Sistemas de información de laboratorio. Gestión y flujo de datos en aplicaciones informáticas
Componentes de un sistema informático
En un sistema informático se pueden distinguir dos partes fundamentales: el hardware y el software.
- Hardware: Se refiere a los componentes físicos que forman el ordenador, como la carcasa, circuitos internos, teclado, monitor, impresora y cualquier dispositivo conectado.
- Software: Es el conjunto de programas y aplicaciones que permiten el control y funcionamiento del ordenador.
Hardware: Estructura funcional de un ordenador
La estructura operativa de un ordenador, conocida como arquitectura, se clasifica principalmente en dos tipos: Von Neumann y Harvard.
- Arquitectura Von Neumann: En esta estructura, las instrucciones y los datos comparten el mismo espacio de memoria, sin estar físicamente separados.
- Arquitectura Harvard: En este caso, las instrucciones y los datos se almacenan en dos bloques de memoria independientes. Esta separación permite leer instrucciones y datos al mismo tiempo, aumentando el rendimiento en la ejecución de programas.
- Arquitectura Pentium: Introduce memorias caché de alta velocidad, que almacenan temporalmente los datos e instrucciones que se prevé utilizar en breve, optimizando el rendimiento.
Los componentes funcionales principales de un ordenador son:
1. Unidad Central de Proceso (CPU)
2. Memoria
3. Periféricos de Entrada/Salida (E/S)
Estos componentes se conectan mediante buses, que son conjuntos de cables encargados de transmitir datos e instrucciones.
Unidad Central de Proceso (CPU)
La CPU (Central Processing Unit) es la encargada de interpretar y ejecutar las instrucciones almacenadas en la memoria principal.
Estructura de la CPU
Dentro de la CPU encontramos:
1. Unidad de Control (UC): Coordina y gestiona todos los componentes del ordenador. Cuando recibe una instrucción de un programa, la interpreta y activa los elementos necesarios para ejecutarla. Por ejemplo, si una instrucción ordena mostrar un valor en pantalla, la UC activa el monitor y envía el dato correspondiente. Además, cuenta con un reloj que sincroniza todas las operaciones del ordenador. La frecuencia del reloj, medida en megahercios (MHz), influye en la velocidad del sistema.
2. Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Realiza las operaciones matemáticas y lógicas necesarias. Las operaciones aritméticas incluyen sumas, restas y multiplicaciones, mientras que las operaciones lógicas consisten en comparaciones, como determinar si un valor es mayor o igual a otro.
3. Registros: Son pequeñas memorias de alta velocidad dentro de la CPU que almacenan temporalmente los datos necesarios para el procesamiento.
Funciones de la CPU
La principal misión de la CPU es interpretar y ejecutar las instrucciones de un programa almacenado en la memoria principal. A partir de estas instrucciones, la CPU procesa los datos de entrada para generar resultados. Este proceso se divide en las siguientes tareas:
1. Interpretación de instrucciones: La CPU identifica la operación que debe realizar y envía señales de control a los componentes necesarios para ejecutarla.
2. Búsqueda de datos (operandos): Localiza los datos requeridos para realizar la operación.
3. Determinación de la siguiente instrucción: Calcula y prepara la dirección de la próxima instrucción que debe ejecutarse.
4. Ejecución de cálculos: Realiza las operaciones matemáticas y lógicas indicadas.
5. Almacenamiento temporal: Guarda los resultados intermedios obtenidos durante el proceso de cálculo.
6. Control de incidencias: Supervisa y detecta posibles errores o fallos que puedan surgir en las operaciones.
Unidades de entrada y salida
Las unidades de entrada/salida (E/S) permiten la comunicación entre la CPU y los periféricos, facilitando así el intercambio de información. Sus funciones principales son:
- Control y sincronización: Gestionan el tiempo y el flujo de datos entre la CPU y los dispositivos externos.
- Comunicación con la CPU: Actúan como intermediarias para enviar y recibir información de la CPU.
- Comunicación con dispositivos externos: Permiten la transmisión de datos entre el ordenador y los periféricos (teclados, monitores, impresoras, etc.).
