ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И КИБЕРНЕТИКИ В МЕДИЦИНЕ

Основные элементы технического обеспечения ЭВМ схематически представлены на рис. 1. Комплекс состоит из центрального процессора с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) и набора периферийных устройств — внешних запоминающих устройств (ВЗУ), а также устройств ввода и вывода данных (УВВ) и терминалов (Т), обеспечивающих возможность использования ЭВМ на рабочих местах.

Главной частью ЭВМ является процессор, к-рый, наряду с выполнением операций над числами или другими символами, управляет работой периферийных устройств. Если ЭВМ должна обрабатывать информацию, представленную в каком-нибудь другом виде (напр., графики, рентгенограммы), то для обработки в процессоре они преобразуются специальными устройствами в цифровую форму.

Информация может вводиться в ЭВМ различными способами. Алфавитно-цифровой материал вводится чаще всего посредством специальной клавиатуры, схожей с клавиатурой пишущих машинок. Клавиатура состоит из клавиш для ввода букв, цифр и нек-рых универсальных команд. Вводимая информация контролируется на экране дисплея (в качестве к-рого может использоваться обычный телевизионный экран), что позволяет перед вводом текста в ЭВМ удалять, исправлять или заменять отдельные буквы, цифры, слова или фрагменты текста. Таким образом производится редактирование материалов, вводимых или содержащихся в памяти ЭВМ.

Другой способ ввода информации в ЭВМ — использование промежуточных носителей (напр., перфокарт или перфолент с пробитыми на них в определенном порядке отверстиями). Прежде этот способ ввода информации был наиболее распространенным. Теперь он все более уступает место непосредственному вводу информации. Разработаны устройства ввода информации, к-рые могут преобразовывать речь в формальные символы для прямого общения человека с ЭВМ.

В настоящее время для ввода информации наиболее часто применяется дисплей с клавиатурой, т. к. он достаточно прост и удобен. К ЭВМ можно подключать одновременно несколько дисплеев, а также печатающие устройства и графопостроители. С помощью этих устройств ЭВМ представляет результаты обработки информации в наглядной форме.

Буквенно-цифровая информация поступает в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), где, кроме того, записаны программы, определяющие порядок работы ЭВМ, в частности работу процессора.

Кроме ОЗУ, для хранения информации используются внешние запоминающие устройства (ВЗУ). Во внешних устройствах памяти применяются магнитные носители, чаще всего магнитные диски или ленты. Широкое распространение получили гибкие диски малого диаметра (дискеты).

Для подключения к ЭВМ различных устройств (напр., терминалов или датчиков) требуются специальные технические и программные средства, совокупность к-рых называется интерфейсом.

В последние годы наблюдается тенденция к объединению отдельных ЭВМ, удаленных друг от друга, посредством стандартных устройств коммуникации (сети ЭВМ). Таким путем удается максимально полно использовать возможности ЭВМ.

Лицо, работающее с ЭВМ, называется обычно пользователем. Пользователем может быть руководитель, нуждающийся в информации для принятия решений, научный работник, обрабатывающий на ЭВМ результаты эксперимента, целая организация (при поиске необходимых сведений в информационно-поисковой системе).

Чтобы решить задачу, пользователь должен ввести в ЭВМ соответствующие исходные данные, качественные или количественные, и четко определить цель и способы ее достижения. Для этого, во-первых, необходимо представить себе, какой материал подлежит обработке. Если необходимо обработать числовые данные, как при экспериментальных исследованиях, то в ЭВМ должен быть введен нек-рый массив данных. Массивом называется упорядоченная структура данных, в к-рой элементы организованы так, что их описание однозначно определяет положение каждого элемента и путь доступа к нему. Если стоит задача информационного поиска, то пользователь вводит лишь запрос, т. к. вся необходимая информация уже введена и хранится в запоминающих устройствах ЭВМ в виде баз данных или так наз. файлов. База данных — это совокупность специальным образом организованных данных, рассчитанная на многократное использование; ее можно дополнять, модифицировать и обрабатывать вновь. Файлом называют простую последовательность записей на внешних запоминающих устройствах, рассматриваемую как единое целое.

Во-вторых, пользователь должен знать и сообщить ЭВМ, что с этими данными следует делать, т. е. предоставить алгоритм решения задачи в виде программы. В зависимости от типа задач для программирования используют различные языки. Существует большой набор языков программирования; нек-рые из них очень просты и освоение их не требует специальной подготовки. Программное обеспечение наиболее часто разрабатывается централизованно и придается ЭВМ в виде пакетов прикладных программ.

Наконец, пользователь сообщает ЭВМ, в какой форме необходимо представить или использовать полученный результат: он может быть таблицей чисел, графиком и т. д., его можно вывести на экран дисплея, отпечатать на печатающем устройстве, представить в виде диаграммы. Специальные устройства — синтезаторы речи позволяют ЭВМ «устно» сообщать пользователю результаты работы.

ЭВМ может работать в нескольких режимах. Простейший режим работы ЭВМ — однопрограммный. В этом случае в ЭВМ вводится одна задача, по окончании решения к-рой ЭВМ выдает соответствующие результаты. В однопрограммном режиме часто ведутся научные работы. При работе ЭВМ в пакетном режиме в нее вводится набор однотипных задач, по окончании их решения одновременно выдается вся итоговая информация. Пакетный режим удобен, напр., при массовом информационном поиске. При указанных режимах работы ЭВМ пользователь не вмешивается в ход решения задач или в процесс поиска информации. Если пользователь, получая промежуточные результаты, влияет на ход решения задачи, то такой режим работы ЭВМ называется интерактивным (диалоговым). При работе в диалоговом режиме в определенные моменты решения задачи или поиска необходимой информации на экран дисплея выводится список альтернатив, предлагаемых пользователю на выбор.

