CC BY
151
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Генкин А.А. Новая информационная технология анализа медицинских данных (программный комплекс ОМИС). - СПб.: Политехника, 1999. - 191 с.
2. Дюк В., Эммануэль В. Информационные технологии в медико-биологических исследованиях. - СПб.: Питер, 2003. - 528 с.
3. Богомолов А.В., Гридин Л.А., Кукушкин Ю.А., Ушаков И.Б. Диагностика состояния человека: математические подходы. -М.: Медицина, 2003. - 464 с.
4. L'Abbe K.A., Detsky A.S., O'Rourke K. Meta-analysis in clinical research // Ann. Intern. Med. - 1987. - V. 107. - P. 224-233.
5. Кукушкин Ю.А., Бухтияров И.В., Богомолов А.В. Обобщение результатов независимых экспериментальных исследований методом мета-анализа // Информационные технологии. -2001. - № 6. - С. 48-54.
6. Last J.M. A dictionary of epidemiology / Ed. J.M. Last. - N.Y.: Oxford University Press, 1988. - 141 p.
7. Плавинский С.Л. Биостатистика: Планирование, обработка и представление результатов биомедицинских исследований при помощи системы SAS. - СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2005. - 560 с.
8. Гублер Е.В. Вычислительные методы анализа и распознавания патологических процессов. - Л.: Медицина, 1978. - 296 с.
9. Свид. № 2007613323 РФ. Программа для ЭВМ «Исследование факторов риска в онкологии ПИФАРО» / О.А. Ананина, Л.Ф. Писарева, В.А. Фокин. Заявка № 20076612390; Заявлено 13.06.2007; Опубл. 08.08.2007.
Поступила 20.04.2009г.
УДК 519.256
ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ БИОМЕДИЦИНСКИХ ДАННЫХ
А.В. Дубровин, В.А. Фокин
ГОУ ВПО «Сибирский государственный медицинский университет», г. Томск E-mail: [email protected]
Предлагается подход к описанию медико-биологических данных на основе объектно-ориентированных технологий. Проектирование информационных систем для хранения и анализа биомедицинских данных с его использованием позволяет сохранять концептуальную взаимосвязь между результатами отдельных исследований.
Ключевые слова:
Базы данных, объектно-ориентированные технологи, медико-биологические данные.
Массивы медико-биологических данных, в совокупности характеризующие состояние биосистемы, представляют собой разнообразные и разнородные по источникам, методам получения и т. п. результаты клинических испытаний или биологического эксперимента, мониторинга или рутинных действий клинициста. Это создает определенные трудности при проектировании банков данных для интеграции результатов исследований в единую систему, позволяющую проводить их многогранный, основанный на компьютерных методах, анализ [1-3]. В то же время биомедицинские данные всегда имеют естественную концептуальную основу для систематизации и интеграции: они относятся к одному и тому же объекту - человеческому организму.
Объектно-ориентированные технологии, как средство решения проблем структуризации биомедицинских данных, является эффективным способом организации научных исследований в целом [4, 5]. В медицине и биологии объектно-ориентированный подход (ООП) находит все более широкое применение, в частности при проектировании экспертных систем [6, 7], описании и классификации биологических объектов [8] и т. п. В данной работе предлагается концепция структурированного описания результатов медико-биологических исследований с применением ООП.
В основе концепции ООП лежит представление о том, что предметную область необходимо проектировать как совокупность взаимосвязанных друг с другом объектов, рассматривая каждый объект как экземпляр определенного класса. Класс является описываемой на языке терминологии исходного кода моделью ещё не существующей сущности, так называемого объекта, а объект - экземпляр, реализация определенного класса. Причем объект - это пара: идентификатор и значение. Классы обладают свойством наследования, т. е. возможностью иерархического порождения одного класса другим с сохранением всех свойств класса-предка, и добавления необходимых новых свойств и методов.
