1 Bazy danych w medycynieBright 15 Contrast 44 W-Bal R 28 W-Bal G 28 W-Bal B 28 Elektronika Medyczna Bazy danych w medycynie 2000 – 2004 © P.Romaniuk Instytut Elektroniki Politechniki Łódzkiej 10 marca 2004 / 15:36

2 Zagadnienia wykładu Motywacja do tworzenia baz danychRelacyjne bazy danych System bazy danych Koszty serwera bazy danych Bazy danych w medycynie

3 Motywacja do tworzenia bazy danychPosiadanie dużej ilości danych Trudności w przechowywaniu i udostępnianiu tych danych Potrzeba efektywnego przetwarzania danych w celu szybkiego uzyskania informacji zbiorczej (np. zestawienia, podsumowania, itp.) Definicja problemu

4 Przykład – firma sprzedająca pewne produktyCel: zwiększenie zysków firmy Sposób realizacji celu dopasowanie profilu sprzedaży do zapotrzebowań rynku, zwiększenie wydajności pracowników, zmniejszenie kosztów wykonywania analiz, optymalizacja kosztów magazynowania produktów. Przykład ilustrujący potrzebę tworzenia baz danych

5 Przykład – firma sprzedająca pewne produktyNiedogodności istniejącego rozwiązania duża ilość informacji utrudnia profilowanie sprzedaży, wykonywanie analiz jest czasochłonne i żmudne, a przez to kosztowne i małoefektywne, pracownicy spędzają dużo czasu na wypełnianiu dokumentów w formie papierowej – mała wydajność, ze względu na szeroki asortyment produktów, trudne jest śledzenie kosztów magazynowania. Przykład ilustrujący potrzebę tworzenia baz danych

6 Przykład – firma sprzedająca pewne produktyPotrzeby przechowywanie danych w postaci elektronicznej, szybkie uzyskiwanie aktualnej informacji analitycznej, np.: - Które produkty sprzedają się najlepiej? - Którzy klienci przynoszą największe zyski? - Które produkty i jak długo są przechowywane w magazynie? odciążenie pracowników od czynności automatycznych (np. przepisywania danych). Przykład ilustrujący potrzebę tworzenia baz danych

7 Przykład – firma sprzedająca pewne produktyRozwiązanie System informatyczny, który zaspokaja przedstawione potrzeby, czyli: pozwala przechowywać i przetwarzać informację (zawiera bazę danych). Przykład ilustrujący potrzebę tworzenia baz danych

8 Baza danych Struktura do przechowywania informacji,Możliwość przetwarzania informacji, Związek informacji z rzeczywistością, Określony format (organizacja) umożliwiający efektywny dostęp do informacji, Ogólna definicja bazy danych; przykład dobrej formy organizacji danych

9 Przykład złej organizacji informacjiKartki ze swobodnym, odręcznym zapisem przydatne przy małej ilości informacji, brak jednolitego formatu, - różnorodność informacji, utrudnienie dostępu do informacji, przeszukiwanie. przykład złej formy organizacji danych Brak płynnego przejścia do następnego slajdu – powinno jasno wynikać, że potrzebna jest uniwersalna struktura

10 Przykład dobrej organizacji informacjiZbiór informacji o książkach w bibliotece jednolity format kart opisujących książki, karty uporządkowane w kolejności alfabetycznej autorów, karty pogrupowane wg. pierwszej litery nazwiska – – osobne szufladki. Autorzy: Sygnatura J.Poręba, P.Korohoda Tytuł: SPICE program analizy nieliniowej układów elektronicznych Wydawnictwo WNT Kraków 1989 Ogólna definicja bazy danych; przykład dobrej formy organizacji danych

11 Teoria E.F.Codda Relacyjny model danych (1970 r.)zaproponowano jednolitą strukturę do przechowywania danych, która może być przedstawiona w postaci tabeli zdefiniowanie elementarnych operacji na danych. Rok Tytuł Autor Sygnat. 1995 Oracle, przewodnik projektanta baz danych Ulka Rodgers 102345 1998 Wavelets and their applications Mei Kobayashi 568900 Bazy Danych, tworzenie aplikacji L.Banachowski 348510 Teoria rozwiązująca w sposób systematyczny problem struktury baz danych i metod przetwarzania danych w b.d.

