Software & Systems

В настоящее  время  вычислительная  техника  широко внедряется в медицинские лечебные и  научно - исследовательские учреждения. При этом большое внимание уделяется проблемам создания и эксплуатации баз данных для хранения и обработки  различных  информационных массивов. Такой переход к оперативным методам  работы  с  информационными массивами с использованием современных ЭВМ может в корне изменить стиль работы специалиста, дать в его руки мощный инструмент анализа большого объема разнообразнейших наблюдений, позволит  существенно  поднять  уровень диагностики и терапии, а также навести порядок в ведении медицинской документации.

Перед здравоохранением стоит задача проведения всеобщей диспансеризации населения. Решить ее можно только на основе широкого использования информационной технологии на самой современной основе. Поэтому следует определить подход к созданию информационных медицинских систем. По-видимому, не будет других мнений относительно того, что основная масса задач должна решаться на мини- и микро-ЭВМ, так как использование ЭВМ более высокого класса экономически нецелесообразно. Но при этом возникают серьезные проблемы, связанные с относительно невысоким быстродействием и ограничениями на объем оперативной памяти и внешних запоминающих устройств. Тем самым повышаются требования к системам управления базами данных (СУБД). Они должны обеспечить компактное хранение информации на внешних  запоминающих  устройствах,  не предъявлять высоких требований к размеру оперативной памяти и, если принять во внимание то, что работа, как правило, будет производиться в интерактивном режиме, обеспечить малое время отклика.

Следует отметить, что состав медицинской информации имеет определенную специфику. Его характеризуют не сложные структурные взаимосвязи, а чрезвычайно большой объем разнородных данных, относящихся к одному объекту, обилие нечисловой информации и трудность жесткого структурирования этой информации. Особенностью является и то, что большинство показателей может принимать одновременно несколько значений или не принимать ни одного. Отсюда следует, что СУБД должна обеспечивать возможность ведения повторяющихся групп. Кроме того, медицинские информационные системы должны иметь высокую мобильность с тем, чтобы своевременно отражать изменение представлений об объекте.

Особые требования медицинские информационные системы предъявляют к интерфейсу пользователя. Пользователем системы является врач, то есть человек, не имеющий никакой подготовки в области вычислительной техники и традиционно с недоверием относящийся ко всякому вмешательству в ход лечебно-диагностического процесса. Любые сколько-нибудь значительные трудности, связанные с работой на основе информационной технологии, могут оттолкнуть его от работы с подобными системами. Кроме того, условия эксплуатации медицинских информационных систем существенно отличаются от условий эксплуатации подобных систем в промышленных приложениях. В медицинских учреждениях разработка и эксплуатация всевозможных программных комплексов возложена, как правило, на небольшой коллектив специалистов, поэтому система должна иметь повышенную надежность и быть простой в эксплуатации. Все вышесказанное делает задачу создания медицинских информационных систем непростой.

Предлагается версия информационно-справочной системы под названием «Архив», построенной на базе СУБД «Квант». Выбор этой системы в качестве базовой был обусловлен следующими причинами. Во-первых, СУБД «Квант» поддерживает работу с повторяющимися группами, что так необходимо для адекватного представления информации. Именно широкое использование повторяющихся групп позволило реализовать нежесткую структуру представления ин-, формации. Для возможности коррекции повторяющихся групп средствами СУБД «Квант» необходимо, чтобы в текущей подсхеме присутствовала только одна повторяющаяся группа. Поскольку в создаваемой информационной системе повторяющихся групп много, пришлось бы описывать чрезвычайно большое количество подсхем, а это является достаточно трудоемким занятием и, кроме того, существенно увеличивает требуемый объем системного словаря. Поэтому в системе «Архив» предусмотрены свои средства коррекции повторяющихся групп. Почти все показатели, входящие в повторяющиеся группы, являются ключевыми, что обеспечивает возможность отбора информации по самому широкому спектру запросов. Кроме того, к большим достоинствам СУБД «Квант» следует отнести компактную форму хранения информации (за счет сжатия данных) и высокую скорость поиска информации на основе инвертированных списков. Текстовая информация, описывающая состояние пациента, должна быть представлена на магнитном диске в виде кодов, а не текста, поскольку в СУБД «Квант» отсутствуют средства поддержки связи между файлами; это также необходимо для экономии дискового пространства и контроля информации на входе. Однако конечный пользователь — врач — может работать только с текстовой информацией в естественной форме. При этом информация должна декодироваться при выводе не более чем за 2—3 секунды ко всем кодируемым показателям в совокупности. В этой ситуации необходимо создание независимого словаря понятий, которыми оперирует данная предметная область. Этот словарь представляет собой частично упорядоченную линейную последовательность понятий, к каждому из которых может осуществляться прямой доступ по его коду, являющемуся одновременно и адресом этого понятия в словаре понятий. Отсюда следует, что файл понятий является файлом прямого доступа. Каждый кодируемый показатель, характеризующий состояние пациента, проецируется на непрерывный отрезок словаря понятий. В этом отрезке словаря присутствуют все значения, которые может принять данный показатель. При изменении названия какого-либо понятия (что происходит в медицине достаточно часто) нужно только изменить его значение в словаре понятий. Это никак не отражается на уже накопленных данных. Легко расширить диапазон возможных значений показателя, изменив при этом лишь ссылку данного показателя на словарь понятий (рис. 1).

