Введение в медицинскую информатику

 

Введение в медицинскую информатику

 

 

1. Информационные процессы в человеческой цивилизации

Прогресс в области естественных и гуманитарных наук в ХІХ-ХХ веках привел к четкому пониманию одного важного факта. Суть его сводится к тому, что описание наблюдаемых в природе систем требует не только параметров, характеризующих явление или процесс с точки зрения вещества (материи) и энергии, но и с информационной точки зрения. Чем сложнее системы, т.е. чем из большего числа взаимосвязанных элементов они состоят, тем более необходимым являются информационные характеристики при попытке исчерпывающего описания таких систем. В первую очередь это относится к человеку и человеческим сообществам. Человечество вполне можно представить в виде достаточно простой активно функционирующей кибернетической системы, т.е. структуры, имеющей две четко разграниченные части: блок управления и блок исполнения (или управляемый блок) (рис.1).

Рис.1 Человечество как простейшая кибернетическая система

Функционирование таких систем основано на динамических каналах связи двух блоков друг с другом. По этим каналам связи обе части системы обмениваются информацией. Управляющий блок следит за состоянием и деятельностью исполняющего блока и вносит при необходимости коррективы в эту деятельность. Управляемый блок выполняет инструкции управляющего блока и посылает информацию о ходе выполнения этих инструкций.

Необходимо отметить, что к такому типу систем относятся все известные биологические системы, начиная от микроорганизмов и заканчивая глобальной системой биосферы, а также социальные.

Исходя из рис.1, становится ясно, что необходимо предполагать рост объемов хранимой информации и повышение интенсивности информационных потоков.

Проанализируем еще один аспект данной проблемы. Как известно, биосистемы общаются между собой при помощи сигналов химической и физической природы (хемотаксины микроорганизмов, феромоны муравьев, жесты пчел, животных и пр.). У людей общение обогащается вербальной (т.е. словесной) информацией.

Однако информационный обмен между людьми полностью не исчерпывается лишь речью (механическими колебаниями воздуха). С доисторических эпох люди стремились общаться с помощью рисунков (наскальная живопись), далее была изобретена письменность, появлялись все новые и новые невербальные способы хранения и передачи информации. Рассмотрим историческую динамику скорости информационного обмена вербальными и невербальными путями (рис.2).

Рис.2 Динамика скорости вербального (1) и невербального (2) информационного обмена

Из представленных кривых видно, что с ходом исторических эпох и, соответственно с технологическим совершенствованием вербальные каналы все более отстают по скорости от невербальных. Этот феномен является тенденцией вовлечения технических средств для обеспечения хранения и обмена информацией между людьми.

Развиваясь как самостоятельный феномен Природы, и познавая природу, человечество все более четко осознает: окружающий мир (в том числе и человека, как явление Природы) необходимо описывать не только с точки зрения вещества и энергии, находящихся в постоянном процессе взаимопревращений. Столь же весомым, если не самым главным описательным компонентом Природы, является информация. Окружающий мир описывается законами движения вещества, энергии и информации.

Рассмотренные доводы позволят теперь более обоснованно ответить на те вопросы, которые являются фундаментальными для информатики (и кибернетики, как ее части) вообще и медицинской информатики, в частности:

1.  Почему появились компьютеры?

2.  Почему они столь активно внедрились практически во все сферы деятельности человека?

3.  Закономерно или случайно произошли эти события?

Вооружившись выводами из краткого анализа фактов, рассмотренных выше, необходимо отметить следующее:

Компьютеры и вычислительные сети, в частности их венечное проявление – Internet, являются отражением текущего технологического уровня развития человеческой цивилизации в сфере информационных технологий.

Человечество, испытывая постоянную необходимость усовершенствования технологий невербального хранения и передачи информации, вынуждено использовать вычислительные, в особенности, сетевые технологии, как самое удобное технологическое решение проблемы хранения и передачи информации.

Появление компьютеров и компьютерных сетей – закономерное историческое событие в развитии человеческой цивилизации.

Более совершенные информационные технологии (об их принципах сейчас нечего нельзя сказать с определенностью) при их создании могут и должны прийти на смену электронным технологиям, существующим в нашу эпоху.

 

2. Основы медицинской информатики

Медицинская информатика – наука, изучающая закономерности информационных процессов в медико-биологических системах и способы внедрения информационных технологий в медицинскую практику.

Являясь дисциплиной современной эпохи, как и многие фундаментальные медико-биологические науки, медицинская информатика возникла на стыке целого ряда дисциплин: Философии, Физики, Математики, Теории вероятностей, Биологии и медицины, Кибернетики.

Предметом изучения медицинской информатики являются информационные процессы в медико-биологических системах и информационные медицинские технологии.

Перед медицинской информатикой стоят следующие основные цели:

1.  Изучение закономерностей информационных процессов в медико-биологических системах;

2.  Синтез теоретического фундамента (гипотез, теорий, законов, правил);

3.  Создание новых информационных технологий на основе теоретического фундамента;

4.  Поиск путей внедрения информационных технологий в медицинскую практику.

 

 

3. Структура информации

 

Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т.п.) может содержать разное количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему.

Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно.

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.

3.1 Как передаётся информация?

Информация передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.

Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

3.2 Как измеряется количество информации?

Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа "Война и мир", во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы наука не даёт и, по всей вероятности, даст не скоро.

А возможно ли объективно измерить количество информации? Важнейшим результатом теории информации является вывод:

В определенных, весьма широких условиях можно пренебречь качественными особенностями информации, выразить её количество числом, а также сравнить количество информации, содержащейся в различных группах данных.

В настоящее время получили распространение подходы к определению понятия "количество информации", основанные на том, что информацию, содержащуюся в сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны или, иначе, уменьшения неопределённости наших знаний об объекте.

Так, американский инженер Р. Хартли (1928 г.) процесс получения информации рассматривает как выбор одного сообщения из конечного, наперед заданного, множества из N равновероятных сообщений, а количество информации , содержащееся в выбранном сообщении, определяет как двоичный логарифм . Формула Хартли:

Приведем примеры равновероятных сообщений: