Базові поняття дисципліни «Медична інформатика» Історія становлення медичної інформатики та перспективи її розвитку в контексті досвіду інформатизації суспільства ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ 1. Медична інформатика як наука: предмет, об'єкт, методи дослідження та завдання. 2. Історія становлення медичної інформатики в контексті інформатизації суспільства. 3. Базові поняття медичної інформатики. 4. Використання телемедицини в галузі охорони здоров'я. 5. Основні концепції баз даних. Людина, яка на початку XXI століття не вмітиме користуватися ЕОМ, стане подібною людині початку XX століття, яка не вміє ні читати, не писати В. Глушков Засновник Інституту кібернетики, дійсний член АН України, почесний член багатьох іноземних академій Віктор Глушков, 1982 Сьогодні комп'ютерна грамотність є такою ж важливою, а може, й важливішою, ніж звичайна грамотність сто років тому В. Кремінь 5-й міністр освіти і науки України, президент НАПН України Василь Кремень, 2003 Девізом медицини ХХ століття був вислів “Майбутнє належить медицині профілактичній” Девіз медицини ХХІ століття: “МАЙБУТНЄ НАЛЕЖИТЬ ЕЛЕКТРОННІЙ МЕДИЦИНІ” Медична інформатика як наука 1. Медична інформатика – наукова дисципліна, що містить систему знань про інформаційні процеси в медицині, охороні здоров’я, суміжних дисциплінах; обґрунтовує, визначає способи та засоби раціональної організації і використання інформаційних ресурсів. 2. Медична інформатика вивчає закономірності і методи отримання, зберігання, опрацювання і використання знань у медичній науці та практиці з метою розширення можливостей профілактики, лікування хвороб і поліпшення здоров’я людини на основі ІКТ (інформаційно-комунікаційних технологій). Медична інформатика як наука 3. Medical Information Science is the science of using system-analytic tools to develop procedures (algorithms) for management, process control, decision making and scientific analysis of medical knowledge - Ted Shortliffe 4. Medical Informatics is the theoretical and practical aspects of information processing and communication, based on knowledge and experience derived from processes in medicine and health care - Jan van Bemmel Медична інформатика як наука Предмет медичної інформатики – інформаційні процеси (вивчення процесу отримання, зберігання, опрацювання, передачі медичних даних з використанням ІКТ (інформаційно-комунікаційних технологій)). Об'єкт медичної інформатики – інформаційні технології (наприклад, текстовий редактор, електронні таблиці, тощо). Основний метод дослідження медичної інформатики – математичне моделювання з використанням комп'ютерів. Завдання медичної інформатики • пошук загальних принципів опрацювання медичних даних; • дослідження процесів; інформаційних медичних • розробка нових інформаційних медичних технологій; • вирішення наукових проблем створення та впровадження ІКТ у медицині. Історія становлення МІ підготовка медичної документації за допомогою ПК розробка інформаційних технологій опрацювання, пошуку, передачі, аналізу медичних даних, медичних зображень та сигналів; впровадження digital hospital, електронних медичних карток, електронної реєстратури тощо. розробка систем підтримки прийняття рішень, комп'ютерна діагностика захворювань, комп'ютерне прогнозування перебігу хвороби, розробка робототехніки, 3D-медичних принтерів, цифрової медичної техніки тощо. Міжнародна асоціація медичної інформатики (IMIA) Створена в 1989 р. Відіграє ключову роль у застосуванні інформатики і ІКТ в таких галузях як медицина та охорона здоров’я Створена в 1992 р. в Україні УАКМ об’єднує 87 установ, в тому числі НДІ, університети, лікувальні заклади та виробників медичного програмного забезпечення Структура дисципліни МІ Модуль 1. Основи інформаційних технологій в системі охорони здоров’я. Обробка та аналіз медико-біологічних даних текстовий процесор; системи управління базами даних; електронні таблиці; Makhaon