В зависимости от того, как ЭВМ взаимодействует с другими машинами или устройствами во время работы, различают еще несколько режимов. Если ЭВМ работает самостоятельно, без оперативного подчинения другой машине или системе, то говорят об автономном режиме (международный термин off-line). Если в процессе работы ЭВМ находится под контролем другой ЭВМ (или при работе в сети она взаимодействует с другими элементами сети), то такой режим называется оперативным (on-line). Наконец, если ЭВМ работает в системе (автоматической или автоматизированной), осуществляющей прием и обработку данных по мере их поступления, а также выдающей результаты в определенные интервалы времени, такой режим называется режимом работы в реальном масштабе времени.

В зависимости от типа ЭВМ, совокупности периферийных устройств, цели и вида решаемых задач пользователь может применить тот или иной режим.

ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ КИБЕРНЕТИКОЙ, ЭВМ И МЕДИЦИНОЙ. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ КИБЕРНЕТИКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ЭВМ В СССР.

Проникновение кибернетических методов в медицину началось после выхода в свет трудов Винера (N. Wiener), в к-рых впервые была установлена общность процессов управления в природе и технике, причем ряд исходных концепций кибернетики базировался на наблюдениях над биологическими объектами. Рассмотрение живых организмов как чрезвычайно сложных и высокоорганизованных систем привело к выводу, что существенную роль в них играют процессы управления, протекающие на всех иерархических уровнях, — от субклеточного и клеточного до уровня целостного организма. Для высших животных и человека главенствующая роль в управлении принадлежит ц. н. с.

Хотя кибернетика интенсивно развивалась параллельно с бурным развитием вычислительной техники, области интересов кибернетики и наук, связанных с созданием и применением ЭВМ, не всегда совпадали. В частности, основные кибернетические идеи и свойственные кибернетике математические методы были разработаны еще до широкого внедрения ЭВМ в практику. Однако только совершенствование ЭВМ сделало возможным применение методов кибернетики во многих областях человеческой деятельности, в т. ч. и в медицине. В то же время ряд ведущих принципов кибернетики лежит в основе конструирования и работы средств вычислительной техники.

В 40—50-е гг. были созданы первые ЭВМ, к-рые наряду с выполнением счетных задач стали использоваться как средство реализации процессов управления в технических системах. Создание первых отечественных ЭВМ относится к концу 40-х — началу 50-х гг., когда под руководством академика С. А. Лебедева была разработана вычислительная машина МЭСМ, а затем и быстродействующая ЭВМ типа БЭСМ, совершавшая до 10 тыс. операций в 1 сек., — для того времени поразительный результат. Вычислительные машины первого поколения (БЭСМ-2, М-20, «Урал-4», «Минск-1») уже пытались использовать в медицинской науке при выполнении исследовательских работ, для автоматизированной постановки диагноза и т. п. Однако сложность и низкая надежность ЭВМ первого поколения препятствовали их широкому применению.

Второе поколение ЭВМ (начало 70-х гг.) в нашей стране уже использовалось в качестве ядра автоматизированных и автоматических медицинских систем. В 1964 г. была создана первая в СССР диагностическая система на основе ЭВМ. Разработанная в лаборатории кибернетики Института хирургии им. А. В. Вишневского эта система была ориентирована на выявление врожденных пороков сердца. В 1969 г. в Институте сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева была разработана система автоматической диагностики поражения клапанов сердца.

Крупные советские ученые отдали много сил проблеме внедрения вычислительной техники в медицину. В 1959 г. при Президиуме АН СССР был создан Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» под руководством академика А. И. Берга. Одним из важных направлений работы совета стало развитие биологической и медицинской кибернетики. Важную роль на этапе становления биологической и медицинской кибернетики в СССР сыграли советские ученые-медики В. В. Ларин и Н. М. Амосов.

6 марта 1966 г. было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об улучшении организации работы по созданию и внедрению в народное хозяйство средств вычислительной техники и автоматизированных систем управления».

В 1973—1975 гг. во Всесоюзном научно-исследовательском ин-те социальной гигиены и организации здравоохранения им. Н. А. Семашко были разработаны первые в СССР подсистемы АСУ в здравоохранении. 1973 г. ознаменовался пуском мониторно-компьютерной системы слежения за состоянием больного во время оперативных вмешательств под названием «Симфония». В 1986 г. системой «Симфония» были оснащены 8 операционных во Всесоюзном научном центре хирургии АМН СССР (цветн. рис. 1). На ее основе создана новая информационно-вычислительная система для анестезиолога (ИВСА). С 1974 г. в Институте сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева работает автоматизированная система обеспечения решений врача (АСОРВ). При лечении острой недостаточности кровообращения и дыхания врач с помощью ЭВМ при работе в диалоговом режиме может выявить причины патологических изменений и определить нужные фармакологические воздействия (цветн. рис. 6—7).

В 1969—1970 учебном году в ряде медицинских вузов страны был введен факультативный курс «Основы медицинской кибернетики», а в 1979 г. медико-биологический факультет 2-го Московского медицинского института им. Н. И. Пирогова выпустил первых в СССР врачей-кибернетиков.

Переход к массовому выпуску ЭВМ третьего поколения (ЕС ЭВМ, машины серии СМ и др.) и появление первых ЭВМ четвертого поколения создали предпосылки для их использования в новых областях медицины и здравоохранения.