12 Teoria E.F.Codda silne podstawy teoretyczne oparte na matematyce,prostota rozwiązania, zaproponowano sposób przechowywania danych w oderwaniu od realizacji fizycznej (formatów plików itp.), wyrażenie operacji w oparciu o zbiory zamiast przetwarzania pojedynczych elementów, podobieństwo operacji do języka naturalnego. Zalety teorii Codda

13 Przykład operacji w różnych językachJęzyk naturalny: wybierz nazwiska pracowników, których pensja przekracza 3000zł Język zapytań: SELECT nazwisko FROM pracownicy WHERE pensja > 3000 WYBIERZ Z GDZIE Język proceduralny (język C): for (i = 1; i<= LiczbaRekordów; i = i+1) { if (rekord[i].pensja > 3000) ... wydrukuj rekord ... } Ilustracja podobieństwa języka zapytań do języka naturalnego; jednocześnie pokazanie jak nieczytelne są te same operacje zdefiniowane w języku strukturalnym

14 Definicje podstawowych pojęćPole charakteryzuje się nazwą, pozwalającą się do niego odwołać, zawiera wartość pojedynczej cechy obiektu. Rekord nieuporządkowany zbiór różnych pól, jeden rekord zawiera dane dotyczące pojedynczego obiektu. Tabela nieuporządkowany zbiór rekordów tego samego typu, zawiera dane dotyczące obiektów tego samego rodzaju. Definicje podstawowych pojęć (podkreślenie cechy operowania na nieuporządkowanych zbiorach)

15 Definicje podstawowych pojęćPole charakteryzuje się nazwą, pozwalającą się do niego odwołać, zawiera wartość pojedynczej cechy obiektu. Rekord nieuporządkowany zbiór różnych pól, jeden rekord zawiera dane dotyczące pojedynczego obiektu. Tabela nieuporządkowany zbiór rekordów tego samego typu, zawiera dane dotyczące obiektów tego samego rodzaju. Definicje podstawowych pojęć (podkreślenie części informacji, którym odpowiadają odpowiednie pojęcia)

16 Reprezentacja graficzna tabeliPole 1 Pole 2 Pole 3 Pole 4 Pole 5 Pole6 Reprezentacja graficzna tabeli

17 Reprezentacja graficzna tabeliPole 1 Pole 2 Pole 3 Pole 4 Pole 5 Pole6 Reprezentacja graficzna tabeli Każdy wiersz zawiera jeden rekord - np. dane jednego pracownika

18 Reprezentacja graficzna tabeliPole 1 Pole 2 Pole 3 Pole 4 Pole 5 Pole6 Pole np. nazwisko osoby Reprezentacja graficzna tabeli

19 Reprezentacja graficznaPole 1 Pole 2 Pole 3 Pole 4 Pole 5 Pole6 Nagłówek tabeli – nazwy pól Reprezentacja graficzna tabeli

20 Baza danych – model rzeczywistościBaza danych odwzorowanie rzeczywistości

21 Baza danych – model rzeczywistościpracownicy zarobki samochody Baza danych odwzorowanie rzeczywistości

22 Baza danych – model rzeczywistościpracownicy Baza danych odwzorowanie rzeczywistości zarobki samochody

23 Definicje podstawowych pojęćPrzykład związku Forma ogólna: „Pracownik pracuje w instytucie” Konkretna realizacja: „Kowalski pracuje w Instytucie Elektroniki” Definicje podstawowych pojęć (podkreślenie cechy operowania na nieuporządkowanych zbiorach) pracuje pracownik instytut

24 Przykład realizacji związkuTabela pracownicy Tabela instytuty Imię Nazwisko Tytuł Inst. Jan Kowalski mgr I-16 Piotr Nowak dr Jacek Dębski I-15 Paweł Sosnowski I-14 Kamiński prof. IDI Nazwa Adres ... I-14 Inst. Metrologii I-15 Inst. Elektrotechniki I-16 Inst. Elektroniki

25 Baza danych Zbiór tabel i związków.Dekompozycja problemu na podproblemy

26 Dekompozycja problemuRozwiązywanie złożonych problemów podział na podproblemy, osobne rozwiązanie składowych problemów jest łatwiejsze niż pierwotnego, złożonego. Problem Problem 1 = Problem 2 Dekompozycja problemu na podproblemy Problem 3

27 Dekompozycja problemuRozwiązywanie złożonych problemów podział na podproblemy, osobne rozwiązanie składowych problemów jest łatwiejsze niż pierwotnego, złożonego. Problem 1 Problem Problem 2 Dekompozycja problemu na podproblemy Problem 3

