Informática Médica: Informática Médica: Administración de bases de datos 1.Datos 02 de septiembre 2008.

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1 Informática Médica: Informática Médica: Administración de bases de datos 1.Datos 02 de septiembre 2008

2 1. Introducción  Los datos son el centro de todos los procesos de atención médica  Un programa “cáscara o esqueleto” alrededor de los datos ayuda al usuario en todas las operaciones de almacenaje y extracción, controles de acceso a los datos y mantiene un log file de todas las transacciones de datos.  Log file: archivo que documenta todos los cambios de un archivo o base de datos, usualmente a partir del momento de último respaldo.  Este programa “cáscara o esqueleto” es conocido como sistema de administración de bases de datos (DBMS)

3 Definiciones  Log file. Archivo que documenta todos los cambios de un archivo o base de datos, usualmente a partir del momento de último respaldo.  Base de datos. Es una colección de archivos que estructura datos que están juntos  Un archivo. Son datos almacenados en una entidad que tiene un nombre, el nombre del archivo. Los archivos se crean y borran por el sistema de archivos de la computadora.

4 Definiciones  Un archivo se subdivide en registros de datos lógicos, las cuales son las unidades mas pequeñas de almacenaje en la base de datos.  El sistema de archivos de la computadora es responsable del almacenaje físico de datos en el disco, el cual es llamado aparato de almacenaje masivo.

5 Definiciones

6 1.1 Estructura de datos en los registros de pacientes basados en papel  Los registros de pacientes están organizados en un grupo de documentos ordenados de una manera especial  Los datos se dividen en datos administrativos y datos médicos.  Esta estructura de presentación de datos implica que el usuario tiene que revisar todas secciones para conocer el estatus de un paciente  Historia del paciente  Examen físico  Resultados de laboratorio  Prescripciones  Imágenes  Signos biológicos

7 1.2 Estructura de los datos en las computadoras  Los registros basados en papel son estáticos, los registros basados en computadora no.  Un registro basado en papel puede estar sólo en un lugar a la vez, los registros basados en computo pueden estar disponibles en múltiples lugares. Los datos en la computadora se pueden organizar de modo diferente que en los registros basados en papel porque:

8 1.2 Estructura de los datos en las computadoras  Los registros basados en papel tienen un orden fijo de datos, las computadoras en cambio, pueden extraer datos en diferentes ordenes de clasificación y pueden extraerse utilizando criterios selectivos con base a criterios definidos por el usuario.  Un registro basado en papel el usuario tiene que mirar en todas las páginas para buscar el dato que se quiere ver, la computadora permite al usuario extraer instantáneamente todos los datos relacionados al estatus actual de salud del paciente.

9 1.3 Los DBMS para estructuración de datos  Si un archivo en una computadora es la parte más pequeña unidad de almacenaje en la cual los datos son agrupados juntos. Entonces un archivo puede ser, por ejemplo, la historia de un paciente, tomada al inicio o los resultados de laboratorio reportados en otra fecha.  Estos archivos pueden ser almacenados en diferentes bases de datos o juntos en una sola base de datos.  Los sistemas de información pueden utilizar el DBMS para almacenar, modificar y extraer datos con diferentes propósitos.

10 1.3 Los DBMS para estructuración de datos  Cada propósito requiere de una vista separada de los datos y reglas específicas para archivar con consistencia y mantener la integridad de los datos.  La calidad de los datos (corrección y lo completo) es vital e incluso de importancia legal para la interpretación correcta de los datos en un sistema de información.  Luego entonces también es tarea de los DBMS garantizar que en el programa los datos no puedan ser borrados o modificados alterando la calidad de los datos y reglas de integridad de la base de datos.

11 2. Funciones del sistema de administración de bases de datos (DBMS)

12 Funciones del sistema de administración de bases de datos (DBMS)  Una DBMS es un programa de sistema que tiene a su cargo el almacenaje, extracción y administración de sistemas grades de datos.  Todos los datos son almacenados en archivos administrados por el sistema de archivo de la computadora, el cual es utilizado por el DBMS.  Para optimizar la extracción y dar un rápido acceso a los datos, es esencial tener el conocimiento detallado del sistema operativo de la computadora y su sistema de organización.