Планирование и проведение медико-биологического исследования представляет собой алгоритм действий, направленный на изучение свойств объекта исследования. Его формальное описание заключается в установлении соответствий между свойством объекта исследования (измеряемый параметр) и его значением. Измерение любого параметра характеризуется условиями, которые включают в себя всю необходимую дополнительную информацию, позволяющую однозначно идентифицировать свойства показателей и условия проведения измерений и т. п. Это описание назовем Бланком исследования.
Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 314. № 5
Бланк любого медико-биологического исследования можно формализовать в виде некоторого набора показателей, которые в свою очередь явно или неявно разделяются на близкие по смысловому значению группы. В данном случае под показателями имеются в виду не только различного рода лабораторные и/или клинические характеристики, но и другая информация (о пациенте, о результатах обследования и т. п.). Так, например, фамилию можно представить в виде показателя, отражающего персональную информацию о пациенте. Исходя из этого, будем выделять класс Элемент, объектами которого выступают отдельные показатели. Они могут быть как простыми (например, фамилия), так и сложными, требующими более детального описания (например, такой показатель как «агрегация тромбоцитов» требует указания единицы и метода измерения). Показатели могут характеризоваться различным количеством атрибутов, для описания которых необходимо ввести класс Свойство, с его помощью можно описать любой объект класса Элемент, т. е. указать какими дополнительными атрибутами он обладает.
Полное указание всех атрибутов (свойств) элементов является необходимым для описания условий проведения исследования. Чаще всего показатели сгруппированы по какому-либо признаку, например, в начале бланка исследования указывается информация о пациенте (фамилия, имя, отчество, дата рождения и т. п.), затем следует набор измеряемых клинических или лабораторных параметров, а в конце указывается результат, клиническое заключение. Для реализации объединения объектов класса Элемент в смысловые группы в концепцию описания вводится класс Раздел. Соответственно, формальное описание исследования может быть представлено в виде Бланка, состоящего из некоторых Разделов. Приведенная ситуация является наиболее типичным описанием исследований, проводимых в клинико-диагностических лабораториях медучреждений. В то же время предложенный подход позволяет формировать бланки любого содержания.
Таким образом, в рамках используемого ООП описание медико-биологического исследования может быть формализовано в виде структурной модели, представляющей иерархию определенных выше классов (рис. 1).
На нижнем уровне иерархии классов находится класс Свойство. Он имеет три обязательных атрибута: наименование, тип данных и значение, которые указываются при создании объекта этого класса. На них строится класс Элемент, который имеет два обязательных атрибута: наименование и тип данных, и может быть дополнен любым количеством других атрибутов - объектов класса Свойство. Объектами класса Элемент могут являться не только реализации измеряемых параметров, но и условия измерения, за счет перечисления набора дополнительных атрибутов. Каждый объект этого класса является своего рода ячейкой хранения данных - результатов исследования. Аналогичным образом формируются объекты класса Раздел. Они имеют два обязательных атрибута: наименование и примечание, а также включают в себя необходимые объекты класса Элемент. Объекты класса Раздел несут в себе информацию об отдельных, тематически близких фрагментах описания исследования. Например, информация о пациенте, виде исследования, клиническом заключении и т. п.
Верхний уровень иерархии классов представлен классом Бланк, который имеет два обязательных атрибута - наименование и примечание и содержит необходимое число разделов для наиболее полного описания результатов исследования в целом. Схематически, формирование бланка медико-биологического исследования на основе предложенного подхода представлено на рис. 2. При таком структурированном описании, сохраняется концептуальная связь между результатами отдельных исследований, поскольку объекты всех классов проектируются на основе одних и тех же базовых объектов классов Свойство и Элемент.
Рис. 1. Структурная модель иерархии классов описания результатов медико-биологического исследования
Рис. 2. Схема формирования бланка исследования на основе объектов нижележащих классов
В качестве примера разработанного подхода, рассмотрим формирование бланка для хранения результатов общего анализа крови. На начальном этапе необходимо выделить смысловые блоки -разделы входящие в состав бланка. Он может быть представлен следующими разделами: информацией о пациенте (паспортная часть), информацией о наборе измеряемых лабораторных показателей и заключением. Определим элементы каждого раздела согласно предложенной концепции (таблица).
