автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Модели и методы построения геоинформационных систем для анализа показателей здравоохранения с применением аппарата нечетких множеств

На правахрукописи

Исаева Ольга Сергеевна

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ АНАЛИЗА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ АППАРАТА НЕЧЕТКИХ МНОЖЕСТВ

Специальность 05.13.01 -Системный анализ, управление и обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск — 2004

Работа выполнена

в Институте вычислительного моделирования СО РАН

Научный руководитель: доктор технических наук

Ноженкова Людмила Федоровна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Добронец Борис Станиславович;

кандидат физико-математических наук, доцент Рудакова Галина Михайловна

Ведущая организация: Красноярский государственный университет

Защита диссертации состоится 13 октября 2004 года в 14-00 на заседании диссертационного совета К212.253.01 при Сибирском государственном технологическом университете по адресу: г. Красноярск, ул. Марковского, 57, СибГТУ, корпус А, ауд. А102.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Сибирского государственного технологического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82, ученому секретарю диссертационного совета К212.253.01.

Автореферат разослан 11 сентября 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного Л^У^

совета, к.т.н., доцент I Ушанов С. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Информационная поддержка управленческих задач по организации медицинской помощи на территориально-региональном уровне требует комплексного оценивания состояния территорий по медико-демографическим показателям. Для решения задач оценивания качества медицинской помощи необходимо построение информационных моделей медицинских услуг и развитие методов формирования и картографического анализа показателей здравоохранения. Работы в этом направлении должны основываться на рассмотрении объективных показателей заболеваемости, доступности и эффективности медицинской помощи.

Для анализа больших объемов данных, распределенных по времени и по территориям, для подведения итогов работы учреждений здравоохранения, выделения приоритетных проблем, анализа медико - демографической обстановки, основанного на информации, собираемой учреждениями здравоохранения, как по территории в целом, так и по административно-территориальным единицам, целесообразно применение технологии геоинформационных систем (ГИС).

ГИС широко используются для визуализации и анализа территориально распределенных данных. Особенно актуально использование ГИС для здравоохранения. Тем не менее, в настоящее время в этой предметной области применение ГИС не достаточно. Особенностью является то, что при рассмотрении показателей здоровья населения возникает потребность оценивать не только отдельные показатели, но обобщенный вклад нескольких, зачастую разнородных, показателей. В связи с тем, что показатели заданы в разных смысловых шкалах и вносят разный вес в агрегированное решение, целесообразно применение теории нечетких множеств и нечеткого вывода. Этот подход позволяет, используя качественные лингвистические значения показателей, описать связи между ними в виде нечетких правил и построить результирующие агрегированные показатели. Таким образом, для решения задач информационной поддержки управления здравоохранением актуально применение ГИС, основанной на систематизации медицинских услуг и дополненной аппаратом нечеткого вывода.

Цель работы - разработка моделей и методов построения геоинформационных систем с применением аппарата нечеткого вывода для комплексного анализа территориально-привязанных показателей здравоохранения на основе систематизации медицинских услуг.

Задачи диссертационной работы:

- Исследование проблемы анализа состояния здоровья населения и ресурсов системы здравоохранения посредством геомоделирования и построения комплексных показателей здравоохранения, основанных на стандартах медицинских услуг;

- Разработка гибридной информационной модели, объединяющей ГИС с моделью нечеткого вывода для формирования и картографического анализа комплексных показателей здоровья и здравоохранения;

- Разработка информационной модели для стандартизации медицинских услуг, позволяющей формировать аналитические измерения и показатели для анализа в ГИС;

- Программная реализация аналитической геоинформационной системы «Атлас здоровья», дополненной аппаратом нечеткого вывода, и подсистемы для стандартизации медицинских услуг;

- Применение разработанных методических и программных средств для оценивания состояния здоровья и эффективности управления в системе территориального здравоохранения и обязательного медицинского страхования (ОМС).

Основание для выполнения работы

Актуальность работы подтверждается тем, что диссертация выполнена в соответствии с приоритетным направлением фундаментальных исследований РАН по информационно-телекоммуникационным технологиям, по плановым темам института в рамках фундаментальных и прикладных исследований СО РАН по темам "Разработка математического и программного обеспечения интеллектуальных информационно-аналитических систем" и "Разработка Единой информационной системы здравоохранения и обязательного медицинского страхования".

Работа выполнена при методологической, информационной и финансовой поддержке Управления здравоохранения администрации Красноярского края, Красноярского краевого медицинского информационно-аналитического центра и Красноярского краевого фонда обязательного медицинского страхования.

Методы исследований, применяемые в работе, основаны на методологии системного анализа, теории баз данных, методологии объектно-ориентированного проектирования, методах представления и обработки пространственно распределенной информации в геоинформационных системах, методологии инженерии знаний, теории нечетких множеств.

Основная идея работы заключается в разработке методических, алгоритмических и программных средств для построения гибридных геоинформационных систем, включающих механизмы нечеткого вывода и основанных на информационном моделировании медицинских услуг.

Информационная модель медицинских услуг, построенная на основе территориальных и федеральных классификаторов, позволяет формализовать описание этапов и методов оказания медицинской помощи, а также определить аналитические измерения для построения специализированных и обобщенных показателей здравоохранения.

Представленные в работе модели можно рассматривать совместно как двухуровневую иерархическую модель, в основание которой положена модель оказания медицинских услуг, влияющая на медико-демографические и финансовые показатели, а над нею расположена модель качественной оценки этого влияния с применением ГИС. Таким образом, отображение изменений, связанных с внедрением моделей оказания медицинской помощи, можно прослеживать через геоинформационную модель здоровья населения, визуализируя динамику изменения показателей по времени и территориям. Причем обобщенные показатели формируются с применением аппарата нечеткого вывода.

Оригинальная геоинформационная система «Атлас здоровья» предназначена для качественной оценки показателей здоровья населения и функционирования органов здравоохранения в территориальном и временном разрезах. Представляемая ГИС позволяет формировать и визуализировать специализированные и обобщенные показатели с применением средств нечеткого вывода, встроенных в ГИС и обеспечивающих выявление закономерностей состояния и развития медико-демографической обстановки.

Новые научные результаты

— Разработан новый гибридный технологический подход к построению аналитических геоинформационных систем с применением аппарата нечеткой логики для агрегирования семантических данных в ГИС.

— Предложены оригинальная модель представления знаний в форме нечетких мультиправил и алгоритм нечеткого вывода для построения обобщенных территориально распределенных аналитических показателей состояния здоровья населения и ресурсов системы здравоохранения.

-По-новому выполнена систематизация показателей здоровья и здравоохранения, в основу которой положены информационные модели технологий оказания медицинских услуг.

- Впервые в применении к системе территориального здравоохранения разработана оригинальная аналитическая геоинформационная система «Атлас здоровья», реализующая комплексный подход к анализу показателей здоровья населения с помощью технологий нечеткого вывода.

Положения, выдвигаемые на защиту:

1. Предложены модель нечетких знаний и алгоритм нечеткого вывода, позволяющие представлять и использовать нечеткие правила для построения обобщенных качественных показателей здравоохранения, имеющих территориальную привязку.

2. Разработана информационная модель технологий оказания медицинских услуг, опирающаяся на федеральные и территориальные справочники и классификаторы, которая позволяет формализовать описание этапов и методов оказания медицинской помощи, а также определить аналитические измерения для построения специализированных и обобщенных показателей.

3.Разработана информационная модель, интегрирующая технологии экспертных и геоинформационных систем, для формирования и визуализации показателей здоровья населения и ресурсов здравоохранения.

4.Выполнены проектирование, программная реализация и информационное наполнение аналитической геоинформационной системы «Атлас здоровья» для формирования и картографического анализа показателей здоровья и здравоохранения;

Практическая значимость. Предложенные модели организации медицинской помощи позволяют систематизировать процессы анализа медико-демографического состояния территорий и осуществлять информационную поддержку принятия решений при планировании медицинской помощи и распределении ресурсов здравоохранения. Представлен -ные модели и системы, построенные на их основе, используются в работе Управления здравоохранения администрации Красноярского края, Красноярского краевого медицинского информационно-аналитического центра и Красноярского Краевого фонда обязательного медицинского страхования. Программные продукты внедрены в промышленную эксплуатацию, что подтверждено актами о внедрении.

