Медицинская информатика

Введение

Исаак Ньютон по секрету признавался друзьям, что он знает, как гравитация ведет себя, но не знает, почему.

Прежде чем погрузиться в медицинскую информатику, следует разобраться в понятиях: сигнал, данные, информация, знание, информационная система. Есть такие понятия, которые не определяются с помощью других понятий, например в физике: пространство, время, материя, энергия; в геометрии: точка, линия, плоскость, расстояние; в математике: число, множество, массив. Других, более общих понятий, под которые можно логически подвести выделенные понятия не существует. Такие понятия называются неопределяемыми понятиями.

Содержание неопределяемого понятия раскрывают: при помощи описаний применения понятия (поясняют на примерах); путем сопоставления данного понятия с содержанием других понятий.

В рамках науки информация является неопределяемым понятием.

Понятие информации используется во всех областях человеческой деятельности: науке, технике, культуре и повседневной жизни. Содержание понятия «информация» раскрывают при помощи различных описаний его применения. Проблема раскрытия понятия «информация» усложняется тем, что данное понятие используется в различных науках (физике, биологии, кибернетике, информатике и др.), при этом в каждой науке понятие информации связано с различными системами понятий.

На нашем сайте в статье «Понятие информации» более подробно, с большим количеством примеров и с различных точек зрения рассказывается об этом понятии и связанных с ним понятиях: сигнал, данные и знания.

Понятие информации

Современное мировое сообщество людей называют информационным обществом, так что же означает слово информация? Это слово латинского происхождения: Informatio (лат.) — разъяснение, изложение, осведомление, просвещение.

В настоящее время при повседневном общении (в разговорной речи) слово информация сохранило свое историческое значение  — сообщение, осведомляющее о состоянии чего-либо, передаваемое людьми устным, письменным или каким-либо другим способом, например, с помощью условных сигналов (дым на сторожевой башне, огонь на маяке, бакен на реке и т. д.). Очевидно, что для того, чтобы смысл сигналов был понятен, должно быть предварительное соглашение о связи сигналов и их значений. На этом простом принципе и основаны различные способы передачи сообщений, от зарубок на деревьях или палках до лазерных лучей в волоконно-оптическом кабеле.

В прошлом столетии слово информация стало активно употребляться в научной среде как понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму. Таким образом, слово информация имеет различные значения в разных отраслях человеческой деятельности, каждая научная дисциплина вкладывает свой смысл в понятие «информация». Генетика — свой смысл, кибернетика — свой, информатика — свой. Эта статья об информатике, поэтому определение понятия «информация» будет дано с точки зрения этой научной дисциплины.

В информатике принято считать, что информация есть  интерпретация (смысл) сообщения, т. е. информация не зависит от формы представления сведений в сообщении.

Форма представления информации может быть различной: алфавитная форма (мысли, составленные в виде предложений устной или письменной речи); графическая форма (рисунки, схемы, чертежи, карты, графики, диаграммы); символы формального языка (числа, математические формулы, ноты, химические формулы, дорожные знаки и пр).

Например, сообщения, приведенные ниже, содержат одну и ту же информацию (смысл).

Первое сообщение:

На основе анализа информационных потоков лечебного учреждения НИИПК авторы обосновывают требования к медицинским информационным системам (МИС) и предлагают конкретную архитектуру МИС лечебного учреждения, оригинальную структуру базы АРМ врача специалиста и приводят пример пользовательского интерфейса АРМ врача эхокардиографиста

Второе сообщение:

On the basis of analysis of the information flow a medical institution Research Institute of Circulation Pathology, the authors determine the requirements for medicinal information systems (MIS), offer a concrete MIS architecture for such a medical institution and unique structure of the physician`s workstation base. A user interface for physician operating an echocardiography is given as an example

Сообщения, приведенные выше, содержат одну и ту же информацию (смысл) представленную в алфавитной форме, но на разных естественных языках.

А если человек не знает английского? Тогда второе сообщение он не сможет интерпретировать и поэтому оно для него будет бессмысленным, т. е. неинформативным. Чтобы иметь возможность интерпретировать переданное ему сообщение, человек должен обладать определенными навыками (методами), которые позволят ему извлечь информацию из полученного сообщения! Так что же получается, что сообщение само по себе — это ещё не информация? Да, чтобы сообщение превратилась в информацию, его надо обработать — интерпретировать (осмыслить). Обработка может происходить осознанно или неосознанно. Например, когда мы смотрим на фотографию группы людей, мы мгновенно выделяем знакомых, и на вряд ли осознанно.

В естественных науках важное место занимают понятия сигнал и данные. Любые характеристики материи (базовое максимально широкое неопределяемое понятие, или категория) могут рассматриваться наблюдателем как сигналы, т. е. все явления и процессы в природе сопровождаются сигналами. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних могут возникнуть определенные изменения их свойств. Например, объем занимаемый физическим телом, может измениться от взаимодействующих с телом сигналов, исходящих от других физических тел. Эти изменения можно заметить, а иногда измерить тем или иным способом, т. е. зарегистрировать в виде звука, числа, символа, слова, словосочетания, предложения, рисунка. Этот процесс называется регистрацией сигналов, а сигналы, зарегистрированные на материальном носителе (палке, бумаге, камне, магнитной ленте и т. п.), называются данными. Данные, вследствие своего происхождения, несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире. Однако они не тождественны информации. Информация извлекается из данных с помощью адекватных методов. Поэтому свойства информации зависят как от свойств данных, так и от свойств методов её извлечения. Таким образом, можно считать, что информация — это продукт взаимодействия данных и адекватных методов.

