Med_Inform_2005

2

УДК 681.3:61(07)

ББК 32.81+5я73 Д243

Настоящее учебное пособие составлено в соответствии с программой курса «Медицинская информатика» для студентов вузов.

Пособие состоит из двух частей. В первой части подробно изложены основные разделы медицинской информатики, описаны принципы использования компьютерной технологии в медицине. Рассмотрены информационные системы, нашедшие применение в здравоохранении. Отражена роль компьютерных коммуникаций в медицине. Вторая часть посвящена решению основных задач медицинской статистики с помощью табличного процессора MS Excel.

Пособие предназначено для самостоятельной и аудиторной работы студентов медицинских вузов.

Рецензенты: доктор физ.-мат. наук, профессор Л. А. Мельников; доктор медицинских наук В. Н. Шемятенков.

Одобрено и рекомендовано к печати центральным координационнометодическим советом СГМУ.

3

Раздел 1 Медицинская информатика

Главные трудности при решении различных задач в медицине и здравоохранении, помимо дефицита ресурсов, обусловлены недостатком времени и информации. В настоящее время скорость и качество получения и обработки информации стали условием существования и прогресса отрасли. Эту проблему нельзя решить без использования компьютеров и компьютерных технологий.

Развитие компьютерных технологий, прежде всего в области персональных компьютеров (ПК), связанное с существенным повышением производительности вычислительных средств при одновременном снижении их стоимости, повышении надежности, уменьшении габаритных размеров, привело к революционным изменениям в области обработки медицинской информации.

1.1.Предмет изучения медицинской информатики

Информационные процессы присутствуют во всех областях медицины и здравоохранения. От их упорядоченности зависят четкость функционирования отрасли в целом и эффективность управления его. Информационные процессы в медицине рассматривает медицинская информатика.

В настоящее время медицинская информатика признана как самостоятельная область науки, имеющая свой предмет, объект изучения и занимающая особое место в ряду других медицинских дисциплин. С другой стороны, методология медицинской информатики основана на методологии общей информатики. Каковы же теоретические основы информатики?

Любые физические характеристики материи могут рассматриваться как сигналы. Следовательно, все процессы в природе сопровождаются сигналами. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних могут возникать определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. Зарегистрированные сигналы образуют данные.

Ближе к повседневной практике, данные – это полученные в результате прямого наблюдения процесса или явления числа, символы, слова, которые фиксируются в документах, передаются по средствам связи, обрабатываются средствами вычислительной техники вне зависимости от их содержания.

Данные, вследствие своего происхождения, несут в себе информацию о событиях (процессах или явлениях), произошедших в материальном мире, Однако они не тождественны информации. Информация извлекается из данных с помощью определенных методов, т. е. информация – это результат извлечения из данных знаний с помощью адекватных методов. Отсюда можно вывести более близкое к рассматриваемым далее задачам понятие об информации. Информация – это полученная в ходе переработки данных совокупность знаний (новых, ранее не известных сведений) об этих данных, зависимостях между ними, описывающая отраженное в данных наблюдаемое явление.

4

Информация – это одно из основных универсальных свойств материи, ее атрибутов. Все, что происходит в окружающем мире, так или иначе связано с информацией.

Наиболее важными свойствами информации являются объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность. Свойства информации зависят как от свойств данных, так и от свойств методов ее извлечения.

Информация редко используется в том месте, где она возникает, и обычно не применяется в момент возникновения, ее приходится передавать в пространстве и во времени, пользуясь искусственно созданными или естественно возникшими каналами и средствами.

Процессы получения (создания) и преобразования информации (сбор, передачу, обработку, накопление, хранение, поиск, распространение и потребление информации) называют информационными процессами,

Всамом широком смысле область научно-технической деятельности, изучающую структуру и общие свойства информации, а также занимающуюся исследованием процессов ее получения, передачи, обработки, хранения, распространения, представления и использования информационной техники и технологии во всех сферах общественной жизни называют информатикой,

Более узко под информатикой понимают техническую науку, систематизирующую приемы и методы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Внастоящей работе принят подход, когда медицинская информатика рассматривается как один из прикладных разделов научной дисциплины информатика. Тогда, воспользовавшись определением последней, нетрудно получить определение медицинской информатики.