- Almacenamiento temporal de datos: Guardan datos de manera provisional mientras se completan las transferencias.
- Detección de errores: Identifican y gestionan posibles problemas durante la comunicación.
Estas unidades son esenciales debido a ciertos desafíos en los sistemas informáticos:
1. Desigualdad en velocidades: Los periféricos funcionan mucho más despacio que la CPU, y su velocidad no siempre es constante.
2. Tamaño variable de datos: La longitud de las palabras de datos varía dependiendo del dispositivo o aplicación.
3. Códigos diferentes: Los datos pueden representarse con códigos distintos según el periférico o sistema utilizado.
En resumen, las unidades de E/S garantizan un flujo de información eficiente y resuelven los problemas derivados de las diferencias de velocidad, longitud y representación de datos entre la CPU y los dispositivos externos.
Dispositivos de almacenamiento de datos: tipos, funciones, características y soportes
Los dispositivos de almacenamiento tienen la función principal de conservar información de manera permanente. Debido a la gran cantidad de datos que se manejan en la actualidad, estos dispositivos son casi tan esenciales como el propio ordenador.
En el sistema informático, los datos y las instrucciones pueden guardarse temporalmente en la memoria RAM. Esta memoria utiliza conmutadores sensibles a los cambios eléctricos, lo que significa que solo almacena datos mientras recibe energía. Por ello, surgieron los dispositivos de almacenamiento secundario o auxiliar, que permiten conservar la información de forma permanente.
La información se organiza según una jerarquía de memoria que optimiza el acceso y almacenamiento de datos. Los principales soportes de memoria auxiliar son los siguientes:
a) Soportes magnéticos
- Discos duros: Almacenan grandes cantidades de información de forma permanente.
- Disquetes: Obsoletos debido a su baja capacidad.
- Cintas magnéticas: Usadas en entornos específicos, pero poco comunes en la actualidad.
b) Soportes ópticos
- CD-ROM: Discos compactos de solo lectura.
- Discos ópticos: Permiten una escritura única y múltiples lecturas.
c) Soportes electrónicos
- Memoria flash: Dispositivos como las memorias USB, que son portátiles y tienen gran capacidad de almacenamiento.
Tipos de software y sistemas operativos
El software de un ordenador se organiza en capas, donde cada nivel cumple una función específica:
1. Hardware: Es el nivel más básico, formado por dispositivos físicos como circuitos integrados, cables y fuentes de alimentación.
2. Microarquitectura: A este nivel, los dispositivos físicos se agrupan en unidades funcionales, como registros internos de la CPU y la Unidad Aritmético-Lógica (ALU).
3. Lenguaje máquina: El software controla las unidades funcionales mediante instrucciones escritas en código máquina o ensamblador. Estos lenguajes son difíciles de usar y dependen del hardware específico.
4. Sistema operativo: Es el software que conecta el hardware con los programas de aplicación. Los sistemas operativos solucionan los problemas del lenguaje máquina y permiten al usuario interactuar con el ordenador de forma más sencilla.
Sistemas operativos
Un sistema operativo es el software que permite la interacción entre el hardware y los programas de usuario, como procesadores de texto o hojas de cálculo. Este software facilita el uso del ordenador y optimiza su funcionamiento.
Objetivos de un sistema operativo:
- Gestionar el hardware del ordenador.
- Simplificar el uso del sistema ocultando los detalles complejos al usuario.
- Optimizar los recursos disponibles para garantizar su uso eficiente y mejorar el rendimiento general.
Funciones principales de un sistema operativo
Las funciones clave de un sistema operativo incluyen:
Dependiendo del tipo de equipo donde esté instalado se distinguen varios tipos de sistemas operativos:
Los sistemas operativos diseñados para ordenadores personales deben cumplir con ciertas características esenciales para mantenerse competitivos en el mercado. Entre estas características destacan:
- Multitarea: Se refiere a la capacidad de ejecutar múltiples programas simultáneamente. Este tipo de sistema operativo distribuye los recursos disponibles (como CPU y memoria) entre los programas activos, creando la sensación para el usuario de que todos están funcionando al mismo tiempo.