13 Funciones del sistema de administración de bases de datos (DBMS)  El sistema de organización de archivos es diferente del sistema operativo de diferentes computadoras  De hecho, el esqueleto de el DBMS es la implementación física de los archivos de datos del usuario y provee una interfase independiente del sistema operativo que hace el almacenaje, extracción y administración de datos más fácil.

14 2. Funciones del sistema de administración de bases de datos (DBMS)

15 2.1 Modelando datos En sistemas de información, necesitamos dependiendo del los requerimientos del usuario, modelos de datos específicos para ver y procesar datos. De los que destacan los siguientes modelos:  Modelos de datos externos  Modelos conceptuales de datos

16 2.1 Modelando datos  La asistente administrativa que lleva la agenda de citas  El clínico que quiere obtener un vistazo del estado de salud de su paciente Modelos de datos externos. El usuario del sistema de información esta primariamente interesado en datos asociados con su interés actual. Generalmente este usuario utiliza la computadora para ingresar, presentar y procesar datos. Ejemplos:

17 2.1 Modelando datos  Para identificar un paciente queremos almacenar las propiedades del nombre, dirección, número de expediente, etc.  Para el examen de laboratorio queremos almacenar el tipo de prueba, cuando la muestra fue colectada y por quien, y por quien o por cual aparato la muestra fue analizada. Modelos de datos conceptuales. Los datos en la computadora pueden tener varias propiedades. Los datos de identificación del paciente son diferentes para los datos de laboratorio o para los de radiodiagnóstico. Ejemplos:

18 2.1 Modelando datos  Los grupos de datos que tienen que tienen propiedades similares son llamado entidades de datos.  Por ejemplo, los pacientes, las pruebas de laboratorio o las citas son entidades de datos.  Las entidades de datos con frecuencia están relacionados: una prueba de laboratorio esta relacionada a una muestra de sangre de un paciente con cierta identificación.

19 2.1 Modelando datos  Estas relaciones describen un diagrama de relación de entidades (ERD).  Juntos, la entidades y las diferentes relaciones entre las entidades de datos conforman el modelo conceptual de datos. Ahora, considerando las definiciones de ambos modelos de datos, ambos se pueden implementar en un DBMS de la siguiente forma:

20 2.1 Modelando datos  Implementación del modelo de datos. Se deriva del modelo conceptual y se aplica en el DBMS, para lo cual se necesita del lenguaje de definición de datos (DDL).  Por ejemplo, en una base de datos relacionada, el DDL define los datos de la base como un sistema de tablas, y también describe las obligaciones sobre los datos En este marco, el modelo interno de datos es la realización concreta del modelo físico de datos.

21 2.1 Modelando datos  Modelo interno de datos. Los mapas del DBMS para la implementación del modelo consisten en archivos de computo con registros lógicos de datos, esto es lo que se conoce como el modelo interno de datos.  Este mapeo es completamente dirigido por el BDMS.

22 2.1 Modelando datos  Modelo físico de datos. El sistema de archivo de la computadora se encarga del almacenaje físico de datos en archivos en bloques del disco, es decir, el almacenaje de los datos en grupos de bytes en un aparato de almacenaje masivo. La organización de los archivos de datos en el disco es llamado el modelo físico de datos.

23 2.2 Control de datos  Control de concurrencia  Control de acceso  Integridad y control de consistencia  Procesamiento de transacciones  Seguridad de datos

24 2.2 Control de datos  Control de concurrencia. Tiene que ver con los conflictos entre usos simultáneos de la base de datos por diferentes usuarios, quienes están por ejemplo, ingresando o actualizando datos por entradas o cambios de diferentes editores al mismo tiempo.  Por ejemplo, hacer una cita por la misma prueba diagnóstica al mismo tiempo por personal administrativo.  En este caso el DBMS resolverá este conflicto limitando la entrada concurrente de datos.

