Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Medicina Notas para el Curso de Informática Médica Primer Parcial Academia de Informática Médica Enero 2005 Notas de Informática Médica Fundamentos de Informática concepto de ciencias de la información en el marco de la tecnología de computadoras. Introducción Esta es la época de la información, en todo el mundo, el manejo rápido y preciso de la información representa un arma que permite el abordaje y solución de todo tipo de problemas, incluso aquellos que hasta hace poco se consideraban insolubles. Esta revolución en el manejo de la información, se generó a partir del momento en que las computadoras electrónicas de alta velocidad aparecieron en el ámbito humano. Las ciencias de la salud no son la excepción, por lo que es indispensable que los profesionales del área conozcan y manejen las opciones que brinda el manejo de la información, como un instrumento más, que les permitirá superarse, optimizar su trabajo, y ser más competitivos. En 1976, el diccionario Oxford de la lengua inglesa define informática como: ”La disciplina científica que investiga la estructura y propiedades de la información científica”. Hoy en día, la informática ha invadido a todos los campos de la actividad humana. Tal impacto se debe a la asociación entre la informática y las computadoras, de ahí que en buena medida, podemos equiparar la historia de la informática, con el desarrollo de las computadoras. Historia del Procesamiento de Información El procesamiento mecánico de datos se inicia con la invención del ábaco, primer dispositivo de cálculo considerado como antecesor de la computadora. Aunque la Informática, no trata específicamente sobre computadoras, el avance de esta disciplina se apoya en buena medida, en la aplicación de las computadoras en todos aspectos del manejo de información. El propósito del curso, y de está guía, es asegurar que todos los alumnos que cursen la materia de Informática Médica cuenten con los conocimientos básicos de computación, necesarios para aprovecharla al máximo. Concepto La Informática es la disciplina que se encarga del estudio, creación y aplicación de métodos y técnicas para el almacenamiento, recuperación y empleo de la información en la resolución de problemas y toma de decisiones, mediante computadoras. El empleo de computadoras se ha vuelto imprescindible debido a la cantidad de datos y la velocidad con que se deben analizar para obtener información. En su concepto moderno más amplio, la Informática también incluye la teoría, diseño, fabricación y uso de las computadoras. Para entender la relación que existe entre la informática y la medicina, es importante analizar el avance del proceso de la información, que se da en forma paralela con el avance de las computadoras debido a la necesidad de acelerar el procesamiento de los datos. Historia de la Informática El origen de la Informática. Según varios autores, la Informática como disciplina, tiene su origen en una publicación rusa de 1968 llamada “Oznovy Informatiki” (Fundamentos de Informática. Estructura y propiedades de la información científica) de A.I. Mikhailov, en la cual se describe por primera vez, el Figura 1. Un ábaco moderno. Originado en Asia Menor, probablemente en Mesopotamia hace unos 5000 años, su uso se extendió a todo el mundo. El nombre viene del griego "" que significa “superficie plana”. El ábaco tal como lo conocemos actualmente esta constituido por una serie de hilos con cuentas ensartadas en ellos. Esta versión de ábaco se ha utilizado en Oriente Medio y Asia hasta hace poco1. Existe un dibujo elaborado por Leonardo da Vinci a finales del siglo XV, que ha sido interpretado por algunos expertos como el diseño de una máquina sumadora2. Sin embargo, esta interpretación del dibujo en 1 A finales de 1946 tuvo lugar en Tokio una competición de cálculo entre un mecanógrafo del departamento financiero del ejército norteamericano y un oficial contable japonés. El primero empleaba una calculadora eléctrica de 700 dólares, el segundo un ábaco de 25 centavos de dólar. La competición consistía en realizar operaciones matemáticas de suma, resta, multiplicación y división con números de entre 3 y 12 cifras. Salvo en la multiplicación, el ábaco triunfó en todas las pruebas incluyendo una final de procesos compuestos. 2 En 1968 el reconocido y respetado fabricante de réplicas de los artefactos diseñados por Leonardo, Dr. Robert GuateEscuela Superior de Medicina 1 Notas de Informática Médica cuestión, no es aceptada por todos los expertos. Sí el dibujo de Leonardo, es en realidad el diseño para una máquina de sumar, su concepto estaría más de cien años adelante de cualquier otra máquina semejante. Figura 3. Arriba, John Napier. Abajo, los "Huesos de Napier" Las barras estaban fabricadas con marfil y por ello se le conocía como los “huesos” de Napier. En 1622 el matemático inglés William Oughtred desarrolló la regla de cálculo, una calculadora analógica, basada en los logaritmos, que fue usada en cálculos técnicos y científicos durante casi 300 años, hasta que a finales de la década de 1970 fue substituida por las calculadoras electrónicas de bolsillo. Figura 2. De arriba a abajo,, autorretrato de Leonardo da Vinci, dibujo del dispositivo de Leonardo, réplica construida interpretando el esquema. En 1613, el matemático escocés John Napier (15501617) inventor de los logaritmos, ideó un dispositivo consistente en barras con números impresos que manipulados correctamente permiten realizar operaciones de multiplicación y división. lli construyó para IBM, un modelo de lo que se suponía era una máquina sumadora diseñada por Leonardo da Vinci. Figura 4. William Oughtred y una regla de cálculo básica Guatelli se basó en ilustraciones de Leonardo encontradas moderna en "Codex Atlanticus" y el entonces recién descubierto "Codex Madrid". El desconocido inventor polaco Willhelm Schickard (1592-1635) en una carta dirigida a su amigo Johanes El modelo construido por el Dr. Guatelli se exhibía como Kepler, describió en 1623 lo que podría ser la primera parte de una exposición de IBM sobre Historia de la Comcalculadora mecánica. Movida por un mecanismo de putación, como un antecedente de las calculadoras mecánirelojería, el aparato era capaz de realizar sumas y rescas sin embargo, un gran número de expertos no aceptó la tas en forma automática y divisiones y productos semi interpretación que Guatelli hizo de los dibujos, por los que automáticamente. Su trabajo no se conoció hasta IBM retiró la calculadora de su exposición. Escuela Superior de Medicina 2 Notas de Informática Médica 1960 y no existe ningún original de su máquina, sin nes, y podía realizar sumas de hasta ocho dígitos. Las embargo, un modelo construido a partir de su descrip- pascalinas en realidad fueron poco útiles porque fallación, es funcional. ban constantemente, más bien se consideraban objetos decorativos. En 1670 el filósofo y matemático alemán Gottfried Wilhelm Leibniz perfeccionó la máquina de Pascal y construyó su versión, que además de sumar y restar podía multiplicar, dividir y extraer raíces cuadradas. Además, Leibniz fue el primero en utilizar Sistema Binario. Figura 5. Willhelm Schickard y el, Modelo de la Máquina de Schickard Tradicionalmente se considera que la primera calculadora mecánica fue inventada en 1642 por el matemático francés Blaise Pascal. Figura 7. Gottfried Wilhelm Leibniz y la Máquina de Leibniz Lo que podríamos considerar como el primer éxito práctico del procesamiento automático de información se dio en 1804, cuando Joseph Marie Jacquard, mecánico de la industria textil de Lyon en Francia, construyó un telar automático, controlado mediante tarjetas de cartón perforadas, que podía tejer telas con diseños complicados. Figura 6. Blaise Pascal y una de las “Pascalinas” Figura 8. Joseph Marie Jacquard El aparato se conocía como Pascalina y tenía ocho ruedas móviles, cada una con 10 marcas identificadas con números del 0 al 9, conectadas mediante engraEscuela Superior de Medicina 3 Notas de Informática Médica En el año de 1822 otro inglés, Charles Babbage, diseñó una máquina que en teoría podía resolver polinomios complejos hasta de 8 términos. La llamó “Máquina Diferencial”, pero a pesar de contar con el apoyo del gobierno británico, jamás logró terminarla. Figura 9. Telar de Jacquard La introducción del telar automático no estuvo exenta de dificultades pues provocó revueltas en protesta por la sustitución de los trabajadores textiles con máquinas. Durante el siglo XVIII, varios inventores elaboraron variantes de máquinas calculadoras con éxito relativo; no fue sino hasta 1820 cuando el inventor francés Charles Xavier Thomas de Colmar, presentó su “aritmetrómetro”, una calculadora mecánica que podía realizar las cuatro operaciones fundamentales. Figura 11. Charles Babbage en 1847y el modelo de la calculadora de la Maquina Diferencial, construido en 1982. Más tarde en 1833, Babbage concibió la idea de una máquina de propósito general, la “Máquina Analítica”. La máquina tenía todas las características de una computadora moderna; era programable para propósitos múltiples, pero los programas eran externos y se manejaban mediante tarjetas perforadas que almacenaba la información de programas y datos. Babbage tampoco pudo construir esta máquina, a pesar de que a partir de 1844 contó con la colaboración de , Ada Augusta Byron King, matemática hija del poeta inglés Lord Byron, quien se encargó de conseguir financiamiento para el proyecto y además, desarrolló rutinas que debían hacer funcionar la Máquina Analítica, convirtiéndose así en la primera mujer programadora de la historia.3 Figura 12. Ada Byron King Figura 10. Thomas de Colmar y el aritmetrometro 3 En honor a Ada Byron King, el Departamento de Defensa Más tarde, el funcionamiento de la calculadora fue de