К началу 80-х гг. одной из основных сфер применения ЭВМ и кибернетических методов в медицине стала диспансеризация и профилактические осмотры населения. В 1983 г. на запорожском заводе «Коммунар» введен в эксплуатацию первый в СССР автоматизированный центр диагностики. В 1985 г. в ряде лечебно-профилактических учреждений организованы автоматизированные системы скрининга, диспансеризации и медицинских осмотров населения. Напр., в поликлинике № 78 г. Москвы с 1985 г. функционирует автоматизированная система АСКИС (Автоматизированная система контроля и слежения за состоянием здоровья), разработанная специалистами Института проблем управления и врачами поликлиники совместно с Всесоюзным онкологическим научным центром АМН СССР и Институтом экспериментальной эндокринологии и химии гормонов АМН СССР (цветн. рис. 1—5). Первая республиканская комплексная автоматизированная система медицинских осмотров населения (КАСМОН) создана в Латвийской ССР. Опыт ее применения с 1986 г. распространяется в других союзных республиках.

Значимость разработки и внедрения кибернетических методов, компьютеризации медицины и здравоохранения подчеркнута организацией в 1984 г. в Академии медицинских наук СССР Научного совета по медицинской и биологической кибернетике.

ЭВМ и кибернетические подходы активно используются в теоретических областях биологии и медицины. После того как отечественная промышленность освоила выпуск ЭВМ четвертого поколения, малогабаритные, удобные в обращении машины стали использоваться в качестве настольных устройств для обработки информации, проведения расчетов и выполнения самых различных работ.

С появлением персональных, микро- и мини-ЭВМ все более широкий круг медицинских работников получает возможность непосредственного общения с компьютерной техникой на рабочем месте — в лаборатории, операционной, в кабинете поликлиники, в учебной аудитории вуза или медучилища.

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ЭВМ В МЕДИЦИНЕ

В медицине, как и в других отраслях знаний, где используются ЭВМ, способ взаимодействия пользователя с машиной укладывается в одну из двух схем. В первом случае ЭВМ выполняет необходимые счетные процедуры, общение с ней идет по схеме, показанной на рисунке 2. По этой схеме, напр., выполняются научные и научно-технические расчеты, включая математическую обработку экспериментальных и клинических данных, решаются задачи моделирования и анализа систем организма, прогнозирования результатов лекарственных воздействий, задачи моделирования систем и служб здравоохранения. Системы автоматизированного проектирования приборов и систем медицинского назначения, включая поиск оптимальных технических и медико-технических решений, работают по аналогичному принципу.

Постоянно возрастающую группу задач, выполняемых по этой схеме, представляет обработка нечисловых данных. К ней относится применение ЭВМ для обработки рентгеновских снимков и томограмм, неспецифические работы, выполняемые с помощью ЭВМ в медицинских учреждениях (административное планирование и т. п.).

Подобная структура взаимодействия ЭВМ с пользователем характерна для поиска и обработки первичной медицинской информации (автоматизированные картотеки больных, ведение историй болезни и т. д.). К этой же группе относятся специализированные системы медицинского назначения — системы профилактических опросов, компьютерная диагностика, автоматизированные системы доврачебного опроса. Наконец, по этой схеме руководители работ и организаций получают информацию в системах АСУ. Работа ЭВМ по схеме, приведенной на рисунке 2, возможна как в пакетном, так и в диалоговом режимах.

Другая сфера применения ЭВМ — управление реальными объектами. В этом случае ЭВМ включают в контур управления, как показано на рисунке 3. Блок АЦП (аналогово-цифровой преобразователь) превращает сигналы, поступающие от объекта (напр., биопотенциалы), в цифровую форму для обработки с помощью ЭВМ. При необходимости цифровой выход ЭВМ преобразуют обратно в аналоговую форму, напр., в виде графика или изображения с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). При управлении ЭВМ, как правило, работает в реальном масштабе времени. Управление может осуществляться либо полностью в автоматическом режиме (без участия человека), либо в автоматизированных системах (человеко-машинных комплексах) при участии человека. ЭВМ в контуре управления в медицине применяются как в виде встроенных вычислительных средств, так и в виде вспомогательных устройств и блоков, входящих в автоматизированные системы различного назначения. Типичным примером встроенных вычислительных средств являются вычислительные устройства в блоках управления искусственными органами (искусственное сердце, системы дыхания и т. п.) и вживляемыми системами (компьютеризованные пейсмекеры). Другим примером является использование ЭВМ для автоматического поддержания условий обитания в космических аппаратах. Встроенные ЭВМ, широко применяемые в медицинских приборах и аппаратах, чаще всего используются в качестве устройств для сбора, экспресс-обработки данных и представления полученной информации пользователю (оператору, врачу, физиологу-экспериментатору) для принятия решений; для прямого вмешательства в управление процессами лечения, введения препаратов и др. они применяются значительно реже.

Вспомогательные блоки, входящие в автоматизированные системы, представляют собой системы мониторно-компьютерного наблюдения, телеметрические системы, системы контроля и управления экспериментом и др.

Основные задачи кибернетики в области исследования живых систем состоят в расшифровке механизмов управления, регулирующих структуру, функционирование и поведение биосистем, в т. ч. организма человека, а также в создании методов и средств для целенаправленного воздействия на биосистемы, позволяющего достигать и поддерживать их нормальное функционирование. Задачи первого типа относятся обычно к биокибернетике, второй тип задач составляет ядро медицинской кибернетики.