25 2.2 Control de datos  Control de acceso. Tiene que ver con la protección de datos contra usos no autorizados. No todos los usuarios están habilitados para ver o modificar el mismo dato.  El DBMS fuerza a los usuarios a registrase con un procedimiento para obtener acceso (log on) haciendo que los usuarios se den a conocer en el sistema y dar una contraseña secreta (password)

26 2.2 Control de datos  Integridad y control de consistencia. Para mantener correcta la base de datos el diseñador del modelo conceptual de datos del DBMS puede definir reglas u obligaciones que deberán ser completadas.  Por ejemplo, cuando se ingresan datos en el servicio de admisión, el DBMS podrá verificar si es un dato válido o si el horario esta disponible para hacer una cita.  El DBMS en general revisará todos los datos ingresados contras obligaciones específicas.

27 2.2 Control de datos  Procesamiento de transacciones. Para dirigir un grupo de base de datos como una operación invisible, el DBMS apoya el concepto de transacción.  Por ejemplo, un plan de cirugía implica la disponibilidad de un cirujano, la disponibilidad de una sala de operación, y la presencia de un anestesiólogo. Una operación no puede ser planeada antes de que las tres reservaciones se hayan hecho.  De un modo similar, la transacción de una base de datos es completamente hecha si todas las instrucciones por el DBMS que pertenecen a esa transacción han sido cumplidos.  Si una de esas instrucciones no se pudo ejecutar, la base de datos se vuelve a preparar al estado previo a la transacción o al menos el usuario nota el estado de inconsistencia.

28 2.2 Control de datos  Seguridad de datos. Los datos pueden corromperse no solo por los usuarios o los programas de los usuarios, sino también por causas externas, como falla en el suministro eléctrico o problemas con el equipo de computo.  Una solución es hacer copias de los datos y mantenerlos en un lugar seguro, eso se conoce como respaldo (backup) el cual puede ser en el disco duro o en aparatos externos de almacenaje.

29 3. Almacenaje físico de datos 3. 1 Archiveros  Un archivero contiene varios cajones, y cada cajón tiene varios fólderes  Cada folder tiene el nombre, género, fecha de nacimiento, número de identificación, dirección y número telefónico del paciente.  Los fólderes en el cajón habitualmente están ordenados alfabéticamente

30 3. 1 Archiveros  Otro cajón tiene fólderes con resultados de laboratorio y cada folder con cada prueba de laboratorio. Estos fólderes están ordenados no por el nombre del paciente sino por su número de identificación.  Cajones similares contendrán fólderes con medicamentos suministrados, estudios de rayos X, ECG y demás.  Un cajón especial tendrá fólderes que describen la relación entre el número de identificación y nombres, esos fólderes están también ordenados por el número de identificación pero solo tienen el nombre del paciente.  Ese cajón de hecho, es un índice de fólderes en el cajón con datos administrativos, los cuales están ordenados por nombre.

31 3. 1 Archiveros  Cuando se organizan los datos de los pacientes de ese modo, el archivero y sus cajones nos permiten:  Encontrar el número de registro del paciente cuando damos su nombre. (archivo administrativo)  Extraer el nombre del paciente, cuando damos su número de identificación. (archivo índice)  Extraer todos los datos de un paciente, dando el número de identificación del paciente. (archivos de servicios)  Extraer datos de muchos pacientes, esto se hace dirigiéndose al cajón que contiene por ejemplo los medicamentos prescritos, de cual uno puede selectivamente extraer datos que cumplan con ciertos criterios.

32 3.2 Almacenaje en computadoras  La organización interna de archivos de la computadora determina exactamente donde los datos son físicamente almacenados en el disco.  La transferencia de datos del sistema de archivo de la computadora esta organizado en bloques de datos, también conocida como registro lógico de datos.  La trasferencia de esos registros lógicos de datos a la memoria es dirigida por el sistema de archivo de la computadora.

33 3.2 Almacenaje en computadoras  El procesamiento de los datos siempre se hace por los datos de la memoria principal, el llamado almacenaje primario.  Para mejorar la velocidad de procesamiento, el DBMS tratará de mantener frecuentemente referenciado los datos tanto como sea posible en el almacenaje primario para evitar transferencia innecesaria de datos al almacenaje secundario (el disco).  Sin embargo, la entrada de datos al almacenaje primario es volátil, esto es que se pierde cuando la computadora se colapsa o se apaga. El almacenaje en el disco da una seguridad mas permanente de almacenaje.