- Multiusuario: Permite que diferentes usuarios puedan utilizar sus programas al mismo tiempo y acceder a los recursos del sistema simultáneamente. Para ello, estos sistemas operativos suelen implementar métodos de protección de datos, asegurando que un programa no pueda acceder o modificar información de otro usuario.
- Distribuido: Hace posible que se utilicen recursos como memoria, CPU, discos y periféricos de varias computadoras de forma conjunta, integrándolos en un solo sistema.
- Eficiencia en el uso de recursos: Es crucial que el sistema operativo consuma la menor cantidad posible de recursos. Mientras menos consuma, más recursos estarán disponibles para los programas de los usuarios.
A continuación, se presenta una comparación entre distintos sistemas operativos, analizando aspectos generales, técnicos y relacionados con sus interfaces gráficas.
Software de programación
El software de programación incluye las herramientas que los desarrolladores utilizan para crear nuevas aplicaciones. Estas aplicaciones se desarrollan mediante el uso de lenguajes de programación. Un lenguaje de programación es un conjunto de instrucciones y reglas que permiten escribir programas informáticos.
Clasificación de los lenguajes de programación:
- Lenguajes de bajo nivel: Reciben este nombre porque están muy próximos al hardware del ordenador. Para usarlos, es imprescindible conocer detalladamente la arquitectura del sistema. El primer lenguaje de este tipo fue el lenguaje máquina, que consiste en instrucciones escritas en binario (combinaciones de ceros y unos) que indican al ordenador las operaciones que debe realizar. Este lenguaje resulta muy complejo y propenso a errores, por lo que ha caído en desuso. Para superar estas limitaciones surgió el lenguaje ensamblador, que reemplaza las instrucciones binarias por abreviaturas, facilitando su comprensión y reduciendo la probabilidad de errores. Sin embargo, su uso sigue requiriendo un conocimiento profundo del hardware del equipo.
- Lenguajes de alto nivel: Estos lenguajes están más orientados al programador que al hardware, lo que facilita su uso. No es necesario conocer en detalle el funcionamiento interno del ordenador para trabajar con ellos. Las instrucciones empleadas en estos lenguajes suelen utilizar palabras del idioma inglés, lo que las hace más intuitivas. Algunos ejemplos de lenguajes de alto nivel son Cobol, Basic, Pascal, C, Ada, Fortran, Prolog y Lisp.
Los programas escritos en estos lenguajes deben ser convertidos al lenguaje máquina (ceros y unos) para que el ordenador pueda ejecutarlos. Esta conversión se realiza mediante herramientas específicas conocidas como intérpretes y compiladores.
Software de aplicaciones
El software de aplicaciones incluye los programas que los usuarios utilizan para realizar tareas específicas en sus ordenadores. Estos programas, desarrollados mediante lenguajes de programación, funcionan sobre un sistema operativo concreto. El software de aplicación se puede clasificar en programas verticales y programas horizontales o de uso general:
- Programas verticales: Son aplicaciones diseñadas para resolver problemas específicos y cumplir una función concreta. Cuando estos programas se desarrollan por encargo para satisfacer las necesidades particulares de un cliente, se consideran programas a medida. Algunos ejemplos incluyen software para la gestión contable, diagnósticos médicos, control de robots, o sistemas como el piloto automático de un avión.
- Programas horizontales o de uso general: Este tipo de software tiene un enfoque más amplio, permitiendo realizar tareas comunes y generales que son útiles para la mayoría de los usuarios de ordenadores personales. También se conocen como programas estándar y pueden clasificarse según su funcionalidad, como procesadores de texto, hojas de cálculo, bases de datos, paquetes integrados, diseño gráfico y autoedición. A continuación, se describen los programas más representativos de esta categoría.
Entrada de la información en el laboratorio
La informatización en los laboratorios tuvo su origen en los laboratorios de química clínica. La necesidad de convertir un gran volumen de datos analógicos en digitales y luego incluirlos en informes fue un factor clave para promover la automatización. Inicialmente, los sistemas se utilizaron principalmente para captar datos generados por los autoanalizadores, pero pronto se reconoció su enorme potencial para gestionar, emitir y almacenar no solo los datos provenientes de estos dispositivos, sino toda la información manejada en el laboratorio.
