本章将论述有关医学信息学中的计算机技术的基础知识。读完这章后，你应该知道下面这些问题的答案：
为什么说现代医学的发展离不开计算机技术？
医学数据的保存和共享的意义是什么？
为什么要有数据库？为什么说数据库安全是十分重要的？
医学数据的获取途径有哪些？
医学信息系统工程是如何实现的？
3.1基本概念
3.1.1计算机技术的发展
如同历史上许多发明一样，计算机的发明也经历了一个漫长的逐步演化的过程。直到20世纪40年代，当第一代电子计算设备问世时，人们才对计算机这一术语赋予它现代的定义。
我们祖先发明的算盘是有史可考的人类最早的计算器，迄今已有600多年的历史了，它至今还被一些行业所使用。西方有苏格兰人约翰·纳皮尔（John Napier）发明的纳皮尔计算器，用它可以进行乘法除法运算。英国数学家威廉·奥特雷德（WilliamOughtred）利用Napier 对数，制作了计算尺。算盘和计算尺这样的手动计算器需要操作者应用算法来执行计算。
之后，德国、法国、英国、美国等国家的科学家和工程师自17世纪中叶开始，经过了四百多年的不懈努力和不断改进，终于制造出了我们当今人人都可以使用的现代计算机。在第一、第二代计算机的时期，装满一个大房间甚至整栋大楼的计算机，其处理能力还抵不上我们目前任何一台个人电脑（PC）。
3.1.2网络与通信
随着计算机软硬件技术的发展，随着人类社会生活实践活动中越来越多地使用计算机技术，网络技术也随之日臻完善。
计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其他计算机网络设备）通过传输介质和软件原理（或逻辑）连接在一起组成的。计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如电磁波）以及相应的应用软件四部分。
网络类型的划分标准多种多样，从地理范围可以划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种。局域网一般来说只能是一个较小区域内，城域网是不同地区的网络互联，当然这里的网络划分并没有严格意义上地理范围的区分，只能是一个定性的概念。下面简要介绍局域网和互联网。
1）局域网（local area network ；LAN）
通常说的“LAN”就是指局域网，这是最常见、应用最广的一种网络。现在局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域网，有的甚至家庭中都有自己的小型局域网。所谓局域网，就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。一般来说在企业局域网中，工作站的数量在几十到数千台次左右。在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至10公里以内。局域网的特点是：连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。
2）互联网（Internet）
互联网因其英文单词“Internet”的谐音，又称为“因特网”。在互联网应用如此发展的今天，它已是我们每天都要打交道的一种网络。无论从地理范围，还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络，就是我们常说的“Web”、“www”和“万维网”等。从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联。这种网络的最大的特点就是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不断地变化。当一台计算机连在互联网上的时候，这台计算机可以算是互联网的一部分，但一旦它断开互联网的连接时，这台计算机就不属于互联网了。互联网的优点是信息量大，传播广，无论身处何地，只要联上互联网，就可以对任何可以联网的用户发出你的信函和广告。
目前常见的局域网主要为以太网、令牌网、FDDI 网、异步传输模式网等几类，下面分别作一些简要介绍。
3）以太网（ethernet）
