134

Розділ 1. Основні поняття медичної інформатики. Комп’ютер у діяльності майбутнього лікаря 5

1.1. Основні поняття медичної інформатики 5

Інформація та її визначення 6

Носії повідомлень 8

Визначення кількості інформації 10

Представлення інформації в комп’ютері 12

Предмет та об’єкт медичної інформатики 16

Медична інформація та її види 18

Інформація, дані, знання 19

Опис даних: якісні, порядкові та кількісні дані. 24

Медичні дані 26

Питання для самоконтролю 27

1.2. Передача інформації. Мережеві технології. Основи телемедицини 29

Передача інформації, схема передачі інформації 29

Основні поняття комп’ютерних мереж 31

Класифікація комп’ютерних мереж 33

Глобальна мережа Internet та її можливості 36

Основи телемедицини 47

Питання для самоконтролю 52

1.3. Комп’ютерні дані: типи даних, обробка та управління. 54

Основні концепції баз даних 54

Класифікація баз даних 57

Основні типи моделей даних 59

Класифікація сучасних систем керування базами даних 65

Мовні засоби систем керування базами даних 67

Майбутнє СУБД 68

Питання для самоконтролю 69

Розділ 2. Медичні дані. Методологія обробки та аналізу інформації. 70

2.1. Кодування та класифікація. 70

Історія класифікації і кодування 70

Поняття класифікації 70

Поняття кодування 73

Проблеми класифікації та кодування 76

Класифікаційні системи 77

Питання для самоконтролю 81

2.2. Аналіз біосигналів. Методи обробки біосигналів. Візуалізація медико-біологічних даних. Обробка та аналіз медичних зображень. 82

Біосигнали та їх обробка. 82

Реєстрація, трансформація та класифікація сигналів 83

Біосигнали і нестаціонарні сигнали. 84

Типи сигналів. 85

Приклади застосування аналізу біосигналів 88

Поняття медичного зображення. 90

Формування медичних зображень 91

Методи отримання медичних зображень 94

Обробка медичних зображень. 96

Проблеми обробки та аналізу зображень 103

Обробка двовимірних та тривимірних медичних зображень. 105

Питання для самоконтролю 108

2.4. Методи біостатистики. 109

Сучасна технологія аналізу даних 109

Статистичний аналіз даних. 112

Оцінка параметрів розподілу та перевірка гіпотез 119

Кореляційний аналіз 127

Регресійний аналіз 129

Тестові завдання для самоконтролю 131

Розділ 3. Медичні знання та прийняття рішень в медицині 135

3.1. Формалізація та алгоритмізація медичних задач. 135

Основні поняття 135

Типи алгоритмів та їх структурні схеми 137

Питання для самоконтролю 141

3.2. Формальна логіка у вирішенні медико-біологічних задач. 143

Основи логіки висловлень 143

Логічні операції та таблиці істинності. 145

Способи подання логічних функцій 150

Питання для самоконтролю 151

3.3. Методи підтримки прийняття рішень. Стратегії отримання медичних знань 152

Типи діагностичних і прогностичних технологій 152

Види лікарської логіки. 152

Застосування ймовірнісної логіки в діагностиці 159

Визначення й архітектура систем знань 166

Експертні системи в медицині 168

Формальні моделі зображення знань 177

Характеристики експертних систем 184

Приклади застосування експертних систем 186

Тенденції розвитку систем знань 187

Питання для самоконтролю 188

3.4. Клінічні системи підтримки прийняття рішень. Засоби прогнозування. Моделювання медико-біологічних процесів . 189

Поняття системи 189

Поняття моделі. Типи моделей 193

Математичне моделювання 199

Приклади математичних моделей. 203

Питання для самоконтролю 214

3.5. Доказова медицина 215

Доказова медицина. Принципи доказової медицини 215

Питання для самоконтролю 239

розділ 4. системи, направлені на пацієнтів, та інституційні інформаційні системи в охороні здоров’я 241

4.1. Типи інформаційних систем в галузі охорони здоров’я. Госпітальні інформаційні системи та їх розвиток. 241

Вимоги до інформації 241

Класифікація медичних інформаційних систем 248

МІС територіального і державного рівня 258

Госпітальні інформаційні системи 261

Архітектура ГІС. 262

Питання для самоконтролю 266

268

4.2. Електронна медична картка. 268

Система медичного документообігу закладів охорони здоров’я 272

Питання для самоконтролю 276

4.3. Інформаційні ресурси системи охорони здоров’я 277

4.4. Етичні та правові принципи в системі охорони здоров’я 277

Захист медичної інформації 277

Проблеми впровадження комплексних систем захисту. 281

Питання для самоконтролю 286

Додатки 287

Нейронні мережі. 287

Основні поняття 287

Моделі нейронних мереж 291

Алгоритм побудови нейронних мереж 297

Методика побудови нейронної мережі в пакеті NEUROPRO 0.25. 300

Поняття про приборно – комп’ютерні системи. 307

Основні принципи побудови МПКС 310

Системи для проведення функціональної діагностики. 315

Системи для проведення моніторингу 322

Системи управління лікувальним процесом. 324

Системи оберненого біологічного зв’язку. 325

Перспективи розвитку МПКС 326

Питання для самоконтролю 326

Розділ 1. Основні поняття медичної інформатики. Комп’ютер у діяльності майбутнього лікаря

