автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Анализ и прогнозирование стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи в регионе на основе ГИС-технологий и многовариантного моделирования

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОГО И ОРТОПЕДИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ РЕГИОНА.

1.1. Методы анализа и прогнозирования развития стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи в территориально распределенной системе здравоохранения региона.

1.2. Методы исследования, классификации и управления системой стоматологического лечения и ортопедической помощи на основе медицинского мониторинга и интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений

1.3. Цель и задачи исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ В РЕГИОНЕ

2.1. Исследование стоматологической заболеваемости на основе визуализации и трансформации информации.

2.2. Анализ состояния стоматологической заболеваемости в регионе по территориальным единицам региональной системы медицинского обслуживания населения.

2.3. Оценка комфортности проживания населения административных территорий региона по стоматологической заболеваемости.

Выводы второй главы.

3. ОЦЕНКА ДИНАМИКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАБОЛЕВАЕМОСТИ В РЕГИОНЕ.

3.1. Динамика развития стоматологической заболеваемости в регионе.

3.2. Прогностические модели развития стоматологической заболеваемости в регионе.

3.3. Классификация и оценка риска стоматологической заболеваемости в регионе.

Выводы третьей главы.

4. ИНТЕЛЛЕКТУАЛИЗАЦИЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УПРАВ-ЛЕНИИСИСТЕМОЙ СТОМАТОЛОГИЧЕСКОЙ ПОМОЩИ НА ОСНОВЕ

ПРИМЕНЕНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

Актуальность темы, В связи с переходом на страховую медицину в новых социально-экономических условиях возникает проблема совершенствования управления лечебными учреждениями, ориентированного на профиль заболеваний и лечебно-диагностического процесса. При этом основная задача управления системой здравоохранения на современном этапе состоит в необходимости выработки оптимальных вариантов стратегии медицинского обслуживания региона, моделирования ситуаций, разработки целевых программ и планов лечебно-профилактических мероприятий. Решение этой задачи возможно только на основе эффективных методов исследования состояния здоровья населения, к которым относится метод медицинского мониторинга, обеспечивающего наблюдения, оценку и прогноз состояния здоровья населения с заданной периодичностью и с учетом внешних факторов.

Современные подходы к пониманию основных процессов развития стоматологических заболеваний в значительной степени стали доступными лишь с внедрением в стоматологию важнейших научных методологий, таких как знания по теории систем, системном подходе и системном анализе, теории вероятности и логики. Анализ и обобщение результатов большого числа исследований в области стоматологии показывает, что до настоящего периода данные результаты не имели системного обобщения, отсутствовала их научно-практическая оценка с учетом иерархии организации и оказания стоматологической помощи на индивидуальном, групповом и государственном уровне. Современные методы профилактики, диагностики и лечения стоматологических заболеваний при соответствующем социально-экономическом уровне развития общества и стоматологии, в частности, создают все условия не только для стабилизации уровня заболеваемости населения, но и постепенного снижения стоматологической заболеваемости в России.

Существующие в настоящее время условия деятельности стоматологии как самостоятельной научной отрасли медицины и как большого раздела практического здравоохранения, включающего решения социально-экономических, законодательно-правовых, организационных и многих других проблем, поставили необходимость обобщения знаний на новом уровне их оценки. И именно внедрение в стоматологию новых форм социально-экономического развития общества и возрастание их роли вызывает интерес к системным исследованиям. И в этой связи следует считать, что включение знаний из области теории систем, и, конкретно, таких ее разделов, как системный подход и системный анализ, является новым этапом в развитии методологии стоматологической науки, практической стоматологии и организации стоматологической службы.

В условиях совершенствования медицинской помощи населению при переводе учреждений здравоохранения на новый хозяйственный механизм и перехода к страховой медицине повышенные требования предъявляются как к организации здравоохранения, так и к управлению процессами диагностики, лечения и профилактики заболеваний. Для повышения эффективности лечения заболеваний возникает задача управления этим процессом на основе экспертной, архивной, текущей информации. Значительный объем информации при управлении процессами диагностики и лечения заболеваний, при управлении системой здравоохранения требует применения средств вычислительной техники и математических методов, автоматизированных и компьютерных интеллектуальных систем управления.