Достоверность и обоснованность результатов диссертации определяются:

- результатами исследования современного состояния проблемы автоматизированной информационной поддержки управления здравоохранением;

- результатами анализа существующих методов и нормативных документов по организации и стандартизации медицинской помощи;

- теоретическим обоснованием построенных информационных моделей медицинских услуг и геоинформационной модели для картографического анализа состояния территорий, выполненным с применением методологии системного анализа и технологий системного проектирования;

- результатами систематического применения аналитической ГИС «Атлас здоровья» в практической деятельности органов управления здравоохранением и обязательным медицинским страхованием Красноярского края,

- результатами использования аналитической ГИС «Атлас здоровья» для исследования состояния здоровья и ресурсов здравоохранения, которые представлены в книге "Здоровье населения и здравоохранение Красноярского края на рубеже веков";

- результатами анализа перспектив дальнейшего развития предлагаемого подхода по интеграции его с технологиями оперативного анализа данных и использованию разработанных методических и программных средств в задачах планирования медицинской помощи.

Личный вклад автора. Основные теоретические и практические результаты, изложенные в работе, получены лично автором. А именно: разработана информационная модель для стандартизации медицинских услуг, создана программная система их заполнения и ведения. Разработана информационная модель показателей здоровья населения. Выполнено проектирование программной системы «Атлас здоровья» и разработана ее картографическая подсистема. Предложен, программно реализован и апробирован подход для построения агрегированных показателей с применением модели нечеткого вывода.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы представлены на: Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона» (Красноярск, 1998, 2003); VI Всероссийском семинаре «Нейроинформатика и ее приложения» (Красноярск, 1998); Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Информатика и информационные технологии» (Красноярск,

1998); V научной конференции, посвященной 275-летию Российской академии наук «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск, 1999); Всесибир-ском конгрессе женщин-математиков (Красноярск, 2000,2004); XXXVIII международной научно-студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2000); IV Всероссийской конференции с международным участием "Новые информационные технологии в исследовании сложных структур" (Томск, 2002); Всероссийской конференции "Информационно-аналитические системы и технологии в здравоохранении и обязательном медицинском страховании" (Красноярск, 2002).

Программные продукты, созданные в ходе исследований, демонстрировались на II Объединенной научной сессии Сибирских отделений РАН и РАМН «Новые технологии в медицине» (Новосибирск, 2002); Первом региональном форуме «Сибирская индустрия информационных систем» (Новосибирск, 2002); Выставке в рамках Всероссийской конференции «Информационно-аналитические системы и технологии в здравоохранении и ОМС» (Красноярск, 2002); Выставке в рамках Научно-практической конференции «Общественное здоровье: стратегия развития в регионах Сибири» (Новосибирск, 2002); Ш специализированной выставке и конференции «Информационные технологии в медицине -2002». (Москва, Всероссийский выставочный центр, 2002); V специализированной выставке и конференции «Информационные технологии в медицине - 2004». (Москва, Всероссийский выставочный центр, 2004).

Публикации: По теме диссертации опубликовано 8 работ, список которых приводится в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованных источников и 5 приложений. Основное содержание работы изложено на 130 страницах текста, содержит 40 рисунков, 2 таблицы, 17 формул. Список использованных источников включает 93 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность применения геоинформационных технологий, дополненных аппаратом нечеткого вывода и основанных на информационной модели медицинских услуг, для решения задач информационной поддержки управления здравоохранением. Выделены цели и задачи диссертационной работы, раскрыта научная новизна полученных результатов, практическая значимость и апробированность

представленных программных систем. Также во введении сформулированы положения, выдвигаемые на защиту, и определен непосредственный вклад автора в решаемые задачи.

В главе 1 исследованы проблемы анализа территориально распределенных показателей для решения задач информационной поддержки управления здравоохранением.

Проведенное исследование, анализ публикаций и ряда существующих программных разработок показали актуальность данной работы и позволили обосновать задачи диссертации.

Актуальным направлением является автоматизированная информационная поддержка управления здравоохранением, включая решение задач анализа и планирования медицинской помощи, эффективного распределения финансовых средств, анализа качества оказания медицинских услуг. Подведение итогов работы учреждений здравоохранения, выделение приоритетных проблем, анализ медико-демографической обстановки связаны с изучением доступной информации в комплексе, как по территории в целом, так и по административно-территориальным единицам.

Работы в этом направлении проводились многими авторами (Поспелов В.П., 1970 г.; Калиниченко В.И., 2000 г.; Гасников В.К., 1996 г.; Че-ченин Г.И., 1999 г.; Кравченко НА, 1998 г.; Шейман И.М., 1998 г.; Зелькович P.M., 2000; Зыятдинов К.Ш., 1999 г. и др.). Однако ряд актуальных задач до сих пор не решен, поскольку информационная поддержка управленческих задач по организации медицинской помощи на территориально-региональном уровне требует комплексного оценивания территориально распределенных показателей здравоохранения. Для решения задач оценивания качества медицинской помощи необходимо построение информационных моделей медицинских услуг и развитие методов формирования и картографического анализа показателей здоровья. При этом необходимо совместное использование технологий баз данных, нечетких знаний и ГИС, как наиболее адекватных поставленным задачам.

Построение ГИС позволяет анализировать показатели, собираемые учреждениями здравоохранения как по территории в целом, так и по административно-территориальным единицам и строить обобщенные показатели здоровья населения. Причем обобщенные показатели должны формироваться с применением нечеткой модели и аппарата нечеткого логического вывода, интегрированных в геоинформационную систему. Такой механизм взаимодействия разнородных информационных моде-

лей позволяет обеспечить системный подход к реализации аналитических функций ГИС.

До недавнего времени в России практически отсутствовал опыт применения ГИС в здравоохранении, хотя примеры применения в других прикладных областях довольно многочисленны. Работы по применению ГИС-технологий в структурах регионального и территориального управления велись, например, в Алтайском крае (ГИС «Алтайский край»). Среди внедренных в других регионах разработок, направленных на решение задачи стандартизации медицинских услуг можно выделить ИПС «Банк медицинских услуг» (ООО "Медицинские компьютерные технологии", г. Краснодар). Однако анализ показал, что существующие программные разработки имеют существенные ограничения, связанные с недостаточной функциональностью, привязкой к территориальным особенностям и невозможностью представления комплексных показателей здравоохранения.

Также в первой главе выполнен системный анализ проблемной области с целью обоснования построения информационных моделей для стандартизации медицинских услуг в рамках геоинформационной модели здоровья населения. Показано, что классификация информационных моделей относительно цели их создания и набора функций позволяет быстро и качественно решать задачи проектирования и реализации аналитических функций ГИС. Поскольку модель разрабатывается по итерационному принципу, то эффективно применение Case-технологий в сочетании с визуальными средствами быстрой разработки приложений.

Результаты анализа позволили обосновать необходимость решения в рамках диссертационной работы перечисленных выше задач.

В главе 2 представлена нечеткая модель для построения агрегированных показателей в геоинформационной системе, предназначенной для качественного анализа функционирования органов территориального здравоохранения.

При исследовании показателей здоровья населения, их визуализации возникает потребность рассматривать обобщенный вклад нескольких показателей. В простых случаях эта задача решается с помощью математического аппарата, путем расчета прироста показателя за несколько лет, или построения обобщенного показателя через алгебраическое выражение из нескольких показателей.