КИБЕРНЕТИКА И ИНФОРМАТИКА В МЕДИЦИНЕ

Свойства управляемых систем (вне зависимости от их природы) исследуются в рамках различных направлений кибернетики как общей науки об управлении. Многие основные понятия кибернетики, такие как обратная связь, устойчивость, оптимальность и др., прочно вошли в теоретическую и практическую медицину и получили широкое распространение при анализе биологических объектов — биохимических и физиологических механизмов регуляции, феноменов адаптации и гомеостаза. Этот процесс продолжает распространяться на все более широкий круг явлений.

С другой стороны, по мере развития вычислительной техники и совершенствования программного обеспечения произошло резкое расширение областей применения ЭВМ. На этом пути стало ясным, что ЭВМ превращается в универсальное и эффективное средство систематизации и обработки данных, обладающее небывалыми возможностями. Постепенно из отдельных направлений разработки ЭВМ и исследований компьютерных методов выкристаллизовалось целостное научное направление, связанное с изучением информации как таковой. Это направление получило название «информатика». Современная информатика — наука о методах получения, хранения, переработки и использования информации. Информация сегодня является общенаучным понятием, определяющим обмен сведениями между различными системами: между людьми, между людьми и машинами, между машинами без участия людей.

В настоящее время задачи, к-рые можно свести к схеме, приведенной на рисунке 2, обычно относят к области информатики, а задачи управления, когда ЭВМ используется в соответствии со схемой, представленной на рисунке 3,— к области кибернетики.

Среди математических методов обработки информации первыми получили распространение методы статистической обработки (корреляционный анализ, методы автоматической классификации и т.п.) результатов медикобиологических экспериментов, в частности при решении задач дифференциальной диагностики и медицинской статистики. Решение подобных задач составляет основной объем работы ЭВМ. В то же время все шире ставятся кибернетические и смешанные информационно-кибернетические задачи, связанные с анализом свойств различных биомедицинских и медико-социальных систем, оценкой их состояния и прогнозом последствий осуществляемых человеком мероприятий. К задачам такого рода принадлежит, в частности, вычислительный эксперимент в разных областях медицины и здравоохранения (задачи формализованной оценки эффективности служб и звеньев системы охраны здоровья населения, оптимизация распределения материальных и человеческих ресурсов), а также информационное обеспечение лечебного процесса, создание алгоритмов и систем управления сложными медико-техническими устройствами, контроль за интенсивными лечебными процессами и системами искусственного жизнеобеспечения.

Для решения этого круга задач нужны формализованные описания соответствующих объектов социальной, технической или биологической природы — математические модели. К настоящему времени в биологической и медицинской кибернетике созданы методы моделирования и разработаны математические модели самых разнообразных систем — от концептуальных моделей системы здравоохранения, моделей поведения популяций и контингентов населения до математических моделей взаимодействия технических средств с организмом человека в рамках биотехнических и инженерно-физиологических систем. Математические модели систем, будучи концентрированным выражением наших знаний о них, становятся средством дальнейшего изучения таких систем, способствуя упорядочению представлений о совокупности моделируемых процессов, выяснению слабых мест в картине функционирования объекта, разработке мероприятий и экспериментов, позволяющих восполнить эти недостатки.

Наличие математической модели дает возможность «проигрывать» на ЭВМ различные ситуации, связанные с поведением объекта при разнообразных воздействиях на него, при меняющихся внешних условиях и различных начальных его состояниях (имитационное моделирование). В ходе имитационного моделирования решаются оптимизационные задачи, такие как выбор наилучших стратегий воздействия на объект (задачи управления здравоохранением, ведение лечебного процесса), или осуществляется поиск оптимальных технических решений (разработка алгоритмов управления искусственными внутренними органами, средствами жизнеобеспечения и т. п.). Другим методом анализа возможных ситуаций и путей управления ими являются так наз. деловые игры, где в качестве средств имитации реальных ситуаций и для оценки качества принимаемых решений (административных, лечебных и т.п.) используются возможности вычислительной техники.

В настоящее время методы обработки информации, поступающей непосредственно от исследуемого объекта, четко разделяются на две группы. В одной из них искомый вывод об объекте делается непосредственно на основе измеряемых величин. Типичным примером такого подхода является задача автоматической классификации и машинной диагностики. В этом случае измеряется относительно большое число показателей (признаков) и на основе общих методов классификации, без учета специфики изучаемого объекта, принимается решение о его отнесении к тому или иному классу явлений. При другом подходе для получения нужного результата проводится сопоставление полученных данных с априорной информацией о структуре и функционировании объекта с учетом его биологической или медико-биологической специфики. Априорная информация об объекте представляется в виде математической модели. Исследователь в данном случае старается установить логические связи между измеряемыми величинами, использовать их наиболее эффективным способом, приведя в соответствие со своими априорными представлениями об объекте. Получаемая в процессе исследования новая (апостериорная) информация включается в модель посредством изменения значений ее параметров.

Оба подхода получили широкое распространение. В первом случае говорят о моделях данных (исследователь интересуется структурой полученных данных вне связи со структурой объекта), во втором — о моделях объекта (выводы делаются с учетом структурно-функциональных свойств объекта и его специфики).