MKB10; Makhaon медичний довідник; DICOM Image Viewer Plus. Структура дисципліни МІ Модуль 2. Медичні знання та прийняття рішень в медицині електронні таблиці; системи управління базами даних; «Експертна система» v2.0; госпітальна інформаційна система «Кlinika»; навчально-пошуковий комплекс «Мета». Базові поняття дисципліни Хто володіє інформацією (знаннями)… Той володіє світом. Натан Ротшильд XXI століття є століттям інформації, знань, технологій, телекомунікацій “Дані, інформація, знання” Дані – результат спостереження навколишнього світу за допомогою органів чуття або приладів. Артеріал.тиск: 150 / 90 Інформація – важливі факти, отримані з даних, або власне інтерпретовані дані. Артеріал.тиск вище норми Знання – відомості, що пройшли перевірку, узагальнені у вигляді законів, теорій. Знання підтверджуються дослідженнями або практикою. Пацієнту потрібно призначити препарат N Поняття “інформація” Питання щодо визначення інформації є дуже дискусійним. Поняття “Інформація” походить від латинського слова «informatio», що означає виклад, обізнаність, роз’яснення небудь факту, події, явища. якого- Визначення поняття “інформація” видатними вченими 1. Інформація – це зміст повідомлення, що отримує система (організм, машина) від зовнішнього світу Норберт Вінер - засновник кібернетики 2. Інформація – це міра зменшення ентропії (невизначеності) – інформація є деяким засобом внесення визначеності, упорядкованості, організації Леон Бріллюен - філософ Визначення поняття “інформація” видатними вченими 3. Інформація – це засіб обмеження розмаїтості Вільям Росс Ешбі - фахівець кібернетики 4. Інформація – це особливим чином закодовані сигнали передані по каналах зв'язку Клод Шенон – засновник теорії інформації 5. Інформація – це міра оригінальності або складності Абраам Моль – культуролог, фізик Інформація – повідомлення Підходи до визначенні природи інформації: Атрибутивний – інформація є об'єктивною властивістю усіх матеріальних об'єктів Функціональний – інформація є умовою та результатом спрямованої активності Під повідомленням розуміють вплив на нервову систему живого організму деякої сукупності сигналів, подразників, яка може бути подана різними способами залежно від систем, які її видають та сприймають. Інформацію передають за допомогою повідомлень Повідомлення передають за допомогою послідовності сигналів За допомогою чого передають інформацію? Загальна схема передачі повідомлень (інформації) Канал передачі (зв’язку) – середовище, через яке здійснюється передавання сигналів від відправника до одержувача повідомлення Відправник передає сигнал s Сигнал проходить через канал передачі Відбувається накладання на сигнал s шуму n На вузлі маємо суміш m=s+n Канал передачі TT Відправник S S У загальній схемі передачі повідомлень наявні Поняття “шум” Одержувач R R Якщо повідомлення не несе корисної інформації, тоді воно несе “шум” Інформація может перетворитися в “шум”, і навпаки, “шум” може перетворитися в інформацію Приклад: Вислуховування серця Приклад: розмова між хворим і лікарем S – серце s – звук, який генерується скороч.клапанів серця n – дихання пацієнта або шум у кімнаті R – стетоскоп та вуха Т – це повітря між серцем і перетворювачем SR S – хворий s – розповідь n – зайві слова R – лікар Двоспрямована Т – це канал між голосом комунікація і вухами S R Приклад: всі симптоми виявлені, але їх причина невідома Одностороння комунікація Конфігурації S, R, T ?R Не має відправника ?діагноз? - симптоми S ? Не має одержувача Приклад: Невиявлені всі симптоми хвороби Генерація серця екстрасистол, які не Діагноз–виявлені ?