В более сложных случаях, когда показатели заданы в разных смысловых шкалах и разные показатели вносят разный вес в агрегированное решение, целесообразно применение теории нечетких множеств и не-

четкого вывода. В данной работе предлагается разделить область значений показателей на группы по лингвистическим характеристикам, - например, низшее, низкое, среднее, высокое, высшее - и описать связи между ними в виде нечетких правил с результирующим агрегированным показателем. Причем гибкость механизма заключается в том, что взаимное влияние определяется экспертами и может быть изменено без замены логики программы. Также одним из достоинств метода нечеткого вывода, по сравнению с обычным выводом, является компактность правил и возможность ограничить множество вариантов некоторыми критичными значениями.

Нечеткая модель представляет собой систему нечетких правил вместе со средствами их интерпретации и стратегией логического вывода. Для построения алгоритма нечеткого вывода определены понятия нечеткого множества, его основные характеристики, необходимые для реализации вывода, лингвистические операции, нечеткие отношения. Введен вид функции принадлежности, определены два типа правил, стратегия логического вывода, способ разрешения конфликта данных, описаны методы интерпретации результата.

Пусть и - базовое множество, представляющее некоторый фрагмент предметной области. Нечеткое множество / на базовом множестве С/ определяется через функцию принадлежности (и) :

г = {(М*)>")Ы") 6 [о,11* € и}. (1)

Далее рассматриваются нечеткие переменные как нечеткие множества, определенные на множестве действительных чисел:

, а )

х<а

1 ' а<х<Ь- (2)

М*)=

В работе рассматриваются функции принадлежности при Цх) =Я(х) =ехр(-х).

Таким образом, нечеткая переменная задается четверкой параметров: (а, Ь,а, Р), где а и Ь - нижнее и верхнее модальные значения, а и /? — левый и правый коэффициент нечеткости.

Нечеткое правило задается в форме условного высказывания вида "Если то G" (обозначается Т7 (7), где /и О - нечеткие переменные, заданные на базовых множествах и и Vсоответственно. Причем /

представляет собой либо одиночный факт, либо логико-лингвистическое выражение.

Нечеткие продукционные правила представляются как нечеткие отношения, а нечеткие выводы - как операции над нечеткими множествами и нечеткими отношениями.

В работе реализовано насколько способов представления лингвистических операций «И», «ИЛИ», например и тах(^уг,//сСоответственно.

Нечетким отношением К между объектами некоторой проблемной области, представляемой базовым множеством и, и объектами другой области, представляемой базовым множеством V, называется нечеткое подмножество прямого произведения 1/хУ:

* = 6 [0Л(И,У) еихУ]. (3)

В качестве К можно использовать, например:

Ис =^хС7, МйсМ = МЛ«)лМс(У)- (4)

В работе реализовано 9 способов интерпретации нечетких отношений.

Алгоритм нечеткого вывода приведен на рис. 1.

Пусть факты представляются как нечеткие множества Г, О, ¥', О, причем Р, ¥' заданы на множестве и, я С, С на множестве У, вывод факта С из ¥' по правилу С выполняется с использованием тах-тш-композиции (о) нечеткого множества /"' и нечеткого отношения К: С = Р'ой, = у(5)

Все элементарные и сложные факты рассматриваются как нечеткие множества, базовые множества которых являются упорядоченными. Правила отражают эвристические связи между величинами. При построении агрегированных показателей рассматриваются примерные интервалы их значений. В связи с этим базовые множества значений разбиваются на области, задаваемые лингвистическими переменными, например: «низшее», «низкое», «среднее», «высокое», «высшее».

По способу задания и интерпретации правила делятся на два типа. Правило первого типа - мультиправило - имеет табличный вид и содержит различные варианты реализации зависимости, выраженной таким правилом. Ниже приведен пример одной строки мультиправила, где задается способ получения результирующего нечеткого факта в правой части правила при заданных нечетких значениях фактов из левой части правила, выраженных лингвистическими переменными.

Начало

Выбор показателя

I

Формирование наборе исходных фактов по денным ГИС

1. Помеирние целевого показателя в базу данных 2. Исключение набора данных из обработки Есть ^ч. ^^ необработанные ^^даборы данн^^

t » ДА *

Фиксация набора данных

♦

Нечеткий вывод целевого

показателя

Выбор частей прев ила для применения

выполнение мультиправила

1. Применение части правила 2. Исключение вычисленного участка прав ила .✓""Есть ^^частиправила ДА

т

Дискретизация переменных из правила с учетом ммеюиухся фактов

Вычисление результата мультиправила-

разрешение конфликтаданных

I Нечеткийвывод целевого показателя

Дефаиификация

1. Построение дерева в ычислений 2 Нечеткое вычисление

Помещение результата в рабочую память

Рис. 1. Алгоритм нечеткого вывода

[1] Правило1

ЕСЛИ «Заболеваемость алкогольными психозами» есть НИЗКАЯ И «Заболеваемость ВИЧ-инфекцией» есть СРЕДНЯЯ И «Заболеваемость наркоманией» есть НИЗКАЯ ТО «Социально обусловленная заболеваемость» есть НИЗКАЯ

В процессе применения правила выбираются данные, интервалы которых содержат значения из интервалов входных фактов. В результате формируется конфликтный набор данных. Разрешение конфликта данных осуществляется с помощью последовательного применения интервалов. В качестве результата берется факт

где результаты применения частей правила из конфликтного

набора.

Второй тип правил содержит алгебраические выражения, включающие нечеткие операции сложения, умножения и деления на число над элементарными фактами левой части. Например:

[2] Правило2

ЕСЛИ «Численность женского населения» И «Численность мужского населения»

ТО «Преобладание численности» есть «Численность женского населения» -«Численность мужского населения»

Информационная модель интегральных показателей здоровья населения на основе нечеткой логики позволяет рассматривать качественные критерии оценки здоровья населения.

Преимущества объединения системы нечеткого вывода с аналитической геоинформационной системой состоят в возможности использования единого информационного поля: исходных семантических данных для нечеткого вывода и результатов вывода для визуализации в виде картограмм, диаграмм и таблиц данных.

Построенная нечеткая модель может использоваться и в других предметных областях, имеющих дело с размытыми данными.

Также во второй главе выполнен анализ предметной области, вьще-лены и рассмотрены основные группы показателей: демография, заболеваемость, ресурсы здравоохранения, показатели финансирования. Например, в формировании показателей заболеваемости большую роль играют доступность медицинской помощи, диагностические возможности лечебно-профилактических учреждений, качественный учет заболеваний, уровень квалификации врачей.

В работе предлагается подход, позволяющий для представления обобщенного вклада нескольких, зачастую разнородных показателей использовать набор эвристик, адекватным средством реализации кото-

рых являются нечеткие правила. Для этого в ГИС встроена модель нечеткого вывода.

На рис. 2 представлена информационная модель геоинформационной системы для анализа показателей здравоохранения. В основе модели лежат отраслевые и территориальные справочники, формализованные методики - модели медицинских услуг, а также дополнительная информация органов здравоохранения.

Картографический анализ

Тематический выбор, фильтрация, группировка

Подсистема нечеткого вывода

Системообразующие элементы

...... '"**• """

Модели | мед. услуг| Справочники показателей Справочники территорий Прочие справочники

Электронные карты

Данные стат. отчетности по территориям края

Средне-краевые данные

Рис. 2. Схема ГИС для анализа показателей здравоохранения

Фактические данные статистической и другой отчетности подвергаются тематическому анализу, фильтрации, группировке, агрегированию и служат для построения различных сводных документов (картограмм, диаграмм, таблиц). Результаты картографического анализа могут быть использованы для принятия управленческих решений.

В главе описано проектирование информационной модели для ГИС. В соответствии с целевой направленностью выделены основные подсистемы, состав информации и функции.

Основные подсистемы геоинформационной системы:

- подсистемы построения картограмм,

- подсистемы построения диаграмм,

- подсистемы просмотра и редактирования табличных данных,

- подсистемы нечеткого вывода.

Для удобства работы с данными разработан словарь наименований показателей, групп и таблиц предметной области.

Основными функции картографической подсистемы являются: построение карты, состоящей из векторных слоев, управление набором

свойств слоев и объектов слоя, изменение точки просмотра, масштаба, видимости слоев, выбор активного слоя. А также функции работы с объектами: навигация, фильтрация, тематическая раскраска карты.