Возвращаясь к первому примеру, приведенному в этой статье о двух сообщениях, содержащих одинаковую информацию, можно сказать, что текст, написанный на английском языке, даст различную информацию, человеку, знающему язык, и не знающему. Чтобы получить информацию, имея данные, необходимо применить к ним методы, которые преобразуют данные в понятия, воспринимаемые человеческим сознанием. Методы бывают различными: адекватными и неадекватными. Например, человек, знающий английский язык, применяет адекватный метод, читая текст на английском языке. А, человек, не знающий английского языка, применяет неадекватный метод, пытаясь понять английский текст.

"Сложный" пример

Первое сообщение — алфавитная форма:

В прямоугольном треугольнике квадрат гипотенузы равен сумме квадратов двух других сторон (катетов).

Второе сообщение:


Графическая форма (рисунок) и символы формального языка (математическая формула)

Сообщения, хотя и представлены в разных формах, содержат одну и ту же информацию (смысл), известную как теорема Пифагора.

Восприятие информации

Знаки как способ кодирования информации

Воспринимаемую с помощью органов чувств информацию человек стремится зафиксировать так, чтобы она стала понятной и другим людям. На протяжении всей истории своего развития, задолго до появления компьютеров и новых информационных технологий, человечество придумывало и совершенствовало различные способы хранения и передачи информации. Сначала были узелки на веревках, зарубки на палках, затем появилась письменность — специально разработанная система правил фиксирования и передачи информации при помощи знаков.

Знак — это изображение, которое что-либо означает (рисунок, икона, иероглиф, буква, цифра). Знак в совокупности с его значением (смыслом) называется символом. В общем знаки трактуется шире, чем изображения, и в соответствии со способом восприятия разделяются на зрительные, слуховые, осязательные, обонятельные и вкусовые. К знакам, воспринимаемым с помощью зрения, относят буквы, иероглифы и цифры, которые используются в письменной речи, знаки химических элементов, музыкальные ноты, дорожные знаки и т. д. К знакам, воспринимаемым с помощью слуха, относятся звуки, которые используются в устной речи, и звуковые сигналы, которые воспроизводятся с помощью звонка, колокола, свистка, гудка, сирены и т. д.

Для того, чтобы смысл информации, передаваемой знаками, был понятен, должно быть известно соглашение о связи формы и значения символов.

Классификация знаков по форме представления:

1. Языковые:
   • знаки естественных языков: устного языка (фонемы), языка жестов, письменного языка (графические, вещественные);
   • знаки искусственных языков: световые, графические, звуковые;
2. Неязыковые:
   • знаки-изображения;
   • вещественные;
   • эмблемы.

Классификация знаков по способу связи между его формой и значением (смыслом):

1. Иконические — знаки, имеющие форму, похожую на отображаемый объект, вследствие чего позволяющие догадаться об их смысле.
2. Символьные — знаки, для которых связь между формой и значением устанавливается по общепринятому соглашению. К таким знакам относятся любые буквы, цифры, иероглифы, ноты, обозначения атомов и молекул веществ в уравнениях химических реакций и пр.

Информация и письменность

Чаще всего люди общаются между собой (передают информацию) в устной или письменной форме, т. е. разговаривают, пишут письма, записки, статьи, книги и т. п.

Письменный текст состоит из букв, цифр, скобок, точек, запятых и других знаков. Устная речь тоже складывается из знаков. Только это не письменные, а звуковые знаки — фонемы. Из фонем складываются слова, из слов — фразы. Между письменными знаками и звуками есть прямая связь. Ведь сначала появилась речь, а потом — письменность. Отдельные буквы или сочетания букв обозначают звуки речи, а знаки препинания — паузы, интонации. Такая форма письменности называется звуковой и была придумана, чтобы зафиксировать человеческую речь. Большинство народов мира используют звуковую (фонетическую) письменность.

Самая древняя форма письменности называется пиктографической. Одна пиктограмма — это рисунок, которое обозначает понятие или даже целое сообщение. Пиктографические символы часто используются и в наше время. Знакомые всем дорожные знаки — это не что иное, как пиктограммы.

Существуют и другие формы письменности, например, китайская письменность называется идеографической. В ней один значок (иероглиф) обозначает слово или значительную часть слова.

Свойства информации

Человек — социальное существо, и для взаимодействия с другими людьми он должен обмениваться с ними информацией. Информация должна обладать следующими социально значимыми свойствами:

1. Понятность (обмен информацией должен производиться на языке, которым владеют все участники).
2. Полезность (соответствие запросам потребителя, сведения которые можно применить на практике).
3. Достоверность (истинность положения дел, отсутствие скрытых ошибок, недостоверная информация, полученная, например, из СМИ, вводит членов общества в заблуждение и может быть причиной социальных потрясений).
4. Актуальность (важность для настоящего времени).
5. Полнота (достаточность для понимания и принятия решения).
6. Точность (для того чтобы человек мог правильно ориентироваться в окружающем мире).
7. Ценность.