34 4. Modelando BDMS  Antes de que el DBMS sea utilizado para almacenar y extraer datos, se debe crear una base de datos, los datos deberán ser definidos, y las relaciones entre los datos y sus limites deberán ser dados.  Todo esto es hecho por el modelo de datos conceptual y su diagrama de relación de entidades.  También se debe utilizar la definición de lenguaje para la implementación del modelo de datos,  El guión DDL puede ser trasladado al DBMS en estructuras de archivos.

35 4. Modelando BDMS  Modelo de datos relacionados  Modelo de datos jerárquicos  Modelos de datos en redes  Estructuras indexadas  Futuras estructuras de bases de datos

36 4.1 Modelo de datos relacionados  Consiste en una serie de tablas. Cada tabla contiene diferentes tipos de datos para ser almacenados.  Por ejemplo, hay una tabla para datos administrativos (nombre, dirección, género, etc.) y otra para resultados de exámenes físicos.  Los cajones de los archiveros descritos en el ejemplo de la sección 3.1 pueden ser comparados con las tablas del modelo relacionado.

37 4.1 Modelo de datos relacionados  Todas las tablas juntas constituyen el dominio de la base de datos.  Una tabla es, de hecho, una matriz de datos consistente de columnas (o campos de datos) y renglones.  Cada columna corresponde a un ítem de datos específicos (un atributo), por el ejemplo el ítem nombre del paciente, podrá ir en la columna de la tabla.  Una tabla contiene un renglón por cada paciente en la base de datos.  Cada renglón (referido como registro) contiene un valor por cada columna, y todos los valores de todas las columna en un renglón conceptualmente permanecen juntos.

38 4.1 Modelo de datos relacionados

39  El modelo de base de datos relacionadas fueron introducidas por Codd en 1970.  Utiliza una estructura de datos simple y uniforme y tiene un fundamento teórico sólido.  El modelo relacional representa una base de datos estructurada por los significados de una colección de relaciones.  Utilizando un guión DDL se puede definir un modelo relacional.

40 4.1 Modelo de datos relacionados  El SQL (Structured Query Language) es uno de los lenguajes de bases de datos más conocidos y estandarizados para bases de datos relacionadas.  Contiene un DDL para la descripción de la implementación del modelo y un DML (data manipulation language) para el almacenamiento y extracción de datos en la base de datos.

41 4.1 Modelo de datos relacionados  En el desarrollo de bases de datos relacionadas la formulación de tablas esta precedida por el análisis conceptual de la identificación de las relaciones elementales.  De esta forma los conceptos son separados de las representaciones. El resultado es un esquema conceptual y es parte del diseño funcional

42 4.2 Modelo de datos jerárquicos  Utilizan dos estructuras conceptuales principales de datos: registros y relaciones “padre-hijo” (PCRs)  La PCR define la jerarquía del modelo  Aquí un registro es una colección de datos que provee información sobre una entidad (ejemplo, un paciente). Esto es similar a los renglones de un modelo relacionado.

43 4.2 Modelo de datos jerárquicos  En este modelo, los registros del mismo tipo están agrupados en tipos de registro. Un tipo de registro es dado por un nombre (ejemplo “registro de paciente”), y su estructura es definida por una colección de ítems, como datos demográficos, y datos de exploración física.

44 4.2 Modelo de datos jerárquicos  Cada campo en el registro tiene un cierto tipo de dato, tal como un número entero, real o secuencia (texto).  Por ejemplo, una fecha de nacimiento puede ser expresado como un valor entero, pero en un texto libre puede ser expresado como una secuencia.