Важной задачей является исследование территориально-привязанных данных для выявления закономерностей. Для этого предлагаются средства визуального объединения объектов в классы с близкими значениями показателя путем присвоения им одинаковых способов раскраски. Разработан формат сохранения построенных картограмм с возможностью восстановления связи с данными в случае их коррекции.

В главе описана структура базы данных, соответствующая особенностям задачи и выделенным группам показателей.

Представлено описание информационной модели стандартизации медицинских услуг. Для описания информационной модели выделен основной набор функций и разработана структура базы данных на основе территориальных справочников и классификаторов.

Формальное описание простой медицинской услуги содержит следующие данные: наименование медицинской услуги, требования к оформлению документации, информацию о подготовке пациента, нормируемую трудоемкость для основных исполнителей, медикаментозное обеспечение, расходные материалы и изделия медицинского назначения, основное технологическое оборудование и время его занятости, сведения о разработчике и эксперте.

Формальные описания сложных и комплексных медицинских услуг разрабатываются по нозологиям. Набор основной информации содержит дополнительно перечень профилей коек, диагнозы, сведения о месте оказания помощи и длительности пребывания, перечень медицинских услуг, возможные осложнения, критерии завершенности этапа и преемственность последующих этапов.

Построенное таким образом формальное описание медицинских услуг позволяет формировать аналитические измерения для геоинформационной системы и служит основой для построения качественных показателей функционирования здравоохранения.

В главе 3 рассмотрена программная реализация и применение аналитической геоинформационной системы «Атлас здоровья» (рис.3).

Аналитическая геоинформационная система «Атлас здоровья» позволяет на основе закладываемой в нее информации строить картограммы по выбранному территориально-распределенному показателю, строить диаграммы по группам показателей с возможностью фильтрации и отображать имеющиеся данные в табличной форме.

' "•■■ ________ •

Диг«и1рм : Нюее*» Па»о»

IV ❖ «.¿"Га * ¡п. авввъ з 8 '7*Р* лхУу х у«." в-

Рис. 3. Функционирование ГИС «Атлас здоровья»

Для визуализации данных, имеющих территориальную привязку, используется электронная карта-основа масштаба 1:7500000. Картографическая подсистема строилась на основе библиотеки Сагёу«, разработанной в Институте вычислительного моделирования СО РАН.

Для отображения динамики изменений какого-либо показателя во времени (например, при рассмотрении естественного прироста населения за последние пять лет), или данных, отображающих структуру (например, заболеваемость по причинам) используются встроенные в систему возможности построения диаграмм.

Для просмотра, редактирования и внесения новых данных в системе предусмотрены средства, позволяющие работать с показателями в пределах одной группы.

В системе содержится библиотека картограмм и диаграмм, построенных и сохраненных во внутреннем формате.

Помимо этого в систему интегрированы средства нечеткого анализа показателей здоровья населения на основе построения агрегированных величин, отражающих качественные характеристики и взаимосвязи данных (рис. 4).

Подсистема содержит механизмы определения параметров функции принадлежности, просмотра базы знаний и визуализации результатов нечеткого вывода. В подсистеме реализован описанный выше алгоритм логического вывода (рис.1). Для построения каждого из агрегированных показателей предусмотрена возможность создания отдельной тематической базы знаний.

В главе 3 также представлено применение разработанных программных средств для построения картограмм показателей заболеваемости и финансирования здравоохранения. Применение системы «Атлас здоро-

вья» позволило специалистам выявлять особенности, которые обычно оставались незамеченными. Так выведенные на картограммы данные показали, что имеются территории, граничащие между собой, со схожими климатическими или экономическими характеристиками, в которых различаются показатели заболеваемости и смертности.

Рассмотрено применение подсистемы нечеткого вывода для построения агрегированных показателей на примере ранжирования территорий по показателю социально незащищенных семей (рис. 5).

1-М)рППККИГ!

внрияюгсюгт

¡нгжюЙ . Ьч.^¿Улетай. ГОТОВЫ' ■ ,

Лар^^всяй!-^ ЕерсЛвсП й у

Новое А}ВСМ1П Цисккг?.^-'

1р5еПсю ¿V

изшая Низкая Средняя Высокая Высшая ............. 1

Рис. 5. Социально незащищенные семьи

Исследование территорий по этому агрегированному показателю целесообразно не только органами здравоохранения, но и образования, социальной защиты для создания специальных программ, направленных на поддержку и дополнительное внимание к территориям с повышенным числом социально незащищенных семей. Это связано с тем, что у детей из таких семей общие показатели заболеваемости и смертности выше, а также наблюдаются проблемы с социальной адаптацией в обществе, успеваемостью в учебных заведениях.

Построение агрегированных показателей позволяет придать работам по анализу деятельности органов здравоохранения систематизированный и целенаправленный характер.

Модель для формализации медицинских услуг реализована в виде информационной системы, которая позволяет вести унифицированную базу медицинских услуг. База данных используется в задачах анализа организации медицинской помощи, в том числе при построении агрегированных показателей.

В заключении перечислены основные результаты:

1. Сформулированы особенности задач организации здравоохранения. Показано, что качественное управление территориями требует всестороннего анализа территориально-распределенных данных по демографии, заболеваемости, ресурсам здравоохранения.

2. Показана целесообразность применения технологий баз данных, экспертных систем на основе нечеткой логики, технологии геоинформационных систем и средств их интеграции в рамках построения геоинформационной системы анализа показателей здравоохранения.

3. Показано, что актуальной является задача проектирования и реализации информационной модели для стандартизации медицинских услуг, поскольку обеспечивает системный подход к реализации аналитических функций геоинформационной системы оценки показателей здравоохранения.

4. Показано, что существовавшие ранее программные разработки имеют существенные ограничения, связанные с. недостаточной функциональностью используемых ГИС, привязкой к территориальным особенностям и невозможностью представления комплексных показателей здравоохранения.

5. Выполнен системный анализ проблемной области с целью обоснования и построения информационных моделей для стандартизации медицинских услуг и геоинформационной системы анализа показателей здравоохранения. Проведена классификация информационных моделей относительно цели их создания и требуемого набора функций. Также показано, что если модель разрабатывается по итерационному принципу, то оказывается эффективно применение Са8е-технологий в сочетании с визуальными средствами быстрой разработки приложений.

6. Предложены модель и алгоритм нечеткого вывода для построения агрегированных показателей в геоинформационной системе. Для этого определены основные понятия теории нечетких множеств, задан вид функции принадлежности, введено новое понятие - нечеткое мульти-

правило, определен способ разрешения конфликта данных, стратегия логического вывода и методы интерпретации результата.

7. Выполнено проектирование геоинформационной системы для анализа показателей. В соответствии с целевой направленностью выделены основные подсистемы, состав и функции. Разработана структура базы данных, соответствующая особенностям задачи и выделенным группам показателей.

8. Представлено описание информационной модели стандартов медицинских услуг в терминологии системного проектирования. Для описания модели вьщелен основной набор функций и разработана структура базы данных на основе территориальных справочников и классификаторов. Модель обладает простотой реализации и хорошей интегрируемостью с другими программными продуктами, функционирующими в системе здравоохранения и ОМС.

9. Реализована аналитическая геоинформационная система «Атлас здоровья». В состав геоинформационной системы включена экспертная система на основе нечеткой логики, позволяющая строить агрегированные, показатели, на основании данных по территориям. Подсистема содержит механизмы определения параметров функции принадлежности, просмотра базы знаний и визуализации результатов нечеткого вывода.

10. Реализована программная система для ведения базы стандартов медицинских услуг. При этом реализуется ссылочная и временная целостность данных, обеспечиваются развитые средства навигации и сервисные функции по заполнению данных.

11. Представлено применение разработанных программных средств для построения картограмм показателей заболеваемости, финансирования, а также для построения агрегированных показателей.