симптоми? Властивості інформації (повідомлень) цінність, яка визначається її актуальністю; об’єктивність або суб’єктивність; нематеріальність, але матеріального носія; не може існувати без неадитивність (від англ. to add – додавати), тобто окремі повідомлення неможливо алгебраїчно додавати, від цього може спотворитися зміст повідомлення; некомутативність, тобто окремі повідомлення неможливо переставляти місцями, від цього може спотворитися зміст повідомлення. Види інформації (повідомлень) За видами сприймання Зорова Нюхова Смакова Тактильна Слухова За галузями знань Види інформації Наукова Технічна Економічна Біологічна Медична Фармацевтична … відображає дані та результати медичних наукових досліджень й медичної практики суть фактів, явищ, процесів, наукових теорій, поданих у вигляді, зручному для використання людиною чи ЕОМ, і спрямованих на зняття невизначеності у фармації Види інформації Параметрична набори числових значень будь-яких параметрів, одержаних під час дослідження За структурнометричними властивостями Абстрактна базується на абстракціях, узагальненнях і символізації Топологічна геометричні образи, різні плоскі та об’ємні зображення Носії повідомлень Зростаючі потоки повідомлень, необхідність зберігання їх у великих обсягах сприяли розробці і застосуванню носіїв повідомлень, що забезпечують можливість довготривалого їх зберігання. Носій – фізичне середовище, у якому зберігаються повідомлення. (Приклад, записи в медичній картці, кардіограма, рентгенівська плівка тощо) Носії повідомлень поділяють на: • Довгоіснуючі - друковані або рукописні знаки, які . сприймаються зором. Мають назву: письмо • Недовгоіснуючі (Приклад: повідомлення, які передаються за допомогою телефону) • Матеріальною одиницею вимірювання технічної інформації є біт. • Кожному повідомленню, що передається, ставиться у відповідність комбінація сигналів, яка називається кодом. • Операція переводу повідомлення у послідовність різних сигналів є кодуванням повідомлення. • Зворотній процес перетворення комбінації сигналів у повідомлення називається декодуванням • В обчислювальній техніці використовується двійкова система числення – для подання інформації використовується дві цифри: 0 і 1. Ці цифри називаються двійковими або бітами Переведення чисел. Приклад Переведення чисел. Приклад 0*n=0 1*n=n n1=n n0=1 23=2*2*2 Види інформаційних процесів Інформаційний процес – цикл утворення інформації і збереження її у вигляді нових даних. До основних інформаційних процесів належать: (збирання) До основних інформаційних процесів належать: Пошук (збирання) - накопичення даних з метою забезпечення їх повноти для прийняття рішень Опрацювання - операції, що виконуют ься з даними за точними правилами процедур Транспортування - прийом т а передача даних між віддаленими учасниками інформаційного процесу Захист - комплекс заходів, направлених на запобігання вт рат и, модифікації або відтворення даних Опрацювання даних містить в собі багато операцій, наприклад: формалізація– зведення даних, одержаних з різних джерел, до однакової форми; фільтрація– відкидання «зайвих» даних, які не потрібні для прийняття рішення; сортування– впорядкування даних за певною ознакою; групування– об’єднання даних за певною ознакою з метою їх більш зручного використання; архівація– організація збереження даних в зручній та легкодоступній формі, як правило, в більш економному форматі; перетворення– переведення даних з однієї форми до іншої. Медичні дані Медичні дані – це дані, які отримані при вимірюванні певних характеристик пацієнта Неперервні - величини, які набувають будь-яких значень у певному інтервалі Види медичних даних якісні наявність болю, колір шкірних покривів Дискретні - величини, які набувають цілих значень Форми медичних даних одиничні числові вага, артеріальний тиск, температура тіла, кількість лейкоцитів, ШОЕ динамічні електрограми – ЕКГ, ЕЕГ, ЕГГ; реограми РКГ, РЕГ, фонокардіограма статичні Динамічні картини поле біопотенціалів, електрокардіограма рентгенограма, Основи телемедицини Необхідність розвитку телемедичних технологій зумовлена низкою проблем, з якими постійно стискаються органи охорони здоров’я, виконавча влада, лікарі та пацієнти. Проблеми установ охорони здоров’я полягають у: дефіциті лікарів-фахівців, віддаленості населення від медичних центрів, неякісній організації екстреної допомоги, труднощами із проведення наукових досліджень, необхідності постійного спостереження за пацієнтами Подолати ці проблеми можна за рахунок впровадження телемедичних технологій Телемедицина Телемедицина – прикладний напрямок медичної науки, пов'язаний з розробкою й застосуванням на практиці методів дистанційного надання медичної допомоги й обміну спеціалізованою інформацією на базі використання сучасних телекомунікаційних технологій. Мет а т елемедицини – надання якісної медичної допомоги будь-якій людині незалежно від її місцезнаходження й соціального статусу Телемедична сист ема – сукупність базових робочих станцій, об'єднаних лініями зв'язку, призначена для виконання даного клінічного або наукового завдання за допомогою телемедичних процедур. Технології, що застосовують у телемедицині • Відкладена телеконсультація (телеконсультація off-line) - різновид консультування, що відбувається без використання систем внутрішньо мережевого спілкування • Двостороннє інтерактивне телебачення або очне консультування (телеконсультація on-line) - телемедична процедура, різновид віддаленого консультування, проведена з використанням систем реального часу, відеозв’язку • Інструктаж - телемедична процедура, що являє собою забезпечення фізичної особи однобічним відео- і голосовим зв'язком з консультантом для одержання рекомендацій з надання першої медичної допомоги • Моніторинг телемедична процедура, різновид телеметрії: віддалена реєстрація фізіологічних показників у людей • Дистанційне навчання - різновид навчального процесу, при якому викладач та студент розділенні у просторі Функції (напрями діяльності) телемедичних центрів Клінічний - проведення консультацій, організація відео конференцій і консиліумів, робота з пересилання за допомогою електронної пошти результатів діагностичних досліджень для одержання висновків і рекомендацій з віддалених медичних установ. Освітній - організація й проведення семінарів і навчальних циклів для медичних працівників, Науково-дослідний - розробка й впровадження нових телемедичних технологій, підготовка й публікація наукових оглядів, статей. Організаційно-методичний навчання персоналу кабінетів телемедицини, підготовку й поширення методичних матеріалів. Інформаційно-комунікаційний - організація обміну інформацією звітного й статистичного характеру між закладами охорони здоров’я. Основні концепції баз даних • Суть концепції баз даних полягає в інтегрованому збереженні й диференційованому використанні прикладними програмами всієї інформації про об’єкти предметної області, що представляють певний інтерес для організації. База даних Базою даних (БД) називається поіменована сукупність даних, з тією мінімальною надмірністю, що необхідна для взаємопов’язаності даних, яка адекватно відображає стан об’єктів та їхні відношення у предметній області Структурування даних – усунення неоднозначності в їх записуванні, а також формуванні певних домовленостей щодо способів їх подання Системи управління базами даних СУБД називають сукупність мовних і програмних засобів, призначених для створення, управління і спільного використання БД багатьма користувачами Основна особливість СУБД – це наявність процедур для введення й зберігання не тільки самих даних, але й описів їхньої структури • Під предметною областю (ПрО) прийнято розуміти частину реального світу, що підлягає вивченню для організації керування. Класифікація БД за технологією обробки даних Інфологічна модель БД Інфологічна моделль даних – опис, виконаний з використанням природної мови, математичних формул, таблиць, графіків й інших засобів, зрозумілих всім користувачам бази даних. Даталогічною моделлю даних – опис даних мовними засобами конкретної СУБД на основі інфологічної моделі. Типи інфологічної моделі даних Під моделлю даних розуміють сукупність