Информация, обладающая перечисленными свойствами, помогает людям лучше понять друг друга.

Информация будет понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому она предназначена. Соответственно, информация должна преподноситься в доступной к восприятию форме.

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений. Со временем достоверная информация может стать недостоверной, т. к. она обладает свойством устаревать, то есть перестает отражать истинное положение дел.

Актуальность информации. Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она не может быть в силу объективных причин усвоена или оценена), так и ее задержка.

Информация полная, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация может сдерживать принятие решений или даже повлечь ошибки.

Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п.

Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдет применение в каких-либо видах деятельности человека.

Медицинская информация

Медицинская информация, в широком смысле, — это информация, связанная с медициной, здравоохранением и медицинской практикой. Она может включать в себя данные о лекарствах, информацию о болезнях, методах исследований пациентов, методах лечения пациентов и др. В более узком, — это информация, относящаяся непосредственно к человеку как пациенту, то есть информация о его здоровье, особенностях организма, перенесенных заболеваниях и анамнезе жизни.

Виды (формы) медицинской информации

• Алфавитно-цифровая информация составляет большую содержательную часть медицинской информации (печатные и рукописные документы).
• Визуальная информация:
  • статическая: различные изображения (рентгенограммы, эхокардиограммы и др.).
  • динамическая: походка и мимика пациента, сухожильные рефлексы, реакция зрачка на свет, генерируемое диагностическим оборудованием динамическое изображение и др.
• Звуковая информация:
  • речь: комментарии лечащего врача, речь пациента с неврологической или психической патологией и др.;
  • звуковые сигналы, которые генерируются медицинским оборудованием: доплеровские сигналы кровотока при Эхо КГ, флоуметрические сигналы и др.;
  • естественные звуки человеческого организма, усиленные электронным способом.
• Комбинированные виды информации — это любые сочетания алфавитно-цифровой, визуальной или звуковой информации.

Отметим, что медицинскую информацию можно классифицировать различными способами, например:

1. Медицинская история пациента: данные о состоянии здоровья, предыдущих болезнях, лечении, аллергиях и т. д.
2. Медицинские исследования: результаты лабораторных анализов, обследований, медицинских образований и других диагностических процедур.
3. Медицинские документы: медицинские записи, рецепты, справки о состоянии здоровья и т. д.
4. Научные публикации: статьи, исследования, книги и другие материалы, связанные с медициной.

Помимо общих свойств медицинская информация имеет и характерные особенности, например конфиденциальность

Секретность (конфиденциальность) медицинских данных является важной и защищаемой ценностью по нескольким причинам: страх перед дискриминацией; безопасность и защита от мошенничества; личная приватность; доверие системе здравоохранения и врачу. Поэтому многие страны имеют законодательные акты и нормы, которые требуют защиты конфиденциальности медицинских данных. В России действует Федеральный закон «О персональных данных» от 27.07.2006 N 152-ФЗ. Он касается обработки, хранения и доступа к персональным данным. Суть 152-ФЗ заключается в том, что каждый, кто собирает и обрабатывает персональные данные (ПДн), обязан обеспечить безопасность этой конфиденциальной информации.

Знания и информация

Знание — систематизированные достоверные представления о вещах и явлениях действительности (субъективный образ реальности в форме понятий и представлений). Знание применяется людьми для рациональной организации своей деятельности и решения возникающих задач.

Знания можно разделить на две группы:
1. Факты — это знания об определенных явлениях, событиях, свойствах объектов и зависимостях между объектами. Факты начинаются со слов «Я знаю, что…». Например, знания об определенных явлениях: «Я знаю, что Фобос — спутник Марса»; событиях: «Я знаю, что Новосибирск был основан в 1893 году»; свойствах объектов: «Я знаю, что собор Александра Невского в Новосибирске — архитектурное сооружение в Византийском стиле»; зависимостях — знание законов Ньютона.
2. Правила — это знания о последовательностях действий, направленных на достижение некоторой цели. Это знания, начинающиеся со слов «Я знаю, как…»; «Для того чтобы…». Например: «Я знаю, как измерить температуру ртутным градусником»; «Для того чтобы приготовить антисептик для рук в домашних условиях, необходимо взять этанол, перекись водорода, глицерин, кипяченую воду и перемешать полученный раствор».

Коренным фактором, позволяющим выявить отличие знания от информации, является то, что знание приобретается только через субъективное осмысление. Информация же независима и не всегда доходит до стадии осознания.

Любые физические характеристики материи могут рассматриваться как сигналы

Знания
сравнение, оценка, определение области применения, установление связей
Информация
контекстуализация, категоризация, подсчет, коррекция, сжатие
Данные
регистрация сигналов
Сигналы

В познавательном процессе знание и информация находятся на разных ступенях. Сначала происходит восприятие информации, транслируемой определенным источником: преподавателем, книгой, фильмом и т. п. После осмысления информация «преобразуется» в знание, а человек, обладающий знанием, способен исполнять роль нового источника информации.

