книги из ГПНТБ / Мельников, В. Г. Информационное моделирование в клинической медицине

требует специального оборудования, большого штата обслуживаю­ щего персонала, специальной разработки очень сложных программ. Такие системы целесообразно создавать лишь в больших информа­ ционных медицинских центрах.

Существенные изменения, происходящие ныне в медицине вслед за внедрением в эту область знаний, идей и методов кибер­ нетики, привели к возникновению медицинских информационных систем, использующих первую и вторую схемы обработки данных [30, 31, 57, 71, 84, 85, 109—111, 114—116]. С развитием медицин­ ской кибернетики все большее значение будут приобретать систе­ мы второго и третьего типов [12—15, 41, 72, 88, 89, 124].

При любом характере материала независимо от технической реализации медицинской информационной системы выделяются три основные фазы обработки материала: получение исходных дан­ ных, преобразование данных согласно определенной программе и выдача результатов. Получение исходных данных включает следую­ щие стадии: сбор, перезапись, проверку и придание фактам формы, удобной для обработки. Данные заполненных вручную документов перфорируются на карты или ленту, в дальнейшем они могут быть переписаны на магнитную ленту. Проверка должна исклю­ чать ошибки перфорации, ибо обнаружить врачебные ошибки уже довольно трудно.

Далее следует обработка по составленной программе. В зави­ симости от сложности задачи должна быть обеспечена, естествен­ но, большая или меньшая скорость обработки материала. При по­ точной обработке данные засылаются в устройство обработки без каких-либо промежуточных стадий классификации или сортиров­ ки; при этом данные можно вводить либо сразу по мере поступле­ ния, либо после некоторого предварительного накопления.

Непоточная обработка предполагает предварительное накопле­ ние и переупорядочение данных путем сортировки или какимлибо другим способом.

Схема, используемая для обработки массивов и текущих запи­ сей, зависит прежде всего от характера текущих записей и их объе­ ма. На выбор схемы также влияет объем памяти оборудования и способность одновременного выполнения операций считывания, вычисления и выводов результатов.

Условия первоначального получения данных в клинике часто предполагают распределение текущих записей по темам. Непоточ­ ная обработка не является лучшей среди других систем обработ­ ки данных, но она часто единственна, если оборудование имеет ограниченные возможности.

Результаты обработки информации выдаются в виде таблиц, графиков, текстовых описаний, т. е. в форме, приемлемой для ис­ пользования специалистом.

21

§ 2. МЕДИЦИНСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ, ОСНОВАННЫЕ НА РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Принципы построения медицинских информационных систем из­ ложены в работах [9, 12, 13].

Информационно-поисковая система ручного типа

В информационно-поисковых системах ручного типа обработка данных осуществляется без применения технических средств. Как правило, носителем информации в этих ИПС являются пер­ фокарты для ручной сортировки. Описание перфокарт и методики разработки ИПС на перфокартах ручной сортировки приведены

вруководствах [54, 69]. Такие системы нашли широкое применение

вмедицине и здравоохранении [60, 64].

Информационно-поисковая система, основанная на использовании счетно-перфорационной техники

Счетно-перфорационные машины — это автоматизированный комп­ лекс технических средств обработки информации, в основе работы которых лежит перфорационный метод. Последний заключается в том, что информацию, которую нужно обработать, наносят на соответствующий технический документ — перфорационную кар­ ту — с помощью перфораторов. Затем автоматически вводят данные в основные перфорационные вычислительные машины. Когда перфокарта проходит на основных машинах между контакт­ ным валиком и щеточками, пробивки воспринимаются машиной как цифры или буквы. Таким образом, счетно-перфорационные машины (СПМ) — это автоматы, с помощью которых восприя­ тие чисел для подсчета, вычислительный процесс и запись резуль­ татов на бумаге выполняются автоматически, в соответствии с про­ граммой счета.

Существуют цифровые и алфавитно-цифровые счетно-перфо­ рационные машины. Цифровые воспринимают и обрабатывают цифровую информацию, алфавитно-цифровые — соответственно алфавитно-цифровые данные.

В зависимости от выполняемых в технологическом процессе функций СПМ делят на вспомогательные, основные и машины специального назначения. Ниже приводится краткая характерис­ тика каждого класса машин.