Предложенные модели организации медицинской помощи позволяют систематизировать процессы анализа состояния территорий и осуществлять информационную поддержку принятия решений при планировании медицинской помощи и распределении ресурсов здравоохранения. Представленные модели и системы, построенные на их основе, используются в работе Управления здравоохранения администрации Красноярского края, Красноярского краевого медицинского информационно-аналитического центра и Красноярского Краевого фонда обязательного медицинского страхования. Программные продукты внедрены в промышленную эксплуатацию.

Дальнейшее развитие и применение моделей и подходов, предложенных в работе, представляется перспективным, так как их применение возможно не только для анализа данных здравоохранения, но и в других

сферах управления, связанных с планированием и оценкой территориально привязанных показателей. Например, в сфере социальной защиты, оценке риска чрезвычайных ситуаций, рационального природопользования, комплексной оценки экологического состояния территорий.

В Приложении 1 приводится графическая интерпретация лингвистических операций и нечетких отношений. В Приложении 2 приведены примеры построенных картограмм в аналитической геоинформационной системе «Атлас здоровья». В Приложении 3 рассмотрен пример построения агрегированных показателей. В Приложении 4 приведен список таблиц для описания простых, сложных и комплексных медицинских услуг. Приложение 5 содержит акты о внедрении разработанных программных средств.

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Виноградов К.А., Голубева Т.Н., Денисов B.C., Корчагин Е.Е., Исаева О.С., Никитина М.И. Разработка и реализация технологий оказания медицинских услуг / Труды Всероссийской конференции «Информационно-аналитические системы и технологии в здравоохранении и обязательном медицинском страховании». - Красноярск: КМИАЦ, 2002. - С. 262-266.

2. Исаева О.С. Программные средства реализации информационной модели оказания медицинских услуг / Материалы восьмой всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона» ПИР-2003. В 2 т. Т.1. - Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. - С.184-190.

3.Исаев СВ., Исаева О.С, Ноженкова Л.Ф. Применение геоинформационной системы для анализа состояния здоровья населения // Вестник Томского гос. ун-та.-2002.-№ 1(11).-С. 212-216.

4. Исаев СВ., Исаева О.С, Корчагин Е.Е., Ноженкова Л.Ф. Электронный «Атлас здоровья» Красноярского края и его применение. / Труды Всероссийской конференции «Информационно-аналитические системы и технологии в здравоохранении и обязательном медицинском страховании». - Красноярск: КМИАЦ, 2002.-С. 254-262.

5.Москвичев В.В., Ноженкова Л.Ф., Лепихин A.M., Шатровская Е.В., Родионова О.С. (Исаева) Разработка ГИС «Безопасность региона» // Вычислительные технологии. - 2000. - Т. 5. - Спец. Выпуск. - С. 37-48.

6. Ноженкова Л. Ф., Родионова О.С. (Исаева) Проектирование экспертных систем с нечеткими знаниями / Нейроинформатика и ее приложения: Тезисы докладов VI Всероссийского семинара, 2-5 октября 1998 г. / Под. Ред. Горбаня А. Н.; Отв. За выпуск Цибульский Г. М. -Красноярск: КГТУ, 1998. - С. 132.

7. Родионова О.С (Исаева) Инструментальная оболочка для проектирования нечетких экспертных систем // Материалы XXXVIII международной научно-студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс»: Информационные технологии. - Новосибирск: Новосиб. Ун-т, 2000. - С 114-115.

8. Исаева О.С. Применение модели нечеткого вывода для построения агрегированных медико-демографических показателей / Тезисы докладов III Всеси-бирского конгресса женщин-математиков - Красноярск: ПФК «ТОРРА», 2004. -

С. 147-149.

СОИСКАТЕЛЬ:

Исаева Ольга Сергеевна

Модели и методы построения геоинформационных систем для анализа показателей здравоохранения с применением аппарата нечетких множеств

Автореферат диссертации

Подписано в печать 8.09.2004 г.

Формат 60x84/16

Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано на ризографе ИВМ СО РАН 660036, Красноярск, Академгородок

* 16742

ВВЕДЕНИЕ-------------------------------------------------------------------------------------------------------.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ОРГАНИЗАЦИИ МЕДИЦИНСКОЙ ПОМОЩИ

1.1. Актуальные задачи организации медицинской помощи и проблемы автоматизации.

1.2. Проблемы анализа территориально распределенных показателей с применением ГИС.!.

1.3. Проблема создания информационных моделей для стандартизации технологий медицинских услуг.

1.4. Информационные модели и технологии как средство системного анализа.

1.5. Задачи диссертационной работы.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ АНАЛИТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.

2.1. Нечеткая модель для анализа показателей здравоохранения.

2.1.1. Основные понятия инженерии нечетких знаний.

2.1.2. Нечеткая модель для построения агрегированных показателей здоровья населения.

2.2. Проектирование геоинформационной модели здоровья населения

2.2.1. Применение геоинформационной технологии для анализа показателей здравоохранения.

2.2.2. Представление и функции геоинформационной системы для анализа показателей здравоохранения.

2.2.3. База данных информационной модели «Атлас здоровья».

2.3. Построение модели стандартизации медицинских услуг.

2.4. База данных технологических стандартов медицинских услуг.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ГИС «АТЛАС ЗДОРОВЬЯ»

3.1. Назначение, функции и состав ГИС «Атлас здоровья».

3.2. Система картографической визуализации.

3.3. Система реализации нечеткого вывода.

3.4. Применение аналитической геоинформационной системы «Атлас здоровья».

3.5. Агрегированные показатели здоровья населения.

3.6. Программная реализация стандартов медицинских услуг.

Выводы к главе 3.

Актуальность темы

Информационная поддержка управленческих задач по организации медицинской помощи на территориально-региональном уровне требует комплексного оценивания состояния территорий по медико-демографическим показателям. Для решения задач оценивания качества медицинской помощи необходимо построение информационных моделей медицинских услуг и развитие методов формирования и картографического анализа показателей здравоохранения. Работы в этом направлении должны основываться на рассмотрении объективных показателей заболеваемости, доступности и эффективности медицинской помощи.

Для анализа больших объемов данных, распределенных по времени и по территориям, для подведения итогов работы учреждений здравоохранения, выделения приоритетных проблем, анализа медико - демографической обстановки, основанного на информации, собираемой учреждениями здравоохранения, как по территории в целом, так и по административно-территориальным единицам, целесообразно применение технологии геоинформационных систем (ГИС).

ГИС широко используются для визуализации и анализа территориально распределенных данных. Особенно актуально использование ГИС для здравоохранения. Тем не менее, в настоящее время в этой предметной области применение ГИС не достаточно. Особенностью является то, что при рассмотрении показателей здоровья населения возникает потребность оценивать не только отдельные показатели, но обобщенный вклад нескольких, зачастую разнородных, показателей. В связи с тем, что показатели заданы в разных смысловых шкалах и вносят разный вес в агрегированное решение, целесообразно применение теории нечетких множеств и нечеткого вывода. Этот подход позволяет, используя качественные лингвистические значения показателей, описать связи между ними в виде нечетких правил и построить результирующие агрегированные показатели. Таким образом, для решения задач информационной поддержки управления здравоохранением актуально применение ГИС, основанной на систематизации медицинских услуг и дополненной аппаратом нечеткого вывода.

Цель работы - разработка моделей и методов построения геоинформационных систем с применением аппарата нечеткого вывода для комплексного анализа территориально-привязанных показателей здравоохранения на основе систематизации медицинских услуг.

Задачи диссертационной работы:

Исследование проблемы анализа состояния здоровья населения и ресурсов системы здравоохранения посредством геомоделирования и построения комплексных показателей здравоохранения, основанных на стандартах медицинских услуг;

Разработка гибридной информационной модели, объединяющей ГИС с моделью нечеткого вывода для формирования и картографического анализа комплексных показателей здоровья и здравоохранения;

Разработка информационной модели для стандартизации медицинских услуг, позволяющей формировать аналитические измерения и показатели для анализа в ГИС;

Программная реализация аналитической геоинформационной системы «Атлас здоровья», дополненной аппаратом нечеткого вывода, и подсистемы для стандартизации медицинских услуг;

Применение разработанных методических и программных средств для оценивания состояния здоровья и эффективности управления в системе территориального здравоохранения и обязательного медицинского страхования (ОМС).