Особое место среди новых технологий занимают геоинформационные технологии, в первую очередь, это связано с тем, что геоинформационные системы (ГИС) позволяют рассматривать данные по анализируемым проблемам относительно их пространственных взаимоотношений, что позволяет проводить комплексную оценку ситуации и создает основу для принятия более точных и разумных решений в процессе управления.

Так как на всех уровнях управления системой здравоохранения принятие решений осуществляется в условиях неполной априорной информации и ряда неопределенности, то для рационального управления применяются методы интеллектуальной поддержки выбора управленческих решений.

Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена необходимостью разработки принципов формирования системы прогнозирования изменений в стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи, рационального управления лечебно-профилактической деятельностью службы стоматологической и ортопедической помощи на базе современных информационных и медицинских технологий.

Работа выполнена в соответствии с основными научными направлениями Воронежского государственного технического университета «Биомед-кибернетика и компьютеризация в медицине» и «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования. Целью исследования является анализ состояния и прогнозирование развития стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи на основе информационного мониторинга, моделирования и ГИС-технологий и разработка методов рационального управления системой стоматологической и ортопедической помощи в регионе.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: сформировать базу статистических медицинских данных по ретроспективной информации о стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи по территориальным единицам и нозологическим формам; определить методику анализа стоматологической заболеваемости в территориально распределенной системе стоматологической и ортопедической помощи в регионе; осуществить анализ состояния стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи в регионе и оценить динамику их развития на основе ретроспективной информации; построить прогностические модели развития стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи, оценить территориальные единицы по уровню риска заболеваемости, провести их классификацию по нозологическим формам; разработать структуру системы автоматизированного анализа стоматологической заболеваемости и сформировать подход к управлению системой стоматологической и ортопедической помощи в регионе на основе прогноза, риска заболеваемости и визуализации информации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе были использованы методы теории распознавания образов, математической статистики, априорного ранжирования, математического моделирования, теории управления и ГИС-технологий.

Научная новизна. В работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной: информационный мониторинг стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи по административно-территориальным единицам региона, позволяющий оценивать уровни риска заболеваемости для формирования управленческих лечебно-профилактических мероприятий и распределения ограниченных ресурсов; прогностические модели и характеристики стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи, позволяющие получать прогноз развития заболеваемости и формировать региональную программу по стоматологической и ортопедической помощи населения на основе анализа ретроспективной, текущей и прогнозируемой по математическим моделям динамики ситуации с принятием управленческих решений по каждой территории региона; методы оценки комфортности проживания и территорий риска по стоматологической заболеваемости, позволяющие обеспечивать рациональное управление стоматологической и ортопедической помощью в территориально распределенной системе региона; методика процедуры принятия решений при рациональном управлении медицинским обслуживанием населения региона, позволяющая формировать управленческие решения с учетом риска стоматологической заболеваемости и ограниченных ресурсов; структура и информационное обеспечение автоматизированной системы оценки состояния и прогнозирования развития стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи, обеспечивающие рациональное принятие управленческих решений на уровне административных органов управления здравоохранением.

Практическая значимость и результаты внедрения. Разработана методика визуализации информации о стоматологической заболеваемости по нозологическим формам и административным территориям для обработки статистической медицинской информации. Предложенные методы оценки позволяют определять территории риска стоматологической заболеваемости по ретроспективной информации и в автоматизированном режиме, планировать лечебно-профилактические мероприятия, осуществлять рациональное распределение ограниченных ресурсов на предыдущий период управления, как на уровне региона, так и на уровне административно-территориальных единиц.

Материалы работы в виде информационного обеспечения и данных медицинского мониторинга, а также методы анализа состояния и развития стоматологической заболеваемости используются в управлении здравоохранением администрации Воронежской области, а также в учебном процессе кафедры системного анализа и управления в медицинских системах ВГТУ по специальности 200401 - «Биотехнические и медицинские аппараты и системы».

Результаты исследований в виде информационного и программного обеспечения автоматизированных подсистем диагностики и выбора лечения стоматологических заболеваний внедрены на кафедре терапевтической стоматологии с курсом физиотерапии ВГМА им. Н.Н. Бурденко, в терапевтическом отделении студенческой стоматологической поликлиники ВГМА.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Межрегиональная научная конференция с международным участием «Студенческая медицинская наука - 2004» (Воронеж, 2004); Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2006); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2006); научно-тематическом семинаре «Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине» (Воронеж, 2005, 2006); научно-методическом семинаре кафедры «Системный анализ и управление в медицинских системах» ВГТУ (Воронеж, 2005, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 научных работ, в том числе 3 публикации в изданиях по перечню ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, содержит список литературы из 79 наименований, изложена на 120 страницах, содержит 28 таблиц и 65 рисунков.