Медицинская информатика (МИ) – это научная дисциплина, занимающаяся исследованием процессов получения, передачи, обработки, хранения, распространения, представления информации с использованием информационной техники и технологии в медицине и здравоохранении.

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

Предметом изучения медицинской информатики при этом будут являться информационные процессы, сопряженные с медико-биологическими, клиническими н профилактическими проблемами.

Объектом изучения МИ являются информационные технологии, реализуемые в здравоохранении.

Информационные технологии – это преимущественно компьютеризированные способы выработки, хранения, передачи и использования информации.

5

Хотя, строго говоря, понятие информационные технологии шире, чем компьютерные технологии, применительно к современной медицинской информатике они практически совпадают.

Основной целью МИ является оптимизация информационных процессов в медицине за счет использования компьютерных технологий, обеспечивающая повышение качества охраны здоровья населения.

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.

В соответствии с принятым делением и будет построено дальнейшее изложение.

1.2.Программное обеспечение компьютера

1.2.1.Уровни программного обеспечения

Между различными программами, как и между устройствами компьютера, существует взаимосвязь - многие программы работают, опираясь на другие программы более низкого уровня. Таким образом, программное обеспечение распределяется на несколько взаимодействующих между собой уровней. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней. Можно выделить следующие уровни программного обеспечения.

Базовый уровень является самым низким уровнем программного обеспечения. На этом уровне программы обеспечивают взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Обычно базовые программные средства входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах. Вычислительная система только с базовым ПО не способна выполнить большинство функций, но является основой для установки следующего уровня — системного ПО.

Системный уровень обеспечивает взаимодействие всех программных средств с программами базового уровня и непосредственно с аппаратным обеспечением, тем самым осуществляя управление всем комплексом устройств, из которых состоит компьютер. Взаимодействие с конкретными устройствами осуществляют программы, называемые драйверами устройств.

С другой стороны, ПО системного уровня обеспечивает взаимодействие с пользователем с помощью программ, называемых средствами обеспечения пользовательского интерфейса.

6

Обычно ПО системного уровня объединяют в операционную систему компьютера.

Служебный уровень. Основное назначение программ служебного уровня (утилит) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы, выполнении различных вспомогательных функций. Обычно служебные программы являются внешними для операционной системы и служат для расширения ее функций. К программным средствам служебного уровня относятся диспетчеры файлов, средства сжатия данных, средства просмотра и воспроизведения, средства контроля и диагностики, средства коммуникации и ряд других.

Прикладной уровень включает в себя комплекс прикладных программ, непосредственно обеспечивающих выполнение необходимых пользователям работ – редактирование текстов, расчетное моделирование, рисование графических изображений, обработку информационных массивов и т. п.

Поскольку прикладное ПО опирается на системное, между ними существует непосредственная взаимосвязь. Широта функциональных возможностей компьютера зависит от типа используемой операционной системы.

Ввиду огромного функционального диапазона прикладного ПО, целесообразно рассмотреть подробнее прикладные программы, как наиболее часто встречающиеся пользователю.

1.2.2. Прикладные программы общего назначения

Для множества типов персональных компьютеров разработаны и используются сотни тысяч разнообразных программ различного назначения. По назначению все прикладные программы могут быть представлены двумя основными видами: прикладные программы общего назначения и прикладные программы специального назначения (в частности, медицинские). Специализированные медицинские программы будут рассмотрены ниже.

Прикладные программы общего назначения (в дальнейшем - программы) можно разделить на следующие основные функциональные направления:

7

Текстовые редакторы. Удобство и эффективность применения компьютеров для подготовки текстов привели к созданию множества программ для обработки документов. Такие программы называют редакторами текстов (Word Processors). Основные функции этого класса прикладных программ состоят во вводе, редактировании и оформлении (форматировании) текстовых данных. Как указывалось выше, для операций ввода, вывода и сохранения данных все прикладные программы (включая текстовые редакторы) вызывают и используют системное программное обеспечение.

Графические редакторы предназначены для создания и обработки изображений.

Настольные издательские системы предназначены для автоматизации процесса верстки полиграфических изданий. От текстовых процессоров издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействием текста с параметрами страницы и с графическими объектами и пониженными функциональными возможностями по автоматизации ввода и редактирования текста. Обычно их применяют к документам, предварительно подготовленным в текстовых редакторах.