1.1. Основні поняття медичної інформатики

Сучасне суспільство є інформаційним суспільством. Поняття «обробка інформації» з’явилась відносно недавно але обробляти інформацію люди почали ще в давні часи: спочатку із покоління у покоління інформація передавалася в усній формі, потім інформацію стали фіксувати у вигляді графічних образів навколишнього світу. Так перші наскальні розписи з’явились десятки тисячоліть тому. Пошук інших способів представлення інформації призвів до появи писемності. Винахід друкарського верстату був наступним кроком, завдяки якому з’явилась книга та можливість тиражування професійних знань. Поява електронно-обчислювальних машин (ЕОМ) створило нові умови для зберігання, передавання та обробки інформації. Комп’ютер став носієм інформації та засобом доставки її користувачу.

В наш час інформатизація є державною політикою, а інформатизація охорони здоров’я є складовою частиною державної політики щодо інформатизації в цілому і спрямована на ефективне вирішення невідкладних та перспективних задач розвитку охорони здоров’я населення України. Основним змістом цієї політики є заходи, стратегія і тактика, спрямовані на ліквідацію відставання охорони здоров’я в галузі інформатизації від передових світових держав і прискорення входження в інформаційний простір міжнародного співтовариства з метою підняття на сучасний рівень систем практичної медицини, медичної освіти та науки.

Інформатизація медицини та охорони здоров’я повинна сприяти збереженню здоров’я населення і підвищенню рівня та ефективності надання медичної допомоги. Основним завданням державної політики в галузі інформатизації охорони здоров’я є розвиток галузевого інформаційного середовища, створення умов економічно виправданого використання сучасних інформаційних технологій для інформаційної, системно-аналітичної та експертної підтримки прийняття рішень в усіх сферах діяльності охорони здоров’я на підставі державної підтримки через систему пільг, кредитів і заохочень, інформатизації суспільства.

Треба зазначити, що інформатизація є глобальною проблемою сучасності, бо саме з неї починається успішний розвиток суспільства. Крім того, інформаційна взаємодія різних груп людства – найважливіша форма соціальної взаємодії. Саме від цього залежить суспільний прогрес. Інформаційний фактор в останні роки призвів до революційних змін в усьому світі. Наприклад, створення єдиної інформаційної системи Internet, яка працює фактично в режимі реального часу. Можна без перебільшення сказати, що сучасне суспільство є інформаційним суспільством, а інформація в наш час стала основним ресурсом людства.

Інформація та її визначення

Поняття інформації є одним з фундаментальних у сучасній науці. Це поняття походить від латинського слова «informatio», що означає виклад, роз’яснення якого-небудь факту, події, явища. Інформацію поряд з речовиною й енергією розглядають як найважливішу складову світу, в якому ми живемо.

У звичайному розумінні з терміном «інформація» асоціюються деякі відомості, дані, знання і т.п.

Видні вчені в галузі інформації і теорії управління дають самі різноманітні визначення. Норберт Вінер, засновник кібернетики, визначає інформацію як зміст повідомлення, що одержується системою (організмом, машиною) від зовнішнього світу (він розглядав питання пристосування таких систем до умов зовнішнього світу). Філософ і лінгвіст Бріллюен, розвиваючи наукову концепцію Н.Вінера, визначає інформацію як міру зменшення ентропії (де ентропія є міра невизначеності), інформація є деяким засобом внесення визначеності, упорядкованості, організації. Клод Шеннон, засновник сучасної теорії інформації, трактує інформацію як особливим образом закодовані сигнали (передані по каналах зв’язку). Творець перших «розумних» кібернетичних машин Вільям Росс Ешбі визначає інформацію як засіб обмеження розмаїтності. Французький дослідник в області кібернетики, мистецтвознавства і проблем масових комунікацій Абраам Моль визначає інформацію як міру оригінальності або міру складності (оскільки таке визначення зручне для аналізу творів мистецтва).

У цих визначеннях немає протиріччя. Усі вони відносяться до різних сторін багатогранного поняття інформації.

Існує два підходи до визначення природи інформації – атрибутивний та функціональний. Прихильники першого розглядають інформацію як об’єктивну властивість усіх матеріальних об’єктів (інформація – атрибут матерії). Прихильники другого стверджують, що інформація є умовою та результатом спрямованої активності, тому вона виникає тільки на соціально-свідомому рівні. Не викликає сумніву, що інформація, якою обмінюються члени суспільства, неодмінно пов’язана з віддзеркаленням реальності. Ще Н.Вінер розумів під інформацією позначення змісту, який одержують із зовнішнього світу в процесі пристосування до нього людини. При цьому слід підкреслити різницю в ставленні до пошуку та опрацювання інформації людиною та комп’ютером. Комп’ютер, безперечно, швидше опрацьовує інформацію, ніж людина, але це стосується тільки замкнутої системи. Із зовнішнім світом людина працює набагато ефективніше.