los Estados Unidos nombró ADA, a un lenguaje de impulsado por motor eléctrico para crear la calculadoprogramación desarrollado por ellos. ra eléctrica. Escuela Superior de Medicina 4 Notas de Informática Médica A pesar de que no logró construir ninguna de las máquinas, Charles Babbage es considerado el padre de computadora. En 1854 George Boole, matemático ingles, publica su ensayo: “An Investigation on the Laws of Thought” donde expone un modelo matemático del razonamiento lógico simbólico del pensamiento, creando la rama de las matemáticas que hoy conocemos como “álgebra binaria” o “booleana”. Figura 15. Máquina Tabuladora de Hollerith Entusiasmado con el éxito, en 1896 Hollerith fundó la "Tabulating Machine Company", que en 1912, después de varias fusiones, se convirtió en la "International Business Machines Corporation", conocida en la actualidad como IBM. Figura 13. George Boole Esto significó un avance importante en el desarrollo de la informática, porque el álgebra booleana constituye la base del funcionamiento de las computadoras modernas. En 1931 Vannevar Bush desarrolló una calculadora mecánica que resolvía ecuaciones diferenciales que no habían podido resolverse antes. Sin embargo, la máquina era muy complicada y necesitaban cientos de engranes para representar los números y las relaciones entre ellos y por lo mismo no era comercial. Un nuevo éxito del procesamiento automático de información se dio en 1889, cuando Herman Hollerith ganó el contrato para proporcionar el equipo de proceso de datos para el censo de población de los Estados Unidos de 1890. Figura 14. Herman Hollerith Hollerith propuso el empleo de tarjetas perforadas para recabar la información y máquinas tabuladoras eléctricas para leerla. El éxito fue rotundo, la recopilación de datos tomó sólo dos años y medio en lugar de los diez que se esperaba. Figura 16. VannevarBush y el Analizador Diferencial En 1937 el matemático inglés Alan Matison Turing, en su ensayó “On Computable Numbers”, establece el concepto de la “Máquina Universal” o “Máquina de Turing”, capaz de resolver cualquier problema para el que se pueda diseñar un algoritmo, o sea cualquier “problema computable”. Escuela Superior de Medicina 5 Notas de Informática Médica ceptos de Falso y Verdadero de Boole, se pueden usar para describir las funciones de los switches en los circuitos eléctricos. Figura 17. Alan Matison Turing Turing, también demostró la equivalencia entre el tratamiento de números y símbolos, creando la “Lógica Simbólica”. Figura 20. Clause Elwood Shannon En Alemania, en 1937, el entonces estudiante de ingeniería eléctrica Konrad Zuse, desarrolló una computadora electromecánica, a la que llamo Z1 y poco después, desarrolló los principios de una computadora totalmente electrónica la Z3, que tuvo que construir con sus propios medios pues el gobierno nazi no la consideró como un proyecto importante, terminándola en 1942. En 1940 John V Atanasoff, en esa época profesor del Colegio Estatal de Iowa (hoy Universidad Estatal de Iowa), y su estudiante Clifford Berry, diseñaron una computadora llamada ABC (Atanasoff-Berry Computer) aplicando el álgebra boleana a los circuitos eléctricos. Al aplicar este principio en forma de encendido y apagado, Atanasoff y Berry desarrollaron una computadora totalmente electrónica. Figura 18. Konrad Zuse en 1938 Durante la guerra, la computadora fue destruida y no se supo nada de este trabajo hasta años después. Figura 21. Arriba, Atansoff (izquierda) y Berry. Abajo, la computadora ABC Figura 19. Zuse y un modelo de la computadora Z1, construido en 1986. En 1938 el matemático norteamericano Claude Elwood Shannon aplica el álgebra binaria en el diseño de circuitos electrónicos, demostrando como los con- Desafortunadamente, su máquina tenía deficiencias que no pudieron resolver y su proyecto perdió el financiamiento. Su trabajo fue olvidado, y opacado por otros mayores. Sólo recientemente se le dio reconocimiento. En 1945, en un comunicado interno de la Universidad de Pennsylvania, John von Neumann describe el con- Escuela Superior de Medicina 6 Notas de Informática Médica cepto de “programa almacenado en la memoria cen- y eran lentas, con velocidades máximas en el rango -3 tral”, que se constituiría en la base de la arquitectura de milisegundos (10 s) de las computadoras modernas. Figura 22. John von Neuman Generaciones de Computadoras Modernas A partir de la década de 1940, se inicia el desarrollo de las computadoras modernas, el cual por tradición se ha dividido, según los avances tecnológicos, en etapas llamadas "generaciones de computadoras". Primera Generación (1940-1956) Las computadoras de primera generación fueron electromecánicas primero y luego electrónicas; usaban bulbos como elementos de control, y memoria de tambores magnéticos, la entrada y salida de datos era con tarjetas o cintas de papel perforadas. Figura 24. Tecnología de almacenamiento de datos de la Primera Generación, cintas y tarjetas perforadas Algunas computadoras de esta generación son: Mark I. En 1944, Howard H. Aiken profesor de la Universidad de Harvard, trabajando en colaboración con IBM, construyó una computadora electromecánica programable, la Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC ó MARK I). La computadora media 15 m de largo por 2.7 m de alto y pesaba 7 toneladas. Para programarla había que cambiar las conexiones para lo cual se necesitaban casi 1000 km de cables. La computadora usaba señales eléctricas para mover partes mecánicas, y por esta razón era muy lenta, tardaba 3 segundos en hacer una suma, 5 segundos en una multiplicación y 10 segundos en una división. Por otro lado, podía efectuar en forma automática tanto aritmética básica como cálculos complejos, aunque su capacidad real era inferior a la de una calculadora científica de bolsillo moderna. Su primer uso fue calcular tablas de balística para la marina de los Estados Unidos. Figura 25. Howard H. Aiken y la Mark I Figura 23. Tecnología característica de la Primera Generación, válvulas al vació y tambor magnético de memoria Estas computadoras eran de gran tamaño, tenían poca memoria, consumían mucha energía y producían gran cantidad de calor por lo que se averiaban con facilidad. Además, se programaban en lenguaje binario ENIAC (Electronic Numeric Integrator and Calculator) la primera computadora totalmente electrónica, construida en la Universidad de Pennsylvania por John Presper Eckert y John W. Mauchly en 1946. A diferencia de la Mark-I, ENIAC era completamente electrónica, tenía 18 000 bulbos, 70 000 resistencia y 5 millones de uniones de soldadura. Ocupaba una superficie de 140 m2 y su peso era de 30 toneladas. Escuela Superior de Medicina 7 Notas de Informática Médica Consumía 160 kwatts y cuando se encendía provocasidenciales de 1952 en Estados Unidos, el general ba una pérdida de potencia en la mitad de la ciudad Dwigth D. Eisehower, con tan sólo el 5% de los votos de Pittsburgh. Era una computadora de propósito gecontados. neral, 300 veces más rápida que la Mark-I, pero el mantenimiento era costoso por la necesidad de cambiar continuamente los bulbos que se fundían en promedio uno cada 10 minutos. Tampoco almacenaba instrucciones, estas igual que los datos, debían introducirse mediante tableros y conexiones. Figura 28. Univac 1 Segunda Generación (1956-1963). En 1948 tres científicos de los laboratorios de la Bell Telephone, William Shockley, Walter Brattain, y John Bardeen, inventaron el “transistor”, que al igual que los bulbos es capaz de amplificar y modular las señales eléctrica, pero es más pequeño, barato y resistente. Pronto los transistores substituyeron a los bulbos en radios, televisores y computadoras; desde entonces el tamaño de los aparatos electrónicos se ha reducido en forma espectacular. Figura 26. Arriba, John P. Eckert, sentado y John W. Mauchly. Abajo, ENIAC EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) la primera computadora que incluía el concepto de programa almacenado en memoria, que John von Neumann construyó en 1947. Su funcionamiento era más rápido que las anteriores pues la computadora tenía acceso rápido a datos e instrucciones y podía realizar decisiones lógicas en forma interna. Figura 29. De izquierda a derecha, William Shockley, Walter Brattain y John Bardeen Las primeras computadoras basadas en transistores se construyeron en 1956. Junto con el desarrollo de las memorias de núcleo magnético, los transistores produjeron la segunda generación de computadoras, éstas eran de menor tamaño y consumían menos energía. Trabajaban a velocidades en el rango de microsegundos (10-6 s) y tenían memoria central más rápida, formada por núcleos de ferrita y periféricos rápidos como cintas y discos magnéticos. Figura 27. John von Neumann y EDVAC UNIVAC I (Universal Automatic Computer), la primera computadora comercial, construida por Eckert y Mauchly para la Remington Rand en 1951. Uno de los logros que dio fama a UNIVAC fue predecir correctamente el margen con que ganaría las elecciones preEscuela Superior de Medicina 8 Notas de Informática Médica IBM 1620. Producida en 1962, era una computadora más pequeña, pero con suficiente poder para aplicaciones científicas. Fue la primera computadora accesible a las universidades. CDC 3600. Probablemente la mejor computadora de Segunda Generación, estaba orientada hacia el trabajo científico, pero cuando apareció (1963) estaba por llegar la Tercera Generación. Figura 30. Tecnología característica de la Segunda Generación, transistores, memoria de núcleos magnéticos y lectoras de cinta. En esta generación aparecen los lenguajes de programación de alto nivel como COBOL, FORTRAN y ALGOL, y se inicia el empleo de SISTEMAS OPERATIVOS. Figura 31. Computadoras de Segunda generación. Arriba IBM 650, abajo, CDC 3600 Tercera Generación (1964-1971). En 1958 