Понятия, архитектура и содержание дисциплины «медицинская информатика»

Биомедицинская информатика (БМИ) — активно развивающаяся междисциплинарная наука, многие понятия и теоретическая база которой сформировались в последние годы и продолжают эволюционировать. Ее выделение в отдельную научную дисциплину ускорилось в связи с развитием компьютерных технологий, возможностью хранения, передачи и обмена больших объемов данных. Данные об организме человека стали приумножаться с огромной скоростью и за счет углубления, которое дошло до генома, и за счет появления новых источников (ЭМК, носимых диагностических устройств, медицинских приборов, лабораторий, финансовых счетов и др.). Как следствие, потребовались новые технологические решения, чтобы их хранить, обрабатывать, представлять и анализировать.

Без медицинской информатики не может развиваться ни одна научная дисциплина. Однако еще задолго до появления компьютеров ученые-медики собирали, обобщали и анализировали данные о пациентах, получали новые знания о лечении и делились ими с другими врачами в книгах. Также и организаторы здравоохранения, обобщая и анализируя обезличенные данные о множестве пациентов, принимали и принимают решения, как лучше управлять отраслью.

Медицинская информатика меняет свои названия. В 1980-е годы на смену первому названию этой науки «медицинская информатика» пришел термин «информатика здоровья» (health informatics), подразумевая, что она должна охватывать также вопросы профилактики заболеваний и системы здравоохранения в целом. Затем, с начала 2000-х ученые, работающие в этой сфере, согласились с тем, что наиболее полно содержание науки отражает название «биомедицинская информатика». Во многом это связано с прогрессом в изучении биологических наук, в том числе новых знаний о геноме человека, которые получили прикладное значение в клинической практике, а также с тем, что биологические науки уже не могли справляться с изучаемым объемом информации без методов информатики и компьютерных технологий. Далее мы будем использовать оба термина «медицинская информатика» и «биомедицинская информатика» как синонимы (соответственно МИ и БМИ).

БМИ является отраслевым направлением информационной науки (или информатики), хотя и вобрала в себя теоретическую базу и методы других наук. Информатика (информационная наука) — это наука об общих свойствах и структуре данных и информации, закономерностях ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования в научных и практических целях [1]. Часть методов информатики корнями происходит из библиотечного дела, в задачи которого входило накопление информации, ее катологизация, поиск и представление.

Наиболее полное определение БМИ дано в 5-м всемирно признанном издании руководства по «Биомедицинской информатике» (Biomedical Informatics: Computer Applications in Health Care and Biomedicine, 2021) под редакцией Э. Шортлиффа, профессора медицинской информатики Колумбийского университета (США) [2]. Биомедицинская информатика — это междисциплинарная наука, которая с целью улучшения здоровья человека изучает и реализует эффективное использование биомедицинских данных, информации и знаний для научных целей, решения клинических и управленческих задач. Это научное направление развивает теорию, методы и процессы получения, хранения, систематизации, поиска, управления и распространения биомедицинских данных, информации и знаний.

Спектр приложений биомедицинской информатики простирается от изучения информации о молекулах до человеческого организма, от биологических до социальных систем. Принято разделять четыре взаимосвязанных прикладных раздела БМИ, которые изучают данные и информацию применительно к:

  1. молекулам и клеточным процессам — биоинформатика;
  2. к тканям и органам — визуальная информатика (структурная информатика);
  3. к данным о пациенте — клиническая информатика;
  4. к системе здравоохранения и общественному здоровью — информатика здравоохранения. На рис. 0.1 показано, как биомедицинская информатика связана с другими науками, что также отражает эволюцию ее названия. Она последовательно объединила возможность использовать свою теорию и методы в медико-биологических науках: клинической медицине, здравоохранении, общественном здоровье, биологии и, наконец, трансляционных исследованиях. Под трансляционными исследованиями сегодня понимают изучение путей передачи результатов фундаментальных наук в клинические, а затем — в практику.

