Исторический обзор

Прежде чем начать изучать МИ, следует узнать ее историю. Слово «кибернетика» в Древней Греции означало науку об искусстве управления и относилось к управлению кораблями. В СССР в середине ХХ в. кибернетика считалась лженаукой, родившейся в США. Первые сообщения о возможных использованиях ЭВМ в медицине и здравоохранении появились в СССР в конце 1950-начале 1960 гг.

Становление мед.кибернетики, а в последующем – МИ в России связано с именами Н.М. Амосова, П.К.Анохина, Р. М. Баевского, А.И.Берга, М.Л.Быховского, Д.Д. Бенедиктова, А.А.Вишневского, С.А.Гаспаряна, И.М.Гельфанда, В.Н.Глушкова, Е.В.Гублера, А.Н.Колмогоро­ва, В.А.Лищука, А.А.Ляпунова, А.А.Малиновского, В.В.Лари­на, Г. А. Хая и др.

В 1959 г. был организован Научный совет по кибернетике при Президиуме АН СССР. По инициативе его председателя А. И. Берга в составе Совета была создана биомедицинская секция, которую возглавил В.В.Парин (в составе секции П.К.Анохин, Е.Б.Баб­ский, Г.М.Франк и др.). При деятельном участии этой секции в течение многих лет издавались профильные номера сборника «Про­блемы кибернетики», проводились семинары и конференции по использованию математических моделей.

В 1960 г. в Институте хирургии им. А. В. Вишневского была со­здана лаборатория кибернетики, которую возглавил М.Л.Быховский.

В том же году в Минске была образована научно-исследова­тельская группа АМН СССР по прогнозированию мозговых ин­сультов (руководитель — Н.С.Мисюк). В 1961 г. в Военно-меди­цинской академии (Ленинград) была создана кафедра военно-медицинской статистики и кибернетики (руководитель — Л. Е. По­ляков), правда, через год ее упразднили, а по теме начали чи­тать курс в составе кафедры организации и тактики медицин­ской службы.

В 1962 г. в Институте туберкулеза и грудной хирургии (Киев) был организован семинар «Некоторые проблемы биокибернети­ки и применение электроники в биологии и медицине» (руково­дитель — Н. М.Амосов). В 1964 г. была создана лаборатория биоло­гической и медицинской кибернетики в Северо-западном поли­техническом институте (Ленинград) на территории Хирургиче­ской клиники П.А.Куприянова (руководитель — В.М.Ахутин), в том же году — лаборатория медицинской кибернетики в Мос­ковском научно-исследовательском онкологическом институте им. П.А.Герцена (руководитель — П.Е.Кунин). И это далеко не полный перечень подразделений «первой волны», занимавшихся проблемами, которые в настоящее время изучают специалисты в области медицинской кибернетики и информатики.

Среди направлений, ставших приоритетными с момента нача­ла использования ЭВМ в медицине, особое внимание уделялось помощи врачу при постановке сложных диагнозов и выборе ле­чебной тактики, контролю за автоматизированным управлением жизнедеятельностью организма в случаях, требующих особой бы­строты и точности реакций.

За 1965—1974 гг. в Советском Союзе были сформулированы основные концептуальные положения, которые легли в основу процесса внедрения информационных технологий (информатиза­ции) в здравоохранение, реализованы первые проекты для всех уровней управления отраслью. В этот период были заложены осно­вы инфраструктуры информатизации НИИ и Министерств здра­воохранения СССР и союзных республик.

В 1973 г. на медико-биологическом факультете 2-го Московско­го медицинского института (в настоящее время — Российский государственный медицинский университет) была создана пер­вая в медицинских вузах Европы кафедра медицинской и биоло­гической кибернетики (в настоящее время — кафедра медицин­ской кибернетики и информатики). Вслед за ней в России было организовано еще несколько кафедр и курсов для подготовки и переподготовки врачей-специалистов в области медицинской ин­форматики.

Следует отметить, что отношение руководителей здравоохра­нения к проблемам информатизации отрасли было в большин­стве случаев отрицательным. Внедрению разрабатываемых систем не способствовала дороговизна ЭВМ, для размещения которых были необходимы огромные помещения и работу которых обслу­живал большой штат специалистов.