Вспомогательные СПМ — перфораторы и контрольники. Вы­ полняют подготовительную работу для основных машин. Данные на этих машинах набираются вручную цифровыми (алфавитными) клавишами. Вспомогательные СПМ применяют для подготовки и

22

проверки перфокарт. К ним относятся перфораторы ПД-45-2, П-80-6, ПА-80-2 и контрольники К-45-6, К-80-6, КА-80-2. Перфо­ раторы делятся на однопериодные (П-80-6, ПА-80-2) и двухпериодные (ПД-45-2). При их помощи данные с первичных документов переносятся на перфокарту. Контрольники предназначены для проверки правильности перфорации, т. е. пробивки перфокарт.

Основные СПМ — сортировочные машины и табуляторы. Дан­ ные в них вводятся автоматически с помощью перфокарт. Сорти­ ровочные машины (С-45-5М, С-80-5М, СЕ-80-2, АТЕ-80) автомати­ чески группируют перфокарты по необходимым признакам. Табуляторы (Т-5, Т-5М, Т-5МУ, ТА-80-1) автоматически прини­ мают, подсчитывают и записывают данные перфокарт в табулограммы.

Специального назначения СПМ — машины, объединяющие большое количество технических средств, которые дают возмож­ ность автоматизировать процессы сложения и группировки перфо­ карт. Отдельные из них значительно расширяют эксплуатационные возможности основных машин. Их используют для выполнения действий умножения, деления и группировки. Наряду с арифме­ тическими действиями машины этой группы могут выполнять также логические операции. К СПМ специального назначения от­ носятся следующие: перфораторы дублирующий и суммиру­ ющий, перфоратор-репродуктор, вычислительные перфораторы, раскладочно-подборочные машины, расшифровочные машины, ито­ говый перфоратор, электронно-вычислительные приставки.

Счетно-перфорационные машины могут быть 45- и 80-колон- ковыми. Первые обрабатывают информацию, нанесенную на 45-ко- лонковые перфокарты, вторые — на 80-колонковые.

Вычислительный процесс на счетно-перфорационных машинах состоит из ряда операций, выполняемых в определенной после­ довательности.

1.Перфорирование — первая операция вычислительного про­ цесса, с помощью которой данные первичных документов пере­ носятся на перфокарту в виде пробивок. Выполняется на перфо­ картах.

2.Контроль за перфорированием — проверка правильности

перенесения данных документа на перфокарту. Осуществляется с помощью контрольников или других способов.

На этом подготовка перфокарт для обработки заканчивается. 3. Сортировка перфокарт — состоит в подборе, группировке

Перфорирование и контроль данных выполняются однократно, а группировку перфокарт по определенным признакам и их табуляцию можно производить несколько раз, в зависимости от

23

применяются специальные перфорационные машины, автомати­ чески выполняющие перфорирование данных. Такого рода автома­ ты основаны на использовании магнитоили графиточувствительных устройств.

Машинные перфокарты. Основным носителем информации, которая обрабатывается на счетно-перфорационных машинах, является машинная перфокарта, представляющая собой прямо­ угольник стандартной формы, изготовленный из электроизоля­ ционного картона.

На перфокарту нанесены столбики цифр (колонки) от 0 до 9 в каждом. Порядковый номер каждой колонки проставлен между восьмым и девятым и над нулевым рядами. Каждая колонка имеет 12 позиций, из которых 10 — цифровых (0—9) и две (11—12) — дополнительные, размещенные в верхнем поле. Пробивки, сде­ ланные в этих позициях, называются насечками. Они использую­ тся для перфорации 11-й и 12-й позиций и специальных обозна­ чений.

Машинные перфокарты делятся на 45- и 80-колонковые, дуаль­ ные и комбинированные.

45- и 80-колонковые перфокарты. На этих перфокарта^ в каждой колонке отмечается только одно число. Для многоразрядных чисел требуется число колонок, соответствующее числу разрядов. Для перфорирования алфавита используются алфавитные коды, где каждой букве соответствует комбинация пробивок в двух колон­ ках. Каждая кодируемая группа заменяется индексом и перфо­ рируется как двухзначное число. При использовании алфавитноцифровых машин предварительная индексация букв отпадает. Пер­ форатор имеет цифровую и буквенную клавиатуры и соотносит каждой букве комбинацию из двух отверстий в одной колонке.

