- •Розділ 1. Основні поняття медичної інформатики. Комп’ютер у діяльності майбутнього лікаря
- •1.1. Основні поняття медичної інформатики
- •Інформація та її визначення
- •Носії повідомлень
- •Визначення кількості інформації
- •Представлення інформації в комп’ютері
- •Системи числення
- •Десяткова система числення
- •Двійкова (бінарна) система числення
- •Переведення числової інформації з десяткової системи числення в двійкову
- •Кодування нечислової інформації
- •Логічні елементи в комп’ютері
- •Предмет та об’єкт медичної інформатики
- •Медична інформація та її види
- •Інформація, дані, знання
- •Типи медичних знань.
- •Інформаційний медичний документ
- •Опис даних: якісні, порядкові та кількісні дані. Шкали вимірювання
- •Якісні дані. Шкала класифікації (номінальна).
- •Порядкові дані. Шкала порядку.
- •Кількісні дані. Шкала інтервалів і шкала відношень.
- •Медичні дані
- •Питання для самоконтролю
- •1.2. Передача інформації. Мережеві технології. Основи телемедицини Передача інформації, схема передачі інформації
- •Основні поняття комп’ютерних мереж
- •Комунікаційне обладнання
- •Комунікаційне програмне забезпечення
- •Класифікація комп’ютерних мереж
- •Локальні мережі
- •Глобальні мережі
- •Глобальна мережа Internet та її можливості
- •Виникнення глобальної мережі Internet.
- •Протоколи мережі Internet.
- •Ідентифікація комп’ютерів в мережі. Адресація в Internet.
- •Основні послуги Internet.
- •Робота з електронною поштою
- •Поштові адреси та структура електронного листа.
- •Робота з гіпертекстовими сторінками World Wide Web.
- •Пошук в Internet
- •Робота з файлами засобами ftp-сервера
- •Загальні алгоритми пошуку інформації в Internet .
- •Основи телемедицини
- •Технології, що застосовуються у телемедицині
- •Будова телемедичних систем. Засоби передачі інформації в телемедицині
- •Функції телемедичних центрів
- •Стандарти, які застосовуються в телемедицині.
- •Стандарт Health Level 7
- •Проблеми телемедицини
- •Питання для самоконтролю
- •1.3. Комп’ютерні дані: типи даних, обробка та управління. Основні концепції баз даних
- •Класифікація баз даних
- •Основні типи моделей даних
- •Ієрархічна модель даних.
- •Модель даних типу мережа.
- •Реляційна модель даних.
- •Класифікація сучасних систем керування базами даних
- •Мовні засоби систем керування базами даних
- •Майбутнє субд
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 2. Медичні дані. Методологія обробки та аналізу інформації.
- •2.1. Кодування та класифікація. Історія класифікації і кодування
- •Поняття класифікації
- •Двоосьова icpc .
- •Поняття кодування
- •Проблеми класифікації та кодування
- •Класифікаційні системи
- •Системи класифікації в Україні
- •Питання для самоконтролю
- •2.2. Аналіз біосигналів. Методи обробки біосигналів. Візуалізація медико-біологічних даних. Обробка та аналіз медичних зображень. Біосигнали та їх обробка.
- •Реєстрація, трансформація та класифікація сигналів
- •Біосигнали і нестаціонарні сигнали.
- •Типи сигналів.
- •Приклади застосування аналізу біосигналів
- •Поняття медичного зображення.
- •Формування медичних зображень
- •Медичне зображення як об’єкт медичної інформатики.
- •Методи отримання медичних зображень
- •Обробка медичних зображень.
- •Основні принципи обробки зображень.
- •Попередня обробка.
- •Зміна контрастності зображення.
- •Затемнення і видимість деталей зображення
- •Зменшення шуму.
- •Квантування рівня сірого
- •Відновлення зображень
- •Покращення зображень
- •Методика виявлення краю або контуру
- •Сегментація.
- •Стиснення зображення
- •Перетворення зображення
- •Повне перетворення
- •Розрахунок параметрів.
- •Інтерпретація зображень.
