Appunti di Informatica medica

INFORMATICA MEDICA

Il termine informatica medica (medical informatics) risale alla seconda metà degli anni ‘70 e deriva

dall’espressione francese «informatique médicale».

I nomi utilizzati in lingua inglese per indicare l’informatica medica sono: health informatics, medical

computer science e medical information science.

Nel corso della storia sono state date diverse definizioni di informatica medica:

• Coiera E., 1997

“If physiology literally means ‘the logic of life’, and pathology is ‘the logic of disease’, then

health informatics is the logic of healthcare.”

Secondo questa definizione l’informatica medica è la logica della sanità ed è lo studio razionale

del modo in cui:

- La conoscenza medica viene creata, formata, condivisa ed applicata;

- I trattamenti sono definiti, selezionati ed ottimizzati;

- I pazienti e i professionisti vengono pensati;

- La sanità è organizzata per fornire i suoi servizi.

• Shortliffe E.H., 1884

“Medical informatics is the science of using system-analytic tools to develop procedures

(algorithms) for management, process control, decision making and scientific analysis of

medical knowledge.”

Secondo questa definizione l’informatica medica è intesa come la scienza che usa strumenti

di analisi sistematica per sviluppare procedure (algoritmi) per:

- La gestione del controllo di processo;

- Il decision making;

- L’analisi scientifica della conoscenza medica.

• Van Bemmel J.H., 1984

“Medical informatics comprises the theoretical and practical aspects of information processing

and communication, based on knowledge and experience derived from processes in Medicine

and Health Care.”

Secondo questa definizione l’informatica medica è l’applicazione delle tecnologie della

informazione (Information Technology) alle discipline della medicina (medicine) e

dell’assistenza sanitaria (hy6ealthcare).

L’informatica medica, quindi, sviluppa e mette a punto, aiutata della conoscenza fornita dalla ricerca

scientifica, metodi e sistemi per l’acquisizione, l’analisi e l’interpretazione di dati clinici.

INGEGNERIA BIOMEDICA

Nel 1971 la National Academy of Engineering definì l’ingegneria biomedica come quell’area che

comprende le applicazioni di concetti e tecnologie proprie dell’ingegneria.

L’ingegneria biomedica si suddivide in tre sottogruppi:

- Bioingegneria

La bioingegneria serve per aumentare le conoscenze di base in medicina e biologia.

- Ingegneria medica

L’ingegneria medica serve per sviluppare strumenti, materiali, dispositivi diagnostici e

terapeutici, organi artificiali e altri supporti tecnologici di interesse per il medico.

- Ingegneria clinica

L’ingegneria clinica serve per migliorare la qualità del servizio sanitario, soprattutto per

quanto riguarda la sua organizzazione e l’appropriata acquisizione e gestione delle

apparecchiature.

Queste tre aree si distinguono a seconda di quale delle tre attività tra ricerca, sviluppo e servizio sia

predominante:

La EMBS è la più antica e la più grande associazione di professionisti di ingegneria biomedica nel

mondo e in un documento tratta di tutte le aree chiave dell’ingegneria biomedica:

- Elaborazione dei segnali biologici;

- Modellizzazione del sistema fisiologico;

- Biomateriali;

- Imaging ed elaborazione delle immagini;

- Strumentazioni, sensori ed apparecchiature di misurazione;

- Robotica in campo chirurgico;

- Bioinformatica;

- Biomeccanica;

- Neuroingegneria;

- Informatica medica;

- Ingegneria clinica;

- Bioingegneria della riabilitazione;

- Ingegneria tissutale.

Lo scenario di oggi (2024) è composto da tre caratteristiche che costituiscono l’era dei dati:

o Connettività pervasiva (il nostro mondo è sempre più interconnesso);

o Empowerment del paziente (capacità di un paziente di essere consapevole, critico, attivo e

riconoscere il suo ruolo centrale nei processi sanitari);

o Tecnologie indossabili (monitoraggio dei parametri di salute e benessere).

SANITÀ 4.0

La sanità 4.0 è la modernizzazione del sistema sanitario, cioè un percorso finalizzato a perfezionare

l’esperienza del paziente e l’efficienza delle strutture ed il passaggio alla sanità 4.0 si definisce

“transizione sanitaria".

Il modello dell’industria 4.0 sta trovando applicazione anche nel settore sanitario, rompendo la sua

rigida associazione alla fabbrica. Questo modello indica un’industria che, grazie a delle tecnologie

chiamate abilitanti, permette di elevare l’automazione e la produttività facendo leva su una maggiore

disponibilità di dati e l’interconnessione tra sistemi diversi.