以太网是应用最为广泛的局域网，依其传输性能分为标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000Mbps）和10G 以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。
4）令牌环网（token ring）
令牌环网的传输方法在物理上采用了星形拓扑结构，但逻辑上仍是环形拓扑结构。结点间采用多站访问部件（Multistation Access Unit，MAU）连接在一起。由于以太网技术发展迅速，而令牌网存在固有缺点，所以在整个计算机局域网市场已不多见，原来提供令牌网设备的厂商多数已退出了市场。
5）FDDI 网（fiber distributed data interface）
FDDI 的中文名为“光纤分布式数据接口”，它是于20世纪80年代中期发展起来的一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI 标准由ANSIX3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI 技术同IBM 的Token Ring 技术相似，并具有LAN和Token Ring 所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI 支持长达2KM 的多模光纤。FDDI 网络的主要缺点是价格比“快速以太网”贵许多，且因为它只支持光缆和5类电缆，所以使用环境受到限制，从以太网升级更是面临大量移植问题。随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，用FDDI 的人就越来越少了。
6）ATM 网（asynchronous transfer mode）
ATM 的中文名为“异步传输模式”，它的开发始于20世纪70年代后期。ATM 是一种较新型的单元交换技术，与以太网、令牌环网、FDDI 网络等使用可变长度包技术不同，ATM 使用53字节固定长度的单元进行交换。它是一种交换技术，没有共享介质或包传递的延时，非常适合音频和视频数据的传输。ATM 主要具有以下优点：
（1）使用相同的数据单元，可实现广域网和局域网的无缝连接。
（2）支持VLAN（虚拟局域网）功能，可以对网络进行灵活的管理和配置。
（3）速率分别为25、51、155、622Mbps，从而为不同的应用提供不同的速率。
ATM 是采用“信元交换”来替代“包交换”进行实验，信元交换的速度是非常快的。
ATM 通道是虚拟的电路，并且MAN 传输速度能够达到10Gbps。
7）无线局域网（wireless local area network，WLAN）
无线局域网是最新最热门的一种局域网，特别是自带无线网络模块的笔记本电脑日益普及以来。无线局域网与传统的局域网主要不同之处就是传输介质不同，传统局域网都是通过有形的传输介质进行连接的，如同轴电缆、双绞线和光纤等，而无线局域网则是采用空间电磁波作为传输介质的。正因为它摆脱了有形传输介质的束缚，所以这种局域网的最大特点就是自由，只要在网络的覆盖范围内，可以在任何一个地方与服务器及其他工作站连接，而不需要重新铺设电缆。这一特点非常适合那些移动办公一族，有时在机场、宾馆、酒店、医院等，只要无线网络能够覆盖到，它都可以随时随地连接上无线网络，甚至互联网。
3.1.3计算机技术在医学中的应用
医学学科古老而年轻。自有人类历史以来，医学就在不断地发展中。其他科学领域的一切发展成果，都在某种程度上给医学的发展注入新活力，比如物理学的X 光透射技术和化学的分析技术都给了医学发展极大的助益。计算机技术在医学领域的应用同样推动了现代医学的大发展。可以说现代医学的发展离不开计算机技术。
计算机技术在医学领域的应用大致有以下几个方面：
（1）计算医学，包括现在普遍使用的医学影像的获取和处理，三维和四维医学图像的重建，核医学中的数据处理等。
（2）医学信息数据库及其应用。
（3）计算机辅助诊断治疗。
第一部分关于计算医学的研究，需要更多的物理和计算机方面的专业知识。医学信息工作者只需要学会正确理解和使用有关设备和仪器提供的信息就可以。而通常所说的医学信息学，主要是指上述第二、三方面的应用，这也是本书的重点。可以想象，在医学的未来发展中，计算机技术必将发挥更大的作用。
3.1.4数据保存和共享的意义