- •Проблеми обробки та аналізу зображень
- •Проблема візуалізації зображень.
- •Двовимірні томографічні зображення.
- •Тривимірне об’ємне зображення.
- •Способи двовимірної візуалізації.
- •Способи дійсної три вимірної візуалізації.
- •Застосування тривимірної візуалізації.
- •Сучасні тенденції обробки зображень
- •Обробка двовимірних та тривимірних медичних зображень. Обробка двовимірних медичних зображень
- •Обробка тривимірних медичних зображень
- •Питання для самоконтролю
- •2.4. Методи біостатистики. Сучасна технологія аналізу даних
- •Планування дослідження.
- •Підготовка даних до аналізу
- •Попередній аналіз даних
- •Вибір і реалізація методу аналізу
- •Закони розподілу дискретних випадкових величин Біноміальний розподіл (розподіл Бернуллі)
- •Розподіл Пуассона
- •Закони розподілу неперервних випадкових величин Нормальний закон розподілу (Гауса)
- •Розподіл
- •Розподіл Ст’юдента (Госсета)
- •Емпіричні закони розподілу випадкових величин
- •Оцінка параметрів розподілу та перевірка гіпотез Загальні поняття
- •Етапи перевірки гіпотез
- •Критерії перевірки гіпотез
- •Стійкість критеріїв
- •Послідовність операцій при виборі критерію
- •Постановка задачі
- •Визначення додаткових умов вибору критерію
- •Вибір конкретного критерію
- •Вимоги до вибірок
- •Критерій (критерій Пірсона)
- •Кореляційний аналіз
- •Регресійний аналіз
- •Тестові завдання для самоконтролю
- •Розділ 3. Медичні знання та прийняття рішень в медицині
- •3.1. Формалізація та алгоритмізація медичних задач. Основні поняття
- •Алгоритми та їх властивості.
- •Способи подання алгоритмів
- •Типи алгоритмів та їх структурні схеми Лінійні алгоритми
- •Циклічні алгоритми
- •Цикл-поки
- •Цикл-до
- •Питання для самоконтролю
- •3.2. Формальна логіка у вирішенні медико-біологічних задач. Основи логіки висловлень
- •Поняття висловлення
- •Множина значень висловлення
- •Алфавіт логіки висловлень
- •Логічні операції та таблиці істинності. Бінарні і унарні операції
- •Операція заперечення.
- •Операція кон’юнкції
- •Операція диз’юнкції
- •Операція імплікації
- •Операція еквівалентності
- •Діаграми Вена
- •Властивості логічних операцій
- •Основні логічні функції.
- •Логічна функція якщо
- •Способи подання логічних функцій
- •Питання для самоконтролю
- •3.3. Методи підтримки прийняття рішень. Стратегії отримання медичних знань Типи діагностичних і прогностичних технологій
- •Види лікарської логіки.
- •Детерміністична логіка
- •Табличні методи
- •Машинні технології
- •Логіка фазових інтервалів
- •Фазовий простір станів
- •Застосування ймовірнісної логіки в діагностиці
- •Основи теорії ймовірнісної діагностики
- •Розробка систем ймовірнісної діагностики
- •Приклад застосування систем ймовірнісної діагностики
- •Метод послідовного статистичного аналізу Вальда
- •Визначення й архітектура систем знань
- •Людина і комп’ютер
- •Експертні системи в медицині
- •Штучний інтелект.
- •Історія ес
- •Розробка експертних систем
- •База знань
- •Формальні моделі зображення знань
- •Продукційні моделі
- •Семантичні моделі
- •Модель типу фрейм
- •Характеристики експертних систем
- •Приклади застосування експертних систем
- •Тенденції розвитку систем знань
- •Питання для самоконтролю
- •3.4. Клінічні системи підтримки прийняття рішень. Засоби прогнозування. Моделювання медико-біологічних процесів . Поняття системи
- •Властивості систем
- •Структура систем
- •Загальна теорія систем. Системний підхід
- •Поняття моделі. Типи моделей
- •Типи моделей
- •Математична модель. Історія
- •Ступені складності математичної моделі
- •Ступені адекватності
- •Математичне моделювання
- •Етапи математичного моделювання
- •Обмеження і переваги методу математичного моделювання
- •Приклади математичних моделей.