Период с 1975 по 1985 г. можно охарактеризовать как время создания государственной системы организации и координации работ по внедрению методов информатики и средств вычисли­тельной техники в практическую медицину, создания в регионах территориальных медицинских информационно-вычислительных центров (в настоящее время — медицинские информационно-ана­литические центры), подчиненных органам управления региональ­ным здравоохранением. Это привело к изменению мотивации руководителей управления здравоохранением, создало благопри­ятные условия как для разработки новых проектов, так и для их внедрения.

В 1975—1984 гг. Научным советом по медицинской кибернети­ке при Минздраве РСФСР (руководитель — С. А. Гаспарян) в на­учно-проектные исследования были вовлечены крупные центры большинства регионов России, среди которых Владивосток, Горь­кий, Ижевск, Кемерово, Новокузнецк, Ростов-на-Дону, Сара­тов, Ярославль и др.

До середины 1970-х гг. активно внедрялись отечественные боль­шие вычислительные машины серии ЕС, малые ЭВМ типа СМ, компьютеры «Искра». К сожалению, в конце 1970-х гг. от перспек­тивных отечественных разработок в области вычислительной тех­ники, в частности линии БЭСМ, отказались и перешли к копи­рованию образцов зарубежных ЭВМ. Началось массовое обучение руководителей, преподавателей, врачей основам медицинской кибернетики и информатики. Круг лиц, участвующих в разработ­ке медицинских информационных систем (ИС), значительно рас­ширился.

С 1985 г. начался период существенных изменений в социаль­ной и общественной жизни России. Эти изменения не могли не затронуть медицинскую кибернетику и информатику.

Реформирование здравоохранения и переход на систему бюджетно-страховой медицины, внедрение обязательного и добро­вольного медицинского страхования резко повысили мотивацию руководителей к информатизации лечебно-профилактических уч­реждений (ЛПУ) для обеспечения взаиморасчетов со страховыми компаниями.

Произошли реальные сдвиги в отношении к обучению студен­тов основам информатики и медицинской информатике. Увели­чилось количество кафедр медицинской информатики.

В этот период в здравоохранении начали использовать высоко­производительные персональные компьютеры (ПК) и сформи­ровался свободный рынок их приобретения (до этого получение вычислительной техники существенно лимитировалось). Это поз­волило перейти к решению задачи создания и внедрения медико-технологических систем различного назначения, но привело к отказу от ранее созданных программных продуктов, не совмести­мых с новыми ПК.

Тенденции к экономической и политической самостоятельно­сти регионов России после распада СССР привели к ослаблению централизованных методов управления, в том числе в здраво­охранении и тем более в информатизации отрасли.

С 1995 г. централизованное финансирование программы ин­форматизации здравоохранения России прекратилось. Однако на всех уровнях управления уже понимали необходимость инфор­матизации отрасли. Основными источниками финансирования стали средства ЛПУ, территориальных фондов обязательного медицинского страхования (ОМС), коммерческих организаций, ведомств.

Отсутствие координации действий привело к безудержному развитию одних направлений информатизации здравоохранения и отставанию других. Разработкой и внедрением медицинских информационных систем наряду с НИИ и медицинскими инфор­мационно-вычислительными центрами (ИВЦ) стали заниматься многочисленные коммерческие структуры. Тем не менее, рубеж веков ознаменовался интенсификацией процессов информатиза­ции специализированных служб, созданием первых реально акту­ализируемых персонифицированных регистров регионального и федерального уровней.

Дальнейшее совершенствование ПК способствовало разработ­ке медико-технологических систем, нацеленных на поддержку деятельности врача, в том числе экспертных систем (ЭС), авто­матизированных рабочих мест (АРМ). Развитие БД, сетевых тех­нологий ускорило создание и внедрение ИС.

В настоящее время ЛПУ переходят к осуществлению своей де­ятельности в условиях комплексной информатизации; локальные информационные сети объединяются в региональные и федераль­ные. Быстро развивается телемедицина, расширяется спектр об­ластей, в которых она применяется. Однако в информатизации здравоохранения России по-прежнему остается чрезвычайно много проблем.