Jack St. Claire Kílby, un ingeniero de la Texas lnstruments, desarrolló el circuito integrado. En un circuito integrado se combinan varios componentes electrónicos en un soporte de silicio, que por su tamaño pequeño fue llamado “chip”. Computadoras de segunda generación son: IBM 650. Construida en 1954 tenía transistores, pero también bulbos. STRETCH. Supercomputadora producida por IBM en 1957. LARC. Supercomputadora construida por Remington Rand en 1957 para el Livermore Atomic Research Center. IBM 1401. Producida en 1961, es considerada la computadora más representativa de esta generación debido a la gran aceptación que tuvo para tareas administrativas y de negocios. Por su amplio uso, estableció el estándar de su época y fue conocida como el Modelo T de las computadoras Figura 32. Jack Kilby y el primer circuito integrado La tercera generación de computadoras alcanza su máximo en 1967, cuando aparecen las primeras computadoras construidas totalmente con circuitos integrados. Se reduce aún más el tamaño y consumo de Escuela Superior de Medicina 9 Notas de Informática Médica energía. La velocidad aumenta hasta el rango de na- de Inteligencia Artificial propuesta por Marvin Minsky, -9 nosegundos (10 s) Se construyen periféricos rápidos que aún no se puede construir. y memorias de semiconductores más grandes. En Cuarta Generación (1971 al presente). En 1971 Mar1964 John Kemeny y Thomas Kurtz del colegio de cian Ted Hoff investigador de la entonces recién funDartmounth crean el lenguaje de programación dada compañía Intel, desarrolló el “microprocesador”, BASIC (Beginners All purpouse Symbolic Instruction este avance marca el inicio de la cuarta generación, Code), para facilitar la programación de computadoque se caracteriza por la popularización del uso de las ras, Este lenguaje se convirtió en la introducción a la computadoras. En el microprocesador todos los comprogramación de dos generaciones de informáticos. ponentes de la Unidad Central de Procesos de la computadora están en un solo chip. Figura 33. John Kemeny , creador del lenguaje BASIC Algunas de las computadoras desarrolladas durante este período son: IBM-360 (1964) que fue la más popular de las computadoras de esta generación, PDP-8 (1965), ICL-1900, IBM-370, y VAX-750. Figura 36. Tecnología característica de la Cuarta generación.Arriba, diagrama del microprocesador Intel 4004. Micropocesador Intel Pentium y diskettes magnéticos. Figura 34. IBM 360, la más popular de las computadoras de Segunda Generación Con este avance la velocidad llega al rango de pico-12 segundos (10 s). La popularización de las microcomputadoras provoca la aparición de redes de computadoras y la teleinformática. Se usan los disquetes como unidades de almacenamiento secundario e interfaces gráficas para los usuarios (GUI). En esta generación aparecen los primeros programas comerciales de aplicación. En 1969 se inicia el trabajo en “ARPAnet”, la semilla de lo que con el tiempo se convertirá en “Internet”. Computadoras pioneras de esta generación son: Figura 35. VAX 750, la mayor competidora de IBM Como dato curioso, en 1968 en la película “2001, a space odyssey”, Arthur C. Clak presenta la “HAL 9000”4, la computadora del futuro, basada en la idea 4 Heuristically programmed ALgorithmic computer) Altair 8800. Esta fue la primera computadora comercializada para el público general. Lanzada al mercado por MITS, (Micro Instrumentation Telemetry Systems) estaba construida alrededor del microprocesador Intel 8080 que tenía direcciones de 16 bits y un bus de datos de 8 bits. La computadora se vendía en forma de un kit para armar que costaba 395 dólares, y se debía programar en binario mediante un grupo de switches Escuela Superior de Medicina 10 Notas de Informática Médica que se encontraban en la parte delantera, los resultados se leían también en binario, en los leds que tenía al frente. En su forma original la computadora tenía 256 bytes de memoria, pero se le podía expandir mediante tarjetas, que además, permitían la conexión de periféricos como teletipos y terminales. La carencia de software y la difícil programación, hacía que la computadora fuera prácticamente inútil, por lo cual es difícil explicar el éxito de la Altair y sus sucesoras. Figura 40. Apple II. Estas primeras máquinas fueron substituidas por modelos más avanzados a partir de 1981 cuando aparecen “IBM PC”, “Apple Macintosh”, y las que les han seguido, en constante evolución, hasta nuestros días. Figura 37. Altair 8800. SOL (1975) fue la primera computadora que se vendió para conectarse a un aparato de televisión. Figura 41. IBM PC Figura 38. SOL. Pet 2001 (1976) esta fue la primera computadora casera que logró una distribución amplia. Quinta Generación (el futuro... ). ¿Que nos depara el futuro?. Esta pregunta es difícil de responder, en especial ante el ritmo del cambio en este campo. Las llamadas computadoras de quinta generación son sólo proyectos y declaraciones de buenas intenciones. La mayoría de los expertos al ser cuestionados, responderán que su idea de la quinta generación es la computadora HAL 9000. La “inteligencia artificial” de esta computadora ficticia le permite mantener una conversación con seres humanos, recibir señales visuales y aprender de la experiencia. Aunque la HAL 9000 aún pertenece a la ciencia ficción muchas de sus capacidades ya son una realidad. Existen sistemas capaces de obedecer órdenes habladas y reaccionar a señales visuales. Figura 39. PET 2001 de Commodore. Apple II (1977) la última de las computadoras pioneras de la cuarta generación y según algunos la mejor de todas. Dos avances tecnológicos que nos acercan a la quinta generación de computadoras son, el procesamiento paralelo y los superconductores. El procesamiento paralelo utiliza muchos procesadores, operando simultáneamente en diversas fracciones de un mismo problema, en forma semejante a como funciona el cerebro humano, acelerando la obtención de resultados. Un tipo particular de procesamiento paralelo, las redes neuronales artificiales, ha demostrado capacidad de aprendizaje semejante a la humana, principalmente en la adaptabilidad. Por su Escuela Superior de Medicina 11 Notas de Informática Médica parte, los superconductores son materiales que pueque los medios de almacenamiento lo permitan, y den conducir la electricidad casi sin resistencia, disrecuperarla las veces que sea necesario. minuyendo el gasto de energía y aumentado la veloTipos de computadoras cidad de transmisión de la información. Las computadoras de hoy en día tienen características Existen varios criterios para clasificar las computadoque anticipan la quinta generación, un ejemplo son los ras, entre los que tenemos: sistemas expertos que apoyan a los médicos en el diagnóstico, aplicando las mismas estrategias que los médicos entrenados. Sin embargo, aún transcurrirán algunos años antes de que estos avances lleguen al nivel que se supone tendrá la siguiente generación de computadoras. 1. Según la forma en que representan los valores, las computadoras pueden ser: a. Analógicas. Son las que aprovechan la similitud matemática entre las propiedades físicas de determinados sistemas y el comportamiento de circuitos electrónicos o de otro tipo, y los emplean para simular el problema físico. Tecnologías y disciplinas de la informática. b. Digitales. Son las que resuelven los problemas convirtiendo las variables en número y realizando cálculos con ellos. ¿Qué es la Computadora? La computadora es una herramienta electrónica capaz de manipular datos en forma rápida. Si bien para la gente común, la computadora puede ser simplemente una calculadora automática y rápida o una máquina de escribir sofisticada, para una persona que conozca su funcionamiento, la computadora puede ser capaz de resolver problemas y manipular datos en cualquier forma que el usuario desee. c. Híbridas. Tienen una parte que funciona en forma analógica y otra en forma digital. 2. Con base en su tamaño, capacidad de memoria, velocidad, etc., las computadoras puede ser: a. Microcomputadoras. Es el extremo más bajo en cuanto a velocidad y capacidad del almacenamiento. Su CPU5 es un sólo microprocesador. Las primeras tenían procesadores de 8 bit6 pero los actuales tienen 32 bit. Las computadoras personales se encuentran en esta categoría. Las características que hacen valiosas a las computadoras son: 1. Velocidad. Las computadoras modernas pueden ejecutar miles de millones de instrucciones por segundo. Su enorme velocidad, puede convertir a las computadoras en grandes amplificadores de errores, pues no tienen discernimiento, solo siguen las instrucciones que reciben. b. Minicomputadoras. Tienen gran capacidad de almacenamiento y alta velocidad, se usan para procesar un volumen grande de datos y atender a varios usuarios. c. Mainframes. Este tipo de computadoras opera a alta velocidad y tiene enorme capacidad de almacenamiento. Pueden manejar el trabajo de cientos de usuarios simultáneamente. Se usan en bancos de datos grandes. 2. Exactitud. Calcular rápido no es suficiente, hace falta exactitud para obtener el resultado correcto. Esta característica depende principalmente de la estructura de la computadora, pero el usuario debe asegurarse de que sus aplicaciones aprovechen esta estructura en forma adecuada. d. Supercomputadoras. Son máquinas únicas, muy rápidas y caras. Alcanzan velocidades del orden de los GigaFLOPS7. Una estrategia empleada para lograr la alta velocidad de las supercomputadoras consiste en formar redes conectando cientos de microprocesadores. Otro método es usar circuitos de materiales superconductores. Las supercomputadoras se usan principalmente en pronóstico del clima, investi- 3. Dedicación. Un ser humano puede ser presa de la fatiga y el aburrimiento al realizar una labor repetitiva. Como la computadora es una máquina, sin inteligencia ni sentimientos, no se cansa ni pierde concentración, puede trabajar por horas sin error ni distracción. Aun cuando deba repetir el mismo cálculo millones de veces, ejecutará del primero hasta el último, con la misma exactitud. 