Programmering inom klinisk fysiologi i Lund på 1970-talet.

Transkript

1 Lisbet Niklason, Ejdervägen 1 Q, LUND, född 1947 Programmering inom klinisk fysiologi i Lund på 1970-talet. Som nybakad ingenjör sökte jag jobb som laboratorieassistent på kliniskt fysiologiska avdelningen på Lunds Lasarett Jag undersökte patienter bl a med pulspletysmografi (mätning av blodflöde i benen) och med kroppspletysmografi (mätning av absoluta lungvolymer). För att få fram resultatet av mätningarna gjorde jag manuella beräkningar på pappersutskrifter från mingograf (bläckstråleskrivande EKG-apparat, EM-61, Siemens-Elema AB). Sådana manuella beräkningar ingick i nuvarande professor Björn Jonsons doktorsavhandling. Jag hade inte tänkt stanna så länge på detta jobb eftersom det inte direkt motsvarade min utbildning, men efter något år introducerades jag i datorvärlden och sedan var jag fast. Att programmera var mycket roligare än att hålla på med kemi. Efter ett år fick jag en ingenjörstjänst. Professor Håkan Westling var klinikchef och Björn Jonson var den drivande kraften bakom de flesta projekten med datorer inblandade. Jag började med att programmera statistiska analyser på en Hewlett Packard 9100 A, en bordskalkylator med plotter (HP 9125 A). Programmen lagrades på magnetkort. Statistiska analyser hade tidigare gjorts för hand och var tidskrävande att utföra. Jag gjorde också program för att beräkna clearance för njurar, central blodvolym och mean transit time. Beräkning av hjärtminutvolym med plottning av kurvan resulterade i en artikel. (Calculation of Cardiac Output from Indicator Dilution Data by a Desk Calculator, Scand. J. Clin. Lab. Invest., 1971). Den första riktiga datorn jag programmerade fick vi låna av professor David Ingvar på neurofysiologiska kliniken, en Varian 620/i. Den stod på våningen ovanför kliniskt fysiologiska avdelningen. Jag stansade koden i Fortran på hålremsor. Programmet beräknade luftflödena i vänster resp. höger lunga från en simulerad respirator. Egenskaperna för lungorna och respiratorn varierades. Beräkningarna gjordes med inkrementella intervall om 10 ms och resulterade i en mycket uppmärksammad artikel (A Theoretical Study on Flow Patterns of Ventilators, Scand. J. resp. Dis., 1972). Numera är inkrementell beräkning vanligt, men då var det ett ovanligt sätt att göra analyser på. Det var inte helt lätt att införskaffa en dator, som då var mycket dyr. Landstingets datachef planerade för en jättedator, som skulle betjäna hela sjukhuset. Det var inte den typen av datorkraft vi behövde. För att kringgå förbud mot datorinköp kallade vi datorn för apparatur för signalanalys. År 1970 installerades vår första dator, som kallades Mattias (eg. Gallimatias). Det var en PDP-8/I från Digital Equipment Corporation med kärnminne som rymde 12K ord á 12 bitar. Operativsystemet kallades PS/8. Instruktionerna i kärnminnet låg kvar efter att datorn varit avstängd. Därför räckte det med att sätta bootstrapens startadress med 12 switchar på datorns framsida för att starta upp datorn. Innehållet i kärnminnet kunde kontrolleras genom att sätta adressen med switcharna och sedan stega sig igenom cellerna i minnet. Innehållet visades binärt, där en etta var en tänd lampa. Jag satt hemma på kvällarna och läste handböckerna med engelsk text från Digital Equipment. De var mycket detaljerade och instruktiva. 1