28 Konstrukcja oprogramowaniaPodział programu na mniejsze składowe moduły (lub programy składowe) osobno tworzone moduły, łatwiejsze wykonanie projektu i realizacja, mogą je realizować równocześnie różni programiści. Program Moduł 1 Moduł 3 Dekompozycja programu na moduły Moduł 2

29 Konstrukcja oprogramowaniaTworzenie oprogramowania - czas, - wynagrodzenie programistów, - niezawodność, Wielokrotne wykorzystanie modułów. Program 1 Program 2 Moduł 1 Dekompozycja programu na moduły Moduł 2 Moduł 4 Moduł 3 Moduł 3

30 Interfejs Współdziałanie modułówOkreślenie zasad współdziałania = = definicja interfejsu Moduł 1 Moduł 2 Interfejs Pojęcie interfejsu

31 Znaczenie standardu interfejsuAparat fotograficzny Skaner Interfejs USB Kamera Pojęcie interfejsu Zdjęcia pochodzą ze stron WWW firmy CANON

32 Znaczenie standardu interfejsuUSB PC, Windows XP Interfejs USB Pojęcie interfejsu Alpha, Windows XP Interfejs USB PC, Linux

33 Znaczenie standardu interfejsumożliwość współdziałania różnych programów, jednolitość rozwiązań, zamienność elementów systemu, wielokrotne wykorzystanie części składowych, obniżenie kosztów realizacji oprogramowania. np. - standard języka HTML – różne przeglądarki mogą wyświetlić tę samą stronę, jednocześnie nie jest istotne jaki użyto serwer stron WWW. Standardowy interfejs - znaczenie

34 System bazy danych Podział na dwie części: 1. Program użytkowykontakt z użytkownikiem, „rozbijanie” złożonych operacji na podstawowe realizowane przez system bazy danych. 2. System bazy danych przechowywanie i zarządzanie danymi, realizacja podstawowych operacji na danych. Program użytkowy System bazy danych Podział na dwie części – program użytkowy i system bazy danych

35 Standardowy interfejsSystem bazy danych Współdziałanie za pośrednictwem standardowego interfejsu: określone operacje, wynikające z teorii Codda standard, uniwersalność interfejsu = strukturalny język zapytań SQL [ang. Structured Query Language] Program użytkowy Standardowy interfejs System bazy danych Standardowy interfejs s.b.d. - SQL

36 Architektura klient-serwerProgram użytkowy KLIENT Wydaje polecenia Standardowy interfejs System bazy danych Realizuje polecenia Architektura klient-serwer SERWER

37 Standardowy interfejsSieciowe bazy danych Klient 1 Klient 2 Klient 3 Sieć pośrednicząca Standardowy interfejs Wielodostęp Wielodostęp System bazy danych SERWER

38 Systemy bazy danych Oracle Microsoft SQL Server IBM DB2 Sybase MySQLMicrosoft Access – program umożliwiający realizację prostych jednostanowiskowych baz danych. Zawiera pakiet do graficznego projektowania i realizacji baz danych. Systemy bazy danych

39 Czym różnią się systemy b.d.?Parametry niezbędne do wyboru systemu bazy danych: rozmiar bazy danych, liczba operacji w jednostce czasu, jednoczesna liczba użytkowników, wydajność i niezawodność. Wybór właściwego systemu bazy danych Oracle Niezawodność Możliwości Zróżnicowanie systemów bazy danych Sybase MS Access cena

40 Koszty serwera bazy danychSerwer – oprogramowanie Wersje serwera Standard Enterprice Nazwa serwera Wersja Standard Wersja Enterprice Oracle 10g ~ $ ~ $ MS SQL Server ~ $ ~ $ IBM DB2 ~ $ Sybase ~ $ Zróżnicowanie systemów bazy danych Umieszczone kwoty są wartościami przybliżonymi; podano je dla orientacji, szczegółowych danych odnośnie kosztów licencji serwerów należy poszukiwać na stronach producentów.