Основания для выполнения работы

Актуальность работы подтверждается тем, что диссертация выполнена в соответствии с приоритетным направлением фундаментальных исследований

РАН по информационно-телекоммуникационным технологиям, по плановым темам института в рамках фундаментальных и прикладных исследований СО РАН по темам:

- "Разработка математического и программного обеспечения интеллектуальных информационно-аналитических систем";

Разработка Единой информационной системы здравоохранения и обязательного медицинского страхования".

Работа выполнена при методологической, информационной и финансовой поддержке Управления здравоохранения администрации Красноярского края, Красноярского краевого медицинского информационно-аналитического центра (КМИАЦ) и Красноярского краевого фонда обязательного медицинского страхования.

Методы исследований, применяемые в работе, основаны на методологии системного анализа, теории баз данных, методологии объектно-ориентированного проектирования, методах представления и обработки пространственно распределенной информации в геоинформационных системах, методологии инженерии знаний, теории нечетких множеств.

Основная идея работы заключается в разработке методических, алгоритмических и программных средств для построения гибридных геоинформационных систем, включающих механизмы нечеткого вывода и основанных на информационном моделировании медицинских услуг.

Информационная модель медицинских услуг, построенная на основе территориальных и федеральных классификаторов, позволяет формализовать описание этапов и методов оказания медицинской помощи, а также определить аналитические измерения для построения специализированных и обобщенных показателей здравоохранения.

Представленные в работе модели можно рассматривать совместно как двухуровневую иерархическую модель, в основание которой положена модель оказания медицинских услуг, влияющая на медико-демографические и финансовые показатели, а над нею расположена модель качественной оценки этого влияния с применением ГИС. Таким образом, отображение изменений, связанных с внедрением моделей оказания медицинской помощи, можно прослеживать через геоинформационную модель здоровья населения, визуализируя динамику изменения показателей по времени и территориям. Причем обобщенные показатели формируются с применением аппарата нечеткого вывода.

Оригинальная геоинформационная система «Атлас здоровья» предназначена для качественной оценки показателей здоровья населения и функционирования органов здравоохранения в территориальном и временном разрезах. Представляемая ГИС позволяет формировать и визуализировать специализированные и обобщенные показатели с применением средств нечеткого вывода, встроенных в ГИС и обеспечивающих выявление закономерностей состояния и развития медико-демографической обстановки.

Новые научные результаты:

- Разработан новый гибридный технологический подход к построению аналитических геоинформационных систем с применением аппарата нечеткой логики для агрегирования семантических данных в ГИС.

- Предложены оригинальная модель представления знаний в форме нечетких мультиправил и алгоритм нечеткого вывода для построения обобщенных территориально распределенных аналитических показателей состояния здоровья населения и ресурсов системы здравоохранения.

- По-новому выполнена систематизация показателей здоровья и здравоохранения, в основу которой положены информационные модели технологий оказания медицинских услуг.

- Впервые в применении к системе территориального здравоохранения разработана оригинальная аналитическая геоинформационная система «Атлас здоровья», реализующая комплексный подход к анализу показателей здоровья населения с помощью технологий нечеткого вывода.

Положения, выдвигаемые на защиту:

1. Предложены модель нечетких знаний и алгоритм нечеткого вывода, позволяющие представлять и использовать нечеткие правила для построения обобщенных качественных показателей здравоохранения, имеющих территориальную привязку.

2. Разработана информационная модель технологий оказания медицинских услуг, опирающаяся на федеральные и территориальные справочники и классификаторы, которая позволяет формализовать описание этапов и методов оказания медицинской помощи,, а также определить аналитические измерения для построения специализированных и обобщенных показателей.

3. Разработана информационная модель, интегрирующая технологии экспертных и геоинформационных систем, для формирования и визуализации показателей здоровья населения и ресурсов здравоохранения.

4. Выполнены проектирование, программная реализация и информационное наполнение аналитической геоинформационной системы «Атлас здоровья» для формирования и картографического анализа показателей здоровья и здравоохранения;

Практическая значимость. Предложенные модели организации медицинской помощи позволяют систематизировать процессы анализа медико-демографического состояния территорий и осуществлять информационную поддержку принятия решений при планировании медицинской помощи и распределении ресурсов здравоохранения. Представленные модели и системы, построенные на их основе, используются в работе Управления здравоохранения администрации Красноярского края, Красноярского краевого медицинского информационно-аналитического центра и Красноярского Краевого фонда обязательного медицинского страхования. Программные продукты внедрены в промышленную эксплуатацию, что подтверждено актами о внедрении.

Достоверность h обоснованность результатов диссертации определяются: результатами исследования современного состояния проблемы автоматизированной информационной поддержки управления здравоохранением; результатами анализа существующих методов и нормативных документов по организации и стандартизации медицинской помощи; теоретическим обоснованием построенных информационных моделей медицинских услуг и геоинформационной модели для картографического анализа состояния территорий, выполненным с применением методологии системного анализа и технологий системного проектирования; результатами систематического применения аналитической ГИС «Атлас здоровья» в практической деятельности органов управления здравоохранением и обязательным медицинским страхованием Красноярского края, I результатами использования аналитической ГИС «Атлас здоровья» для исследования состояния здоровья и ресурсов здравоохранения, которые представлены в книге "Здоровье населения и здравоохранение Красноярского края на рубеже веков"; результатами анализа перспектив дальнейшего развития предлагаемого подхода по интеграции его с технологиями оперативного анализа данных и использованию разработанных методических и программных средств в задачах планирования медицинской помощи.

Личный вклад автора. Основные теоретические и практические результаты, изложенные в работе, получены лично автором. А именно: разработана информационная модель для стандартизации медицинских услуг, создана программная система их заполнения и ведения. Разработана информационная модель показателей здоровья населения. Выполнено проектирование программной системы «Атлас здоровья» и разработана ее картографическая подсистема. Предложен, программно реализован и апробирован подход для построения агрегированных показателей с применением модели нечеткого вывода.

Апробация работы

Результаты диссертационной работы представлены на:

Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы информатизации региона» (Красноярск, 1998, 2003);

VI Всероссийском семинаре «Нейроинформатика и ее приложения» (Красноярск, 1998);

Межвузовской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Информатика и информационные технологии» (Красноярск, 1998);

V научной конференции, посвященной 275-летию Российской академии наук «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск, 1999);

Всесибирском конгрессе женщин-математиков (Красноярск, 2000, 2004);

XXXVIII международной научно-студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2000) - получен диплом первой степени;

IV Всероссийской конференции с международным участием "Новые информационные технологии в исследовании сложных структур" (Томск, 2002);

Всероссийской конференции "Информационно-аналитические системы и технологии в здравоохранении и обязательном медицинском страховании" (Красноярск, 2002).

Программные продукты, созданные в ходе исследований, демонстрировались на: II Объединенной научной сессии Сибирских отделений РАН и РАМН «Новые технологии в медицине» (Новосибирск, 2002);

Первом региональном форуме «Сибирская индустрия информационных систем» (Новосибирск, 2002);

Выставке в рамках Всероссийской конференции «Информационно-аналитические системы и технологии в здравоохранении и ОМС» (Красноярск, 2002);

Выставке в рамках Научно-практической конференции «Общественное здоровье: стратегия развития в регионах Сибири» (Новосибирск, 2002);

III специализированной выставке и конференции «Информационные технологии в медицине - 2002». (Москва, Всероссийский выставочный центр, 2002);

V специализированной выставке и конференции «Информационные технологии в медицине - 2004». (Москва, Всероссийский выставочный центр, 2004);

Публикации

По материалам работы опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 статьи в центральной печати и рецензируемых изданиях.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка использованных источников. Основное содержание работы изложено на 130 страницах текста, содержит 40 рисунков, 2 таблицы, 17 формул. Список используемых источников включает 93 наименования.