Редакторы HTML (Web-редакторы) предназначены для создания и редактирования документов для Web-страниц Интернета.

Обработка табличных данных обычно осуществляется с помощью электронных таблиц. Электронные таблицы предназначены для автоматизации вычислений достаточно больших объемов числовых данных, например в сфере бухгалтерского учета. Применение электронных таблиц для решения медицинских задач будет рассмотрено в главе 4.

Обработка больших массивов информации осуществляется системами управления базами данных (СУБД). СУБД служат для хранения и управления большими объемами структурированной информации (информационными массивами). Массивы информации, организованные в табличные структуры, называют базами данных. СУБД решают задачи надежного хранения, быстрого поиска, удобного ввода и вывода информации. Персональные или настольные СУБД используются в тех случаях, когда объем данных не очень велик, и нет необходимости в совместном использовании информации с другими пользователями. В небольшой организации (например, стоматологический кабинет) для хранения информации о клиентах достаточно иметь недорогую персональную СУБД, например, Microsoft Access. В более сложных случаях (в большой больнице, где есть необходимость получать информацию обо всех пациентах с любого оснащенного компьютером рабочего места) потребуется высокопроизводительная серверная СУБД.

1.3.Особенности анализа медицинских данных

Вмедицинской практике и, особенно, в медицинских исследованиях часто применяются различные методы анализа и обработки данных. Математика, в частности статистика, широко используется в медицине. Математические ме-

8

тоды позволяют объективно оценивать количественные результаты исследований.

Однако в настоящее время наблюдается определенное отставание в применении статистических методов анализа в отечественной медицинской науке. Сравнение отечественных и зарубежных публикаций показывает значительно более высокий уровень использования методов статистики в зарубежных работах.

Достаточно часто встречаются отечественные работы, в которых анализ ограничивается качественным описанием объектов и процессов, когда количественные оценки их характеристик сводятся лишь к констатации «увеличения» или «уменьшения» средних значений отдельных признаков. Для получения такого элементарного анализа, когда достаточно относительных и средних величин, не требуется сколько-нибудь сложных математических методов. В том случае, если необходимо выявить достоверность отличий, степень взаимосвязи между показателями и другие характеристики данных, требуется использование специальных методов анализа, в частности статистических.

Для любого врача, связанного с экспериментальными исследованиями (а медицина - это в значительной мере экспериментальная наука) совершенно очевидна необходимость использования статистических методов в своей работе. При этом роль используемых статистических методов двояка: с одной стороны они позволяют обнаруживать ранее неизвестные закономерности, а с другой стороны с их помощью авторы проверяют достоверность априорно формулируемых выводов.

Первой и важнейшей необходимостью при анализе данных является корректность и грамотность применения статистических методов, что требует от автора основательной подготовки в данной области знания. Некорректность и неполнота применения методов статистики делает весьма сомнительными, а подчас и просто несостоятельными декларируемые авторами выводы.

Долгое время анализ медицинских данных оставался уделом специалистов, так как глубокое понимание современных методов анализа данных требует серьезной математической подготовки. Вообще говоря, идеальным вариантом является случай, когда человек, хорошо знающий математическую статистику, применяет компьютерные методы для анализа своих данных. Однако для того, чтобы неплохо знать статистические методы, необходима специальная математическая подготовка в объеме вузовского курса, что нереально для врача. Тем не менее, современная технология обработки данных позволяет осуществлять минимально необходимый анализ собственного материала и при отсутствии серьезной подготовки по статистике.

Поэтому так же, как сейчас много внимания уделяется обучению населения приемам оказания первой помощи и простейшим медицинским процедурам, так и овладение основными статистическими методами, необходимыми для подготовки и правильного оформления статей, диссертаций, отчетов, является важнейшей задачей для врача, занимающегося исследовательской работой.

9

В настоящее время редко кто из проводящих статистический анализ экспериментальных данных вручную выполняет все необходимые вычисления. Большинство использует разнообразные компьютерные пакеты программ. Использование компьютера смещает акценты при анализе данных, требует от исполнителя новых навыков, что заставляет говорить уже о компьютерных методах анализа. В то же время именно благодаря применению компьютеров возникает возможность для врача, не имеющего специальной математической подготовки, воспользоваться основными приемами обработки экспериментального материала, наиболее часто применяемыми в исследовательской практике.