Например, медицинские знания — это знания, необходимые для понимания и практического применения медицинской информации. Они включают в себя знания о анатомии, физиологии, патологии, фармакологии, клинической медицине, хирургии и т. д.

Виды медицинских знаний могут включать:

1. Базовые медицинские знания: анатомия и физиология человека, патологические процессы, фармакология и т. д.
2. Клинические знания: знания о диагностике, лечении и управлении различными заболеваниями.
3. Знания о медицинских технологиях: знания о различных методах лечения, хирургических процедурах, оборудовании и др.
4. Знания о медицинской этике и праве: знания о принципах этики, правах пациентов, конфиденциальности и других нормативных аспектах медицинской практики.

Ведущая роль в приумножении знаний, в том числе и медицинских, принадлежит экспериментальным исследованиям по изучению законов природы. Человека, связавшего свою жизнь с исследовательской деятельностью по изучению законов природы и техники, принято называть научным работником, а всю обширную область человеческой деятельности по накоплению знаний о действительности — наукой. Непосредственные задачи науки — описание, объяснение и предсказание процессов и явлений действительности, открытие ее законов, теоретическая систематизация объективных знаний о природе вещей. Система наук условно делится на естественные, общественные, гуманитарные и технические науки. Наука информатика, о которой идёт речь в статье, принадлежит к техническим наукам. Многими научными знаниями и практическими навыками отдельный человек (индивид) не может овладеть самостоятельно, поэтому в познавательном процессе решающая роль принадлежит обществу, его системе образования.

Данные (зарегистрированные сигналы) — 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 (смысла).

Данные (зарегистрированные сигналы), 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.

Термин «информация» часто применяется в сочетание с другим термином «технология». Словарь Ожегова определяют технологию как «совокупность производственных методов и процессов в определенной отрасли производства, а также научное описание способов производства». В узком смысле технология означает способ решения конкретной задачи с контролируемым результатом, в широком смысле — применение научного знания для решения практических задач. Технология включает в себя способы работы, её режим, последовательность действий.

Информационные технологии (ИТ, также — информационно-коммуникационные технологии) — приёмы, способы и методы применения средств вычислительной техники при выполнении функций сбора, хранения, обработки, передачи и использования данных (ГОСТ 34.003-90).

Измерение информации

Алфавитный подход к измерению информации — это способ измерения информационного объема текста, не связанного с его содержанием.

Алфавит — это вся совокупность символов, используемых в некотором языке для представления информации (буквы, знаки препинания, цифры, скобки и др. символы, используемые в тексте, также пробел).

Полное число символов в алфавите называется мощностью алфавита — обозначается N.

Например, мощность русского алфавита равна 54: 33 буквы + 10 цифр + 11 знаков препинания, скобки, пробел.

В алфавитном подходе считается, что каждый символ текста имеет определенный информационный вес. Информационный вес символа зависит от мощности алфавита. Наименьшее число символов в алфавите равно двум. Такой алфавит используется в компьютере. Он содержит всего два символа, которые обозначаются цифрами «О» и «1». Его называют двоичным алфавитом. В компьютере с помощью всего двух символов можно передать любую информацию.

Информационный вес символа двоичного алфавита принят за единицу информации и называется 1 бит (N = 2).

С увеличением мощности алфавита увеличивается информационный вес символов этого алфавита. Один символ из четырехсимвольного алфавита (N = 4) «весит» 2 бита. Объясняется это тем, что все символы четырехсимвольного алфавита можно закодировать всеми возможными комбинациями из двух цифр двоичного алфавита. Комбинации из нескольких (двух, трех и т. д.) знаков двоичного алфавита называются двоичным кодом.

Используя три двоичные цифры, можно составить 8 различных комбинаций.

Если мощность алфавита равна 8, то информационный вес одного символа равен 3 битам.

Четырехзначным двоичным кодом может быть закодирован каждый символ из 16-символьного алфавита. И так далее.

Информационный вес каждого символа, выраженный в битах (b), и мощность алфавита (N) связаны между собой формулой: N=2^b.

Содержательный подход к измерению информации

Получение новой информации приводит к расширению знаний человека.

Если некоторое сообщение пополняет знание человека, то оно является информативным т. е. содержит ненулевую информацию.

Для того чтобы сообщение было информативным, оно должно быть понятным. т. е. логически связанными с предыдущими знаниями человека. Получение знаний должно идти от простого с сложному. Тогда каждое новое сообщение будет понятным, а значит, будет нести новую информацию для человека.

Сообщение несет информацию для человека, если содержащиеся в нем сведения являются для него новыми и понятными.

Для того чтобы точно определить, в каком сообщении больше информации, а в каком — меньше, необходима единица измерения. В науке, которая называется теорией информации, была определена единица информации — «бит».

Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза, несет 1 бит информации.

Неопределенность знаний о некотором событии — это число возможных результатов события.