4. Versatilidad. Significa que la computadora tiene capacidad para ejecutar cualquier tipo de trabajo para el que se le puedan dar instrucciones. Esta es una de las características más valiosas de las computadoras modernas. 5. Memoria. Las computadoras pueden almacenar cualquier tipo de información durante el tiempo 5 Central Processing Unit o Unidad Central de Procesos 6 Abreviación de Binary Digit. Es la unidad mínima de información. Se representa mediante un elemento físico que solo puede tener dos estados, representados como 1 ó 0. 7 FLOPS = Operaciones de Punto Flotante por Segundo (Floating Point Operations Per Second). Giga, prefijo proveniente del griego gigas, gigante. Significa 1 x 109 Escuela Superior de Medicina 12 Notas de Informática Médica gación biomédica, percepción remota, diseño de aviones, inteligencia artificial y otros tipos de sistemas complejos. 3. Según el uso que se les da, las computadoras pueden ser: a. De propósito general. Son las que pueden ejecutar todo tipo de tareas para las que se puedan programar ya sea aplicaciones científicas o comerciales. b. De propósito especial. Cuando se construyen para una función única. Figura 42. Exterior de un Micropocesador Intel Pentium La Unidad del Control actúa como supervisor, interpretando el contenido de las posiciones de memoria, ordenando la ejecución de las instrucciones de los programas, y sincronizando la actividad. Para lograr la sincronía, la UC tiene un generador de pulsos o “reloj”. Un ciclo o periodo del reloj de la computadora, es el tiempo que hay entre dos señales consecutivas. Las computadoras actuales tienen periodos de nanosegundos10. La frecuencia del reloj es la inversa del periodo. Una microcomputadora promedio actual trabaja a frecuencias de Gigagahertz11, equivalente a períodos de menos de un nanosegundo. La frecuencia del reloj determina en parte la velocidad de funcionamiento de la computadora. c. Mixtas. La mayoría de las computadoras se encuentran en un punto intermedio, es decir, las especializadas y de propósito general son extremos. Componentes de la Computadora. Sin importar la categoría a la que pertenezcan, las computadoras constan de dos partes el hardware y el software. Hardware, es la parte material, formada por los dispositivos físicos que realizan el trabajo. Son hardware la computadora y sus periféricos. La computadora se encarga del procesamiento de datos y está formada Unidad Central de Procesos (CPU) y la Memoria central o principal. Los periféricos sirven para comunicarse con el exterior y se dividen en dispositivos de Entrada, de Salida, y de Entrada/Salida. a. Unidad Central de Procesos (CPU). Es la encargada de efectuar las funciones de la computadora, está integrada por: Unidad Aritmética Lógica (UAL), 8 la Unidad de Control (UC), el BUS de comunica9 ciones y los registros . Realiza el procesamiento de los datos e instrucciones. Puede efectuar operaciones de suma, resta, multiplicación, división, comparación y lógica. La capacidad del bus y los registros que usa la UAL, es uno de los factores que determinan la velocidad de la computadora. La capacidad se mide en bits, las microcomputadoras modernas tienen registro y bus de 16 y 32 bits. b. Memoria Central. Es el lugar donde se almacenan datos, resultados, e instrucciones de los programas que utiliza la UAL. La memoria central de las primeras computadoras se medía en cientos de bytes12, después llegaron a kilobytes, y en la actualidad alcanzan los Megabytes, e incluso Gigabytes. La memoria central está dividida en zonas o posiciones, cada uno con una dirección propia. El ta- 10 1 nanosegundo = una mil millonésima parte de un segundo = 1 x 10-9 s 11 El Hertz es la unidad de medida de frecuencia, 1 Hz = 1 ciclo por segundo. 1 Gigagahertz = 109 ciclos/s = mil millones de ciclos por segundo. 12 Es un conjunto de 8 bits que codifican para un carácter que puede ser letra, número o signo. Hay 28 o sea 256, valores posibles para un byte, desde 00000000 hasta 11111111; por ejemplo, la combinación 01000001 que equivale al 64 en decimal, es el equivalente binario de la letra A. Sus múltiplos son: Kylobyte (kb). El prefijo deriva del griego khilion = mil. En el lenguaje informático 1kb = 210 = 1024 bytes, la potencia de 2 más cercana al valor 1000. 8 “Bus” es él termino empleado en inglés para referirse a los canales de comunicación entre los componentes de la CPU. Megabyte (Mb). Este prefijo derivado del griego megas que significa un millón. 1 Mb = 220 bytes = 1 048 567 bytes. 9 Gigabyte (Gb). El prefijo deriva del latín gigas, gigante. Un Gb equivale a un kilo de Megabytes, es decir, 230 = 1 073 741 824 bytes. Los “registros” de la UAL son pequeñas memorias encargadas de almacenar en forma transitoria, los datos que intervienen en las operaciones, y los resultados. Escuela Superior de Medicina 13 Notas de Informática Médica maño de la memoria central es otro de los factores que determina la velocidad de funcionamiento de la computadora. La memoria central está formada por distintos tipos de memoria, con características particulares: 1. Memoria de Acceso Aleatorio (RAM13). Es la memoria en que se guardan los datos y programas del usuario. Se llama de acceso aleatorio porque es posible tener acceso a cualquier posición de ella en cualquier orden, y porque todas las direcciones de la memoria tienen el mismo tiempo de acceso. La memoria RAM es de Lectura/Escritura porque sirve para grabar y recuperar datos. Además, la memoria RAM es “volátil” porque los datos almacenados en ella se borran cuando se apaga la computadora. 2. Memoria sólo de Lectura. (ROM14). Esta memoria se llama así porque la información que contiene se puede recuperar pero no cambiar. Contiene datos y programas que son permanentes y no es volátil, no se borra aunque se apague la computadora. En la memoria ROM se guardan los programas que sirven para arrancar la computadora, entre estos destaca el BIOS15, encargado de revisar e inicializar los periféricos de la computadora. Figura 44. Tarjeta simm de memoria c. Los Periféricos son los dispositivos de comunicación de la computadora con el exterior, entre ellos se encuentran los medios magnéticos de almacenamiento de datos, accesibles mediante los dispositivos de Entrada/Salida que constituyen la memoria secundaria o externa de las computadoras 1. Periféricos de entrada, son los que únicamente sirven para introducir datos y comandos a la computadora, los más comunes son: i. El teclado. Es el periférico de entrada estándar, tiene 101 o 104 teclas, las de cualquier máquina de escribir, más algunas teclas necesarias para el trabajo en la computadora. A través de él se introduce información escribiendo; cada tecla que se presiona, envía una señal eléctrica que la computadora interpreta. Figura 43. Chip BIOS de AMI 3. Memoria Cache. En las computadoras actuales, el tiempo de acceso a la memoria RAM primaria es muy grande comparado con la velocidad del CPU, para evitar que esto disminuya el rendimiento de las computadoras, se les provee de una memoria intermedia entre la RAM y el CPU, llamada memoria Cache, de alta velocidad de acceso, que se usa para guardar las instrucciones y datos que se requieren en un momento dado. La presencia de la memoria Cache hace que la memoria RAM primaria parezca más grande y rápida de lo que en realidad es. La memoria Cache es volátil y su tamaño también influye sobre la velocidad de las computadoras, pero como es cara normalmente es pequeña. 13 Del inglés Random Access Memory 14 Del inglés Read Only Memory 15 Basic Input Output System o Sistema Básico de Entra- Figura 45. Teclado simple de 104 teclas ii. El ratón. Este es un dispositivo analógico que transforma el movimiento sobre una superficie plana, en movimiento del cursor en la pantalla de la computadora. Posiciones particulares de la pantalla se asocian, mediante software, con acciones específicas de la computadora. Los ratones tienen dos o tres botones que se usan para dar instrucciones a la computadora. da/Salida Escuela Superior de Medicina 14 Notas de Informática Médica 2. Periféricos de salida sirven para recibir mensajes de la computadora y resultados de los procesos que efectúa, los más conocidos son: i. Monitor. Funciona bajo los mismos principios que los aparatos de televisión. En él se despliega todo tipo de información que genera la computadora. Algunos monitores, como los de los cajeros autométicos, son sensibles al tacto y también se pueden usar como dispositivos de entrada. Figura 46. Ratón de dos botones iii. Lectoras Láser. Aunque ya existen dispositivos que pueden escribir y borrar en los discos compactos, aún no son estándar y la mayoría de los equipos actuales las unidades de CD sólo son de entrada. Funcionan registrando los cambios de fase de luz láser reflejada en la superficie del disco, que se transforman en impulsos eléctricos. Figura 49. Monitor a color ii. Figura 47. Una lectora de CD interna iv. Impresora. Hay dos tipos de impresoras: las de impacto, que imprimen golpeando una cinta entintada sobre el papel, con martillo o agujas, como las impresoras de matriz y las de margarita, y sin impacto, que usan medios electrónicos, térmicos o de inyección para imprimir sobre el papel. Las impresoras láser y de inyección de tinta son de este tipo. Escaners o Digitalizadores. Este tipo de periféricos sirve para introducir a la computadora información, diferente a la escrita. Los scanners generan impulsos eléctricos a partir de diferencias en los patrones de la información que exploran, estos impulso son interpretados por la computadora. Hay dos tipos