Выводы к главе 3

Реализована аналитическая геоинформационная система «Атлас здоровья». В процессе разработки было получено и добавлено к векторной карте территории цифровое представление медико-территориальных зон.

Реализованы механизмы работы с надписями на карте, построение картограмм по данным, фильтрация и сохранение результатов работы во внутреннем формате.

Реализована подсистема нечеткого вывода, позволяющая строить агрегированные показатели на основании данных по территориям. Подсистема содержит механизмы определения параметров функции принадлежности, просмотра базы знаний и визуализации результатов нечеткого вывода.

Реализована в виде программной системы информационная модель стандартов медицинских услуг.

Система позволяет вести унифицированную базу медицинских услуг. При этом реализуется ссылочная и временная целостность данных, обеспечиваются развитые средства навигации и сервисные функции по заполнению данных.

Данная база определяет набор измерений для последующего геоинформационного анализа, в том числе путем построения агрегированных показателей.

Описаны примеры применения геоинформационной системы для анализа показателей заболеваемости, финансирования, а также для агрегированного показателя «социально незащищенные семьи».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований, проведенных автором диссертационной работы, получены следующие результаты.

1. Сформулированы особенности задач организации здравоохранения. Показано, что качественное управление территориями требует всестороннего анализа территориально-распределенных данных по демографии, заболеваемости, ресурсам здравоохранения.

2. Показана целесообразность применения технологий баз данных, экспертных систем на основе нечеткой логики, технологии геоинформационных систем и средств их интеграции в рамках построения геоинформационной системы анализа показателей здравоохранения.

3. Показано, что актуальной является задача проектирования и реализации информационной модели для стандартизации медицинских услуг, поскольку обеспечивает системный подход к реализации аналитических функций геоинформационной системы оценки показателей здравоохранения.

4. Показано, что существовавшие ранее программные разработки имеют существенные ограничения, связанные с недостаточной функциональностью используемых ГИС, привязкой к территориальным особенностям и невозможностью представления комплексных показателей здравоохранения.

5. Выполнен системный анализ проблемной области с целью обоснования и построения информационных моделей для стандартизации медицинских услуг и геоинформационной системы анализа показателей здравоохранения. Проведена классификация информационных моделей относительно цели их создания и требуемого набора функций. Также показано, что если модель разрабатывается по итерационному принципу, то оказывается эффективно применение Case-технологий в сочетании с визуальными средствами быстрой разработки приложений.

6. Предложены модель и алгоритм нечеткого вывода для построения агрегированных показателей в геоинформационной системе. Для этого определены основные понятия теории нечетких множеств, задан вид функции принадлежности, введено новое понятие - нечеткое мульти-правило, определен способ разрешения конфликта данных, стратегия логического вывода и методы интерпретации результата.

7. Выполнено проектирование геоинформационной системы для анализа показателей. В соответствии с целевой направленностью выделены основные подсистемы, состав и функции. Разработана структура базы данных, соответствующая особенностям задачи и выделенным группам показателей.

8. Представлено описание информационной модели стандартов медицинских услуг в терминологии системного проектирования. Для описания модели выделен основной набор функций и разработана структура базы данных на основе территориальных справочников и классификаторов. Модель обладает простотой реализации и хорошей интегрируемостью с другими программными продуктами, функционирующими в системе здравоохранения и ОМС.

9. Реализована аналитическая геоинформационная система «Атлас здоровья». В состав геоинформационной системы включена экспертная система на основе нечеткой логики, позволяющая строить агрегированные показатели, на основании данных по территориям. Подсистема содержит механизмы определения параметров функции принадлежности, просмотра базы знаний и визуализации результатов нечеткого вывода.

Ю.Реализована программная система для ведения базы стандартов медицинских услуг. При этом реализуется ссылочная и временная целостность данных, обеспечиваются развитые средства навигации и сервисные функции по заполнению данных.

11.Представлено применение разработанных программных средств для построения картограмм показателей заболеваемости, финансирования, а также для построения агрегированных показателей.

Предложенные модели организации медицинской помощи позволяют систематизировать процессы анализа состояния территорий и осуществлять информационную поддержку принятия решений при планировании медицинской помощи и распределении ресурсов здравоохранения. Представленные модели и системы, построенные на их основе, используются в работе Управления здравоохранения администрации Красноярского края, Красноярского краевого медицинского информационно-аналитического центра и Красноярского Краевого фонда обязательного медицинского страхования. Программные продукты внедрены в промышленную эксплуатацию.

Дальнейшее развитие и применение моделей и подходов, предложенных в работе, представляется перспективным, так как их применение возможно не только для анализа данных здравоохранения, но и в других сферах управления, связанных с планированием и оценкой территориально привязанных показателей. Например, в сфере социальной защиты, оценке риска чрезвычайных ситуаций, рационального природопользования, комплексной оценки экологического состояния территорий.

1. Батыршин И.З. Лексикографические оценки правдоподобности с универсальными границами. II. Операции отрицания // Теория и системы управления. Известия РАН, 1995, N5.-С. 133-151.

2. Бершадский А.М., Кревский И.Г., Корнмлаев А.А. Геоинформационный мониторинг сферы здравоохранения // Тезисы докладов международного форума «Информатизация процессов охраны здоровья населения — 2001». М.: Издательство «Учеба» МИСиС, 2001. - С. 38-39

3. Гаврилова Т.А., Червинская К.Р. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. — М.: Радио и связь, 1982. — 200 с.

4. Гаспарян С.А. Проблемы информатизации здравоохранения России на современном этапе // Тезисы докладов международного форума «Информатизация процессов охраны здоровья населения — 2001». М.: Издательство «Учеба» МИСиС, 2001. - С. 9-16

5. Генкин А.Г. Новая информационная технология анализа медицинских данных (программный комплекс ОМИС). — СПб.: Политехника, 1999. — 191 с.

6. Геоинформатика/ Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., Цветков В.Я. М.: МАКС Пресс, 2001. - 349 с.

7. Глушаков С.В. Ломотько Д.В. Базы данных: Учебный курс. М.: ООО «Издательство АТС», 2000. - 504 с.

8. Ю.Джексон П. Введение в экспертные системы: Пер. с англ.: Уч. пос. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001. - 624 с.

9. П.Дюбуа Д., Прад А. Теория возможностей Приложения к представлению знаний в информатике. М.: Радио и связь, 1990. - 268 с.

10. Здоровье населения Республики Татарстан на пороге третьего тысячелетия / К.Ш. Зыятдинов, Л.И. Рыбкин и др.; Под ред. И.Г. Низамова, К.Ш. Зыят-динова. Казань: Медицина, 1999. - 256 с.

11. Изучение ГИС. Создание географических информационных систем с помощью персональных компьютеров. — М.: Дата+, 1995. 490 с.

12. Исаева О.С. Применение модели нечеткого вывода для построения агрегированных медико-демографических показателей / Тезисы докладов III Всесибирского конгресса женщин-математиков — Красноярск: ПФК «ТОР-РА», 2004.-С. 147-149.

13. Исаев С.В., Исаева О.С., Ноженкова Л.Ф. Применение геоинформационной системы для анализа состояния здоровья населения // Вестник Томского гос. ун-та. 2002. - № 1 (II). - С. 212-216

14. Исаев С.В., Карев В.Ю. Развитие геоинформационной оболочки CarSys // Проблемы информатизации региона. ПИР-98. Труды Второй межрегиональной конференции. — Красноярск: ЗАО "Диалог-Сибирь", 1998. с. 87.

15. Исакова Л.Е., Шевский В.И. Введение в финансовый менеджмент в медицинском учреждении: Учебно-методическое пособие. — Кемерово: Сиб-формС, 2000. 176 с.

16. Искусственный интеллект. В 3-х кн. Кн. 2. Модели и методы: Справочник / Под ред. Поспелова Д.А. М.: Радио и связь,. 1990. - 304 с.