Le tecnologie abilitanti sono tecnologie ad alta intensità di conoscenza ed associate ad elevata

intensità di R&S (ricerca e sviluppo), a cicli di innovazione rapidi, a consistenti spese di investimento e

a posti di lavoro altamente qualificati.

Per Internet of Things (IoT) si intende l’interconnessione e la comunicazione di dispositivi, oggetti e

sensori.

Per Intelligenza artificiale si intende la teoria e lo sviluppo di sistemi informatici che svolgono compiti

che normalmente richiedono l’intelligenza umana. Tali compiti possono essere il riconoscimento

vocale, l’apprendimento, la percezione visiva, l’informatica matematica, il ragionamento, la

risoluzione di problemi, il processo decisionale e la traduzione del linguaggio.

Il Big Data Analytics utilizza tecniche analitiche efficienti per scoprire modelli nascosti, correlazioni e

altri approfondimenti dai big data. Quest’ultima offre notevoli vantaggi in termini di costi, migliorare

le prestazioni del processo decisionale e crea nuovi prodotti per soddisfare le esigenze dei clienti.

La Realtà aumentata è una tecnologia che integra le informazioni digitali nell’ambiente reale

dell’utente. L’AR offre un nuovo approccio per i trattamenti e la formazione in medicina, aiuta nella

pianificazione dell’intervento chirurgico e nel trattamento dei pazienti ed aiuta a spiegare situazioni

mediche complesse ai pazienti e ai loro parenti.

Un esempio di Sistemi robotici può essere il robot chirurgico “Da Vinci”, in cui il chirurgo è fisicamente

lontano dal campo operatorio ed è seduto ad una postazione dotata di monitor e comandi con la

quale muove i bracci del robot.

TRANSIZIONE SANITARIA

La transizione sanitaria si distingue in due tipi:

• Transizione digitale (sanità digitale);

• Transizione ecologica (sostenibilità ecologica delle strutture che si occupano di salute).

La sanità digitale ha lo scopo di migliorare il processo di cura e assistenza, monitorare in tempo reale

i parametri vitali, arrivare in territori non urbani con la televisita, permettere il consulto di specialisti

ovunque essi siano, ridurre le ospedalizzazioni o lunghe attese, ricordare ai pazienti direttamente sul

loro cellulare le terapie da seguire o gli screening raccomandati ed andare sempre più verso approcci

di medicina personalizzata.

TRASMETTITORE, CANALE E RICEVITORE

Tra un trasmettitore (sender - S) ed un ricevitore (receiver - R), c’è sempre un canale di trasmissione

(transmission channel - T) attraverso il quale un messaggio deve passare.

Il trasmettitore trasmette il segnale (signal - s) e, durante il passaggio nel canale di trasmissione, del

rumore (noise - n) può sovrapporsi al segnale, cosicché il ricevitore riceve un messaggio (message - m)

distorto (m = s + n).

Il feedback tra il ricevitore ed il trasmettitore serve per ridurre l’incertezza sull’informazione trasmessa

e generalmente s, n, e m sono segnali variabili nel tempo.

Esistono cinque possibili configurazioni di S, R, T:

→

Trasmissione unidirezionale: S R

1) Nella trasmissione unidirezionale sia il trasmettitore S che il ricevitore R sono noti ed R è

interessato al contenuto del messaggio m, che viaggia da S a R, e non necessariamente alle

caratteristiche del canale di trasmissione T.

Esempio:

Registrazione di un ECG

- S = depolarizzazione dei neuroni corticali;

- s = somma pesata delle onde di depolarizzazione di gruppi di neuroni;

- n = disturbo elettrico dovuto all’ambiente circostante, ai potenziali muscolari e all’ECG;

- R = elettrodi, amplificatori e strumento di registrazione;

- T = tessuto, pelle e gel interposto tra pelle ed elettrodi.



Trasmissione bidirezionale: S R

2) Nella trasmissione bidirezionale sia il trasmettitore S che il ricevitore R sono noti ed R è

interessato al contenuto del messaggio m, che viaggia da S a R e viceversa, e non

necessariamente alle caratteristiche del canale di trasmissione T.

Esempio:

Stimolazione elettrica funzionale

- S = cellula nervosa o muscolare stimolata;

- s = risposta elettrica della cellula nervosa o muscolare stimolata;

- n = disturbo proveniente da cellule adiacenti;

- R = microelettrodo che amministra lo stimolo e che riceve la risposta;

- T = canale tra la cellula e la punta dell&rs