En la actualidad, los analizadores integran computadoras que realizan funciones como:
- Transformación de señales analógicas a digitales.
- Mediciones repetitivas a lo largo del tiempo para calcular reacciones cinéticas.
- Recuentos automáticos.
- Cálculos de porcentajes.
- Entre otros.
Además, existen sistemas informáticos conectados a los autoanalizadores que funcionan como sistemas de gestión de datos en el laboratorio, también conocidos como sistemas de información del laboratorio (LIMS, por sus siglas en inglés), los cuales desempeñan diversas funciones, tales como:
- Registro de solicitudes.
- Generación de listas de trabajo.
- Procesamiento y recopilación de datos.
- Validación de resultados.
- Elaboración y emisión de informes.
- Almacenamiento de datos.
- Gestión de citas para pacientes.
- Supervisión de calidad.
- Generación de estadísticas.
Registro de peticiones
El registro de peticiones consiste en introducir en el sistema informático los datos contenidos en el volante. Esto se puede realizar de las siguientes maneras:
- Mediante teclado: Los datos son ingresados manualmente.
- Usando un lector de código de barras: Una etiqueta con código de barras incluye todos o parte de los datos del volante. La lectura de esta etiqueta mediante un lápiz óptico permite una entrada rápida y minimiza los errores.
- Conexión a un ordenador central: Al introducir el número de historia clínica, el sistema busca automáticamente los datos asociados a ese número y los integra en la base de datos.
Dentro de cada petición se pueden identificar tres elementos principales:
1. Número de identificación
Este número es único para cada paciente y lo asigna el personal del laboratorio. En algunos casos, el sistema añade dígitos adicionales como la fecha o el número de historia clínica central para evitar duplicados en días consecutivos. La numeración puede ser:
- Correlativa: Sigue un orden secuencial.
- No correlativa: Cada rango numérico se asigna a diferentes áreas, como plantas o consultas.
2. Datos demográficos
Incluyen la información administrativa del paciente y del solicitante de la analítica.
3. Peticiones
Se refiere a los análisis solicitados. En los sistemas informáticos de laboratorio suelen organizarse en los siguientes conceptos:
- Parámetro: Representa cada dato o cálculo que requiere obtener un resultado.
- Petición: Es la analítica solicitada en el volante.
- Perfil: Facilita la solicitud de análisis recurrentes al permitir seleccionar un conjunto predefinido de parámetros con un solo comando. Por ejemplo, un análisis rutinario para un preoperatorio o un control de embarazo.
- Área de trabajo: Agrupa las peticiones según la especialidad o sección del laboratorio, lo que influye en la organización y presentación de los resultados.
Listas de trabajo
Una vez ingresados el número de identificación, los datos personales y las solicitudes, el sistema se encarga de distribuir el trabajo. Normalmente, es necesario indicarle que distribuya los datos de entrada.
El elemento central de la distribución del trabajo son las listas de trabajo.
¿Qué es una lista de trabajo? Es un documento en papel que muestra la relación de pacientes que tienen programada una prueba. Cada prueba debe estar asociada a una lista de trabajo.
Las listas de trabajo incluyen, como mínimo, el número de identificación y las pruebas solicitadas. Algunos sistemas permiten personalizar las listas para incluir información adicional, como el nombre del paciente, diagnósticos u otros datos relevantes. En ciertos casos, incluso es posible incluir el último resultado registrado para la prueba de ese paciente.
Los dispositivos más frecuentemente conectados al sistema informático del laboratorio son aquellos que generan un gran volumen de resultados, como autoanalizadores de bioquímica, contadores de hematología y analizadores de orina.
Pruebas rutinarias y diferidas
En función del tiempo requerido para obtener los resultados, las pruebas se clasifican en:
– Rutinarias: Son aquellas cuyos resultados están disponibles el mismo día.
– Diferidas: Son pruebas que no se realizan diariamente o que requieren varios días para completarse. Este tipo de pruebas es común en Microbiología.