Основные понятия медицинской информатики

Определение кибернетики как науки, получившее наибольшее распространение в России, принадлежит А. И. Бергу.

Медицинская кибернетика — это наука об управлении в слож­ных динамических медицинских системах. Систему в свою очередь можно охарактеризовать как совокупность взаимозависимых и вза­имообусловленных элементов, обладающую свойствами, не при­сущими каждому элементу в отдельности.

Методология познания и практики, в основе которой лежит исследование объектов как систем, носит название «системный подход». Этот подход способствует адекватной постановке про­блем и выработке эффективной стратегии их изучения. Специфи­ка системного подхода состоит в том, что он ориентирует иссле­дование на раскрытие целостности объекта, выявление типов свя­зей внутри него и сведение их в единое целое.

Элементы, не входящие в систему, называются окружением этой системы.

Выбор системы — выделение некой совокупности элементов материального мира, связанной с интересами исследования, — зависит от произвольного акта мыслительной деятельности. Одно­временно происходит определение элементов системы (в каче­стве системы можно рассматривать клетку, а можно — физиоло­гическую систему организма, например сердечно-сосудистую си­стему и т.д.). Весь материальный мир можно описать взаимодей­ствиями между объектами природы, которые объединяют в некие совокупности и называют системами.

Совокупность структуры и функций системы называют орга­низацией системы. Структура — это пространственное отношение элементов между собой, а функции — энергетические связи меж­ду элементами, в результате которых получается та выходная функ­ция, которой обладает система.

После того как исследователь выбрал систему, он должен оп­ределить параметры, которые измеряются при оценке ее состоя­ния. Многое зависит от цели исследования объекта. Например, кардиолог, исследуя пациента, использует данные ЭКГ, значе­ния давления (артериального, венозного), потоков — ударного и сердечного индексов, сопротивления — большого и малого кру­гов кровообращения; пульмонолог — значения дыхательного и минутного объемов, неравномерности вентиляционно-перфузионных отношений и т.д.

Таким образом, состояние моделируемой системы зависит от состояния ее параметров, которые в свою очередь определяются выбором исследователя. Состояние системы на данный момент времени определяется количественными значениями набора су­щественных переменных.

Значения переменных могут меняться во времени. Изменение количественного значения хотя бы одной переменной называется событием. Действие — это событие, которое генерирует сама си­стема. Поведение системы — это цепь действий, направленных на изменение состояния системы.

Понятие «информация» (от лат. informatio — разъяснение, из­ложение) определяют с двух разных точек зрения: философской и прикладной.

Н. Винер определил понятие информации с помощью отрица­ния, считая, что это и не материя, и не энергия. В.Н.Глушков первым высказал мнение, что информация присуща всей мате­рии (вся материя обладает информацией). Общепризнано, что материя обладает массой (всякая частица, включая фотон) и энер­гией (энергия — мера движения материи).

По современным философским представлениям информация — это мера распределенности массы и энергии в пространстве и вре­мени. Она объективна и не зависит от сознания. Это один из обя­зательных атрибутов материи.

В прикладном значении понятие «информация» упоминается чаще.

Данные — это полученные в результате наблюдения (исследо­вания) числа или обнаруженные явления, обозначаемые симво­лами или словами, которые фиксируются, передаются с помо­щью средств связи, могут обрабатываться с использованием вы­числительной техники.

Данные, накапливаемые индивидуумом как результат опыта и зафиксированные в той или иной форме, представляют собой знания.

Информация — это первичные и(или) переработанные дан­ные. В толковом словаре С.И.Ожегова и Н.Ю.Шведовой (1999) дается следующее определение: «Информация — это: 1) сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах; 2) сооб­щения, осведомляющие о положении дел, о состоянии чего-либо». Определений понятия «информация» множество.

Важнейшими свойствами информации являются объективность, полнота и доступность.

Информацию подразделяют по форме представления (тексто­вая, числовая, графическая, звуковая), способам восприятия (ви­зуальная, тактильная, обонятельная, вкусовая) и т.д.