Одним из практически важных направлений применения методов моделирования стал анализ самой системы здравоохранения. В СССР была создана концептуальная модель системы здравоохранения, установлены основные блоки такой модели, определены факторы, влияющие на условия жизни и труда, на состояние здоровья населения, выделены основные функции системы здравоохранения. На этой основе разработана целая серия статистических и имитационных моделей для различных задач и служб здравоохранения. Блок-схема модели системы здравоохранения показана на рис. 4. Основными блоками ее являются «наука», «профилактика», «лечение». Их деятельность обеспечивается блоками «кадры» и «ресурсы», а общее управление системой сосредоточено в блоке «управление».

В каждой из решаемых задач складываются особые направления и традиции применения ЭВМ.

Компьютеризация в задачах управления здравоохранением

Глобальной целью компьютеризации блока «управление» является применение ЭВМ и методов кибернетики для достижения главных целей управления в здравоохранении: предупреждения и ликвидации заболеваний, улучшения физического развития, повышения трудоспособности и продолжительности жизни людей.

Ведущим способом повышения эффективности управления в организации здравоохранения является применение автоматизированных систем управления (АСУ). В их основе лежат системы электронной обработки информации в человеко-машинных комплексах. Ожидается, что АСУ в кардинальной степени изменят методы руководства во всех сферах, включая здравоохранение и медицину, в результате полной автоматизации всех вспомогательных административных операций, в том числе подготовки и контроля документации, организации секретарской работы. В настоящее время АСУ в медицине используются преимущественно на средних и нижних уровнях руководства и направлены на решение конкретных задач. Примерами являются АСУ экстренной госпитализацией больных (НПО АСУ «Москва»), АСУ работой поликлиник и больниц (городская клиническая больница им. С. П. Боткина), АСУ маршрутами выездных бригад скорой помощи (Москва), АСУ «Стационар» (Львов).

Компьютеризация организационного управления может быть эффективной только при условии обеспечения надежного взаимодействия пользователя (руководства и персонала организации) с ЭВМ. Важнейшим элементом этого взаимодействия является диалог человек — машина. Опыт показывает,что такое общение лучше организовывать в АСУ с распределенной вычислительной техникой, на базе мини-, микро- и персональных ЭВМ.

Оценка перспективности последствий управленческих решений может производиться методами имитационного моделирования, деловых игр и др. Для оперативного управления используются разные формы представления текущей информации, зависящие от конкретной ориентированности АСУ (организационные, АСУ медстатистикой, планово-финансовой деятельностью, планированием и учетом кадров, АСУ «Архив»).

Компьютеризация в задачах профилактики и лечения

Применение кибернетических методов и ЭВМ для повышения эффективности профилактических мероприятий и лечебного процесса имеет определенную специфику. Главным в применении ЭВМ для решения профилактических задач здравоохранения является решение проблемы автоматизации массовых осмотров, скрининга и диспансеризации больших контингентов населения (блок «профилактика» на рис. 4). В качестве примера постановки и решения этой задачи можно привести систему АСКИС (поликлиника № 78 г. Москвы). Она предназначена для проведения диспансеризации по основным неинфекционным заболеваниям: сердечно-сосудистым, опухолевым и диабету. Система обеспечивает доврачебный сбор данных о состоянии здоровья, выдачу индивидуальных рекомендаций участковому врачу для проведения медицинского обследования, а также выдачу рекомендаций обследуемым лицам о мерах профилактики, снижающих в будущем влияние факторов риска.

Сбор данных производится путем «диалога» обследуемого с ЭВМ (в 1985 г. использовалась «Искра-226»). Пациент приходит на прием к врачу с документом, подготовленным ЭВМ, в к-ром зафиксированы жалобы на состояние здоровья, имеющие существенное диагностическое значение. Опыт эксплуатации ЭВМ в диалоговом режиме у нас в стране и за рубежом показал, что достоверность ответов на вопросы в ходе диалога с ЭВМ заметно превышает достоверность ответов на типографские анкеты.

Все ответы на вопросы записываются на магнитные носители информации и переносятся в базу данных. Решения по обследованию и лечению принимаются участковым врачом, а система АСКИС запоминает факт принятия решения. Руководители профилактического отделения контролируют решения, принятые врачами, и их выполнение, периодически работая с базой данных.

Аналогичные по назначению системы функционируют сейчас во многих медицинских учреждениях. Задачи автоматизации кардиологического скрининга решаются в Институте профилактической кардиологии Всесоюзного кардиологического научного центра АМН СССР. Система по автоматизированному выявлению цереброваскулярной патологии создана в г. Горьком. В ряде городов страны успешно ведется работа по созданию автоматизированных систем профилактических осмотров населения (АСПОН). В перспективе намечено решение задач автоматизации методов отбора больных и формирования групп повышенного риска по всем основным видам заболеваний.

Важную роль в реализации профилактических программ играют мероприятия по снижению заболеваемости (создание нормальных условий труда, охрана окружающей среды и др.). Ведется большая работа по созданию и совершенствованию комплексных автоматизированных систем охраны труда, окружающей среды и здоровья населения в промышленных центрах и регионах. Так, в рамках программы «Ангара» разработана автоматизированная информационная система для принятия решений по регулированию источников воздействия на окружающую среду, для оценки ее состояния, определения характера и степени воздействия среды на здоровье населения.

Если используемые в задачах диспансеризации математические методы чаще всего представляют собой алгоритмы диагностического типа, то в задачах охраны окружающей среды и здоровья чаще используются методы математического моделирования. Так, в рамках программы «Ангара» информационная система «окружающая среда — здоровье» содержит математические модели подсистемы «атмосфера», дающие прогноз распределения загрязненности воздуха на территории города, анализ эффективности и прогноз результатов мероприятий по охране воздушного бассейна.