2 Jag skrev koden i SABR, ett assemblerspråk med relativ adressering. Subrutiner i SABR gick att anropa från Fortran-program. Man behövde inte ta hänsyn till sidbyte som i PAL-8. Datorn var stor och stod i ett fönsterlöst separat rum bredvid laboratoriet. Här satt jag och skrev in källkoden på en teletype (ASR33), en slags skrivmaskin på ett stativ intill datorn. Den hade också hålremsläsare och hålremsstans. Det bullrade rejält och jag var mycket trött på kvällen efter att ha suttit länge i det rummet. Så småningom använde jag öronproppar. Jag har spekulerat i om bullret kan vara orsaken till min tinnitus. Det fanns en enkel Editor (textredigerare). Källkoden kompilerades (översattes) till instruktioner, som kunde tolkas av datorn (objektkod). Objektkoden laddades ner i minnet tillsammans med systemprogram och eventuella biblioteksrutiner med en Loader. Källkoden och de exekverbara programmen lagrades på små magnetband, som rymde 184K ord (DECtape). Om en minnestest behövde göras, fick man först läsa in Digitals testprogram via hålremsläsaren. Digitals personal hjälpte oss att skriva den kod som krävdes för att magnetbandet inte skulle snurra fram till bandets början varje gång ett nytt program lästes in i minnet. Det sparade tid. Datorn hade två bandstationer, den ena till system och program, den andra till att lagra data. Eftersom teletypen stod i datorrummet behövdes en knappsats på laboratoriet, med vilken datorn kunde styras. En inköpt sådan modifierades och programmerades. Vi visade menyer på ett minnesoscilloskop, så att vi kunde växla mellan programmen med hjälp av knappsatsen. Jag skrev rutiner i assemblerkod, som kunde utföra basala funktioner för kommunikationen mellan yttre enheter och datorn, det som idag kallas drivrutiner. Exempel på sådana rutiner var att läsa in heltal eller flyttal (tal med decimaler) från knappsatsen och från teletypen och att skriva ut heltal eller flyttal som text på ett oscilloskop och på teletypen. Två tecken rymdes i ett 12-bitars ord (6-bitars ASCII). Ingenjör Lars-Göran Olsson utvecklade den elektronik, som krävdes för att styra datorn och framför allt den elektronik, som krävdes för att styra EKG-datorsystemet, se nedan. Patienten satt i en bodybox (en kroppspletysmograf) när lungmekaniska mätningar gjordes. Vissa mätningar krävde att boxen var tillsluten och vissa gjordes med öppen box. Signalerna omvandlades till 9 bitars ord med en A/D-omvandlare (AX08 med inbyggd realtidsklocka och displayenhet). Trycket från en liten gummiballong fastsatt i änden av en kateter nedförd i patientens matstrupe mättes. Detta tryck motsvarar i stort sett trycket i lungsäcken. Tryck och luftflöde från munhålan och luftflödet från bodyboxen mättes också. Datorn styrde en mekanisk flödesregulator så att luftflödet till och från patienten kunde stängas av vid vissa andningsmanövrar. Vi beräknade absoluta lungvolymer, tryck/volymkurvor, lungmotståndet och closing volume med hjälp av datorn. Vi bestämde också andningsarbetet när patienten cyklade på en ergometercykel och vi kunde också göra spirometri. Mätsignalerna visades på oscilloskopet under själva mätningen. Det beräknade resultatet skrevs dels ut på oscilloskopet i form av kurvor och text, dels på teletypen och dels plottade vi kurvor på en analog X-Y-skrivare. Håkan Westling var engagerad i mätning av artärelasticitet och hur den påverkades av olika substanser, t ex nitroglycerin. Tryck/volym-loopar ritades på oscilloskop och plottades på X-Y-skrivare. 2

3 Hans Ahlström från barnkliniken gjorde lungmekaniska mätningar på barn under ett års ålder. Barnen låg i en liten kroppspletysmograf. Trycket mättes genom en vätskefylld kateter i barnets matstrupe. För att mäta vid högre samplingsfrekvens på barn ställdes en RC-klocka i datorn om manuellt. Magnus Lindroth från barnkliniken fortsatte lungmekanikstudierna på spädbarn. Eftersom spädbarn inte kan göra arbetsprov orsakades hyperventilation genom att barnen andades luft blandad med koldioxid. Mätningarna på de riktigt små barnen gjordes på barnkliniken och spelades in på magnetband. Signalerna lästes senare in i datorn för analys. Det