Рис. 0.1. сферы приложения биоинформатики и связь с другими науками

На рис. 0.1 также видно, что биоинформатика тесно связана с другим блоком наук, главная из которых — компьютерные науки. Можно было бы предположить, что биомедицинская информатика — это часть компьютерных наук, но на самом деле данные в медицине и биологии имеют много отличий от данных, которыми оперируют другие отрасли. Они многочисленны и многообразны — разнятся от цифровых до описательных, снимаются с огромного числа приборов, носят текстовый и визуальный характер, а также сегодня начали еще содержать данные о геноме человека. Более того, спектр задач, которые стоят перед специалистами в медицине, так широк, что их решение требует новых специальных технологических подходов.

Рис. 0.2. содержание и структура дисциплины «Биомедицинская информатика»

Содержание и архитектура дисциплины БМИ упрощенно представлены на рис. 0.2 (подробно в Приложении). Для изучения этой науки необходимы теоретические представления в сфере компьютерных технологий, программирования, когнитивных наук, понимания принципов структурирования информации и ее классификации, методологии проведения биомедицинских исследований. Сегодня можно насчитать более 15 прикладных решений БМИ, которые используются в медицине и биологии. Главное из них, которое является основой сбора информации о пациенте и его болезнях, — это ЭМК, она рассмотрена в главах 45, 46, 67. Ряд других приложений также хорошо известны и активно внедряются в практику, это: телемедицина, цифровые медицинские базы знаний и образовательные системы, системы поддержки принятия клинических решений (СППКР), дистанционный мониторинг пациентов, визуализационная диагностика. Другая часть прикладных решений БМИ находится в стадии научных разработок и апробации.

Самый главный элемент в работе врача — это правильное принятие решения в лечении пациента. Ради этого и должны собираться данные, которые затем превращаются в информацию и знания, рис. 0.3. Под единицей данных понимают значение показателя какого-либо объекта (наблюдение). Информация — это данные, представленные в осмысленном виде, пригодном для анализа, например в табличной или графической форме, причем чем больше данных собрано, тем точнее будет информация. Знания (или высший уровень информации) получают путем формального или неформального анализа информации. Знания, кроме результатов формального анализа, могут содержать идеи, предположения, модели. Если данные собраны или обобщены неверно, то соответственно будут получены ошибочные выводы. Именно поэтому правильный первичный сбор и обработка данных имеют большое значение. Далее на основе знаний принимаются решения.

Рис. 0.3. последовательность получения знаний и принятия решений

В медицинской практике также очень важно, чтобы между этапом принятия решений и знаниями стоял этап, именуемый клиническим опытом. Многие специалисты называют это мудростью [3]. Связано это с индивидуальными особенностями течения заболевания у пациента и его предпочтениями, которые заранее трудно предсказать и описать даже в самых подробных и точных клинических рекомендациях.

Новые знания должны быть доступны врачам как можно скорее, в удобной форме, которая позволяет быстро найти необходимую информацию. Более того, те, кто занимается обеспечением врачей новыми знаниями, должны отобрать только самые проверенные, доказанные из них. Для всего этого необходимы определенные методы и инструменты, которые рассматриваются далее в отдельных главах. Структура и содержание новых знаний для врачей и студентов медицинских вузов рассмотрены в главе 0.2, особенности создания и характеристика цифровых источников знаний ― в главе 0.3, СППКР ―в главе 0.4, новые нормативные документы в сфере цифровой трансформации здравоохранения РФ ― в главе 0.5, проблемы в сфере данных и анализа информации для принятия решений в здравоохранении РФ ― в главе 0.6, необходимые условия цифровой трансформации здравоохранения РФ — в главе 0.7, видение будущего: «обучающееся здравоохранение» — в главе 0.8. В завершение даны выводы и рекомендации для здравоохранения РФ на пути его цифровой трансформации.

Автор: Г.Э. Улумбекова