Таким чином,:

• Інформація приймає участь у процесі передачі знань, сигналу, чи повідомлення;

• Інформацією можуть бути поточні дані про величини в деяких галузях діяльності, систематизовані відомості щодо основних причинних зв’язків, котрі містяться в знанні як понятті більш загального класу, стосовно якого інформація є підлеглою;

• Інформація – це знання (дані), передані будь-якою особою іншій чи набуті шляхом власного дослідження, або вивчення;

• Інформацією є знання про якусь особу, подію, випадок чи щось подібне.

Якщо систематизувати різні підходи до визначення інформації, то можна відзначити три найбільш розповсюджені:

• Інформація (концепція К.Шеннона) – міра невизначеності (ентропія) події. Кількість інформації в тому чи іншому випадку залежить від імовірності її одержання: чим більш ймовірним є повідомлення, тим менше інформації міститься в ньому.

• Інформація це властивість (атрибут) матерії. Інформацію містять будь-які повідомлення, що можуть бути сприйняті людиною чи приладами.

• Інформація це та частина знання, що використовується для орієнтування, для активної дії, для керування і самоврядування. Іншими словами, інформація – це діюча, корисна, «працююча» частина знань.

Інформація є продуктом і засобом функціонування та розвитку матеріальних систем. Вона притаманна:

• біологічним системам, де вона виступає у формі біологічної/генетичної інформації, матеріальним носієм якої є ДНК та РНК, а матеріальною одиницею – ген. Змістом генетичної інформації є передача з покоління в покоління інформації про обмін речовин, структури живої клітини тощо;

• соціальним системам, де вона виступає у різних формах соціальної інформації, матеріальним носієм якої є наукові знання, а матеріальною одиницею – зміст поняття. Змістом соціальної інформації є передача з покоління в покоління історичного досвіду суспільства, механізмів соціальної комунікації тощо.

• технічним системам, форма інформації в яких різна: електромагнітне випромінювання, інформація на магнітних носіях – символьна, графічна, звукова тощо. Матеріальною одиницею вимірювання технічної інформації є біт.

Інформацію можна розрізняти:

• за галузями знань – наукова, технічна, економічна, біологічна, медична інформація тощо;

• за видом сприймання – зорова, слухова, смакова інформація тощо;

• за структурно-метричними властивостями – параметрична, топологічна, абстрактна інформація.

Людині властиво суб’єктивне сприйняття інформації через деякий набір її властивостей. Усі види інформації мають спільні властивості та закономірності. До властивостей інформації можна віднести наступні:

• інформація має цінність, яка визначається її актуальністю;

• інформація може бути об’єктивною або суб’єктивною;

• інформація нематеріальна, але не може існувати без матеріального носія (фізичне середовище, у якому поширюється чи фіксується інформація, називається носієм інформації),

• інформація неадитивна (від англ. to add – додавати), тобто окремі повідомлення неможливо алгебраїчно додавати, від цього спотворюється зміст інформації;

• інформація некомутативна, тобто окремі повідомлення неможливо переставляти місцями, від цього спотворюється зміст інформації;

Крім загальних властивостей, кожен з видів інформації має свої характерні особливості. Наприклад, такими особливостями для медико-біологічної інформації є неперервне створення, оновлення та передача від покоління до покоління спадкових ознак (спадкова інформація). Важливим є також те, що зберігання й передавання інформації в живих організмах здійснюється на молекулярному рівні.

З передачею, зберіганням і обробкою інформації пов’язані дії будь-якого автоматичного пристрою, поведінка живої істоти і саме життя. Накопичення великої кількості інформації в певній галузі людської діяльності приводить до серйозних проблем щодо її сприйняття та переробки. Так, розвиток медичної науки, впровадження в практику новітніх методик діагностики і лікування, застосування сучасних електронних засобів веде до значного зростання медико-біологічної інформації. При цьому можливості медичного персоналу щодо своєчасної швидкої та ефективної обробки цієї інформації, інтерпретації здобутих результатів залишаються на досить обмеженому рівні. Часто лікар розгублюється в цьому потоці інформації, він не може швидко одержати дані, необхідні в даний момент, а це негативно впливає на якість надання медичної допомоги.

Протиріччя між скромними можливостями людини і зростаючим потоком інформації можна розв’язати за допомогою комп’ютерів. Їх застосування полегшує процес збирання інформації про хворого й хвороби, дозволяє широко застосовувати медичні комп’ютеризовані системи, аналізувати здобуту інформацію і, нарешті, визначає прогрес у розвитку медицини та галузі охорони здоров’я.