Таблица. Фрагмент бланка исследования «Общий анализ крови»
Общий анализ крови [класс Бланк]
Наименование элемента Тип данных Дополнительные атрибуты
Наименование Тип данных Значение
Паспортная часть[класс Раздел]
Фамилия [класс Элемент] Текст Нет
Имя [класс Элемент] Текст Нет
Отчество [класс Элемент] Текст Нет
Дата рождения [класс Элемент] Дата Нет
Примечание [класс Раздел]
Общий анализ крови (показатели) [класс Раздел]
Скорость оседания эритроцитов [класс Элемент] Число Сокращенное название [класс Свойство] Текст СОЭ
Единица измерения [класс Свойство] Текст мм/ч
Способ измерения [класс Свойство] Текст метод Панченкова
Гемоглобин [класс Элемент] Число Сокращенное название [класс Свойство] Текст Hb
Единица измерения [класс Свойство] Текст г/л
Примечание [класс Раздел]
Клиническое заключение [Класс Раздел]
Заключение [класс Элемент] Текст Нет
Врач [класс Элемент] Текст Примечание [класс Свойство] Текст Ответственное лицо
Дата проведения исследования [класс Элемент] Дата Нет
Примечание [класс Раздел]
Предлагаемый объектно-ориентированный подход к описания результатов биомедицинских исследований является эффективным средством проектирования компьютерных информационных систем хранения биомедицинских данных [9, 10], поскольку при его применении сохраняется концептуальная
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузнецова А.В., Сенько О.В. Возможности использования методов Data Mining при медико-лабораторных исследованиях для выявления закономерностей в массивах данных // Врач и информационные технологии. - 2005. - № 2. - С. 49-56.
2. Фокин В.А., Новикова Т.В., Пеккер Я.С., Новицкий В.В. Концепция банка данных научных исследований в медицине // Сибирский медицинский журнал. - 2000. - № 4. - С. 32-35.
3. Дюк В.А., Самойленко А.П. Data mining: учебный курс. -СПб.: Питер, 2001. - 368 с.
4. Носов Д.Н., Пайков М.Г., Чернышев А.Л., Янкин Д.В. Объектно-ориентированная модель данных и ее реализация // Мир ПК. - 1994. - № 9. - С. 58-60.
5. Якушин И.А. Объектно-ориентированная технология разработки ПО [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://www.tspu.tula.ru/ivt/old_site/umr/trpo/node52.html. -15.04.2009.
6. Джарратано Дж., Райли Г. Экспертные системы: принципы разработки и программирование. - Киев: Вильямс, 2007. -1152 с.
взаимосвязь между результатами независимо проводимых исследований, что закладывает основу для их дальнейшего обобщения и анализа.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке грантов РФФИ № 09-02-99038 рофи) и АВЦП Министерства Образования и Науки РФ № 2.1.1/3436.
7. Тунсенд К., Фохт Д. Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ. - М.: Финансы и статистика, 1990. - 320 с.
8. Тарасов Д.С., Тухбатова Н.И. Применение принципов объектно-ориентированного программирования к описанию и классификации биологических объектов на примере грибов рода Trichoderma // Ученые записки Казанского государственного университета. - Казань, 2006. - Т. 148. - С. 115-119.
9. Дубровин А.В. Программное приложение «ИСД БиоМед» для интеграции работы с биомедицинскими данными // Современная техника и технологии: Труды XII Междунар. научно-практ. конф. молодых ученых. - Томск, 2007. - Т. 1. -С. 457-459.
10. Свид. № 2006614010 РФ. Программа для ЭВМ «ИСД Биомед» / В.А. Фокин, А.В. Дубровин. Заявка № 2007611673; Заявлено 27.04.2007; Опубл. 15.06.2007.
Поступила 20.04.2009г.