АСУ мероприятиями по охране труда, ориентированная на снижение заболеваемости (АСУ условиями труда и заболеваемостью), внедрена в Московском производственном объединении «Каучук». В системе используется информация по профессионально-демографическим характеристикам работающих (анкетные данные), по факторам производственной среды, показателям заболеваемости, по нормативно-справочным данным.

Следующей сферой применения ЭВМ, методов кибернетики и информатики в медицине является кибернетическое и информационное обеспечение лечебных мероприятий врача (блок «лечение» на рис. 4). ЭВМ и математические методы применяются здесь на всех этапах лечебно-диагностического процесса — при сборе данных, принятии решений, касающихся диагностики и лечения, и при реализации лечения.

На этапах сбора и предварительной обработки лечебно-диагностических данных широко используются компьютеризованные системы и математические методы. Предварительная обработка данных производится в оперативном режиме с использованием весьма сложных алгоритмов и программ обработки. Известны, в частности, программы статистической классификации и интерпретации многомерных медицинских наблюдений МЕДСТАТ-85 (Всесоюзный научно-исследовательский ин-т медицинского приборостроения), комплекс алгоритмов и программ восстановления многомерных зависимостей (Всесоюзный онкологический научный центр АМН СССР) и др.

На этапах лечения кибернетико-информационные методы применяются прежде всего как помощь врачу в процессе принятия решений. Современная стратегия использования ЭВМ в лечебной работе ориентирована на выдачу рекомендаций и не подменяет окончательного решения, принимаемого исключительно специалистом.

ЭВМ применяются также на этапе автоматизированного контроля за состоянием пациента в процессе лечения (см. выше — о мониторно-компьютерной системе типа «Симфония»). В данном случае информационное обеспечение требует оперативной обработки больших объемов информации, характеризующих состояние организма больного: определения текущих статистических характеристик (математических ожиданий, дисперсий и т. д.), представления их в виде гистограмм и других графических образов, выделения аномалий и артефактов, а также выведения этой информации на экраны дисплеев по требованию врача. В наиболее совершенных системах такого типа компьютеризация позволяет оперативно определять индивидуальные характеристики больного (напр., выяснение наиболее слабого звена в системе АСОРВ), давать прогноз развития заболевания во времени и прогноз различного рода лекарственных воздействий. На основании получаемых данных врач принимает окончательное решение о схеме и способе лечения.

Новые возможности приобретают традиционные для медицины полианализаторы и приборы записи биоэлектрических сигналов, реализуемые на базе микропроцессорной техники и ЭВМ. Так, на выставке «Научно-технический прогресс-85» были представлены компьютеризованные приборы: ПА5-01 — автоматизированный микропроцессорный полианализатор для комплексной оценки показателей систем дыхания и кровообращения и аппаратурный медицинский комплекс «Лента-МТ», предназначенный для длительного электрокардиографического контроля поведения сердечно-сосудистой системы человека в любых условиях и для широких областей применения (кардиологические службы больниц и поликлиник, центры реабилитации, спортивная медицина и т. д.). Техника медицинских обследований обогатилась компьютеризованными испытательными креслами для анализа работы зрительного и вестибулярного аппарата, компьютеризованными весами и измерителями давления с удаленными терминалами, печатающими устройствами, цифровыми дисплеями и т. д.

Применение ЭВМ при подготовке кадров и управлении ресурсами

Создаются и принципиально новые типы устройств различного назначения. Так, в нашей стране и за рубежом предложены микрокомпьютерные медицинские системы для обучения людей с физическими недостатками, предназначенные для компенсации двигательных функций, речевые синтезаторы для глухонемых и т. п. С конца 70-х гг. ведутся работы по созданию экспериментальных протезов конечностей: нижних — со сгибаемым управляемым суставом, и верхних — с управлением сжимания — разжимания кисти, движением вверх, вниз и в стороны. Интересным направлением применения компьютерной техники являются системы компьютеризованного жизнеобеспечения для пожилых людей (США). Устройства на основе ЭВМ представляют на дисплее информацию, напоминающую распорядок дня, перечень необходимых лечебных процедур, порядок приема пищи и др. Если пациент забывает обратиться к ЭВМ, выполнить процедуру в указанное время или отменить ее, система реагирует сигналом тревоги.

Для непосредственного управления лечением ЭВМ чаще всего включается по схеме, приведенной на рис. 3. Ilo такой схеме работают системы управления техническими средствами жизнеобеспечения (в т. ч. искусственными внутренними органами: аппаратами искусственного дыхания, искусственными желудочками сердца, искусственной поджелудочной железой типа «Биостатор» и т. д.). Встроенные микропроцессоры обеспечивают управление наиболее совершенными типами электрокардиостимуляторов, программируемых электростимуляторов мышц, а также вспомогательных устройств для обеспечения работы больного сердца (аппарат для внутриаортальной баллонной контрпульсации, массажеры и др.).

Иногда, при невозможности использования датчиков, т. е. в тех случаях, когда информация о состоянии организма не может поступать в ЭВМ оперативно, системы управления строятся по разомкнутому типу — без замыкания обратной связи. В таких случаях управление может осуществляться по заранее подготовленной программе, основанной на априорных данных, предыдущем опыте, экспертных оценках.