- •1. Гемодинаміка судинного русла
- •2. Модель зміни концентрації лікарського препарату в крові пацієнта
- •3. Моделювання росту популяцій
- •57. Випадкові відхилення 58. Випадкові відхилення
- •4. Математична модель «хижак – жертва»
- •5. Моделювання клітинного росту
- •6. Математичне моделювання в імунології.
- •7. Моделювання епідемічних процесів
- •Питання для самоконтролю
- •3.5. Доказова медицина Доказова медицина. Принципи доказової медицини
- •Визначення доказовості
- •Аспекти доказової медицини
- •Умови ефективного функціонування доказової медицини
- •Алгоритм дій
- •Мета-аналіз
- •Види мета-аналізу
- •Переваги мета-аналізу
- •Проблеми мета-аналізу
- •Кокранівські бази даних
- •Принципи Кокранівського Співробітництва
- •Проблемні групи зі створення систематичних оглядів
- •Кокранівські робочі групи з методології оглядів
- •Кокранівські спеціалізовані групи
- •Кокранівські центри
- •Кокранівська мережа споживачів
- •Кокранівська електронна бібліотека
- •Кокранівська база даних систематичних оглядів
- •Кокранівський реєстр контрольованих випробувань
- •Прийняття оптимальних рішень в охороні здоров’я
- •Тенденції розвитку Кокранівського Співробітництва
- •Стислий довідник з доказової медицини
- •Принципи створення довідника
- •І. Систематичні огляди як джерело доказів.
- •Іі. Рандомізовані контрольовані випробування як джерела доказів
- •Особливості викладу матеріалу
- •Питання для самоконтролю
- •Розділ 4. Системи, направлені на пацієнтів, та інституційні інформаційні системи в охороні здоров’я
- •4.1. Типи інформаційних систем в галузі охорони здоров’я. Госпітальні інформаційні системи та їх розвиток. Вимоги до інформації
- •Основні аспекти інформатизації медичної діяльності
- •Загальна технологічна схема діагностично-лікувального процесу.
- •Етапи створення і основні характеристики міс
- •Класифікація медичних інформаційних систем
- •Медичні інформаційні системи базового рівня
- •Інформаційно довідкові системи.
- •Консультативно-діагностичні системи.
- •Арм лікаря.
- •Автоматизоване робоче місце лікаря діагноста
- •Медичні інформаційні системи рівня лікувально-профілактичного закладу
- •Інформаційні системи консультативних центрів.
- •Скрінінгові системи.
- •Інформаційні системи лікувально-профілактичної установи Особливості організації інформаційного середовища лікувально профілактичної установи
- •Основні типи даних
- •Інформаційні системи поліклінічного обслуговування.
- •Міс територіального і державного рівня
- •Інформаційне забезпечення міс
- •Госпітальні інформаційні системи
- •Архітектура гіс.
- •Автоматизовані робочі місця головного лікаря та його замісників.
- •Регістратура
- •Електронна медична карта (емк)
- •Стаціонар
- •Лабораторні дослідження.
- •Операційна
- •Облік лікарських засобів.
- •Питання для самоконтролю
- •4.2. Електронна медична картка. Ведення медичної документації за допомогою персонального комп’ютера.
- •Концепція побудови електронних медичних карток
- •Ступінь захисту інформації про пацієнтів
- •Система медичного документообігу закладів охорони здоров’я
- •Структура системи
- •Етапи документообігу
- •Питання для самоконтролю
- •4.3. Інформаційні ресурси системи охорони здоров’я
- •4.4. Етичні та правові принципи в системі охорони здоров’я Захист медичної інформації
- •Медична інформаційна система як об’єкт захисту
- •Проблеми організації захисту лікарської таємниці
- •Загрози інформації, що містить лікарську таємницю.
- •Проблеми впровадження комплексних систем захисту.
- •Вимоги до моделі процесів інформаційної безпеки.
- •Формування моделі інформаційної безпеки.
