимы для эффективного общения с зарубежными коллегами. Стандарты данных дают возможность производить активный поиск информации в базах данных, оперативный и корректный статистический анализ. Разработка собственных вариантов представления медицинских данных, что проводилась раньше почти в каждом ЛПУ разных уровней, делает невозможными их сравнения. Стандарты медицинских данных, которые сегодня существуют в Европейских странах и США, разрабатывались в течение нескольких десятилетий и включают труд тысяч врачей и системных аналитиков. С 1996 года ведутся активные работы по созданию телемедицинских стандартов и дополнений для хранения, приложения и эффективного электронного обмена под руководством Всемирной организации из стандартизации (ISO). В первую очередь, следует вспомнить американскую инициативу: впервые в мировой практике созданы стандарты в отрасли представления лабораторной информации (LOINC), изображений (DICOM), обмена медицинской информацией (HL7, GEHR). В октябре 1999 года было разработано и предложено к использованию стандарты для оформления рецептов, первичных обследований, отчетов, визуальных результатов анализов и др.

Практически все стандарты медицинской информатики так или иначе связаны с введением электронной истории болезни. Они описывают терминологию, которая должна быть в ней использована, передачу медицинских документов и изображений, способы организации данных и обеспечения доступа медицинских работников к электронной истории болезни и тому подобное. В целом эти стандарты необходимы для того, чтобы каждая запись электронной истории болезни была одинаково понятным представителям разных медицинских школ. Однако единственного, общепринятого определения электронной истории болезни доныне не существует. Кроме этого, это понятия эволюционирует уже в течение 30 лет с прогрессом информационных технологий. В англоязычной литературе изменялись даже аббревиатуры, которые помечают электронную историю болезни: сначала EMR (Electronic Medical Record), теперь EPR (Elecronic Patient Record), EHR (Electronic Health Record) и EHCR (Electronic Healthcare Record). Пример одной из последних изменений в концепции ведения электронной истории болезни: пока диагностические устройства и медицинские измерительные устройства были относительно простыми, считалось, что записи в электронную историю болезни могут осуществляться медицинскими работниками. В настоящее время допускается, чтобы такие записи проводились без участия человека из разных диагностических и лабораторных устройств. Был введен специальный термин Healthcare Agent, то есть "агент медицинского заведения".

Короткое описание некоторых мировых стандартов медицинских данных

Стандарт HL7 (Health Level 7) предназначен для облегчения взаимодействия компьютерных дополнений в заведениях здравоохранения, обмена внешними данными. Используется не только в США, но и в Австрии, Австралии, Великобритании, Германии, Израиле, Канаде, Японии и др.

Стандарт DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) является медицинским стандартом, что интенсивно развивается и служит для передачи радиологических изображений и другой медицинской информации между компьютерами

Стандарт DICOM описывает паспортные данные пациента, условия проведения исследования, положения тела в момент получения изображения и тому подобное, чтобы в дальнейшем можно было осуществить медицинскую интерпретацию изображения. Стандарт дает возможность организовать цифровую связь между разным диагностическим и терапевтическим оборудованием. Рабочие станции, компьютерные и магнитно-резонансные томографы, микроскопы, ультразвуковые сканеры, архивы, хост-компьютеры, расположенные в одном городе или нескольких городах, могут "общаться" друг с другом на основе DICOM с использованием открытых сетей за стандартными протоколами. Например, изображение, полученное с приложением компьютерного томографа, передается с помощью стандарта DICOM, который приобрел значительного распространения в США, Японии, Германии и других странах.

В последние десятилетия усилия специалистов сосредоточенно в двух основных направлениях: стандартизация медицинской терминологии и стандартизация передачи записей в электронную историю болезни, поскольку запись истории болезни, что был понятен с ошибкой, может стоить пациенту жизни. Наибольших успехов достигли две англоязычных страны - США и Великобритания. В первой была разработана Унифицированная система медицинского языка UMLS и обширную номенклатуру медицинских терминов SNOMED, во второй - Клинические коды Ріда RCC

Говорить о создании единой системы мировых стандартов данных в медицине рано, однако эта проблема находится на этапе решения. Сегодня самой известной и самой распространенной является Международная статистическая классификация болезней, травм и причин смерти (МКБ), которая периодически (1 раз в 10 лет) пересматривается под руководством ВОЗ. МКБ-10 принято государствами мира. Это нормативный документ, который обеспечивает международную сравнимость материалов. В ней использована алфавитно-цифровая кодовая система. За основу кодировки взято арабские цифры и латинский алфавит. Например, ветреная оспа - В01, острый Вич-инфекционный синдром - В23.0, острый гепатит А - В15, острый гепатит В - В16, туберкулез органов дыхания - А15.2, ранняя стадия сифилиса - А51 и т. д.

МКБ-10 решает лишь часть проблем стандартизации данных, она является началом в освоении глобального информационного пространства всемирного здравоохранения. Таким образом, к первоочередными заданиям нынешнего времени и будущего медицинской информатики принадлежат разработка и внедрение международных стандартов представления медицинской информации, особенно клинической и лабораторной, с дальнейшим доведением их до уровня регионов