generales: ópticos, que usan luz para explorar el objeto a digitalizar, y magnéticos que se basan en fluctuaciones de campos magnéticos. Figura 50. Impresora de inyección de tinta 3. Dispositivos de Entrada/Salida. Estos periféricos sirven para introducir y recibir información de la computadora, algunos de los más frecuentes son: i. Figura 48. Escaner de luz de cama plana Teletipos. Estos periféricos se usaron para comunicación remota cuando las computadoras tenían que permanecer encerradas en instalaciones especiales. Hoy en día casi no se encuentran. Escuela Superior de Medicina 15 Notas de Informática Médica Figura 53. De izquierda a derecha, Rack de discos magnéticos, discos fijos de las primeras microcomputadoras y discos fijos modernos. iv. Figura 51. Teletipo de cinta ii. Lectoras/Grabadoras de cinta. Las primeras computadoras usaban cintas de papel y tarjetas perforadas para leer y guardar información. Esta tecnología era lenta y poco confiable. Después se inventaron las cintas magnéticas que se constituyeron en las principales unidades de memoria externa de las computadoras En ellas se graban los impulsos eléctricos, como impulsos magnéticos que al leerlos se convierten, otra vez en impulsos eléctricos. Modems17. Son dispositivos que permite transformar las señales digitales de una computadora en señales analógicas, y a la inversa, para que se puedan transmitir y recibir a través una línea telefónica. Se usan para conectarse a redes de computadoras. Figura 54. Modem telefónico externo El Software, es el componente lógico de la computadora, es decir, es el conjunto de programas que hace funcionar la computadora. Incluye programas, como simuladores clínicos, sistemas operativos y programas de aplicación general, lo mismo que archivos con información de trabajo, como el expediente clínico de un paciente. Figura 52. Cinta magnética de almacenamiento de datos iii. 16 Lectoras/Grabadoras de disco. Las cintas magnéticas tienen enorme capacidad de almacenamiento, pero son muy lentas y además demasiado grandes y caras para las computadoras personales actuales. La invención de los discos magnéticos resolvió el problema. Usando los mismos principios que las cintas, pero organizando la información en las pistas de un disco, se logró aumentar la velocidad de grabación y recuperación y concentrar grandes cantidades de información en discos cada vez más pequeños16. Los primeros discos para microcomputadora eran de 8.5 pulgadas, y capacidad de 320 kb, después los discos de 5.25 pulgadas llegaron a 360 kb; en la actualidad, los discos más comunes son de 3.5 pulgadas con 1.4 Mb de capacidad, y los discos zip que se están haciendo más populares cada día son de 3.5 pulgadas y capacidad de 100 Mb hasta 1 Gb. Las computadoras no pueden realizar tarea alguna por si mismas, necesita recibir instrucciones del usuario. El conjunto de instrucciones que se dan a la computadora para que realice una tarea específica, se llama “programa”. La secuencia de pasos que se deben seguir para realizar una tarea se llama “algoritmo”. Para ser útiles, los algoritmos deben tener un tiempo de ejecución finito. La elaboración de programas consiste en el diseño de los algoritmos y su conversión en instrucciones que la computadora entienda. El proceso de elaboración de los programas se conoce como “programación”. Existen dos categorías de software: programas de aplicaciones y programas de sistema. a. Software de Aplicaciones. Son programas individuales o conjuntos de ellos, destinados a realizar tareas específicas que interesan al usuario. En esta categoría se encuentran las aplicaciones de administración, procesamiento de texto, manejo de 17 MODulador/DEModulador Escuela Superior de Medicina 16 Notas de Informática Médica bases de datos, hojas de cálculo, etc. También se pueden incluir aquí los lenguajes de programación como FORTRAN, COBOL, BASIC, C, Ada, Pascal, etc. El software de aplicaciones se desarrolla y opera aprovechando las características del software de sistema de la computadora b. Software de Sistema. Es el software que controla el hardware. Esto incluye tareas como la comunicación y control de los periféricos, uso del CPU y administración de la memoria. Entre los programas de sistema se incluye el BIOS. El conjunto de programas de sistema de una computadora se conoce como Sistema Operativo. Entre los sistemas operativos más populares de encuentran UNIX, DOS y Windows. Disciplinas de la Informática: Las disciplinas de la Informática abarcan desde la arquitectura y programación de computadoras, hasta inteligencia artificial y robótica, empleando ingeniería, matemáticas, electrónica, lógica, y teoría de la información. Todos estos aspectos quedan incluidos en las diversas ramas de la Informática: 1. Informática Teórica. Se encarga del estudio de los campos como Teoría de la Información, Análisis numérico, lenguajes y gramática, autómatas, etc. 2. Informática Formal o Analítica. Se ocupa de la investigación y creación de algoritmos para resolver problemas de estadística, calculo numérico, investigación de operaciones, etc. 3. Informática Tecnológica o Física. Es la parte de la informática que se ocupa del Hardware. Estudia los fenómenos y propiedades físicas de los materiales y componentes mecánicos, eléctricos y electromecánicos que forman la computadora. 4. Informática Metodológica. Se ocupa del desarrollo del Software, estudia los métodos de programación, técnicas de explotación, lenguajes de programación, etc. 5. Informática Sistemática o Lógica. Es la rama de la informática que estudia la lógica de las computadoras, y en general la organización y estructura de los sistemas informáticos, jerarquía de recursos, comunicación entre computadoras. 6. Informática Aplicada. Es la disciplina que estudia los campos en los que se puede introducir la informática y la forma de hacerlo. 7. Análisis de sistemas. Es la parte de la informática que se ocupa del diseño de los sistemas de información. Escuela Superior de Medicina 17 Informática Médica Introducción Recordemos que Informática es la disciplina que se encarga del estudio, creación y aplicación de métodos y técnicas para el almacenamiento, recuperación y empleo de la información en la resolución de problemas y toma de decisiones, mediante computadoras. En consecuencia con esta definición, la Informática Médica sería la disciplina que investiga la estructura y propiedades de la información médica. Sin embargo, a lo largo de los años se han presentado variantes alrededor de esta definición que vale la pena revisar: “La informática Médica es la aplicación de las tecnologías de computación, comunicaciones, información y sistemas, en todos los campos de la Medicina: atención de la salud, educación e investigación médicas” M.F. Collen (MEDINFO 1980, Tokyo) “La Informática Médica es el cuerpo de conocimientos y el conjunto de técnicas relacionadas con la organización y manejo de la información en apoyo de la investigación y educación médicas, y la atención de la salud”. “La informática Médica combina la ciencia médica con diversas tecnologías y disciplinas de las ciencias de la información y computación proveyendo metodologías mediante las cuales se contribuye a un mejor uso de conocimiento médico y en último caso, a una mejor atención de la salud”. Asociación Americana de Colegios de Medicina (1986) “Es el campo científico en rápida expansión, que se ocupa del almacenamiento, recuperación, y uso óptimo de la información, datos, y conocimientos biomédicos para la solución de problemas y la toma de decisiones." Shortliffe et al. “Medical Informatics: Computer Applications in Healthcare.”, (1990) “La Informática Médica es la ciencia en que se basan la adquisición, mantenimiento, recuperación y aplicación de la información y el conocimiento biomédico, para el mejoramiento de la atención a los pacientes, educación, investigación y administración en el área de la salud.” Charles Friedman, Center for Biomedical Informatics. Introductory Lecture Series, Medical Informatics: Challenges and Opportunities, (1996) “La Informática Médica es la rama de la ciencia que se ocupa del uso de las computadoras y la tecnología de las comunicaciones para la adquisición, almacenamiento, análisis, comunicación y presentación de la información y conocimiento médicos, para facilitar su comprensión y mejorar la precisión, oportunidad y confianza en la toma de decisiones.” Warner, Sorenson and Bouhaddou, “Knowledge Engineering in Health Informatics.” (1997) En forma explícita o implícita, todas las definiciones presentadas incluyen la aplicación de la informática en la atención de la salud, lo que constituye el principal objetivo de la Informática Médica. Por otro lado, se afirma que la Informática Médica abarca el manejo de la información en investigación y educación, campos indispensables para el buen ejercicio médico. Aunque no se menciona en todas las definiciones, la amplitud del campo descrito en ellas, permite inferir que la Informática Médica es un campo interdisciplinario. Otro aspecto notable de estas definiciones es que su énfasis está en la información y conocimiento médicos, su generación y uso, y no en las computadoras mismas, las cuales se consideran un medio para lograr las metas perseguidas. Definición En resumen, podemos concluir que: “La Informática Médica es el estudio, invención y aplicación de estructuras, algoritmos, métodos y técnicas de la informática al manejo y comunicación de la información médica, y su aplicación en todos los aspectos de la Medicina, con el propósito de lograr una mejor atención de la salud”. Su objetivo es la recopilación de datos y conocimientos junto con las herramientas necesarias para aplicar esos datos y conocimientos en el proceso de toma de decisiones, en el momento y lugar en que tales decisiones deben ser