Например, в штативе стоят восемь пробирок с химическими реактивами. Этиловый спирт может находиться в любой из них. Сколько информации содержит сообщение о том, в какой пробирке находится спирт? Применяя метод половинного деления, можно задать несколько вопросов, уменьшающих неопределенность знаний в два раза:

1. Спирт находится в одной из пробирок с пятой по восьмую? Нет.
2. Он находится в одной из первых двух пробирок? Да.
3. Он во второй пробирке? Нет. Ясно, он в первой пробирке!

Каждый ответ уменьшает неопределенность в два раза. Всего было задано три вопроса. Значит, набрано 3 бита информации. И если бы сразу было сказано, что спирт находится в первой пробирке, то этим сообщением были бы переданы те же 3 бита информации.

Существует формула для измерения информации, где возможное количество равновероятных событий (другими словами, неопределенность знаний) обозначается буквой N, а количество информации в сообщении о том, что произошло одно из N событий, — буквой I.

2^I = N

Р. Харли придумал свою формулу для измерения информации:

I = log2N

Информационные процессы

Информационные процессы — это последовательность операций, совершаемых над информацией.

Хранение информации — это процесс помещения информации в определенное хранилище с целью последующего извлечения для дальнейшего использования.

Носитель информации — материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации. Например, к носителям информации можно отнести книги, блокноты, рисунки, фотографии, CD и DVD диски и пр.

Поиск информации может происходить посредством таких методов, как наблюдение, общение со специалистами по интересующему вопросу, чтение соответствующей литературы, просмотр телепрограмм, прослушивание радиопередач, работа в библиотеках и архивах, запросы к базам данных и многое другое.

Сбор информации — это целенаправленный процесс, при котором происходит поиск, отбор, получение и накопление нужной для дальнейшего использования информации.

Главным инструментом сбора информации и познания мира для человека являются органы чувств, но не всякую информацию они способны воспринять. Получить точную информацию о различных явлениях окружающей действительности людям помогают разнообразные технические устройства (весы, часы, спидометры и пр.).

Обработка информации — процесс преобразования вида (формы), смысла (содержания), объема (количества) исходной информации. Выходящая информация представляет собой измененную входящую.

Обработка информации может происходить неосознанно. Однажды в детстве дотронувшись до горячего утюга, человек запоминает этот на всю жизнь. Затем каждый раз, случайно коснувшись горячей поверхности, он будет отдергивать руку. Это происходит в результате обработки информации. Прикасаясь к горячей поверхности, человек получает информацию при помощи органов осязания. Нервная система передает ее в мозг, где на основании имеющегося опыта производится сигнал об опасности. Сигнал от мозга передается в мышцы рук, которые мгновенно сокращаются.

Обработка информации может происходить осознанно. Человек, опираясь на поступающие сведения (входную информацию) и на запас имеющихся знаний и опыта, создает новую информацию. Она называется выходной. Например, на уроке физики учитель предлагает решить задачу, и ученик, вспоминая, какие из изученных правил ему необходимо применить, находит правильный ответ.

Процесс обработки информации не всегда связан с получением новых сведений. Например, при переводе текста с одного языка на другой происходит обработка информации, изменяющая ее форму, но не содержание.

К этому же виду обработки относится кодирование информации — это преобразование представления информации из одной символьной формы в другую, удобную для ее хранения, передачи или обработки (телеграф, радио, компьютеры). Иногда кодирование производится в целях засекречивания содержания текста. В таком случае его называют шифрованием.

Ещё одной разновидностью обработки информации является сортировка. Например, для удобства поиска информации, можно сохранять ее в алфавитном порядке (справочник лекарственных средств). В информатике организация данных по какому-либо правилу, связывающему её в единое целое, называется структурированием.

При преобразовании информации по принципу «Черного ящика» доступными для наблюдения является только исходная и получаемая на выходе информация. Собственно процесс преобразования информации остается сокрытым.

Передача информации — это целенаправленный процесс, в результате которого информация передается от одного объекта к другому. Во время этого процесса образуется информационный поток (поток данных), движущийся в пространстве и времени от источника информации к получателю (от объекта А к объекту Б). Поток состоит из отдельных сообщений, воплощенных в документах или сигналах. Обычно потоки начинаются в местах возникновения информации (объект А) и движутся в места принятия решений (объект Б).

Для работы с информационными потоками предназначены информационные системы (ИС).

Информационная система — организационно упорядоченная совокупность документов и технологий, реализующих информационные процессы. Обработка информации в информационной системе может осуществляться ручным, механизированным, автоматизированным и автоматическим способами. С появлением компьютеров произошла революция в процессах обработки информации, и возникли новые информационные технологии.

Процесс внедрения новых информационных технологий в конкретную отрасль обычно называют информатизацией данной отрасли, например, информатизацией здравоохранения будет называться процесс внедрения новых информационных технологий в медицину и здравоохранение. Термин новые информационные технологии часто сокращают до термина информационные технологии.

Информационные процессы присутствуют во всех областях медицины и здравоохранения. От их упорядоченности зависит четкость функционирования отрасли в целом и эффективность управления ею.