Схема связи описания БД со словарем понятий

Следует отметить, что отображение показателей на словарь понятий не является взаимооднозначным, и на один и тот же отрезок словаря понятий могут проецироваться различные показатели одного или различных информационных массивов.

При выводе информации происходит декодирование всех понятий путем обращения к словарю понятий. Так как в файле данных каждое кодируемое понятие помечено специальным символом, нет необходимости использовать при декодировании какую-либо управляющую информацию. Обращение к словарю понятий осуществляется путем прямого обращения по адресу, совпадающему с кодом показателя. За счет этого достигается максимально возможная скорость декодирования, при этом обеспечивается полная независимость данных от информационной структуры. Словарь понятий создается и ведется администратором СУБД «Квант».

Помимо словаря понятий, для придания системе нужной степени гибкости над информационными массивами надстроен метасловарь, содержащий полное описание структуры базы данных с включением в него полных названий показателей и описанием их связи со словарем понятий. Каждая позиция метасловаря включает в себя полное название показателя, его длину, указание на то, является он ключевым или нет, кодируется ли он, и если кодируется, то связь его со словарем понятий. Этот метасловарь также организован как файл прямого доступа вне СУБД «Квант». Специальные средства администратора базы данных позволяют создавать и корректировать метасловарь. Работа происходит в режиме диалога на русском языке (рис. 2).

СИСТЕМА «АРХИВ» ГОТОВА К РАБОТЕ ЧТО БУДЕТЕ ДЕЛАТЬ?

1 — КОРРЕКТИРОВАТЬ ИЛИ ДОПОЛНЯТЬ СЛОВАРЬ

2— РАСПЕЧАТАТЬ ТАБЛИЦУ КОДОВ

3 — ПОЛУЧИТЬ ИНФОРМАЦИЮ О СОСТАВЕ АРХИВА

4 — СОЗДАТЬ ОПИСАНИЕ НОВОГО РАЗДЕЛА АРХИВА

5 — ГЕНЕРИРОВАТЬ ОПИСАНИЕ СХЕМЫ И ПОДСХЕМЫ

6 — ЗАКОНЧИТЬ РАБОТУ

Рис. 2. Меню программы администратора базы данных

Метасловарь является ценным средством, используемым на всех этапах работы системы и позволяющим полностью автоматизировать процесс разработки БД и последующей работы с ней. Во-первых, на использовании метасловаря построена работа программы интерактивного контролируемого ввода. Каждый вводимый показатель проверяется на его соответствие описанию в метасло-варе, при обнаружении ошибки ее характер анализируется и выводится сообщение об этом событии, а затем повторно запрашивается значение показателя. При вводе в любой момент можно воспользоваться справочной информацией о составе базы данных, которая также создается на основе словаря. Во-вторых, наличие метасловаря позволяет создать интерфейс конечного пользователя более высокого уровня. И, наконец, наличие независимого словаря понятий и метасловаря придает системе большую гибкость, позволяя оперативно (в течение 10—15 минут) перестраивать как структуру самого информационного массива, так и изменять и пополнять состав словаря понятий и ссылки на него. Связь метасловаря с СУБД «Квант» осуществляется путем автоматической генерации схемы БД и подсхемы ввода на основе описаний метасловаря.

Большое значение имеет создание интерфейсов привилегированного и конечного пользователей. Привилегированный пользователь должен иметь в своем распоряжении удобные средства верификации и коррекции базы данных. Созданная подсистема привилегированного пользователя позволяет вести верификацию и коррекцию базы данных в режиме меню (рис. 3).