Las pruebas diferidas tienen un tratamiento específico en el sistema informático. Es necesario decidir si el sistema debe retener el resto de los resultados hasta que esté disponible el de la prueba diferida o si se emite un informe parcial con las pruebas diarias, dejando pendiente la prueba diferida.
En cuanto a las listas de trabajo, aquellas que incluyen pruebas diferidas no suelen generarse automáticamente. Es necesario solicitarlas de forma manual, obteniendo un listado con todos los pacientes a los que se les ha pedido esa prueba desde la última vez que se solicitó la lista.
Validación
La validación consiste en aprobar los resultados generados por el sistema. Puede realizarse de las siguientes formas:
- Por técnicas o grupos de técnicas: El sistema muestra los datos disponibles para una o varias técnicas seleccionadas. Esto es útil cuando se detectan valores críticos en el control de calidad y se necesita una visión general de los resultados.
- Por pacientes: Se visualizan todos los resultados de un paciente, lo que permite relacionar toda la información disponible sobre él.
Algunos sistemas requieren que los resultados sean validados antes de permitir su emisión.
Emisión
Tras la introducción y validación de los resultados, el sistema está listo para generar el informe.
La emisión consiste en imprimir en papel los resultados, ya sean parciales o totales, de uno o varios pacientes. Puede organizarse según el servicio, el origen de la solicitud, o por orden correlativo según el número de identificación.
Si los resultados no están completos, se puede generar un preinforme, que incluye los datos disponibles hasta el momento. Esta funcionalidad es muy útil en situaciones específicas y está disponible en la mayoría de los sistemas.
Cierre del día y fichero histórico
El sistema clasifica a los pacientes en dos categorías: pendientes y archivados.
Todas las operaciones de búsqueda, impresión de listas de trabajo, validación, modificaciones y emisión en grupo se realizan con los pacientes pendientes. Una vez completado el análisis, los datos se almacenan junto con registros anteriores del paciente, conformando el fichero histórico.
El traspaso de los datos al fichero histórico puede realizarse de dos maneras:
- Automáticamente: Algunos sistemas realizan este proceso de forma automática al emitir los resultados o mediante un procedimiento asociado.
- Manual: Otros sistemas requieren una instrucción específica en el menú, conocida como cierre del día.
El fichero histórico permite:
- Consultar datos anteriores del paciente.
- Elaborar informes acumulados.
- Generar copias de los resultados emitidos.
Ficheros auxiliares
Son un conjunto de archivos que el sistema utiliza para obtener la información necesaria para su funcionamiento. Existen diferentes tipos de estos ficheros:
– Fichero de determinaciones: Incluye todos los tipos de análisis que puede realizar el laboratorio.
– Fichero de perfiles: Contiene todas las combinaciones posibles de perfiles.
– Fichero de médicos: Lista de los profesionales vinculados al sistema.
– Fichero de servicios: Registra los distintos servicios relacionados con el laboratorio.
– Fichero de listas de trabajo: Gestiona las listas que utiliza el sistema.
– Otros: Incluye cualquier archivo adicional necesario para la operación.
Estos ficheros se configuran principalmente durante la instalación inicial del sistema informático y, por lo general, solo requieren modificaciones ocasionales.
Estadística
Este apartado se refiere a la digitalización de toda la información manejada por el laboratorio. Permite generar estadísticas con varias funcionalidades. Un sistema eficiente debería ser capaz de proporcionar los siguientes datos:
- Cantidad de muestras según su origen, el médico responsable, el tipo de paciente y el diagnóstico.
- Número de determinaciones que están dentro de los límites normales.
- Volumen de trabajo del laboratorio utilizando un sistema estandarizado que mida la carga de trabajo por cada determinación.
- Estadísticas descriptivas de resultados por prueba.
- Cantidad de solicitudes clasificadas como rutina o urgencia.
Esto permite disponer de información periódica sobre el desempeño del laboratorio, su uso por parte de los distintos servicios y otros datos relevantes.
Sabías que…
La automatización en los laboratorios clínicos comenzó en la década de 1950, pero no fue hasta los años 90 cuando se implementaron las primeras soluciones que automatizaron tanto las fases preanalíticas como las postanalíticas.