Дуальные машинные перфокарты имеют зоны для графиточувствительных отметок. Эти перфокарты удобно использовать для обработки и корреляционного анализа больших массивов данных (анкет по учету кадров, результатов экспериментов, наблюдений). Дуальные перфокарты разбиты на 27 колонок. Исходные данные отмечаются в процессе работы подчеркиванием карандашом. Спе­ циальная машина — считывающий перфоратор — автоматически пробивает дуальные карты по отметкам со скоростью 120 карт в минуту. Для дальнейшей работы применяется комплект оборудова­ ния 80-колонковых перфокарт.

Комбинированные машинные перфокарты используют преиму­ щества ручного и машинного способов обработки. Эти перфокарты могут быть снабжены краевой перфорацией, состоящей из одного нли двух рядов информационных точек, размещенных по краю

24

карты, над заголовками цифровых колонок. Существуют варианты, при которых по одному ряду информационных точек наносится сверху и снизу или по всему периметру карточки (как у обычной однорядной) или же делается двухрядная перфорация по верхне­ му краю и однорядная по нижнему. Краевая перфорация может использоваться для обычного ручного поиска нужных карт, ко­ торые затем обрабатываются на СПМ.

Сортировка перфокарт осуществляется на сортировочных ма­ шинах со скоростью 500 карт в минуту. В электромеханических сортировочных машинах поиск ведется по одной колонке. Карты выпадают в соответствии с перфорированными цифрами в 12 кар­ манов. Электронная сортировочная машина группирует 700 карт в минуту и осуществляет выборочную сортировку по заданной про­ грамме одновременно по нескольким колонкам.

Один массив перфокарт выдерживает около 200 прогонов. После этого перфокарты необходимо заменить новыми. Для изго­ товления массивов-дублей используются перфокарты-репродук­ торы.

Вычисление сводных данных и печатание результатов про­ изводится на табуляторе.

Информационно-поисковые системы, основанные на использо­ вании счетно-перфорационных машин, имеют ряд преимуществ перед системами ручного типа. С помощью этих ИПС можно про­ водить достаточно сложную статистическую обработку больших массивов информации. Дублирование перфокарт сравнительно несложное. Не требуется специально подготовленного персонала для работы на счетно-перфорационных машинах. Однако машин­ ным перфокартам присущи некоторые недостатки: отсутствие свободного поля для размещения текстовой и графической инфор­ мации, сложность макетирования карты, сравнительно небольшая емкость при фиксации параллельных признаков.

Информационно-поисковая система по фонокардиографии на машинных перфокартах. Необходимость создания информационнопоисковой системы для обработки данных фонокардиографического исследования продиктована следующими соображениями.

Решение многих научных и практических задач кардиохирургической клиники связано с анализом ранее накопленного обшир­ ного фонокардиографического материала. Представление фонокардиографических данных в форме, удобной для автоматической обработки, значительно упростит работу с архивом фонокардиограмм. Огромное количество данных, заложенных в мас­ сивах фонокардиограмм, будет привлечено к решению теоретиче­ ских и практических задач. Время решения задач резко сокра­ тится.

Задача создания ИПС по фонокардиографии состояла в том, чтобы сопоставить каждую фонокардиограмму со своим набором признаков и обеспечить возможность выбора из этого массива следующих фонокардиографических данных:

25

фонокардистрамм, обладающих набором заданных фонокардиографических признаков;

фонокардиограмм, соответствующих заданному набору клини­ ческих признаков;

фонокардиографических и клинических признаков, отвечаю­ щих заданным диагнозам.

Не следует, однако, недооценивать трудностей создания систе­ мы, удовлетворяющей поставленным условиям, которые связаны, прежде всего, с характером материала. В сущности, каждая осцил­ ляция фонокардиографической кривой содержит ту или иную информацию о механической активности сердца. Создание кода, обеспечивающего возможность дискретного представления зву­ ковой картины без ощутимой потери информации, является слож­ ной проблемой.

Фонокардиографический материал представляют в виде набора признаков, которые определяет врач при расшифровке фонокардиограммы. Легко понять, что эта первичная информация не является исчерпывающей, однако в значительной степени подроб­ но описывает материал. Чем полнее набор фонокардиографиче­ ских признаков, тем, естественно, выше уровень практической цен­ ности системы. Характер материала позволяет организовать этот

помощью информационной системы использованы, прежде всего, для совершенствования диагностики пороков сердца, а также для составления статистических таблиц при подготовке программ машинной диагностики. ;

В качестве носителя информации избрана стандартная 80-ко- лонковая машинная перфокарта. Способ кодирования материала на перфокарте рассчитан на применение электромеханической сортировочной машины С-80.