tomadas. Desarrollo de la Informática Médica como Disciplina Se dice que la Informática Médica como disciplina tuvo su origen en una publicación de 1974 titulada: “Education in Informatics of Health Personnel”. Sin embargo, las raíces de esta disciplina son más antiguas. En 1852 Philip Roget un médico escocés, inventó un método para sistematizar el conocimiento médico. Su Notas de Informática Médica trabajo se basó en la idea de que todo el conocimiento cina Nacional de Estándares de E.E. U.U., en un proestá formado de “conceptos”, que se pueden repre- yecto de salud dental, abriendo el camino para las sentar mediante “términos” adecuados. Dos términos aplicaciones médicas. A estas aplicaciones se les daque se aplican al mismo concepto son “sinónimos”. El ban nombres como “computación médica”, “ciencias resultado fue el “Thesaurus”, una recopilación siste- de la computación en medicina”, “procesamiento elecmatizada de información que resuelve el problema de trónico de datos médicos” y “tecnología computacional comunicación que surge cuando dos individuos des- en medicina”, entre otros. criben un mismo concepto con términos diferentes. En 1963 el trabajo iniciado por Billings dio un salto enorme cuando se implementó la primera versión del MEDLARS (MEDical Literature Analysis and Retrieval System), el sistema computarizado de bases de datos de la NLM, en una computadora Honeyweell y se estableció formalmente en 1966. En 1978 MEDLARS que dio origen al MEDLINE (MEDlars on LINE), el primer sistema público de información médica en línea en Internet. Figura 55. John Shaw Billings En 1879 el Dr. John Shaw Billings, en ese entonces jefe de cirujanos del ejercito de los Estados Unidos, y responsable de la Biblioteca de Medicina del Ejercito, quien después sería fundador y primer director de la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM) de Estados Unidos, publicó el primer volumen del “Index Medicus. Catálogo Indexado de la Biblioteca de la Oficina General de Salud”, el primer índice de información médica recopilada y antecedente del MEDLINE actual. En 1966 Neil Pappalardo, Curtis Marble, y Robert Greenes, desarrollaron el MUMPS (Massachussetts General Hospital Utility Multi-Programming System), trabajando en el Laboratorio de Ciencias de la Computación del Dr. Octo Barnett en el Massachussetts General Hospital (MGH). MUMPS fue creado para implementar el sistema modular de información en el MGH, y se convirtió en el lenguaje de programación de aplicaciones clínicas, mas usado durante casi 30 años en E.E: U.U. En 1969 se creó GEMISCH (GEneralized Medical Information System for Community Health), desarrollado por William Ed Hammond, William Stead y M.J. Straube en la Universidad de Duke. En la Escuela de Medicina de Hannover en Alemania, se crea una división llamada "Medizinische Informatik" (Informática Médica). En 1974, la Federación Internacional de Procesamiento de Información (IFIP, International Federation for Information Processing), inició la publicación de la serie de Monografías de Informática Médica, usando por primera vez el término en inglés. También se lleva a cabo la Primera Conferencia de Informática Médica, MEDINFO 74. En ninguna de estas ocasiones se define la Informática Médica en forma explícita. Figura 56. Biblioteca Nacional de Medicina de los Estados Unidos en 1887 Como dato adicional, el Dr. Billings también fue asesor de la oficina del censo de 1890 en Estados Unidos y fue quien sugirió la idea de usar tarjetas perforadas para recopilar y procesar la información. En la década de los cincuenta del siglo XX, aparecen las primeras referencias de investigaciones sobre el uso de computadoras en medicina, en publicaciones de Bioingeniería; una de las primeras fue la interpretación automática de los electrocardiogramas. En 1950 Robert Ledley utilizó una computadora de la ofi- En 1977 Allan Levy propuso que la Informática Médica se considerará como una ciencia básica porque se ocupa de los problemas asociados con la adquisición, análisis y diseminación de la información médica, para la atención de la salud. En 1978 se crea la Asociación Internacional de Informática Médica (IMIA, International Medical Informatics Association). Escuela Superior de Medicina 19 Notas de Informática Médica 3. Informática para la educación en las ciencias de la salud. 4. Sistemas de información especializada (enfermería, odontología, otras disciplinas). 5. Sistemas de información médica y hospitalaria. Figura 57. Símbolo de la IMIA En 1986, el Dr. Don Lindberg, se hizo cargo de la dirección de la NLM e inició la creación del Sistema de Lenguaje Médico Unificado (UMLS, Unified Medical Languaje System), sucesor del Thesaurus de Roget. En ese mismo año, la Asociación Americana de Colegios de Medicina, sugiere a sus afiliados la inclusión en el curriculum de medicina de la materia de Informática Médica. En la actualidad, la Informática Médica se está convirtiendo en un componente cotidiano en todos los aspectos de la práctica médica. 6. Evaluación de la tecnología en salud. 7. Informática en anestesiología, medicina crítica y urgencias. 8. Procesamiento de señales e imágenes. 9. Computación clínica. 10. Aplicación de sistemas expertos y redes neuronales. 11. Bio ingeniería. 12. Garantía de calidad en los sistemas de información en salud. La labor de la IMIA ha brindado múltiples frutos a nivel mundial, lo cual se manifiesta como: Informática y Medicina La tendencia a la automatización y a la estandarización de las ciencias de la salud esta implícita en su estructura científica. Desde este punto de vista, la medicina y todas las ciencias de la salud han empleado la informática desde hace tiempo, si entendemos esta como “La disciplina que estudia la información desde su origen, proceso y transformación hasta su presentación y distribución”. Sin embargo la aplicación sistemática de la Informática Médica en su sentido moderno tiene un punto de partida más reciente. Como disciplina diferenciada, la Informática Médica debe su origen a la IFIP y la posteriormente aparición de la IMIA. IMIA coordina actividades de cooperación internacional, en ella participan médicos, enfermeras, cirujanos dentistas, químicos, educadores, ingenieros en computación, administradores, y otros profesionales. Esta organización cuenta con representaciones en un gran número de países, y realiza diversas actividades para promover la investigación y educación en el uso de las computadoras en el área de la salud. Entre las más importantes se encuentran: 1. Congreso mundial (MEDINFO) cada tres años. 2. Grupos de trabajo (Working groups) 1. La incorporación de la Informática Médica como materia curricular en la licenciatura y posgrado médicos y de otras ciencias de la salud en universidades y hospitales. 2. La aparición de varias empresas de software especializado en medicina, odontología, química y otras áreas vinculadas. 3. La creación de centros y salas de computo, telemedicina, visualización, etc. en facultades y escuelas, así como en hospitales y clínicas. 4. Estrategias de políticas nacionales de informática en salud a cargo de instituciones educativas y asistenciales, así como de diversas industrias de la computación, software y telecomunicaciones. Perspectivas. Nuevas áreas aparecen en la medicina como resultado de la tecnología informática por ejemplo, la imagenología se ha establecido como una especialización médica, la telemedicina ha impulsado la telepatología, telecirugía, servicios de salud en la Internet, etc. La mayoría de las universidades ha incorporado la Informática Médica a sus planes de estudio, por lo que en el próximo decenio, todos los profesionistas de la salud egresaran con la plena capacidad de uso cotidiano de la informática en sus actividades profesionales. 3. Conferencias locales. 4. Conferencias regionales. IMIA desarrolla sus labores a través de los Grupos de Trabajo, entre los que podemos mencionar: 1. Expediente clínico computarizado. 2. Codificación de la información médica. Escuela Superior de Medicina 20 Aplicaciones de la Informática Médica ción con especialistas, para plantear problemas e inquietudes; Introducción La informática médica se entrecruza con todos los campos de la medicina tanto en aspectos básicos como de aplicación. Algunas áreas básicas de la informática médica con aplicación en medicina incluyen las ciencias de la computación, teoría de la información, teoría del conocimiento y teoría de la toma de decisiones. Todos estos campos son muy interesantes pero demasiado amplios para tratarse en un curso de introducción como este. Por su parte, algunas de las aplicaciones más importantes son las que tienen que ver con la ingeniería de sistemas como el expediente clínico electrónico, los sistemas de información médica, y sistemas de diagnóstico y tratamiento; y por otro con la enseñanza e investigación médicas. Debe quedar claro que la Informática Médica se aplicará en cualquier campo de la medicina en el que sea necesaria la adquisición, almacenamiento, y manipulación de datos, información o conocimientos, con el fin de lograr una mejor atención de la salud. Las aplicaciones de la informática médica alcanzan a todos lo involucrados en el proceso médico: pacientes, médicos generales, especialistas, investigadores y administradores. Como en cualquier proceso médico, todas las aplicaciones de la informática médica deben ser evaluadas en cuanto a su eficiencia y eficacia. Expediente Clínico Electrónico En la actualidad los expedientes clínicos constituyen una fuente de información de importancia tanto para los médicos como para los administradores. El crecimiento acelerado del conocimiento médico hace indispensable disponer de la información en el momento y el lugar que se necesita. Los altos costos de la atención médica hacen necesaria la administración racional