9. Результаты работы используются в учебном процессе Воронежского государственного технического университета на кафедре системного анализа и управления в медицинских системах, а на кафедре терапевтической стоматологии с курсом физиотерапии ВГМА им. Н.Н. Бурденко.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе работы получены следующие результаты:

1. Рассмотрена методика геоинформационной составляющей трансформации информации по организации исследования и моделирования стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи в территориально распределенной системе региона.

2. Проведен статистический анализ стоматологической заболеваемости по районам Воронежской области на основе визуализации и трансформации информации, который используется для информационной поддержки принятия управленческих решений и оценки развития медицинской ситуации в регионе.

3. Получена классификация территориальных единиц региона по стоматологическим заболеваниям с использованием ГИС-технологий. Построены тематические карты по основным нозологическим формам.

4. Предложена методика оценки комфортности территориальных единиц региона, учитывающая пространственно-временные характеристики стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи в регионе.

5. Проведен статистический анализ динамики основных стоматологических заболеваний по Воронежской области, который используется для информационной поддержки принятия управленческих решений и оценки развития стоматологической заболеваемости и ортопедической помощи в районе.

6. Построены прогностические модели методами прямого и адаптивного краткосрочного прогнозирования. Получены прогнозные оценки по основным стоматологическим заболеваниям на 2006 и 2007 года для территориальных единиц Воронежской области.

7. Проведена классификация и оценка риска заболеваемости по территориальным единицам системы стоматологической и ортопедической помощи населения на базе кластерного и дискриминантного анализа.

8. Разработана структура системы автоматизированного анализа и прогнозирования стоматологической заболеваемости в территориально распределенной системе региона для интеллектуализации принятия решений при управлении в системе стоматологической и ортопедической помощи.

1. Авцын А.П. Введение в географическую патологию. М.: Медицина,1972.

2. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983.

3. Александров В.В., Шнейдеров B.C. Обработка медико-биологических данных на ЭВМ. Л.: Медицина, 1984.

4. Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М.: Мир,1970.

5. Бессмертный Б.С. Математическая статистика в клинической, профилактической и экспериментальной медицине. М., Медицина, 1967.

6. Берлянт A.M. Образ пространства: карта и информация. М.: Мысль,1986.

7. Войтенко А.В., Попова О.Б., Демьянова О.П. Функциональные возможности программно-аппаратных элементов геоинформационных систем для организации и анализа данных в медицинских приложениях // Компьютеризация в медицине. Воронеж: ВГТУ, 1996.

8. Гаспарян С.А. Классификация медицинских информационных систем в свете разработки и внедрения АСУ специализированными медицинскими службами // Республиканский сборник работ по АСУ в здравоохранении.

9. Геловани В.А., Ковригин О.И. Экспертные системы в медицине// Математика и кибернетика. М., 1987.

10. Гельфанд И.М., Губерман Ш.А., Шифрин М.А. Прогнозирование и распознавание в медицинских задачах // Распознавание. Классификация. Прогноз. Вып.1, М.: Наука, 1988.

11. Геоинформационные системы с дистанционным потоком информации. М.: МГУ, 1990.

12. Горелик А.А., Гуревич К.М., Скрипкин В.А. Современное состояние проблемы распознавания. М.: Наука, 1985.

13. Горелик А.А., Скрипкин В.А. Методы распознавания. М.: Наука,1984.

14. Гохман О.Г. Экспертное оценивание. Воронеж: ВГУ, 1991.

15. Журавлев Ю.Г. Об алгоритмических методах в задачах распознавания и классификации// Распознавание. Классификация. Прогноз. Вып. 1. М.: Наука, 1988.

16. Журавлев С.Г., Ермаков В.В. Биомедицинские математические модели и их идентификация. М., ВИНИТИ 1989.

17. Зенкин А.А. Когнитивная компьютерная графика. М.: Наука. Глав, ред. физ.-мат. лит., 1991.