41 Koszty serwera bazy danychRodzaje licencji licencja na każdy procesor licencja na serwer licencja na każdego użytkownika / komputer klienta. 4 procesory Użytk. 1 Serwer bazy danych Użytk. 5 Zróżnicowanie systemów bazy danych Użytk. 2 Użytk. 3 Użytk. 4

42 Koszty serwera bazy danychKoszty licencji na przykładzie MS SQL Server (Enterprice) licencja na każdy procesor licencja na serwer licencja na każdego użytkownika. Rodzaj licencji cena Na każdy procesor ~ $ licencje na użytkowników nie są wymagane Serwer (nie do zast. WWW) ~ $ w tym 25 komputerów użytkowników Dodatkowa licencja na użytkownika ~ 150 $ Zróżnicowanie systemów bazy danych Umieszczone kwoty są wartościami przybliżonymi; podano je dla orientacji, szczegółowych danych odnośnie kosztów i zasad licencjonowania serwerów należy poszukiwać na stronach producenta.

43 Koszty systemu Koszty serwera licencja serwera bazy danych,komputer na serwer bazy danych, administracja serwerem. Koszty programów klienta koszty opracowania programów, koszty wdrożenia, koszty zmian i ulepszeń systemu. Koszty wprowadzania danych Koszty adaptacji pracowników  jednorazowe  jednorazowe  ciągłe  jednorazowe  jednorazowe  ciągłe Zróżnicowanie systemów bazy danych  ciągłe  jednorazowe

44 Bazy danych w medycyniePrześwietlenie rentgenowskie Opieka medyczna Duża ilość informacji Różnorodność informacji Elektrokardiogram Badanie tomograficzne (CT, NMR) Format danych tekstowy sygnały, obrazy dwuwymiarowe, obrazy trójwymiarowe. Badanie USG Historia choroby Podawane leki Dane opisowe pacjenta Środowisko opieki medycznej – potrzeba specyficznej bazy danych

45 Bazy danych w medycynieKorzyści posiadania bazy danych Korzyści medyczne zgromadzenie informacji o pacjentach w jednym miejscu, dostęp do danych z dowolnego miejsca szpitala, możliwość śledzenia całego procesu leczenia. Korzyści ekonomiczne przejrzystość kosztów leczenia, rozliczanie używanych materiałów, rzeczywiste koszty leczenia różnych chorób. Korzyści z zastosowania medycznych baz danych

46 Naukowe bazy danych w medycynieSpecyfika prac naukowych związanych z medycyną trudności w określeniu modelu zjawiska, statystyka występowania chorób, trudności w znalezieniu określonej grupy testowej, konieczność badań na wcześniej zgromadzonych danych, charakteryzujących różne przypadki chorobowe. Bazy sygnałów lub obrazów wybrane obrazy schorzeń, oznaczone przez lekarzy, statystycznie zwiększona pewność opisu. Naukowe bazy danych

47 Naukowe bazy danych w medycyniePrzeznaczenie testowanie aparatury pomiarowej, weryfikacja programów do wspomagania diagnostyki, testowanie nowych algorytmów przetwarzania sygnałów medycznych, standaryzacja procedur oceny badań. Przykładowe bazy sygnałów EKG CSE – Common Standards for Quantitative Electrocardiography, MIT-BIH – Massachusetts Institute of Technology and Beth Israel Hospital, AHA – American Heart Association. CSE

48 Znaczenie badania EKG Przeznaczenie ocena stanu serca,wczesne wykrywanie schorzeń, Rodzaje badań EKG badanie spoczynkowe, badanie wysiłkowe, badanie Holtera. Zalety prostota badania, szybki wynik diagnozy, niski koszt badania, niezbyt duży koszt aparatury pomiarowej. CSE

49 CSE - baza sygnałów EKG wynik kilkuletniego europejskiego programu badawczego, kilkaset rejestracji EKG krótkie - 4 s. wielokanałowe rejestracje EKG, ujawniona statystyka schorzeń, oznaczenia fragmentów sygnałów wykonane przez lekarzy, przeprowadzanie weryfikacji programów diagnostycznych na zamówienie. CSE

50 MIT-BIH - baza sygnałów EKGwykonana przez Harvard University – – MIT Div. of Health Sc. and Tech. kilkaset rejestracji EKG od 1-3 sygnałów w każdej rejestracji, rejestracje długotrwałe, czas od 20 minut – 24 godzin (większość 30 minut) opisane wszystkie uderzenia serca (rodzaj rytmu, oznaczenia nieprawidłowych skurczów serca) CSE

51 Demonstracja CSE i MIT-BIHPrzeglądarka MIT-BIH Demonstracja przeglądarki CSE Przeglądarka CSE

52 Koniec wykładu