gick att styra bläckgalvanometrarna i mingograferna till att förutom signaler även skriva tecken. Björn Jonson gjorde en programrutin för detta. På så sätt kunde resultat anges i klartext och kurvor kunde namnges på utskrifterna. Dåvarande doktoranden Olof Werner utvecklade algoritmer för medelvärdesberäkning av EKG, som jag översatte till datakod. Vid utskrift på mingograf kom tekniken väl till pass. (Noise reduction of ECG by averaging. An experimental study of the procedure and a validated method. Scand. J. clin. Lab. Invest., 1975). En släkting till Olof Werner, Karin Johansson, hjälpte till med att programmera analysen av ST-signaler. Hon gjorde också en rutin för att skriva tecken på X-Y-skrivaren. Den byggde på teckenprogrammet för mingografen. Vi gjorde även hjärtkateterisering med hjälp av samma dator. Mätningarna gjordes från ett laboratorium långt från datorn. Vi beräknade löpande hjärtfrekvens och medelvärde av artärtryckets systole och diastole och pulmonalistrycket. Triggning gjordes antingen på EKGsignalen eller på artärtrycket. Hjärtminutvolymbestämning gjordes oblodigt med hjälp av temperaturen mätt med en termistor i spetsen på en kateter. Resultatet skrevs ut på mingograf i klartext tillsammans med kalibrerade kurvor. Största fördelen var att hjärtminutvolymen erhölls omedelbart och att den kunde bestämmas flera gånger eftersom inget blod behövde tas från patienten. Jag skrev detaljerade flödesscheman innan jag skrev själva koden. Dessa fungerade dels som dokumentation, dels som hjälp till att skriva kod för oväntade händelser. Ett program får inte krascha, alla eventuella händelser ska vara förutsedda. Kodavlusning (debugging) gjordes genom att lusläsa koden. Det kunde vara tidskrävande att hitta fel i koden, så det bästa var att göra koden så felfri som möjligt från början. Det hände att jag tog koden med mig hem och lusläste den hemma i lugn och ro. Detta var möjligt innan jag hade fått barn. Nästa dator införskaffades några år efter Mattias, en PDP-8/E, som kallades Hjärtrud. Den hade två diskenheter för utbytbara diskar (RK05). Diskarna var fysiskt stora och rymde 1.6M ord vardera. Jag minns att jag trodde det skulle gå för fort med diskar jämfört med bandrullar. Operativsystemet var OS/8. Datorn hade tre minnesstackar à 4K 12-bitars ord. Så småningom köpte vi ytterligare två minnesstackar. Datorn hade också en bandstation för långtidslagring (DECtape). Detta blev en av världens bäst utnyttjade PDP-8or enligt Digital Equipments servicepersonal. Denna dator användes för att rationalisera EKG-mätningarna i vila och under arbete. EKGsignalerna var ofta svårt störda då patienten cyklade på en ergometercykel. Det berodde dels på den häftiga andningen, dels på att patienten rörde sig. Vi utnyttjade algoritmerna för 3

4 medelvärdesberäkning, som vi hade utvecklat på Mattias. Det var lättare att tolka EKG:t när det var medelvärdesbildat och störningarna reducerade. (I Olof Werners doktorsavhandling ingick A System for Computer-assisted ECG Recording at Rest and Exercise och Computer Classification of ST and T in Averaged ECGs at Rest and Exercise, Scand. J. clin. Lab. Invest., 1976). Mingograferna kunde styras av datorn. De kunde t ex startas, stoppas och styras med viss hastighet vid datorutskrift. Förutom att EKG-signalerna kunde märkas med text vid utskriften kunde sex rader text skrivas längst ner på pappret med en extra bläckstrålegalvanometer. Denna text skrevs via en teckengenerator, som civ.ing. R. Eriksson på institutionen för elektrisk mätteknik på Lunds universitet, där Helmut Hertz var professor, hade modifierat så att även tecknen Å, Ä och Ö kunde skrivas ut. En svart fläck i skarven på EKG-pappret kändes av en sensor, så att resultatet alltid skrevs ut