Вычислительная техника

Вычислительной техникой называют совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенных для обслуживания одного рабочего места или участка, называют вычислительной системой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер — электро́нная вычисли́тельная маши́на (сокращённо ЭВМ).
Компьютер (ЭВМ) — это электронный прибор, работающий по программе и предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортировки данных.
Программа — это упорядоченная последовательность команд (инструкций) для компьютера. Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличается от автоматизации других типов работ. Любая информация должна быть преобразована в числовую форму, то есть закодирована в соответствии с технологическими принципами машины. Процесс разработки программы, включая её кодирование в совместимую с выбранной машиной форму, принято называть программированием.

Состав вычислительной системы

В вычислительной технике принято рассматривать отдельно две основные и взаимосвязанные части: аппаратные и программные средства (аппаратное обеспечение и программное обеспечение).

К аппаратному обеспечению относятся устройства и приборы, входящие в состав вычислительной системы. Это компьютеры, системы передачи и хранения данных, устройства ввода-вывода, контроллеры устройств и измерительных приборов и т. п.

К программному обеспечению относятся программы, обеспечивающие функционирование вычислительной системы.

Программное и аппаратное обеспечение в вычислительной системе работают в непосредственной связи и в непрерывном взаимодействии.

Несмотря на все многообразие вычислительной техники от суперкомпьютеров до смартфонов, все компьютеры устроены по одному и тому же принципу и включают в себя следующие устройства:

• Процессор, состоящий из АЛУ (арифметическое логическое устройство), через которое проходит поток данных, и УУ (устройство управления), через которое проходит поток команд;
• оперативная память, в которой хранятся в единой цифровой форме и команды, и данные;
• устройства ввода-вывода.

Любой конструктивный элемент компьютера — сложная электрическая схема. Поэтому работа компьютера — это работа большой и сложной электрической схемы, где отсутствие электрического сигнала на элементе рассматривается как 0, а его наличие как 1 в двоичной системе исчисления.

Двоичный код с точки зрения логики можно интерпретировать следующим образом: 0 — ложь, 1 — истина. Данный подход позволяет строить различные логические элементы на базе электрических схем, а различные комбинации логических элементов (реализованных в виде электрических схем) делают возможным обработку данных компьютером при помощи алгоритмов (программ, загруженных в память компьютера) и их дальнейшую интерпретацию в информацию.

Информатика

Изобретение вычислительной техники и исследовательская работа по её совершенствованию постепенно привели к созданию новой области науки — кибернетики, а затем и информатики.

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием «информатика» области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей. Таким образом, у информатики широчайший диапазон задач.

В первую очередь — это создание научной основы для совершенствования аппаратного и программного обеспечения компьютеров. Следовательно, информатика, как наука, закладывает фундамент для успешного применения компьютерных технологий сегодня и дальнейшего развития компьютерной инфраструктуры в будущем.

Чтобы создать программу для компьютера, прежде всего, необходимо знать или разработать алгоритм решения задачи. Алгоритм — это правила, предписывающие выполнение последовательностей действий, приводящих к решению задачи. Например, существуют алгоритмы для приготовления блюд (в этом случае их называют рецептами), поиска пути к нужному месту в городе (в этом случае их называют маршрутами), для воспроизведения музыки (в этом случае их называют музыкальными нотами), а также получение сведений по какому-либо вопросу в интернете. В информатике существует целое направление для изучения общих свойств алгоритмов — математическая теория алгоритмов — теоретическая база для разработки и совершенствования программ.

Поиск алгоритмов привлекал внимание математиков задолго до того, как появились ЭВМ. Основной целью этого поиска было определение общего набора условий, описывающих способ решения задачи некоторого типа. Одним из первых найденных человечеством алгоритмов был способ деления столбиком для определения частного двух многозначных чисел, а также алгоритм определения общего наибольшего делителя двух положительных целых чисел, предложенный древнегреческим математиком Евклидом, жившем в Александрии в третьем веке до н. э.

Описание. В этом алгоритме предполагается, что входные данные представляют собой два целых положительных числа, для которых требуется определить наибольший общий делитель.

Порядок выполнения.

Этап 1. Присвойте переменным M и N значения двух введенных чисел (большего и меньшего соответственно).

Этап 2. Разделите M на N и присвойте значение остатка переменной R.

Этап 3. Если значение R не равняется ноль, присвойте переменной M значение переменной N, затем переменной N присвойте значение остатка R и вернитесь к этапу 2. В противном случае наибольшим общим делителем заданной пары чисел является значение, присвоенное в данный момент переменной N.

Как только алгоритм решения задачи будет найден, само выполнение предусмотренных этим алгоритмом действий уже не потребует понимание законов, по которым данный алгоритм был построен. Напротив, решение задачи сужается до простого выполнения установленной последовательности инструкций. Мы можем применять алгоритм Евклида, даже не понимая принципов, на основании которых этот алгоритм работает. По сути, в алгоритме закодированы все сведения, необходимые для решения поставленной задачи, что позволяет создавать устройства, способные выполнять алгоритмы. «Только после того, как будет найден алгоритм, позволяющий решить поставленную задачу, может быть сконструировано некоторое устройство, предназначенное для его решения. В свою очередь, если не существует алгоритма выполнения определенного задания, то его выполнение оказывается за пределами возможностей машин» [1].

Именно изучение алгоритмов сформировало ядро информатики!