Особой областью в управлении лечением в перспективе являются так наз. экспертные системы (ЭС). В отличие от традиционных автоматических информационных систем ЭС представляет собой комплекс программ для ЭВМ, способный аккумулировать знания экспертов, обобщать их и помогать специалистам принимать решения на уровне высококвалифицированных экспертов. ЭС разрабатываются таким образом, чтобы не только выдавать рекомендации пользователю, но и в диалоговом режиме объяснять принятые решения. Не заменяя человека (в данном случае — врача), ЭС при принятии решений позволяет вовремя получить содержательный совет с учетом всей существенной информации. Наряду с функцией выработки оптимальной схемы лечения она осуществляет функцию обучения (повышения квалификации) врача.

Автоматизированные системы учета материальных ресурсов и кадров в системе здравоохранения на разных уровнях (блоки «ресурсы» и «кадры» на рис. 4) входят в одну из функций блока «управление».

Основными задачами в области увеличения ресурсов здравоохранения, компьютеризация к-рых дает наиболее ощутимый эффект, являются, во-первых, разработка новых совершенных приборов и систем на основе микропроцессорной техники и, во-вторых, увеличение эффективности оборудования, повышение производительности труда на всех рабочих местах и в информационной сфере.

В задаче подготовки кадров, рассматриваемой под углом зрения компьютеризации, можно выделить две стороны. Прежде всего возникают вопросы, как и чему учить персонал, чтобы компьютеризация шла наиболее успешно, и какие группы квалифицированного медперсонала привлекать к обучению. Эти вопросы только что поставлены, и готового ответа на них нет. Большое значение здесь приобретает изучение опыта использования ЭВМ. Так, при переходе детских поликлиник в г. Новокузнецке на компьютеризованные информационные системы появилась необходимость существенно изменить обязанности и характер работы медперсонала. Понадобилось не только обучение работе с ЭВМ, но и внесение изменений в документацию, разработка должностных инструкций медстатистиков в новых условиях работы и т. д.

В текущей пятилетке задачи обучения общению с ЭВМ и программированию в значительной степени облегчаются тем, что компьютеризация становится одной из важнейших государственных программ обучения и подготовки кадров. Как известно, с 1985—1986 учебного года основы информатики и вычислительной техники преподаются в девятом классе общеобразовательной школы, а также в средних специальных учебных заведениях (в т. ч. и в медицинских). Это направлено на достижение всеобщей компьютерной грамотности.

Другой аспект проблемы связан с тем, как наиболее целесообразно использовать средства ЭВМ для повышения эффективности самого процесса обучения. Здесь прежде всего ставится задача разработки методов компьютеризованного обучения. В начале 60-х гг. идея оптимизации учебного процесса привела к созданию различных программированных пособий, информационно-контролирующих устройств («экзаменаторов»). Однако принципиальные недостатки задержали внедрение в жизнь идеи программирования учебного процесса.

Эффективно работающие системы автоматизированного обучения в медицине появились только в последние годы. С 1982 г. работает система автоматизированного обучения на медико-биологическом факультете 2-го Московского медицинского института (система построена на базе ЭВМ «Искра-226»).

ЭВМ используют также для автоматизации и компьютеризации отдельных направлений в подготовке кадров. Их применяют в системах-тренажерах при освоении сложного оборудования, для воспроизведения типичных ситуаций. В последнем случае часто используют деловые игры: обучаемых ставят в условия, моделирующие реальную рабочую обстановку, а ЭВМ анализирует принимаемые решения и оценивает их эффективность. Одним из наиболее далеко идущих следствий компьютерной грамотности кадрового персонала станет, по-видимому, так наз. «автоформализация» знаний и опыта. Человек, имеющий на своем рабочем месте персональный компьютер, часто начинает использовать ЭВМ в непредсказуемых направлениях. ЭВМ становится для него не только электронным аналогом записной книжки, но и стимулирует работу в программировании. Специалист постепенно ориентируется на все большую формализацию собственных знаний, будь то область управления предприятием или организацией, технической системой или организмом больного. Результатом такой автоформализации являются успехи в создании АСУ медсанчастями и медпунктами в ряде немедицинских организаций.

Кибернетика и ЭВМ в медицинской науке

Компьютеризация в медицинской науке (блок «наука» на рис. 4) направлена на развитие биологической и медицинской кибернетики, медицинской информатики и разработку методов целевого использования ЭВМ в различных сферах охраны здоровья населения. Эти методы ориентированы на изучение структуры и особенностей функционирования систем на всех иерархических уровнях, учет специфических свойств этих систем для повышения эффективности внедрения ЭВМ.

Действительно, опыт убедительно показал, чтю сам по себе факт увеличения числа ЭВМ в медицинских организациях и в органах здравоохранения еще не означает перехода на новый уровень медицинской науки и практики. Было отмечено, напр., что рост числа ЭВМ и АСУ в медицине и здравоохранении к началу 80-х гг. происходил очень быстро, но полученные результаты не соответствовали затратам. Одна из причин этого заключалась в том, что разработка АСУ часто проводилась без предварительного анализа и разработки алгоритмов управления системами здравоохранения. Важной задачей разработчиков поэтому является создание программ для использования ЭВМ в диалоговых режимах с целью обеспечения наиболее полного взаимодействия организаторов здравоохранения с математическими моделями, выявление новых возможностей в этом направлении.

Разработка математических моделей приобрела большое значение в различных сферах медицинской науки. Так, создание моделей систем организма и моделей технических средств жизнеобеспечения особенно важно для областей медицины, связанных с обеспечением деятельности человеческого организма в экстремальных условиях, напр, для авиационной и космической медицины. Кроме того, подобные модели играют положительную роль в изучении проблем адаптации к климатическим условиям Севера и других районов, при управлении искусственными органами и системами жизнеобеспечения. Работы по созданию таких моделей ведутся во многих институтах Москвы, Киева, Ленинграда, Ташкента, Новосибирска.