de recursos y esto sólo se logra con un manejo eficiente de la información contenida en los expedientes clínicos. Basados en lo antes dicho podemos afirmar que los objetivos del desarrollo del expediente clínico electrónico son: a. Apoyar y mejorar la calidad de la atención de la salud, brindando una visión integral de la información del paciente; b. Aumentar la productividad de los profesionales de la salud y disminuir el costo de los servicios de salud y su administración, facilitando la comunicación con otros profesionales de la salud para solicitar estudios clínicos y recibir resultados en forma expedita, y brindar apoyo en decisiones clínicas; c. Promover y facilitar la investigación clínica proveyendo acceso a información médica y comunica- d. Contar con flexibilidad para adaptarse a modificaciones debidas a avances tecnológicos, modificación de políticas, cambios administrativos y de financiamiento de la atención a la salud, y e. Mantener el carácter confidencial de la información del paciente Para facilitar la comunicación de datos, y obtener así el máximo provecho del expediente clínico electrónico, es necesario contar con estándares de codificación de datos. Dos de los sistemas de codificación de información médica más empleados, que se estudiarán más adelante, son la Clasificación Internacional de las Enfermedades, CIE o ICD18, propuesta por la Organización Mundial de la Salud, para estandarizar términos en diagnósticos, causas de muerte, procedimientos médicos, etc.; y los encabezados de temas médicos, MeSH19, usado por la NLM para clasificar y ordenar la literatura médica. Otro sistema, el llamado Sistema del Lenguaje Médico Unificado, desarrollado en la NLM, no busca estandarizar sino brindar equivalencias entre los varios sistemas de clasificación y estandarización. Sistemas de Información Médica La facilidad de comunicación creada por la tecnología de las computadoras y la Internet pone a disposición tal cantidad de información que se hace necesario crear algún criterio de filtración de la información. El mayor sistema público de información médica es MEDLINE accesible en Internet directamente en la NLM o a través de varios sitios médicos en la WWW. Muchos de estos sitios ofrecen acceso a otros servicios. La información médica también se puede encontrar a través de los buscadores de WWW. En el ambiente hospitalario, son cada vez más las instituciones que cuentan con sistemas electrónicos de almacenamiento y recuperación de la información; algunos de los sistemas más antiguos, han alcanzado proporciones notables como el Sistema de Expedientes Clínicos Regenstrief, uno de los almacenes de información clínica más grandes del mundo, con más de 1.5 millones de expedientes almacenados en medios electrónicos. Dichos sistemas no son de acceso público y no todos cuentan con sistemas de búsqueda y clasificación de información para la minería de datos. Los archivos electrónicos de médicos particulares son todavía escasos, y la utilidad potencial depende de los niveles de estandarización empleados por los médicos 18 Intenational Clasification of Disease 19 Medical Subject Heading Notas de Informática Médica SI (antecedente), ENTONCES (respuesta) y de la disposición que tengan para compartir información. Que forman cadenas de inferencias para producir una conclusión. Cada Regla representa una unidad de coSistemas de Diagnóstico y Tratamiento nocimiento del sistema; como son reglas independienAl contrario de las ciencias exactas, en medicina se tes, se pueden corregir y actualizar con facilidad. Protrabaja con sistemas complejos que no se pueden bablemente su popularidad se debe a la semejanza simplificar. Se requiere un nivel importante de abs- que tiene con la forma de razonamiento humana. Uno tracción, pero sin desechar detalles. Además, las de- de sus principales inconvenientes es que las reglas cisiones médicas frecuentemente se deben realizar deben tener una respuesta exacta para cada antececon información incompleta, y un grado variable de dente, y por ello no tiene margen de variación. Un sisincertidumbre en ella, de modo que los riesgos pue- tema como estos, sí está formado por muchas reglas den ser altos; este tipo de situaciones resulta ideal pa- puede volverse demasiado lento y complicado. ra la aplicación de los Sistemas Expertos, tanto en Redes Neuronales Artificiales. Las redes neuronales diagnóstico como tratamiento. artificiales, son sistemas de cómputo desarrollados Desde que se inició la introducción de las computado- con base en un modelo simplificado de la estructura y ras en medicina, el desarrollo de sistemas expertos funcionamiento del sistema nervioso. Están formadas fue uno de sus campos más activos. Desde entonces por unidades de procesamiento discretas, llamadas se reconocía que aunque un médico tuviera conoci- “neuronas”, ampliamente interconectadas. “Aprenden” mientos sobre todas las enfermedades, debido al gran a responder, adaptando la fuerza de sus conexiones. número de estas, siempre sería benéfico contar con el Los patrones de fuerza de las conexiones constituyen apoyo de un sistema que le ayudara a definir el dia- la “memoria” de la red y la representación del conocignóstico, y brindara recomendaciones sobre su trata- miento. El aprendizaje consiste en el ajuste iterativo miento. La introducción de sistemas expertos en la de la fuerza de las cargas, con base en la información práctica médica está justificada sólo si ayuda a mejo- que se le proporciona. Se considera que las redes rar la calidad de la atención, con un costo aceptable neuronales responden mediante funciones de discride tiempo y dinero o sí reduce el costo de mantener el minación no lineales. Sus principales ventajas son nivel de atención actual. que la extracción del conocimiento es automática, no En el desarrollo de los sistemas expertos en medicina, se necesita proveerlas de algoritmos, y pueden aplila adquisición del conocimiento y su representación, carse en cualquier campo. Por otro lado, la forma de constituyen los mayores obstáculos en el avance. Es- procesamiento no es clara y la representación del coto se debe a que es difícil describir los procedimientos nocimiento obtenido no es comprensible. usados para llegar a las conclusiones, y también ad- Razonamiento Basado en Casos. Estos sistemas requirir los datos en los exámenes donde los pacientes suelven los problemas por analogía, buscando en una ofrecen información subjetiva, redundante y en ocabase de datos, el caso clínico que más se parezca al siones contradictoria. presente. Para tener éxito con un sistema como este, Los sistemas expertos actuales utilizan alguna de las se necesita una base de datos grande y un buen sistema de comparación y calificación de semejanzas. tecnologías siguientes. Por su forma de trabajar los sistemas expertos basaProbabilística. Utilizan la aproximación Bayesiana pa- dos en el razonamiento por casos son específicos de ra calcular la probabilidad de una enfermedad particu- campo pero especialmente útiles en casos raros o exlar. Su éxito de depende de la validez de sus suposi- cepcionales. ciones: Algunos ejemplos de sistemas expertos aplicados en a. que se cubran todas las posibilidades y solo puede medicina son: haber una a la vez, El programa INTERNIST. Se comenzó a desarrollar a b. los datos clínicos son independientes para una en- principios de los años 70, con una metodología basafermedad particular y da en reglas. Su objetivo es diagnosticar las enfermec. la incidencia de los síntomas de una enfermedad dades que se pueden presentar en la especialidad de medicina interna, y todas sus posibles combinaciones, son constantes. estas enfermedades se cuentan por cientos y se calDado que los supuestos casi nunca se cumplen, este cula que existen 1040 combinaciones posibles. En la tipo de sistemas no es el más adecuado. En el aspec- actualidad aún está en desarrollo debido a lo ambicioto técnico son difíciles de actualizar. so de sus metas. Razonamiento en Base a Reglas. Es el sistema más En 1972 se presentó el sistema MYCIN, probablemenempleado en la actualidad, utiliza reglas de la forma te el más conocido de los sistemas expertos en medigeneral: cina, a pesar de que jamás a sido usado en clínica, Escuela Superior de Medicina 22 Notas de Informática Médica fuera de la fase experimental. MYCIN fue desarrollado Desde hace unos años, se encuentran sistemas excon el propósito de descubrir los problemas que po- pertos aplicados en casi todos los campos de la medidrían encontrar los sistemas expertos al enfrentar cina: cirugía (dolor abdominal agudo), microbiología, problemas reales. Está basado en reglas de decisión y radiología (enfermedades torácicas), farmacología, se ocupa sólo en la recomendación de los antibióticos neurocirugía (meningitis), anestesia y cuidado intenside elección para tratar infecciones, basándose en da- vo, pediatría (enfermedades metabólicas), neurología tos clínicos como tipo de microorganismo, localización (enfermedades cerebrovasculares), medicina interna de la infección, etc. Su estructura básica ha servido (reumatología, diabetes mellitus, nefrología, hepatolopara el desarrollo de otros sistemas, intercambiando gía), fisiología, y odontología. la base de conocimiento. En una encuesta realizada en 1999, se encontró que El sistema PUFF se desarrolló en 1979 a partir de la más del 60% de la investigación en sistemas expertos estructura de MYCIN. Su propósito es interpretar los está relacionada con aplicaciones médicas. resultados de las pruebas de funcionamiento respiraEducación Médica torio para identificar los desordenes pulmonares. La versión actual del sistema cuenta con un conjunto de Desde la antigüedad, la enseñanza de la medicina 400 reglas y fue validada comparando sus diagnósti- consiste en ir añadiendo información a la memoria de