Задачи и структурная организация системы. Основным момен­ том при разработке информационной системы на машинных перфо­ картах является четкое определение задач, которые призвана ре­ шить система, а также определение ее структурной организации.

Информационно-поисковая система по фонокардиографии со-

.здана для решения следующих задач:

представления фонокардиографической информации о больном в форме, удобной для машинной обработки;

накопления информации, достаточно полной, чтобы делать достоверные заключения.

Структурно массив перфокарт фонокардиограмм выступает в качестве фрагмента объединенного массива общей клинической информационной системы, включающей массивы перфокарт исто­ рий болезни и разных методов исследования. Перфокарты всех

.массивов общей информационной системы, несущие информацию

26

об одном больном, имеют одинаковую паспортную часть, что позво­ ляет отобрать любой массив перфокарт и быстро установить нуж­ ные корреляции.

Перфокарта фонокардиограммы создавалась в три этапа: анализ информации, составление словаря кодов и размещение ма­ териала на перфокарте.

Анализ фонокарбиографических данных. На этом этапе решались вопросы классификации, номенклатуры и терминологии. Здесь пришлось преодолеть трудности, связанные с разнообразием тер­ минов, определяющих одни и те же фонокардиографические пока­ затели, а также с различным толкованием некоторых признаков.

При расшифровке фонокардиограмм выделяют три типа гра­ фических элементов: тоны, шумы и интервалы (рис. 2). Отмечаются четыре основных тона ( I , I I , I I I , IV) и тоны открытия митрального и трикуспидального клапанов (ТОМ и ТОТ).

Шумы соответственно фазе их регистрации делятся на протосистолический, мезосистолический и поздний систолический, протодиастолический, мезодиастолический и пресистолический. Отдельно отмечаются систолодиастолические и голодиастолические

I тона), интервалы I I — ТОМ и I I — ТОТ (от начала I I тона до тона открытия митрального или трикуспидального клапанов), интервалы между компонентами расщепленного I и I I тонов и не­ которые другие.

Организация и размещение данных фонокардиографии на пер­ фокарте предусматривают следующую схему анализа фонокардио­ граммы. Вначале подробно описываются сердечные шумы — от­ дельно систолические и диастолические, затем расписываются тоны и интервалы. Таким образом, данная схема анализа фонокар­ диограммы базируется на описании фонокардиограммы по элемен­ там, а не по точкам регистрации. При этом описываются все заре­ гистрированные элементы, а не только те, которые представляют отклонения от нормы. Терминологии и номенклатуры, использо­ ванной в данном описании, придерживаются большинство советких и зарубежных авторов.

Составление словаря подов. Отбор признаков, подлежащих последующему кодированию,— наиболее ответственный этап, уровень решения которого определяет полноту и практическую ценность системы. Разработанный подробный перечень призна­ ков, применяемых в фонокардиографической диагностике, приво­ дится в работах [61, 62, 65, 8 0 - 8 3 , 86, 87, 9 1 - 9 3 , 96, 123]. Этот словарь насчитывает 208 признаков, при помощи которых может быть описана любая кодируемая фонокардиограмма.

Размещение материала на перфокарте. Исходный набор при­ знаков состоит из двух частей: общей, включающей паспортные

27

Ш У М Ы голосистолический голодиастолический

41

]В>-

Рис. 2.

28

данные и диагноз, и специальной, состоящей из данных расшифров­ ки фонокардиограммы. Кодируемые признаки организованы в следующие зоны: паспортной части, систолического шума, диастолического шума, тонов и резервную.

В з о н е п а с п о р т н о й ч а с т и кодируется номер ис­ тории болезни — в первых четырех колонках перфокарты. В пер­ вой колонке кодируется разряд тысяч, во Еторой — сотен, в третьей — десятков, в четвертой — единиц (9999 — наибольший номер, который можно нанести на перфокарту, однако в клиниче­ ской практике, как правило, даже близкое к вышеуказанному число никогда не появляется на титульном листе истории болезни).