18. Искусственный интеллект. Модели и методы. Справочник / Под ред. Поспелова Д.А. Кн. 2. М.: Радио и связь, 1990.

19. Калинина В.Н., Панкин В.Ф. Математическая статистика. М.: Высш. школа, 1994.

20. Кант В.И. Математические методы и моделирование в здравоохранении. М.: Медицина, 1987.

21. Клементьев А.А. Разработка количественных моделей для решения задач управления в здравоохранении. М., Наука, 1985.

22. Коровин Е.Н., Родионов О.В., Фролов В.Н. Методология прогнозирования и оптимального управления территориально распределенными социально-экономическими системами. Воронеж: ВГТУ, 2005.

23. Котова А.В. Распространенность стоматологических заболеваний у населения г. Воронежа // Экспериментальные и клинические вопросы медицины: Сб. науч. тр. Воронеж: Вор. гос. ун-т, 2002.

24. Котова А.В. Распространенность кариеса у населения г. Воронежа // Студенческая медицинская наука 2004: Материалы межрегиональной студенческой научной конференции с международным участием. Воронеж, 2004.

25. Котова А.В. Анализ стоматологических заболеваний среди населения г. Воронежа // Студенческая медицинская наука 2004: Материалы межрегиональной студенческой научной конференции с международным участием. Воронеж, 2004.

26. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика / Под ред. Д.В. Лисицкого. М.: Картгеоцентр, 1993.

27. Кошкарев А.В., Тикунов B.C., Трофимов A.M. Теоретические и методические аспекты развития географических информационных систем // География и природные ресурсы, 1991, № 1.

28. Криницкий Н.А„ Миронов Г.А., Фролов Г.Д. Автоматизированные информационные системы / Под ред. А.А. Дородницина. М„ Наука, 1982.

29. Кузьмина Э.М. и др. Профилактика стоматологических заболевании. Учебное пособие М.: ММСИ. 1997.

30. Ластед Л. Введение в проблему принятия решений в медицине. М.: Мир, 1971.

31. Леонтьев В.К. О состоянии стоматологии в России и перспективах ее развития. Стоматология, 1, 2002.

32. Литвак Б.Г. Экспертная информация. Методы получения и анализа. М.: Радио и связь, 1992.

33. Лищук В.А., Потемкина Н.С. Организация медицинских знаний и обеспечение решений современными алгоритмическими методами// Вест. АМН СССР, 1988. № 8.

34. Львович Я.Е., Фролов М.В. Моделирование биотехнических и медицинских систем. Воронеж, 1994.

35. Миргазизов М.З., Ткачев А.Д., Первушов А.Р. Применение математических методов и ЭВМ в стоматологии. Кемерово, 1984.

36. Овруцкий Г.Д., Горячев Н.А., Майоров Ю.Ф. Клиника терапевтической стоматологии. Казань, 1991.

37. Прикладная статистика. Классификация и снижение размерности. Справ, изд./ Под ред. Айвазяна С.А. М.: Фин. и стат., 1989.

38. Разработка информационного обеспечения, моделей и алгоритмов автоматизированного управления ГПС административно-территориальных органов / Е.Н. Коровин, О.В. Родионов, Л.И. Ухин, А.В. Фролова. Воронеж: ВГТУ, 2004.

39. Разработка подсистемы для автоматизированного ввода и анализа клинико-диагностической информации в клинике хирургической стоматологии/ С.И. Вольвач, В.П. Ипполитов, С.М. Кочанов, A.M. Рассадин// Стоматология, 1992. Т.71, № 2.

40. Райскина М.Е. Статистическая обработка данных. Вильнюс, 1989.

41. Ракчеева Т.А. Анализ ритмической структуры данных методами когнитивной графики// Изв. АН России. Тех. киб. № 5. 1992.

42. Распознавание образов и медицинская диагностика/ Под редакцией Ю.М. Неймарка. М.: Наука, 1972.

43. Распознавание образов: состояние и перспективы/ Верхаген К., Дейн Р. и др. М.: Радио и связь. 1985.

44. Родионов О.В., Воронин А.И., Коровин Е.Н. Медицинские информационные системы: Учеб. пособие. Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2003.

45. Родионов О.В., Коровин Е.Н. Геоинформационные системы: Учеб. пособие. Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2003.