В настоящее время большое внимание уделяется развитию средств телекоммуникаций для объединения всего человечества в единое информационное пространство; систем искусственного интеллекта (ИИ) и нейросетей. Изобретаются новые технологии.

Главное — современное программное обеспечение позволяет пользователю компьютера рассматривать вычислительную систему как объект более высокого уровня по сравнению с аппаратным обеспечением, т. е. работать с ней, не вникая в детали аппаратного обеспечения, и поэтому в этой статье не рассматривается аппаратная часть вычислительной системы.

Все персонажи вымышлены, любые совпадения с реальными людьми случайны

Дружественный интерфейс в АРМ врача стационара

Современное программное обеспечение должно обеспечивать так называемый «дружественный» интерфейс пользователя. Дружественный интерфейс подразумевает наглядное представление информации на экране монитора, использования набора «меню» и манипулятора «мышь», лояльность к ошибкам пользователя, в частности, присутствие требования подтверждения при выполнении команд, ведущих к потере информации, и другие возможности, облегчающие работу с системой. Наличие, как контекстно-зависимой справочной системы, так и справочной системы по оглавлению.

Программное обеспечение

По мере развития программного обеспечения происходило разделение программ по их функциональному назначению в системе: базовые программы, системные программы, служебные программы и прикладные программы. Различные программы вычислительной системы взаимодействуют между собой, дополняя, и опираясь друг на друга.

Базовые программы обеспечивают взаимодействие с аппаратными средствами. Программа, которая непосредственно управляет конкретным устройством, называется драйвером этого устройства. Например, драйвер клавиатуры входит в состав базового программного обеспечения.

Системные программы осуществляют управление всем комплексом устройств вычислительной системы: обеспечивают взаимодействие всех программных средств друг с другом и непосредственно с аппаратным обеспечением. Взаимодействие пользователей с вычислительной системой также обеспечивается системными программами (средствами пользовательского интерфейса). Примеры: операционные системы (ОС) Unix, Windows, Android, Linux, macOS, iOS, Chrome OS. В здравоохранении наибольшее распространение получила ОС Windows фирмы Microsoft. Поэтому функции операционных систем компьютеров рассмотрим на примере этой ОС в отдельной статье —>. Здесь же только перечислим важнейшие из них: автоматический запуск самой себя, обслуживание файловой системы, работа с приложениями, обеспечение взаимодействия с аппаратным обеспечением при помощи драйверов.

Служебные программы выполняют различные вспомогательные функции, например: контроль и диагностика; сжатие данных; автоматизация работ по проверке, наладке и настройке системы и ряд других. Например, WinRar — программа для сжатия данных (архиватор).

Прикладные программы непосредственно обеспечивают выполнение необходимых пользователям работ: это редактирование текстов, рисование графических изображений, воспроизведение музыки и видео, отправка сообщений и т. п. Пример — сервис Яндекс.Документы — это российский аналог Google Docs, который позволяет создавать и изменять документы онлайн. Работать с файлами можно как на персональных компьютерах, так и на мобильных устройствах, авторизация — общая для всех сервисов Яндекс (почта на www.yandex.ru, Яндекс.Диск и т. д.). На мобильных устройствах лучше работать через приложения Яндекс.

Прикладные программы в своей работе опираются на системные, а те в свою очередь — на базовые, тем самым программное обеспечение, можно сказать, распределяется на несколько взаимодействующих между собой уровней. Каждый следующий уровень опирается на программное обеспечение предшествующих уровней.

Служебные и системные программы — темы для другого сайта!

Прикладные программы

Классификация прикладных программ по назначению

1. Общего назначения
2. Специального назначения

Прикладные программы общего назначения можно разделить на следующие функциональные направления:

1. редактирование данных (текстов, изображений, звука, видео и т. п.)
2. обработка табличных данных
3. обработка массивов информации
4. автоматизация производственно-офисной деятельности
5. информационные системы общего назначения — различные электронные справочники для населения, например: «Дубль-гис», «Референт», «Консультант Плюс»

Существуют также классы прикладных программ, не относящиеся к перечисленным функциональным направлениям, например, браузеры — программы, предназначенные для работы с документами, расположенными на веб-серверах в сети Интернет.

Прикладные программы специального назначения, в отличие от программ общего назначения, предназначены исключительно для решения задач в той или иной отрасли, профессии, специальности. Например: АРМ врача стационара.

Понятие о медицинской информатике

Медицинская информатика — это наука, занимающаяся исследованием процессов получения, передачи, обработки, хранения, распространения, представления информации с использованием вычислительной техники в медицине и здравоохранении.

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

Предметом изучения медицинской информатики являются информационные процессы, сопряженные с медико-биологическими, клиническими и профилактическими проблемами.

Объект изучения медицинской информатики — это информационные технологии, реализуемые в здравоохранении на различных уровнях организации: государственном; территориальном; учрежденческом; индивидуальном.

Основной целью медицинской информатики является оптимизация информационных процессов в медицине и здравоохранении за счет использования вычислительной техники; разработка технологий, обеспечивающих повышение качества охраны здоровья населения.

Медицинская информатика развивалась параллельно с развитием компьютерных технологий. Истоки ее развития уходят в 1950-е годы, когда появились первые компьютеры и возникла необходимость использования их в медицине.