В следующей, пятой, колонке отмечается время записифонокардиограммы (до и после операции) и номер исследования. Год истории болезни кодируется в шестой колонке. Здесь, так же как и в первых четырех колонках, применяется прямое кодирование. Позиция «О» соответствует 1960 г., позиция «1» — 1961 и т. д., до позиции «9», означающей 1969 г. Данная система рассчитана на десять лет, если же возникает необходимость продлить время действия, это можно сделать, воспользовавшись дополнительными позициями «11» и «12» или применяя резервную зону.

Вседьмой колонке размещены данные о возрасте и поле ис­ следуемого. Возрастные группы и соответствующие им позиции указаны на макете перфокарты. Дополнительная позиция «11» отмечается у мужчин. Карты без пробивки позиции «11» содержат сведения о женщинах.

Ввосьмой колонке кодируется категория порока (врожденный или приобретенный), а также индекс клиники, где лечился боль­ ной и где было проведено фонокардиографическое исследование.

Колонки от девятой до двенадцатой отведены под диагнозы. Применяется прямое кодирование. В случае комбинированного приобретенного порока превалирующий диагноз кодируется в первой половине колонки, а остальные — во второй половине соответствующих колонок. В тринадцатой колонке отмечаются ста­ дии порока по А. Н. Бакулеву.

З о н а с и с т о л и ч е с к о г о ш у м а занимает 20 ко­ лонок — от 14-й до 33-й. Она делится на две части — А ж Б. Ана­ логично построена зона диастолического шума. При многоклапан­ ных пороках сердца могут регистрироваться одновременно два си­ столических или два диастолических шума. В таких случаях в части А кодируется первый шум и пробивается указательная по­ зиция «шум другой формы», а в части Б кодируется второй шум.

В 14-й колонке кодируется начало систолического шума. Определяются три возможных положения: систолический шум начинается с I тоном, с тоном систолического выброса или после I тона с интервалом различной величины от 0,02 до 0,1 сек и боль­ ше 1 сек. В 15-й колонке отмечается положение конца систоличе­ ского шума: он может достигнуть аортального компонента I I тона, перекрыть его или закончиться перед I I тоном с различным по

29

длине интервалом — от 0,02 до 0,09 сек и более. Систолический шум может сливаться с легочным компонентом I I тона.

Принятое в немецкой литературе деление систолы на про- томезо-телесистояу [149, 157] очень условно и практически мало оправдано. Деление систолы на трети и половины (16-я колонка) позволяет составить суждение о длительности систолического шума.

Продолжительность шума, а также его отношение к тонам име­ ет важное диагностическое значение. Многие авторы считают, что существует прямая зависимость продолжительности шума от клапанного дефекта или сужения отверстия [61, 62, 96]. Известно, что существенным моментом дифференциации систолического шума аортального стеноза и систолического шума митральной недоста­ точности, помимо формы, является определение местоположения начала и конца шума. В первом случае начало систолического шума (см. рис. 2) отстоит от I тона (иногда это трудно установить из-за резкого снижения тона) и никогда не достигает I I тона. При недостаточности митрального клапана шум возникает одно­ временно с I тоном и продолжается до тех пор, пока давление в желудочке превышает давление в предсердии. Митральный систо­ лический шум обычно бывает пансистолическим, но иногда может заканчиваться в протодиастоле [105].

Расположение максимума систолического шума (точки макси­ мальной амплитуды) отмечается в 17-й колонке. Определяются три положения: в первой половине систолы — ближе к I тону; в среди­

мических условиях, но имеющий разную форму при графической регистрации (ромб, веретено, овал;) это шум изгнания крови через суженное отверстие при аортальном стенозе и стенозе легочной артерии;

убывающий по амплитуде — decrescendo — шум обратного тока (при митральной недостаточности и недостаточности трикуспидального клапана);

нарастающий по амплитуде — crescendo — чаще экстракардиальный шум (трения перикарда), реже — при трикуспидальной недостаточности;

лентовидный — имеющий одинаковую амплитуду на всем про­ тяжении (при митральной недостаточности, дефекте межжелу­ дочковой перегородки);

шумы неопределенной формы — не имеющие четко выраженных графических конфигураций.

Следует заметить, что некоторые исследователи [149] считают упрощением отнесение шума к форме crescendo или decrescendo.

30