Перспективной формой использования математических моделей является создание проблемно-ориентированных банков моделей, что дает наиболее эффективное информационное обеспечение конкретных классов и процессов имитационного моделирования. Такие банки математических моделей были созданы к началу 80-х гг. (напр., в Институте трансплантологии и искусственных органов в Москве).

Для информационного обеспечения самого процесса моделирования и разработки формализованных моделей биологических и медицинских систем большое значение имеет создание соответствующих баз данных. Такие базы могут содержать информацию о результатах медико-биологических экспериментов, итогах научных исследований, данные медицинской статистики, а также прочие информационные материалы. Современные средства ЭВМ позволяют в короткий срок создавать базы данных с большим объемом информации. Так, база данных о кардиологических осмотрах в Каунасском медицинском институте в 1985 г. содержала более 18 тыс. анкет. Аналогичная база для детских поликлиник г. Новокузнецка охватывает 12 учреждений города на 2400 посещений в смену.

В связи с развитием и распространением формализованных, модельных представлений о биологических, технических и социально-экономических системах, входящих в сферу интересов медицинской науки, все большее внимание уделяется методам количественной оценки состояния таких систем. Среди них наибольшее развитие получили работы по комплексной оценке состояния организма и его систем для эргономики, оптимизации лечения больного в режиме интенсивной терапии, работы по формализации понятий общественного и индивидуального здоровья.

В последнее время большое значение при компьютеризации научных исследований (а в перспективе и практической лечебной деятельности) придается разработке методов представления информации оператору или лицу, принимающему решение. Терминалы в виде телевизионных экранов дают возможность предъявлять информацию не только в цифровом виде, но и в наглядной форме графических образов, позволяющих быстро и без напряжения ее воспринимать, что способствует наиболее эффективному использованию знаний и опыта специалистов.

Существенную роль в ускорении прогресса медицинской науки и внедрении новейших методов в практику играет возможность быстрого распространения новейших достижений и взаимное ознакомление широких кругов специалистов с результатами научных исследований. Все большее значение приобретают поэтому автоматизированные информационно-поисковые системы (ИПС). Они организуются на самом различном уровне — от небольших персональных, предназначенных для индивидуального пользования, до больших систем национального масштаба и интернациональных ИПС коллективного пользования. Примером персональной ИПС может служить ИПС «Прима» на базе микро-ЭВМ «Искра-226». Что касается больших ИСП, то с 1970 г. страны СЭВ создают Международную систему научной и технической информации (МСНТИ). К 1990 г. предполагается завершить работы по созданию информационной сети с целью обеспечения дистанционного доступа потребителей в странах СЭВ к базам данных МСНТИ на основе диалоговых ИПС и передачи данных на терминалы потребителей. Основная сфера использования сети МСНТИ — поиск научных документов и материалов в базах данных, заказ и предоставление копий первоисточников в оперативном режиме. Административные функции сети МСНТИ в СССР в настоящее время выполняются Международным центром научной и технической информации. МСНТИ охватывает широкий спектр научной информации, включая биологические науки, медицину и здравоохранение.

Специализированные ИПС медицинского назначения создаются и на отдельных предприятиях, в НИИ, при больницах. В настоящее время, напр., работают ИПС во Всесоюзном кардиологическом научном центре АМН СССР, Всесоюзном научном центре хирургии АМН СССР, в Институте хирургии им. А. В. Вишневского АМН СССР, в клинической больнице им. С. П. Боткина. В ближайшие годы предполагается создание ИПС в крупных многопрофильных больницах на 600—1000 человек.

Библиогр.: Авен О. И. Анализ перспектив автоматизации организационного управления, Автоматика и телемеханика, № 3, с. 122, 1985; Автоматизация управления здравоохранением в комплексе АСУ «город», под ред. Ю. М. Черкасова и В. Д. Жуковского, М., 1984; БатаршевА. В. Электронно-вычислительная техника в учебном процессе, М., 1984; Биотехнические системы, под ред. В. М. Ахутина, Л., 1981; Винep Н. Кибернетика, или управление и связь в животном и машине, М., 1983; ВоробьевЕ. И. и Китов А. И. Медицинская кибернетика, М., 1983; Громов Г. Р. Национальные информационные ресурсы: проблемы промышленной эксплуатации, М., 1984; Клементьев А. А. Разработка количественных моделей для решения задач управления в здравоохранении, М., 1985; Микрокомпьютерные медицинские системы, под ред. У. Томпкинса и Дж. Уэбстера, пер. с англ., М., 1983; НовосельцевВ. Н. Теория управления и биосистемы, М., 1978; он же, Инженерная физиология — новая область применения теории управления, Измерения, контроль, автоматизация, в. 4, с. 55, 1983; ПерсианиновЛ. С. ид р. Кибернетические системы и ЭВМ в акушерстве и гинекологии, М., 1980; Петровский Б. В. и Веткин А. Н. Математические методы и ЭВМ в хирургической клинике, Тезисы докл. IV симпозиума по применению мат. методов и ЭВМ в мед.-биол. исслед., с. 22, М., 1985; Преснухин Л. Н. и Нестеров П. В. Цифровые вычислительные машины, М., 1981; Проблемы создания и совершенствования автоматизированных систем охраны труда, окружающей среды и здоровья населения промышленных городов, под ред. Е. И. Воробьева, ч. 1, Ангарск, 1983.

Докт. техн. наук В. Н. Новосельцев