på en hel sida utan skarv. Vi ville kunna registrera både viloekg och arbetsekg och skriva in svar samtidigt. Med de stora datamängder, som skulle A/D-omvandlas från två olika stationer krävdes multitasking. Det fanns inga sådana tillräckligt snabba och billiga operativsystem på marknaden, så vi gjorde vårt eget tidsdelningsprogram. Programmet tilldelade sekreterarmodulen 0.5 ms i taget, viloekg-modulen och arbetsekg-modulen 1 ms vardera. Överbliven tid utnyttjades av övriga moduler. Programmet skrevs i assemblerspråket PAL-8. Förloppet vid EKG-tagning styrdes från en meny på ett minnesoscilloskop (Tektronix 603) via en knappsats vid arbetsprovsstationen och via ett alfanumeriskt tangentbord vid vilostationen. Sekretariatet hade en videoterminal (VT05) kopplad till datorn. Via en displayenhet (VC8-E) multiplexades D/A-omvandlade X- och Y-signaler (10 bitar) antingen till något av de två minnesoscilloskopen, till bläckstrålegalvanometrarna på någon av mingograferna eller till en X-Y-skrivare. Z-signalen hade två lägen, på eller av, som t ex användes för att tända eller släcka en punkt på oscilloskopet. A/D-omvandling skedde med 400 Hz för viloekg och 200 Hz för arbetsekg (10 bitar + tecken). Vi registrerade 8 signaler och beräknade övriga 4. De rekonstruerade signalerna motsvarade matematiskt exakt de signaler, som uteslöts. Detta sparade tid för personalen och lagringsutrymme. Signalerna medelvärdesbildades och 12 kanaler skrevs ut på mingograf tillsammans med rytmsignal. Alla EKG:n sparades på skivminnena så att resultatet kunde skrivas ut igen på sekretariatet tillsammans med tolkningen. Vi hade bl a färdiga standardsvar att välja mellan för att spara tid. Mycket papper och tid sparades med systemet. Vi fick snygga medelvärdesbildade och kalibrerade EKG-signaler och en rytmkurva utskrivna på ett mingografpapper tillsammans med patientens identitet och ST-analys nederst på pappret. Vilodelen av systemet var dessutom kopplat till ett kabelverk så att EKG:n kunde tas från fler avdelningar på sjukhuset och registreras i vårt system. Ortogonalt s k Frank-EKG kunde vi också beräkna med systemet. Beräknad signal för X, Y och Z samt P- QRS- och T-loopar skrevs ut på en X-Y-skrivare. Numera finns Hjärtrud bland medicin-historiska museets samlingar i Lund. Mattias-datorn har också funnits där, men utrymmet räckte inte till, så den har skrotats. Förhoppningsvis kommer museet att åter att kunna öppnas när nya lokaler erhållits. Vi samarbetade med Siemens-Elema för att de skulle utveckla ett kommersiellt system i form av en mobil generell mätutrustning med inbyggd dator, en s.k. datamingograf. Jag översatte koden för medelvärdesbildning av EKG till Fortran för att köras på en PDP-11, en 16-bitars 4

5 dator med operativsystemet RT-11 (Digital Equipment Corporation). Koden överlämnades till Siemens-Elema. I gengäld placerade Siemens en PDP-11 hos oss och bekostade någon ingenjörstjänst. Enligt min uppfattning trodde inte Siemens det fanns ekonomi i projektet, så det lades ner. Dåvarande doktoranden Olle Pahlm lät vidareutveckla vårt EKG-system till att analysera långtids-ekg på PDP-11an. I början av 80-talet hade vi flera programmerare och ingenjörer anställda, så det fanns resurser till att utveckla mättekniken inom klinisk fysiologi. Ett samarbete mellan flera sjukhus i Sverige inleddes i början av 80-talet, vilket kallades Det svenska arbetsprovsystemet. Arbetsprov med EKG skulle göras med en dator av typen LSI- 11 (Digital Equipment Corporation) och programkoden skulle om möjligt skrivas i Fortran. Vissa delar krävde dock assemblerkod. I Malmö och Kristianstad använde man redan samma system som vi. Lund, Linköping och Västerås bidrog mest till utvecklingen. Samarbete med Siemens ledde till den s.k. mingologen, en modifiering av mingografen och senare till Siemens kommersiella EKG-tolkningssystem. Så här i efterhand kan man tycka att det var ett hästjobb att koda alla dessa program på framförallt assemblernivå. Det gick inte att ha samma kontroll över programmen, som man kan idag med moderna utvecklingsverktyg, där det finns bra testmöjligheter. Dessutom är det numera enkelt att rita diagram (t ex i Excel) så att man direkt ser vad man har beräknat. På 1980-talet började jag använda C som programmeringsspråk. Det är ett högnivåspråk där man ändå har möjlighet att programmera nära maskinvaran. De senaste åren har det blivit mycket Visual Basic for Application i Excel och även i Word. Här finns kraftfulla kommandon för Windows-programmering. Det känns fantastiskt att under ett yrkesliv ha fått följa datorutvecklingen från bullriga kolosser med minnesstorlek på ett tiotal Kbyte till dagens små tysta datorer med minnen i Gbyte-storlek. Min bakgrund Min far var förutom lantbrukare också engagerad fackligt och politiskt. Han var t ex ordförande för LRF i Skåne och kommunfullmäktiges ordförande i Höganäs. Jag fick börja hjälpa till tidigt både utomhus och inomhus. På somrarna deltog jag i många sysslor på gården som t ex att plocka potatis, vilket man gjorde krypande på knä i potatislandet fram tills en potatisupptagare införskaffades. Som 17-åring fick jag t ex ansvaret att mjölka korna utomhus med hjälp av en motordriven mjölkmaskin när mina föräldrar var bortresta. (På morgonen skötte en anställd mjölkningen). Jag var ofta traktorförare på somrarna så det var enkelt att ta körkort när jag blev 18 år. Det var naturligt att studera naturvetenskapliga ämnen när man som jag är uppvuxen på en lantgård. Min far tyckte att jag skulle bli agronom och min kusin tyckte att jag borde bli civilingenjör. Efter att ha tagit studenten på reallinjen i Helsingborg, biologisk linje, ville jag snabbt komma ut och jobba. Det var för mig inte lika självklart som idag att flickor ska skaffa sig en lång utbildning. Därför valde jag studentlinjen på tekniska gymnasiet i Helsingborg, 5

6 livsmedelsteknisk linje. Utbildningen för studenter omfattade 3 terminer plus 6 månaders praktik. Jag praktiserade på Scans laboratorium i Malmö hösten -66. För att studera på studentlinjen måste man ha gått matematiska linjen på gymnasiet, så jag ägnade kvällarna i Malmö åt att läsa in matematiken med en Hermodskurs. Sommaren -67 jobbade jag på Skånes äggcentral i Helsingborg. De första två åren i Lund bodde jag inackorderad utan tillgång till vare sig kök eller telefon. Jag hade en kokplatta på rummet så jag kunde laga te. På helgerna flydde jag Lund. Jag läste en kvällskurs, ADB, 1969 och en grundläggande elektronikkurs År 1972 läste jag en kurs, medicin för tekniker och naturvetare (5p). Mitt första barn fick jag 1977 och direkt efter barnledigheten, som på den tiden bara var 7 månader, tog jag tjänstledigt och läste några kurser på universitetet. Jag läste ADB (20 p) och datalogi, allmän kurs (10 p) och datalogi, datastrukturer (10 p). När jag återvänt till arbetet deltog jag under årens lopp i kurser såsom: Datorteknik, Mikroprocessorer, C-programmering, Statistik, Ultrix systemunderhåll (Digitals variant av Unix), Unix och Objektorienterad programmering, förutom kurser i Word, Excel, Access och Frontpage. Jag är född Andersson, gifte mig 1971, bytte efternamn till Jansson, gifte mig för andra gången 1984 och bytte då efternamn till Niklason. Jag har tre döttrar, födda -77, -85 och -87. Efter att jag fick barn har jag inte jobbat heltid. När barnen var små jobbade jag 75% och har sedan successivt ökat arbetstiden till 90%. Lund Tack till Björn Drefeldt och Björn Jonson, som har bidragit med vissa detaljer. 6