- •Питання для самоконтролю
- •Додатки Нейронні мережі.
- •Основні поняття
- •Моделі нейронних мереж Багатошаровий персептрон
- •Ймовірнісна нейронна мережа в задачах класифікації.
- •Узагальнено-регресійна нейронна мережа в задачах регресії
- •Карти Кохонена, що самоорганізуються
- •Лінійна мережа
- •Алгоритм побудови нейронних мереж Оцінка адекватності нейромережевих моделей
- •Методика побудови нейронної мережі в пакеті neuropro 0.25.
- •Розпізнавання образів у програмі емуляції нейронної мережі «numbers»
- •Класифікація даних на прикладі аналізу «ірисів фішера»
- •Поняття про приборно – комп’ютерні системи.
- •Коротка історична довідка.
- •Класифікація медичних приборно-комп’ютерних систем
- •Класифікація за функціональними можливостями
- •Класифікація за призначенням
- •Основні принципи побудови мпкс Структура мпкс.
- •Медичне забезпечення
- •Апаратне забезпечення мпк Деякі елементи обчислювальної техніки
- •Програмне забезпечення мпкс.
- •1. Підготовки дослідження.
- •2. Проведення дослідження.
- •3. Перегляду і редагування записів.
- •4. Обчислювального аналізу.
- •5. Оформлення висновку.
- •6. Роботи з архівом.
- •Системи для проведення функціональної діагностики. Системи для дослідження функцій кровообігу.
- •Комп’ютерна електрокардіографія
- •Комп’ютерна реографія.
- •Системи для дослідження органів дихання.
- •Системи для дослідження головного мозку
- •Комп’ютерна електроенцефалограма
- •Системи для ультразвукових досліджень
- •Комп’ютерна ехотомографія
- •Інші типи спеціалізованих систем
- •Методи обробки й аналізу медичних зображень.
- •Мпкс для рентгенівських досліджень
- •Мпкс для магнітно-резонансних досліджень.
- •Мпкс для радіонуклідних досліджень(рнд).
- •Багатофункціональні системи
- •Системи для проведення моніторингу
- •Специфіка моніторингових систем
- •Електрокардіографічний моніторинг
- •Системи управління лікувальним процесом.
- •Системи інтенсивної терапії.
- •Системи оберненого біологічного зв’язку.
- •Системи протезування та штучні органи.
- •Перспективи розвитку мпкс
- •Питання для самоконтролю
2. Модель зміни концентрації лікарського препарату в крові пацієнта
Вона описує зміну з часом розподілення введених у організм препаратів.
Терапевтичний ефект залежить від концентрації С препарату в організмі (у хворому органі) і часу t, доки він знаходиться в потрібній концентрації.
Задачею лікаря є вибір:
дози;
шляху введення;
періодичності введення з метою забезпечення необхідної для досягнення терапевтичного ефекту концентрації при мінімальній побічній дії.
Із фізіології відомо, що концентрація препарату в органі-мішені може залежати від ряду процесів:
всмоктування препарату в кровоносне русло;
транспортування препарату з крові в орган;
транспортування препарату з органу в кров;
виділення препарату з крові нирками або печінкою.
Ці процеси можна представити у вигляді блок-схеми:
Рис. 53. Блок-схема
Розглянемо найпростіший випадок зміни концентрації препарату в організмі (органі-мішені).
Нехай виведення лікарської речовини описується нелінійними функціями (у найпростішому випадку це – exp ): , де С0 — початкова концентрація лікарського препарату (прийнята доза ліків), k – коефіцієнт, враховуючий природу лікарського препарату, t – час. Якщо С* – max нешкідлива концентрація, яка забезпечує терапевтичний ефект, а Сmin – мінімальна концентрація, яка забезпечує терапевтичний ефект, то концентрація лікарської речовини повинна лежати у межах:
Сmin ≤ C(t) ≤ С*
Концентрація в кожний момент часу залежить від двох чинників: швидкості виведення і швидкості введення. Для створення в крові оптимальної концентрації необхідно вводити додаткову дозу у кожен момент часу (t1, t2, …), коли C(t) стає рівною Сmin , як це показано на рисунку 61.