Информационный процесс — это перенос и восприятие дан­ных от исследуемого (передающего) объекта к воспринимающе­му. Элементами информационного процесса являются: источник энергии, канал связи (среда, по которой передается сигнал), ис­следуемая система, воспринимающая система, кодовая система. Информационные процессы имеют место во всех профилях кли­нической медицины и здравоохранения. Более того, от их реали­зации напрямую зависит качество оказываемой медицинской по­мощи и эффективность управления отраслью.

Медицинская информация в широком смысле этого словосо­четания — это любая информация, относящаяся к медицине, а в узком (персонифицированном) смысле — информация, относя­щаяся к состоянию здоровья конкретного человека.

Г. И. Назаренко с соавт. (2005) разделили виды медицинской информации на четыре группы:

1) алфавитно-цифровая — большая часть содержательной ме­дицинской информации (все печатные и рукописные докумен­ты);

2) визуальная (статическая и динамическая) — статическая — изображения (рентгенограммы и др.), динамическая — динами­ческие изображения (реакция зрачка на свет, мимика пациентаи др.);

3) звуковая — речь пациента, флоуметрические сигналы, зву­ки при допплеровском исследовании и т.д.;

4) комбинированная — любые комбинации описанных групп.

Необходимо отметить, что врач почти всегда имеет дело имен­но с комбинированными видами информации о пациенте.

Медицинская информация должна постоянно обновляться и нуждается в интерпретирующей среде.

Медицинская персонифицированная информация должна быть конфиденциальной. Наиболее высокий уровень, на котором та­кая информация может быть доступна (только тем, кому она необходима при непосредственном взаимодействии с пациен­том), — это уровень ЛПУ (поликлиники (консультации), стацио­нара, диспансера, специализированного центра). При движении информационных потоков «наверх» — на муниципальный, тер­риториальный и федеральный уровни — должны быть обеспече­ны деперсонализация и последующее интегрирование информа­ции с ее преобразованием в формы статистических параметров, обеспечивающих возможность судить о результатах деятельности врача, отделения, ЛПУ, муниципального образования, как в медицинском, так и в экономическом аспектах. Самая высокая степень интеграции информации — на федеральном уровне. Не­обходима и возможность обратной связи — запроса и получения соответствующей регламентированной информации с предыду­щего уровня.

Информация почти всегда является ответом на вопрос. Наи­более простые вопросы те, на которые можно дать только два равновероятных ответа («да», «нет»). В кибернетике и информа­тике за единицу информации принято считать такое количество информации, при котором из двух равновероятных возможно­стей можно выбрать одну. Такая единица информации называет­ся бит.

Количество информации, которое необходимо для получения ответа при выборе из нескольких возможностей, равно логариф­му по основанию 2 от числа возможностей. Один бит информации равен Log2 = 1. Используются и более крупные единицы инфор­мации: 1 байт = 8 бит, 1 килобайт = 1 024 байт, 1 мегабайт = 1 024 килобайта и т.д.

В кибернетике принято кодировать информацию с помощью двоичной системы счисления. Двоичный принцип кодирования удобен тем, что позволяет на основе простых технических эле­ментов воспроизводить как количественные, так и логические зависимости.

В двоичной системе счисления за основание принято число 2, т.е. используется всего два знака: 0 и 1 («нет» и «да»), с помощью которых можно представить любую информацию.

Информация в любых системах передается по каналам связи. Они должны обеспечивать воспроизведение сигнала, так как ис­кажение его структуры приводит к искажению информации. Обыч­но искажение сигнала в канале связи происходит под влиянием различных помех, которые называют шумом. Причины появления шума могут быть разными.

Например, при разговоре каналом связи является воздух. Любой сту­дент знает, что в тихой аудитории можно без напряжения слышать и понимать негромкую речь лектора. Если же кроме лектора в аудитории разговаривают и студенты, создавая шум, то речь лектора смешивается с шумом и воспринимать материал становится сложнее или вообще не­возможно.

На «чисто» записанной ЭКГ легко можно выделить и обсчитать все зубцы и интервалы. На ЭКГ при среднем уровне шума (например, при сетевой помехе) анализ зубцов Р и Т невозможен. При высоком уровне шума анализ ЭКГ невозможен вообще.