1 — ПОЛУЧИТЬ СПИСОК КОМАНД

2 — НАЙТИ ЗАПИСЬ ПО НОМЕРУ ИСТОРИИ БОЛЕЗНИ

3 — ОСУЩЕСТВИТЬ ПОИСК ПО ЗАПРОСУ

4 — ПОЛУЧИТЬ СЛЕДУЮЩУЮ ЗАПИСЬ

5 — ВЫВЕСТИ ЗАПИСЬ НА ЭКРАН

6 — ИЗМЕНИТЬ ОДНО НЕКОДИРУЕМОЕ ПОЛЕ ЗАПИСИ

7 — ИЗМЕНИТЬ РЯД ПОЛЕЙ ЗАПИСИ

8 — ДОБАВИТЬ ЗАПИСЬ

9 — УДАЛИТЬ ТЕКУЩУЮ ЗАПИСЬ

10    — СОСЧИТАТЬ КОЛИЧЕСТВО ЗАПИСЕЙ

11    — ПОСТРОИТЬ ГИСТОГРАММУ

12    — ВЫГРУЗИТЬ ЗАПИСИ ИЗ БД НА ДИСК

13    — ЗАКОНЧИТЬ РАБОТУ С ДАННЫМ РАЗДЕЛОМ

Рис. 3. Меню работы программы привилегированного пользователя

Привилегированный пользователь может производить поиск информации и построение верифицирующих гистограмм. Он может также добавлять новую информацию, исключать записи, корректировать отдельные поля записи или всю запись в целом. Для коррекции значений повторяющихся групп без создания при этом большого количества описаний подсхем, как того требует СУБД «Квант» в системе «Архив», реализован режим коррекции произвольных полей путем замены записи в целом. Все добавления и коррекции производятся в интерактивном режиме аналогично вводу данных с соответствующими проверками и получением вспомогательной информации. Программа привилегированного пользователя функционирует с использованием call-интерфейса СУБД «Квант». Работа подсистемы конечного пользователя организована в виде последовательности меню (рис. 4).

1 — ПОЛУЧИТЬ СПИСОК КОМАНД

2 — ПРОСМОТРЕТЬ ФОРМУЛЯР

3 — ОСУЩЕСТВИТЬ ПОИСК

4 — НАПЕЧАТАТЬ ПОЛУЧЕННУЮ ЗАПИСЬ

5 — ПОЛУЧИТЬ СЛЕДУЮЩУЮ ЗАПИСЬ

6 — СОСЧИТАТЬ КОЛИЧЕСТВО ЗАПИСЕЙ 7— ПОСТРОИТЬ ГИСТОГРАММУ

ПО КЛЮЧЕВОМУ ПОКАЗАТЕЛЮ

8 — ИЗМЕНИТЬ ФОРМУ ВЫДАЧИ

9 — ПОДСЧИТАТЬ СУММУ И СРЕДНЕЕ

ПО ПОКАЗАТЕЛЮ 10— ПОСТРОИТЬ УСЛОВНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

ПО КОДИРУЕМОМУ ПОКАЗАТЕЛЮ 11 — ЗАКОНЧИТЬ РАБОТУ С ДАННЫМ РАЗДЕЛОМ

Рис. 4. Меню программы конечного пользователя

Программа последовательно запрашивает пользователя о тех действиях, которые он намерен предпринять. Конечному пользователю предоставлены следующие возможности:

• В любой момент можно получить на экране или печати вспомогательную информацию о составе того раздела архива, с которым пользователь в данный момент работает. Информация может выводиться как в краткой, так и в полной форме с перечислением всех элементов словаря понятий, на которые ссылаются показатели данного раздела.

•      Пользователю предоставляется возможность отобрать интересующую его группу объектов по запросу, в состав которого может входить до 32 ключевых показателей, диапазоны их возможных значений и связывающие их знаки логических операций. Результат поиска может выводиться на экран (по одному найденному объекту) или на печать (вся группа найденных объектов). Форма запроса упрощена по сравнению с формой запроса СУБД «Квант». Форматом вывода информации может управлять конечный пользователь. По умолчанию информация выводится в предусмотренном при генерации раздела полном формате (т. е. выводятся все показатели, относящиеся к данному объекту). Но пользователь может сократить этот набор показателей, указав лишь необходимые ему показатели в том порядке, в котором это удобно. После этого вся информация будет выводиться в новом формате до тех пор, пока он не будет изменен или не произойдет возврата к полному формату вывода. Как уже было сказано, вся информация выводится в декодированном виде. Время поиска и декодирования записей составляет несколько секунд. Эта величина практически не зависит от реального объема базы данных и от сложности запроса.

•      Любую выданную на экран информацию об объекте можно вывести на печать. При выводе информации на экран пользователь может последовательно просматривать запись за записью и прерывать этот процесс в любой момент времени.

•      Пользователь может просто сосчитать число записей, удовлетворяющих определенному запросу, и построить гистограмму по любому ключевому показателю.

•      Поскольку система «Архив» предназначена не только для поиска, но и для анализа фактической информации, интерфейс конечного пользователя позволяет получать сумму и среднее значение по любому числовому показателю при любой выборке. Кроме того, возможно построение условных распределений по любому кодируемому показателю при произвольной выборке. Тем самым пользователь может производить достаточно глубокий анализ фактических данных с целью вскрытия причинно-следственных связей.

Таким образом, в системе «Архив» реализован один из возможных подходов к разработке информационной системы медицинского приложения. На всех этапах исключен процесс программирования, поскольку автоматизированы проектирование базы данных и ее реорганизация, а также создан гибкий интерфейс пользователя. Это позволяет свести к минимуму время разработки нового раздела базы данных и реорганизации существующих разделов. Обеспечен автоматический контроль информации на входе в систему.

Система «Архив» эксплуатируется уже свыше трех лет и хорошо себя зарекомендовала, так как проста в эксплуатации и фактически не требует от пользователя никакой специальной подготовки.