46. Рыбаков А.И., Иванов B.C. Клиника терапевтической стоматологии. М.: Медицина, 1980.

47. Рыбаков А.И., Челидзе JI.H. Теоретические основы терапевтической стоматологии. Тбилиси: Мецниереба, 1987.

48. Стебунов А.И. Медицинские экспертные системы в Японии // Компьютер Пресс. 1990, № 12.

49. Система выявления экспертных знаний в задачах классификации/ О.И. Ларичев, А.И. Мечитов, Е.М. Мошкович, Е.М. Фуренс // Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1987. № 2.

50. Терапевтическая стоматология / Под ред. Е.В. Боровского. М.: Медицина, 1989.

51. Терехина А.Ю. Анализ данных методами многомерного шкалирования. М.: Наука, 1986.

52. Трахтенгерц Э.А. Генерация, оценка и выбор сценария в системах поддержки принятия решений // АиТ. М., 1997. № 3. С. 167-178.

53. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.:СИНТЕГ, 1998. 376 с.

54. Тюрин Ю.Н., Макаров А.А. Анализ данных на компьютере. М.: Финансы и статистика, 1995. 384 с.

55. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ: Пер. с англ. Дж.-О. Ким, Ч.У.Мьюллер, У.Р.Клекка и др.; Под. ред. И.С. Енюкова. М.: Финансы и статистика, 1989. 215 с.

56. Ту Дж., Гонсалес Р. Принципы распознавания образов. М.: Мир,1978.

57. Федорков Е.Д., Демьянова О.П., Попова О.Б., Войтенко А.В. Моделирование и прогнозирование динамики показателей здравоохранения при организации комплексной системы автоматизированного медицинского кадастра // Компьютеризация в медицине. Воронеж, 1996.

58. Фестер Э., Ренц В. Методы корреляционного и регрессионного анализа. М.: Финансы и статистика, 1983. 188 с.

59. Фионин В., Терешин А. Показатели эффективности управления // Российский эконом, журн. № 8. С. 61-65.

60. Федорков Е.Д. Моделирование и оптимизация дуальных динамических объектов в медицине. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1997.

61. Форсайт Р. Экспертные системы: принципы работы и примеры. М.: Радио и связь, 1987.

62. Фролов В.Н. Управление в биологических и медицинских системах: Учебное пособие. Воронеж, 2001.

63. Чертыковцев В.Н. Концепция построения автоматизированных диагностических комплексов для стоматологии. Материалы международной конференции "Достижения и перспективы стоматологии", Москва, 1999.

64. Штейн Л.Б. Опыт прогнозирования в медицине с помощью ЭВМ. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1987.

65. Элти Дж., Кумбс М. Экспертные системы: Примеры и концепции. М., Финансы и статистика, 1987.

66. Яковлева В.И., Трофимова Е.К., Давидович Т.П., Просверяк Г.П. "Диагностика, лечение и профилактика стоматологических заболеваний." Минск, 1994.

67. Anic J., Pavelic В., Vidovic D. Possibility of application of C02 Laser in the prevention of demineralization of the enamel// Acta-Stomatol. -Croat. 1991-Vol 25, № 2.

68. Arends J., ten Bosch J.J. Demineralization and remine-ralization evalu-tion techniques// J.-Dent. -Res., Apr. 1992, Vol. 71, Space No.

69. AU 5000 Our answer for large scale Routine Analysis// MERCK Di-agnostica Spectrum. - W.Gots, 1988.

70. Bosh ten J.J. General aspects of optical methods in dentistry// Adv. Dent. Res. 1987, Vol. 1.

71. Brinkman J., Boschten J.J., Borsboom P.C.F. Optical quantitation of natural caries in smooth surfaces of extracted teeth// Caries Res. 1988. Vol. 22, N 5.

72. Crawford R. Computers in dentistry//J. Canad. Dent. Ass., 1988. Vol. 54, N 9.

73. Dove S.B., McDavid W.D. A comparison of conventional intraoral radiography and coputer imaging techniques for the detection of proximal surface dental caries//Dentomaxiliofac. -Radiol., Aug. 1992, Vol. 21, N 3.

74. Elderton R.J., Osmon Yi. Preventive versus restorative management of dental caries// Tydskr.-Tandheelkd. Ver. S.Afr., Apr. 1991. Vol. 46, N 4.