cos contra los de especialistas humanos, obteniéndo- los estudiantes, con la idea de que en algún momento se un 90% de concordancia entre los diagnósticos de será aprovechada. Alrededor de la década de los años los médicos y los del sistema experto. PUFF fue uno 30, el conocimiento médico acumulado, rebasó la de los primeros sistemas empleados en forma rutina- cantidad de información que puede contener la meria en la práctica médica. moria humana y ha continuado duplicándose aproximadamente cada 25 años. A pesar de ello, la enseEl sistema Quick Medical Reference, QMR es un sisñanza de la medicina sigue siendo igual. La selectivitema de análisis basado en casos, que se desarrollo dad en los temas que se enseñan y la especialización usando la base de datos de INTERNIST. Diagnostica en el ejercicio médico, se han usado como estrategias usando síntomas y resultados de exámenes y análisis para remediar el problema, pero su éxito es relativo. de laboratorio. La versión usada en la Universidad de Toda la información que la memoria no puede retener Pittsburgh, tiene más de 4000 síntomas asociados en o que jamás se aprendió, puede limitar la capacidad forma probabilística a diversas enfermedades, lo que de integración del médico y podría ser necesaria en le permite desempeñarse con una capacidad compaalgún momento de la práctica médica. La aplicación rable a la de un médico. La eficiencia de uso del prode la Informática Médica podría constituir un valioso grama depende en buena medida en la habilidad inapoyo durante la formación y actualización de los méformática del usuario. dicos. DXplain. Es un sistema de apoyo de decisiones que La tecnología de las computadoras, permitirá que los utiliza un conjunto de resultados clínicos (signos, sín- estudiantes y profesionistas asistan a conferencias y tomas, datos del laboratorio) para generar una lista presentaciones médicas, impartidas por las máximas ordenada de diagnósticos que pudieran explicar o es- autoridades de un campo, en cualquier lugar del muntar asociados, a las manifestaciones clínicas. Fue des- do. Los sistemas para recuperación de información arrollado en el Laboratorio de Ciencias de la Com- pondrán al alcance de todos la información clásica o putación del Hospital General de Massachussets. actualizada, en forma organizada en el lugar y el moDxplain proporciona la explicación del porqué se in- mento necesarios para su máximo aprovechamiento. cluye cada una de las enfermedades, sugiere cuál in- Los sistemas de diagnóstico y tratamiento apoyan a formación clínica sería útil para distinguir cada enfer- los médicos en la toma de decisiones y pueden servir medad, y enumera las manifestaciones clínicas, que a los estudiantes en su aprendizaje. La simulación de serían poco comunes o anormales para cada uno de sistemas se emplea ya en diversas escuelas de medilas enfermedades especificadas. DXplain emplea una cina tanto para el diagnóstico y tratamiento como para base de probabilidades de 5000 manifestaciones clí- la enseñanza. nicas asociadas a 2000 enfermedades diferentes. El sistema utiliza un formato interactivo para recoger la Cuando se cumplan estos proyectos, se podrá caminformación clínica y hace uso una forma modificada biar el énfasis hacia la enseñanza del aprovechamiende lógica Bayesiana para elaborar la interpretación to óptimo e inteligente de la información, en lugar de la memorización de la misma. clínica. Sistema de Análisis de EEG. Este sistema experto se usa para determinar de manera automática la presencia de actividad encefalográfica tipo epiléptico. El programa analiza los EEG buscando actividad anormal, mediante un sistema basado en reglas. Escuela Superior de Medicina 23 La Informática en la Atención de la Salud Áreas de Aplicación de la Informática Médica menzar por entender como Medicina el "conjunto de conocimientos científicos y actividades técnicas, destinadas a lograr el diagnóstico, curación y prevención de las enfermedades". Para analizar la participación de la Informática Médica en este entorno, tomamos como base el esquema de Leavel y Clack que se presenta a continuación. La Informática Médica tiene aplicaciones tanto en la salud como en la enfermedad. Para identificar los múltiples apoyos que esta disciplina brinda en los diferentes aspectos de la práctica médica debemos coCuadro 1. Participación de la Medicina en Salud y Enfermedad En este esquema es posible ver que la actividad médica se realiza en tres niveles distintos: En cada nivel, se realizan acciones específicas, como se muestra en el Cuadro 2. a. Medicina preventiva b. Medicina curativa c. Medicina de rehabilitación Para todas estas acciones existen apoyos informáticos apropiados. TIPO Preventivo El El Curativo El Rehabilitatorio El Medicina Preventiva Cuadro 2. Tipos de Actividades Médicas ENFERMEDAD EN ACCIONES Ambiente. Promoción de la Salud ser humano NO está enfermo Protección específica Diagnóstico precoz y tratamiento oportuno ser Humano Limitación del Daño ser humano YA NO está enfermo Rehabilitación La promoción de la salud consiste en aplicar medidas que mantengan y mejoren la salud de los individuos mediante la creación de ambientes que no sean propicios para el desarrollo de enfermedades. Las actividades que realiza el médico y el apoyo de la informática en ellas se resumen en el Cuadro 3 en la página siguiente. Notas de Informática Médica Cuadro 3. Promoción de la Salud OBJETIVOS ACTIVIDADES APOYO INFORMÁTICO Apoyo en los aspectos educativos a 1. Aplicar medidas generales para 1. Educación para la Salud través de Software específico en mantener o mejorar la salud en 2. Alimentación y nutrición adecuaCD o en Internet. general y el bienestar del individos duo, familia y la comunidad. 3. Desarrollo de la personalidad 2. Crear un ambiente desfavorable a la producción de la enferme- 4. Vivienda adecuada, recreación y dad. condiciones agradables en el hogar y el trabajo 5. Saneamiento ambiental 6. Educación sexual y consejo premarital 7. Exámenes periódicos de salud 8. Consejo genético La protección específica de la salud consiste en la aplicación de medidas que protejan a la población contra desordenes específicos, como las campañas de vacunación, purificación de agua y de limpieza dental. En el cuadro siguiente se resume el tipo de apoyo que puede brindar la informática médica en este nivel. Cuadro 4. Protección Específica OBJETIVOS ACTIVIDADES 1. Proteger específicamente al indi- 1. Inmunizaciones específicas viduo contra una enfermedad de2. Protección contra riegos del traterminada. bajo 2. Proteger al individuo con méto3. Protección contra accidentes dos positivos, comprobados y de eficacia mesurable. 4. Uso de nutrientes específicos 3. Evitar la propagación enfermedades transmisibles. APOYO INFORMÁTICO Apoyo en los aspectos educativos a través de Software específico en CD o en Internet. Apoyo con software de apoyo, para el buen manejo de estos programas. de 5. Protección contra carcinógenos 6. Protección contra alergenos Medicina Curativa Cuando el individuo está enfermo, la protección de la salud consistirá en el diagnóstico precoz y al tratamiento oportuno. En esta etapa la informática médica brinda apoyo en aspectos educativos y de difusión en campañas específicas; con software de control para el buen manejo del diagnóstico y apoyo de tratamiento, así como el equipo computarizado para el diagnóstico y tratamiento de un gran número de enfermedades. Cuadro 5. Diagnóstico Precoz y Tratamiento Oportuno OBJETIVOS ACTIVIDADES APOYO INFORMÁTICO 1. Identificar lo más pronto posible 1. Descubrir los casos de enferme- Apoyo en los aspectos educativos a través de Software específico en dad en los primero estadios. a la enfermedad CD o en Internet. 2. Detener el proceso de la enfer- 2. Descubrir casos individuales en Apoyo con software de apoyo, para grupos de población medad el buen manejo de estos progra3. Prevenir las secuelas y las com- 3. Tratamiento inmediato y adecuamas. do de los casos diagnosticados plicaciones Equipo especial para el diagnóstico 4. Prevenir una incapacidad prolony tratamiento de la mayoría de las gada enfermedades Sí se hace necesario limitar el daño, la informática médica puede apoyar a los médicos con software específicos para el diagnóstico y tratamiento de las en- fermedades, y sistemas computarizados de vigilancia tanto hospitalaria como ambulatoria. Escuela Superior de Medicina 25 Cuadro 6. Limitar el Daño OBJETIVOS ACTIVIDADES APOYO INFORMÁTICO 1. Detener el proceso de la enfer- 1. Tratamiento adecuado para im- Apoyo con software y equipo espepedir un estadio más avanzado cífico para el diagnóstico y tratamedad. de la enfermedad y prevenir más miento de las enfermedades. 2. Evitar un mal mayor. complicaciones y secuelas. 3. Prevenir o demorar las conse2. Prevenir la muerte. cuencias de una enfermedad clínicamente avanzada. Medicina de Rehabilitación ces en la tecnología del diseño y fabricación de prótesis, y los apoyos computarizados para remediar discapacidades. Tiene como fin ayudar al individuo a reintegrarse plenamente a la sociedad, ayudándolo a sobreponerse a las secuelas de su enfermedad, en la medida de lo posible. En este aspecto son muy notables los avanCuadro 7. Rehabilitación OBJETIVOS ACTIVIDADES 1. Reintegración al individuo como 1. Entrenamiento y educación del incapacitado. un factor útil a la familia y la sociedad. 2. Educación a la familia, el público y a la industria para que utilice al 2. Obtener el máximo uso de sus rehabilitado. capacidades residuales. 3. Restablecer el equilibrio biopsi- 3. Terapia ocupacional para el incapacitado. cosocial. 4. Evitar que el individuo se convierta en una carga para su familia y la sociedad. APOYO INFORMÁTICO Apoyo con software de educación específico y equipo electrónico de prótesis para la rehabilitación del incapacitado.