数据保存和共享的意义不言而喻。在计算机被广泛使用以前，许多医院都保存着大量的X 光照片。这些胸片（数据）有些从生成后再没有被使用过，有些则被一再的重复使用。有时从这大量的照片中找到某张往年的照片也是件费时费力的工作，而等到找到，这张照片还可能发生了霉变或虫蛀。当然，医疗过程中产生的数据不只是X 光透视照片，所有处方、病人资料、手术记录、住院用药记录等等，这些都是医疗数据。
电子计算机的使用，让医疗数据的保存和共享成为一件简单而方便的事情。现在很多医院采用某种身份识别号码（例如就用身份证号码）作为患者在这个医院的惟一识别码。这个医院的任何一个部门，比如挂号、取药、就诊，都只要输入这个识别码，有关这个患者的所有信息就可以从计算机调出显示。而门诊医生则可以查阅患者的病史、就诊史，还可以调阅所有的影像资料；药房可以调出医生给患者开的药；财务部门可以为病人结算药费、住院费等费用。
所有部门得到的病人信息全都存放在一个叫做服务器的计算机和相应的存储介质上。而这些数据是以某种特定方式存储的，以便使用时方便查询和更新。这就是我们通常说的医学数据库。
上面讲的数据共享是在一个医院的范围内，全过程的时间跨度也很有限。实际上，随着计算机技术、网络和现代通信技术的发展，数据共享的概念在空间和时间的两个维度上得到了极大的扩展。
患者的诊疗信息可以通过网络传输给外地或外国专家，获得远程医疗的帮助。数据共享还可以极大地提高人类认识和防治疾病的能力，从而迅速有效地抑制一些传染病的蔓延。
人类知识的积累大都是依靠实践活动的总结。大量的医疗实践更是医生积累经验必不可少的条件。但是由于受到病源、地域和其他很多因素的限制，单个医生的医疗实践毕竟是非常有限的，比如面对疑难病症，医生就很难积累全面的诊治经验。但是通过网络，医生可以查阅世界各地长期积累的医疗数据，诊治的效果就可能大大提高。
区域卫生服务是数据共享的一个典型的实例。区域卫生规划区别于传统卫生事业发展计划的重要特征是以提高人群健康为中心、以满足社会需求为导向。建立健全区域卫生信息系统，建立人群健康信息网络，建立家庭及个人健康档案，社区卫生服务站通过逐户逐人地建立健康档案和开展定期的诊察，可以基本摸清辖区内居民患病情况；并可通过了解个人和家庭特征，分析患病原因，针对性地实施防治措施。
3.1.5软件和管理系统
并不是说数据的堆集就构成了数据库，这就像一堆杂乱的机器零件并不是机器一样。数据库只有建立了正确、高效、可靠和安全的管理系统，存储在数据库中的信息才能发挥其应有的作用，这个管理系统就是数据库软件。
与数据库有关的工作人员可以分为四类：
（1）最终用户。在医院范围内，这主要是指医院参与各种业务活动并使用数据库的工作人员，比如各科室医生、护士、门诊挂号员、药房和财务人员等等。他们在工作中需要访问数据库系统的信息，这包括查询、增添、删除和更新信息内容。他们对数据库的操作，是通过特定的用户界面实现的，这些用户界面是数据库和应用软件的开发人员根据他们的需求开发的。
（2）数据库设计者。指建立数据库系统的软件专家，他们首先需要向用户咨询需求以便确定做什么，接着收集文档和欲建系统的信息内容和其他相关资料。然后在开发者和用户之间达成一致的基础上提出信息内容的规范。这些文档最终转换为数据库系统数据的定义语言，并用它们创建数据库。
（3）应用程序开发人员。他们设计并开发扩展数据库系统功能的应用程序。这些应用程序与数据库进行交互来完成特定的任务。典型的应用程序包括用户界面、数据分析和提供各种服务的程序。在许多情况下，数据库设计者和应用程序开发人员可能是同一批人。
（4）数据库管理员。数据库管理员是那些管理数据库的人员。他们负责监控对数据库的访问，维护数据的正确性和完整性，并且监视和改善数据库的性能。
以上四类人中，一个医院的医疗信息数据库的最终用户和数据库管理员通常都是该医院的职工，而数据库设计者和应用程序开发人员可能是某个软件公司的工作人员。
数据库设计者创建医院的数据库通常使用相应的数据库管理系统。现在占市场统治地位的数据库管理系统有Oracle，Sybase，MS SQL，MySQL，Access 等等。这些数据库工具经过了无数人的多年开发和应用，已经相当的成熟和完善。借助于这些工具，数据库设计者和应用程序开发人员才能够用尽可能少的时间开发出符合医院各部门要求的医疗信息数据库系统和应用程序，即我们平常说的软件。