В начале своего развития медицинская информатика была ориентирована на автоматизацию процессов хранения и передачи медицинской информации, таких как электронная медицинская документация. Также были разработаны и апробированы первые медицинские консультативно-диагностические системы (MYCIN). Однако с течением времени, этому способствовало общее развитие вычислительной техники, область медицинской информатики стала развиваться более широко, включая разработку компьютерных программ медицинской визуализации, систем поддержки принятия решений, телемедицинские технологии, биомедицинское моделирование и многое другое.

С развитием компьютерных сетей… (Интернета) и мобильных технологий медицинская информатика стала все более доступной и широко распространенной. Онлайн-платформы для электронного здравоохранения стали популярными, позволяя пациентам получать консультации и наблюдение врачей удаленно, выполнять онлайн-запись на прием или получать электронные рецепты, сокращая время и улучшая доступность медицинской помощи.

В настоящее время медицинская информатика продолжает активно развиваться, включая такие прогрессивные направления, как использование искусственного интеллекта, больших данных и аналитики для прогнозирования и предупреждения заболеваний, разработку персонализированной медицины и создание интегрированных информационных систем для различных сфер здравоохранения. Например: сайт отзывов о врачах в России

Ключевым звеном информатизации здравоохранения является информационная система. Поэтому рассмотрим классификацию медицинских информационных систем (МИС) по назначению. Классификация информационных систем основана на иерархическом принципе и соответствует многоуровневой структуре здравоохранения, как отрасли, включающей базовый уровень, уровень учреждений, территориальный уровень, федеральный уровень. В пределах каждого уровня системы обычно классифицируются по функциональному признаку, т. е. по целям и задачам, решаемых системой.

Важно отметить, что Правительство России стремится к поэтапному полному переводу ведения медицинской документации и регистров в электронный формат. В рамках программы «Цифровая экономика РФ» в стране проводятся работы по переходу на использование электронных медицинских записей и формированию единой медицинской информационной системы — ЕГИСЗ. Целью таких мер является увеличение эффективности и качества медицинского обслуживания пациентов. ПОДРОБНЕЕ…

Классификация информационных систем базового уровня здравоохранения по решаемым задачам

1. Информационно-справочные системы;
2. Консультативно-диагностические системы;
3. Приборно-компьютерные системы;
4. Автоматизированные рабочие места специалистов.

Основная их цель — «компьютерная поддержка» работы врача (семейного врача, участкового врача поликлиники, врача-клинициста, ординатора, гигиениста, лаборанта и врачей других специальностей).

Медицинские информационно-справочные системы

Предназначены для поиска и выдачи медицинской информации по запросу пользователя. Информационные массивы таких систем содержат медицинскую информацию различного характера.

Медицинские консультативно-диагностические системы

Предназначены для диагностики патологических состояний (включая прогноз и выработку рекомендаций по способам лечения) при заболеваниях различного профиля и для разных категорий больных.

Медицинские приборно-компьютерные системы

Предназначены для информационной поддержки и/или автоматизации диагностического и лечебного процессов, осуществляемых при непосредственном контакте с организмом больного. Например, при регистрации физиологических параметров.

Использование компьютера в сочетании с измерительной и управляющей техникой в медицинской практике позволило создать новые эффективные средства для обеспечения автоматизированного сбора информации о состоянии больного, её обработки в реальном масштабе времени и управления его состоянием.

Автоматизированные рабочие места специалистов

Автоматизированное рабочее место специалиста — это вычислительная система, предназначенная для автоматизации всего технологического процесса врача соответствующей специальности и обеспечивающая информационную поддержку при принятии диагностических и тактических (лечебных, организационных и др.) врачебных решений.

Под технологическим процессом здесь понимается: лечебно-профилактическая и отчетно-статистическая деятельность, ведение документации, планирование работы, получение справочной информации разного рода.

АРМ применяют не только на базовом уровне в системе здравоохранения — клиническом, но и для автоматизации рабочих мест на уровне управления лечебно-профилактическим учреждением, регионом, территорией (рис. 5).

Подробно эти системы рассмотрены на других страницах сайта —>

Информатика, вычислительная техника, вычислительная система, информационные технологии — термины, которые исторически применялись в литературе в России, Германии, Франции и других странах Европы, а эквивалентные им термины: компьютерные науки, компьютерная техника, компьютерные системы и компьютерные технологии — в американской и английской литературе. В настоящее время в России используются все вышеперечисленные термины, особенно в публикациях на веб-страницах.

В результате полувекового развития медицинской информатики вычислительная техника стала важным инструментом практического здравоохранения.

Обзор истории компьютеризации здравоохранения —>

Рекомендуемая литература

1. Федеральный закон Российской Федерации «Об информации, информатизации и защите информации» от 20 февраля 1995 г., № 24-ФЗ
2. Брукшир Дж. Гленн, Брилов Деннис Компьютерные науки. Базовый курс М: Вильямс, 2019.
3. Гельман В.Я. Медицинская информатика: практикум. СПб: Питер, 2001.
4. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия. Компьютер и Интернет. М.: ОЛМА Медиа Групп.