Использование компьютера делает достаточно сложные методы анализа медицинских данных более доступными и наглядными: теперь уже не требуется вручную выполнять трудоемкие расчеты по сложным формулам, строить таблицы и графики – всю эту черновую работу взял на себя компьютер, а человеку осталась главным образом творческая работа: постановка задач, выбор методов их решения и интерпретация результатов.

Если раньше для анализа данных в первую очередь требовалось глубокое знание статистики и владение методами расчетов по достаточно сложным формулам, то в современной компьютерной технологии обработки данных более важным стало умение работать с пакетом для обработки данных. При этом, как и прежде, необходимо уметь получить общее представление об обрабатываемых данных, понимать в каких ситуациях применимы различные статистические методы, знать каковы их свойства, уметь интерпретировать результаты и представлять их в наглядной форме.

1.3.1. Принципы компьютерной обработки и анализа данных

В основе обработки и анализа данных лежат математические методы, которые в большинстве своем являются неизменными уже в течение многих десятилетий. Соответственно неизменны и общие принципы и последовательность действий при обработке данных.

Однако технология обработки данных меняется, и существенно. В первую очередь это связано с совершенствованием технических средств проведения вычислений.

Компьютерный анализ медицинских данных предполагает некоторое математическое преобразование данных с помощью определенных программных средств. Следовательно, необходимо иметь представление как о математических методах обработки данных, так и о соответствующих программных средствах.

Как уже отмечалось, математические, статистические методы, реально применяемые на практике, за последние 30 лет существенно не изменились. Однако, благодаря использованию компьютеров, значительно расширился круг применяемых методов, и, соответственно, возникла необходимость в овладении основами этих методов медицинскими работниками.

Напротив, соответствующее программное обеспечение за это время изменилось очень сильно. Средства обработки данных появились одновременно с

10

первыми вычислительными машинами – раньше операционных систем, редакторов и электронных таблиц. Со сменой поколений ЭВМ и даже чаще менялись поколения программных средств обработки данных. И, если возможности первых ЭВМ по анализу данных не превосходили возможности современных средних калькуляторов, то в 70-е годы появились пакеты, содержащие практически все те математические методы обработки, которые включены и в современные пакеты (SSP, BMDP и др.). Дальнейшее развитие пакетов обработки данных шло но пути совершенствования технологии обработки и анализа данных

1.3.2. Современная технология анализа данных

Совершенствование технических средств приводит к изменению относительной трудоемкости различных этапов процесса обработки и анализа, что также ведет к изменению технологии обработки данных вообще и медицинских, в частности. В те сравнительно недавние времена, когда обработка данных осуществлялась вручную, самым трудоемким процессом был этап собственно статистических вычислений, расчетов по различным формулам. На этом этапе было сосредоточено внимание специалистов, предлагались различные упрощенные варианты расчетов, более простые методы, специально приспособленные для ручного счета и т. д.

Затем с появлением первых компьютерных пакетов технология основывалась на принципе командной строки и требовала довольно приличных знаний статистики и владения компьютером на уровне программиста.

Далее развитие пошло по пути использования меню и готовых процедур, что резко снизило требования как к знанию статистики, так и к владению компьютером.

И, наконец, в последнее время продолжилось улучшение интерфейса с пользователем, активнее используется графический подход, важное значение приобретает визуализация данных, что еще больше облегчает обработку данных неспециалисту.

В настоящее время, благодаря использованию компьютеров, вычислительный этап стал наименее трудоемким. Облегчились и другие этапы обработки данных. На первое место по относительной трудоемкости вышли другие этапы: освоение статистического пакета, этап подготовки данных к анализу, этап предварительного анализа данных и этап интерпретации результатов. Все в целом привело к изменению технологии обработки и анализа данных.

При этом для применения основных методов обработки данных от исполнителя требуется лишь выполнение определенных статистических правил и грамотное использование пакета. Врачу не нужно углубляться в сложность математических определений, а следует понять, для чего и как эти методы используются.

На практике для врача в настоящее время обработка и анализ данных сводится к решению следующих задач:

1) получение представления об основных статистических методах,