Рис. 54. Зміна концентрації з часом
3. Моделювання росту популяцій
1.«Популяція – це мінімальна група особин одного виду, що самовідтворюється протягом еволюційно тривалого часу, населяє певний простір, утворює самостійну генетичну систему і формує власний екологічний гіперпростір» [vi].
Основу відносин між популяціями різних видів у екосистемах складають харчові зв’язки. Популяції є елементарними одиницями, що еволюціонують.
Популяцію можна описати деяким набором характеристик і особливостей: чисельність, щільність, народжуваність, смертність, вікова, полова, й інші структури, загальна пристосованість і ін. [vii] Оскільки більшість популяцій постійно обновляється, їх характеристики змінюються в часі.
Розглянемо найпростіший випадок моделювання динаміки зміни чисельності (N) гіпотетичної популяції з урахуванням народжуваності і смертності. Народжуваність є середнім числом особин, що народилися в популяції за одиницю часу. Ця величина залежить від багатьох факторів: розміру і складу популяції, фізичних умов навколишнього середовища. Зміна розміру популяції ΔNр за рахунок народжуваності за деякий проміжок часу Δt буде дорівнює добуткові коефіцієнта народжуваності kр на розмір популяції і на цей проміжок часу:
ΔNр = kр×N×Δt . (6)
Смертність є середнім числом особин, що вмерли в популяції за одиницю часу. Тоді зміна розміру популяції ΔNс за рахунок смертності за деякий проміжок часу буде дорівнює:
ΔNс= kс×N×Δt , де kс – коефіцієнт смертності. (7)
Відповідно, сумарна зміна розміру популяції за час Δt дорівнює:
ΔN = kр×N×Δt – kс×N×Δt = (kр – kс)×N×Δt = kпр×N×Δt , (8)
де (kпр = kр – kс) – загальний коефіцієнт приросту популяції. Розділивши ліву і праву частину рівняння на Δt і перейшовши до границі при Δt→0, отримаємо диференціальне рівняння першого порядку:
dN/dt = r×N , (9)
де r – «миттєва швидкість росту» популяції без урахування обмежуючого впливу середовища [Error: Reference source not found]. Ця модель має назву моделі нормальної репродукції або мальтузіанськой моделлю на ім’я відомого вченого Мальтуса, який у кінці 18 сторіччя уперше підняв питання про ріст чисельності людства.
Рішенням даного диференціального рівняння є експоненціальна залежність розміру популяції N від часу (рис.62):
Рис. 55. Експоненціальна залежність розміру популяції
N(t) = N0×Exp(r×t) , (10)
де N0 – розмір популяції в деякий початковий момент часу.
Експоненціальний ріст популяції є характерним при відсутності конкуренції. Наприклад, початкова стадія росту популяції мікроорганізмів на субстраті описується рівнянням, аналогічним (10), але при наявності конкуренції популяція не росте необмежено. П. Ферхгюльст ще в 1838 р. припустив, що процес загибелі організмів спостерігається при зустрічі двох індивідів, тобто відбувається через «тісноту» [viii 4, 557].
Існує деяка «межа росту» (K), до якої прагне розмір популяції (рис. 63) або навколо якої він коливається. Такий характер росту популяції добре описують так звані «логістичні» рівняння [Error: Reference source not found], у яких швидкість росту популяції нелінійно залежить від її розміру:
dN/dt = r×N – r×N2/K (11)
Рис. 56. Межа росту
На початковій, експоненціальній стадії, швидкість росту популяції збільшується (рис. 62), потім вона уповільнюється, зупиняється, і починає падати (фаза негативного прискорення або виходу на стаціонар). Результати чисельного інтегрування для логістичної моделі представлені на рис. 64. Видно, що система коливається навколо стабільного стану N = K за рахунок випадкових відхилень.
Випадкові відхилення у великих популяціях мають невеликі значення і, практично, не є періодичними. Однак нерідко чисельність великих сукупностей має досить чітку циклічність (рис. 65). Одним з пояснень таких коливань є залежність росту популяції від зовнішніх умов (наприклад, харчування).