45 4.2 Modelo de datos jerárquicos  La PCR expresa la relación entre un tipo de registro “padre” y un número de tipo de registros “hijos”.  Por ejemplo, un tipo de registro padre, puede ser el registro que contiene el nombre del paciente, numero de identificación (ID), fecha de nacimiento. Los tipos de registros hijos, son por ejemplo los registros de prescripción de medicamentos o los datos de laboratorio

46 4.2 Modelo de datos jerárquicos  Una realización o particularización de la PCR consiste en cierto registro padre y algunos registros hijos

47 4.2 Modelo de datos jerárquicos

48

49 4.3 Modelo de datos en redes  Es una forma diferente de representar la estructura de datos necesaria para almacenar datos de pacientes en una computadora  Es una extensión del modelo de datos jerárquico  Utiliza una estructura similar al modelo jerárquico, pero permite más relaciones que sólo la PCR.  También puede contener referencias circulares (relacionar el registro de un niño con el de sus padres)

50 4.4 Estructuras indexadas  Un aspecto importante de los DBMS es dar acceso rápido a los datos, independientemente del tamaño de la base de datos.  Típicamente, la velocidad de acceso de los datos depende del modo en que estos fueron ordenados en el archivo de la computadora  Sin embargo, los datos pueden ser ordenados de acuerdo a un solo mecanismo de clasificación

51 4.4 Estructuras indexadas  Para extraer los datos en diferente orden se requiere de un ordenamiento alternativo.  Esto se puede logra creando archivos o cuadros de índices  Para ello se requiere seleccionar y crear “variables claves” (key variable)

52 4.4 Estructuras indexadas  La idea de un archivo índice es similar al índice de un libro: por cada término en el índice, el número de página especifica la página o párrafo donde el término puede ser encontrado.  Un índice de bases de datos específica por variable clave el campo de indización donde los registros correspondientes pueden ser encontrados.

53 4.4 Estructuras indexadas  Similar al índice de palabras claves de un libro o a un archivo índice, un archivo de bases de datos índice es mucho más pequeño de la bases de datos original.  El ordenamiento utilizado en el archivo índice da un acceso más eficiente para la extracción de algunos datos. Por supuesto mas de un índice puede ser creado y cada uno servir para diferentes propósitos.

54 4.4 Estructuras indexadas  En una base de datos relacionada cada renglón en una tabla puede ser identificado por un valor único de la combinación de uno o más valores de columnas, la clave primaria.  La clasificación de una tabla se hace acorde con una combinación específica de un campo de datos.  El ordenamiento se basa en la combinación del primer campo de la columna de valores (llamada índice primario), con la siguiente sub-clasificación basado en el segundo campo (índice secundario) de la combinación llave y así subsecuentemente

55 4.4 Estructuras indexadas  Una alternativa al método anterior es crear un archivo índice que contenga los datos del campo o combinación de campos a ser usado como un índice alternativo más la combinación del campo de datos que constituye la llave primaria que debe de la tabla que debe ser indexada. El archivo índice es clasificado de acuerdo a campos alternativos de índices.

56 4.4 Estructuras indexadas  El archivo índice tiene el mismo número de renglones que la tabla a la que se refiere, pero el archivo índice es mucho más pequeño que la tabla.  Para tener acceso a los renglones en el orden de clasificación el archivo índice requiere de dos accesos en secuencia; uno del archivo índice, el cual regresa a a la llave primaria a ser usada, y el segundo utiliza el acceso mismo de la tabla. Por cada ordenamiento diferente se requiere un nuevo índice.

57 4.5 Futuras estructuras de bases de datos  Desarrollo de modelos de datos orientados al objeto. Son bases de datos localizadas en varias computadoras en lugar de una centralizada DBMS, distribuidas con ambientes heterogéneos de bases de datos. Aumenta la escalabilidad y flexibilidad de las necesidades de bases de datos de grandes instituciones.

58 4.5 Futuras estructuras de bases de datos  Bases de datos abiertas. Con este tipo de bases es posible reemplazar el DBMS de un proveedor con una DBMS de otro proveedor sin tener que adaptar las aplicaciones.

59 Futuras estructuras de bases de datos  Bases de datos activas. Hacen asunciones acerca de las necesidades de información del usuario y tratan de recolectar los datos que el o ella requiera de manera automática.  Bases de datos multimedia. Pueden almacenar datos alfanuméricos, signos, imágenes, películas y sonidos.