структур даних, обмежень цілісності й операцій маніпулювання даними. За допомогою моделі даних можуть бути представлені об’єкти предметної області та взаємозв’язки між ними. Ядром будь-якої бази даних є модель даних. Ієрархічна (графова) модель даних Ієрархічна (графова) структура представляє сукупність елементів, зв’язаних між собою за визначеними правилами. Об’єкти, зв’язані ієрархічними відносинами, утворюють орієнтований граф (перевернене дерево) До основних понять ієрархічної структури відносяться: рівень, елемент (вузол), зв’язок. Ієрархічну модель організовують деревоподібної структури дані у вигляді Приклад ієрархічної моделі – довільна адміністративна структура. Ієрархічна (графова) модель даних • Вузол – це сукупність атрибутів даних, що описують деякий об’єкт. • На схемі ієрархічного дерева вузли мають вигляд вершин графа. Кожен вузол на більш низькому рівні зв’язаний тільки з одним вузлом, що знаходиться на більш високому рівні. Ієрархічне дерево має тільки одну вершину (корінь дерева), яка не підлегла ніякій іншій вершині і знаходиться на самому верхньому (першому) рівні. Модель даних типу мережа У структурі типу мережа при тих же самих основних поняттях (рівень, вузол, зв’язок) кожен елемент може бути зв’язаний з будь-яким іншим елементом. найбільш повно відображає структуру деяких задач (наприклад, мережеве планування в медицині) 1) важко зберігати і здійснювати пошук даних у всіх зв'язках 2) заплутаність структури Реляційна модель даних • Поняття реляційний (англ. relation – відношення) зв’язано з розробками відомого американського фахівця в області систем баз даних Е.Ф. Кодда. Ці моделі характеризуються простотою структури даних, зручною для користувача формою подання у вигляді таблиць. Реляційна модель даних Реляційна модель даних є сукупністю відношень, об'єднані різними зв'язками Сутність – будь-який об’єкт, інформацію про який необхідно зберегти в базі даних. Атрибут сутності. – поіменована характеристика Ключ – мінімальний набір атрибутів, за значеннями яких можна однозначно знайти необхідний екземпляр сутності. В СУБД розрізняють первинні та зовнішні ключі. Реляційна модель даних • Реляційна модель орієнтована на організацію даних у вигляді двовимірних таблиць, кожна з яких має наступні властивості: • кожен елемент таблиці – це один елемент даних; • усі стовпці в таблиці – однорідні, тобто всі елементи в стовпці мають однаковий тип (символьний, числовий тощо); • кожен стовпець має унікальне ім’я; • однакові рядки в таблиці відсутні. Реляційна модель даних • Наступні терміни є еквівалентними: • відношення, таблиця, файл (для локальних БД); • кортеж, рядок, запис; • атрибут, стовпчик, поле. • БД вважається нормалізованою, якщо виконуються наступні умови: • кожна таблиця має головний ключ; • всі поля кожної таблиці залежать тільки від головного ключа; • в таблицях відсутні групи повторних значень. Реляційна модель даних Зв’язок – асоціювання двох або більше сутностей. Характеристика зв’язків 1. ОДИН-ДО-ОДНОГО (1:1): кожному представникові сутності А постійно відповідає один або жодного з представників сутності В. Реляційна модель даних 2. ОДИН-ДО-БАГАТЬОХ (1:Б): одному представникові сутності А відповідають один або декілька представників сутності В. Оскільки між двома сутностями можливі зв’язки в обох напрямках, то існує ще два типи зв’язку БАГАТО-ДООДНОГО (Б:1) і БАГАТО-ДО-БАГАТЬОХ (Б:Б) . Домен Найменша одиниця даних реляційної моделі – це окреме атомарне (те, що не можна розкласти) для даної моделі значення даних. Доменом (D) називається безліч атомарних значень одного типу. Кафедра медичної інформатики та комп’ютерних технологій навчання Department of Medical Informatics and Computer Technologies of Training NMU • Група в соціальній мережі Facebook: https://www.facebook.com/groups/581838072013518/ • Група в соціальній мережі VK: https://vk.com/medical_informatics Сайт кафедри: http://medinf.nmu.ua/