17. Калиниченко В.И. Интегрированная система «Планирование медицинской помощи». — Краснодар: КМИВЦ, 2001. 80 с.

18. Калиниченко В.И. Управление медицинской помощью с использованием интегрированных систем: Монография.- Краснодар: КубГУ, 2001. — 376 с.

19. Калянов Г.Н. CASE структурный системный анализ (автоматизация и применение). Под ред. В. Н. Вагина. М.: «ЛОРИ», 1996. - 242 с.

20. Калянов Г.Н. Российский рынок CASE-средств // PC WEEK/RE, 1998, №23. С.39-41.

21. Кандрашина Е.Ю., Литвинцева Л.В., Поспелов Д,А. Представление знаний о времени и пространстве в интеллектуальных системах / Под ред. Поспелова Д.А. М.: Наука. 1989. - 328 с.

22. Каратыгин С.А., Тихонов А.Ф., Долголаптев В.Г. Базы данных: Простейшие средства обработки информации. Электронные таблицы. Системы управления базами данных. М.: ABF, 1995. -757 с.

23. Коврижкин О. Г. Формирование простых компромиссных правил нечеткого вывода // Изв. Ак. Наук СССР. Техн. Кибернетика. Москва, 1992 № 5. — С. 50-55.

24. Когаловский М.Р. Энциклопедия технологий баз данных. М.: Финансы и статистика, 2002. - 800 с.

25. Когаловский М.Р. Перспективные технологии информационных систем. — М.: ДМК Пресс; М.: Компания АйТи, 2003. 288 с.

26. Компьютерные технологии информатизации здравоохранения (региональный и учрежденческий уровень). — Ижевск: Объединение «Полиграфия», 1995.-80 с.

27. Королев Ю.А. Общая геоинформатика. Часть 1. Теоретическая геоинформатика. М.: ООО СП Дата+, 1998. - 118 с.

28. Кошкарев А.В., Тикунов B.C. Геоинформатика / Под ред. Д.В. Лисицкого. -М.: «Картгеоцентр» «Геодезиздат», 1993. - 213 е.

29. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. — М.: Радио и связь, 1982.-432 с.

30. Кравченко Н.А., Поляков И.В. Научное обоснование методологии прогнозирования ресурсного обеспечения здравоохранения России (история и современность) М.: Федеральный фонд ОМС, 1998. - 392 с.

31. Круглов В. В., Дли М. И., Годунов Р. Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети: Учеб. Пособие.- М.: Издательство Физико-математической литературы, 2001. — 224 с.

32. Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. Издание второе, переработанное и дополненное. Серия «Управление качеством». — М.: СИНТЕГ, 2002. -268 с.

33. Лорьер Ж.-Л. Системы искусственного интеллекта: Пер. с франц. М.: Мир, 1991.-568 с.

34. Лучкевич B.C. Основы социальной медицины и управления здравоохранением: Учебное пособие. СПб: СПбГМА, 1997. - 184 с.

35. Люггер Д.Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем, 4-е издание.: Пер.с англ. — М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. 864 с.

36. Мартыненко А.И. и др. Основы ГИС: Теория и практика / Под редакцией Мартыненко А.И. М.:, МП "Геоинформационные технологии", 1995. — 232 с.

37. Методы разработки финансовых планов в сфере здравоохранения: Учебное руководство / Под ред. Зельковича Р.М. — Кемерово: СибформС, 2000. -160 с.

38. Москвичев В.В., Ноженкова Л.Ф., Лепихин А.М., Шатровская Е.В., Родионова О.С. (Исаева) Разработка ГИС «Безопасность региона» // Вычислительные технологии. — 2000. Т. 5. - Спец. Выпуск. - С. 37-48.

39. Мюллер Р.Д. Базы данных и UML-проектирование. М.: Изд-во «Лори», 2002. - 420 с.

40. Ничепорчук В.В. Информационное моделирование в ГИЭС «Паводки» / Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф: Тезисы докл. V Междунар. Конф., посвященной 275-летию РАН. Красноярск: ИВМ СО РАН, 1999. - С. 178-181.

41. Ноженкова Л.Ф. Возможности и опыт применения экспертных и геоинформационных систем в АИУС РСЧС // Труды Всеросс. Конф. «Проблемызащиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций». — Красноярск, Изд-во КГТУ, 1997. с. 32-35.

42. Ноженкова Л.Ф. Применение ГИС-технологий в системах поддержки принятия решений по ликвидации химических аварий // Тр. II межрегиональной конференции «Проблемы информатизации региона». — Красноярск,1997.-С. 77-78.

43. Ноженкова Л.Ф. Принципы разработки экспертных систем на базе ГИС-технологий // Тр. II межрегиональной конференции «Проблемы информатизации региона».-Красноярск, 1997. С. 75-76.

44. Панащук С.А. Разработка информационных систем с использованием CASE-системы Silverrun // СУБД, 1995, №3. С. 61-64.

45. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Основы системного анализа: Учеб. 2-еизд., доп. Томск: Изд-во HTJI, 1997. - 396 с.

46. Полшцук Ю.М. Имитационно-лингвистическое моделирование систем с природными компонентами. — Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1992. — 229 с.

47. Поспелов В.П. «Медико-географический атлас Красноярского края». — Красноярск, 1970.-41 с.

48. Постановление правительства Российской Федерации от 5.11.1997 №1387 «О мерах по стабилизации и развитию здравоохранения и медицинской науки в Российской Федерации»

49. Представление и использование знаний. Пер. с япон. /Под ред. Уэно X., Исидзука. М.: Мир, 1989. - 220 с.

50. Приказ Министерства здравоохранения Российской Федерации и Федерального фонда обязательного медицинского страхования от 19.01.1998 № 12/2 "Об организации работ по стандартизации в здравоохранении".

51. Прикладные нечеткие системы /Под ред. Тэрано Т., Асаи К., Сугэно М. — М.: Мир, 1993. -368 с.

52. Программное обеспечение и технологии геоинформационных систем: Учебное пособие / Замай С.С., Якубайлик О.Э. Новосибирск: Наука. Сиб. Предприятие РАН, 1998. — 112 с.

53. Псарев В.И Использование ГИС-технологий в управлении регионом // Материалы международной конференции «ГИС для оптимизации природопользования в целях устойчивого развития территорий». — Барнаул:Издательство Алтайского госуниверситета, 1998. С. 6-8

54. Региональные экологические информационно-моделирующие системы / Полищук Ю.М., Силич В.А., Татарников В.А. и др. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1993. —133 с.

55. Родионова О.С. (Исаева) Построение системы нечеткого вывода / Тезисы докладов I Всесибирского конгресса женщин-математиков. Красноярск: ИВМ СО РАН, 2000. - С. 179.

56. Сборник основных статистических и экономических показателей состояния здоровья населения и системы здравоохранения городов и районов

57. Красноярского края — Красноярск: КМИАЦ, 2002. 246 с.

58. Системный подход и система оценки контроля и обеспечения качества медицинской помощи. Методические рекомендации. — Новокузнецк: Новокузнецкий полиграфкомбинат, 1995. 36 с.

59. Статистика здоровья и здравоохранения Республики Татарстан — Казань: Медицина, 1999, 250 с.

60. Тикунов B.C. Классификации в географии: ренессанс или увядание? (Опыт формальных классификаций). Москва-Смоленск: Изд-во СГУ, 1997 - 367 с.

61. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989.-441 с.

62. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. — М.: Финансы и статистика, 1998. — 288 с.

63. Шайтура С.В. Геоинформационные системы и методы их создания. Калуга: издательство Н.Бочкаревой, 1998. - 252 с.

64. Шейман И.М. Реформа управления и финансирования здравоохранения. -М.: Издатцентр, 1998. 336 с.

65. Экспертные системы. Принципы работы и примеры: Пер. с англ./ А.Брукинг, П.Джонс, Ф.Кокс и др.; Под ред. Р.Форсайта. М.: Радио и связь, 1987.

66. Якобсон А., Буч Г., Рамбо Дж. Унифицированный процесс разработки программного обеспечения. СПб.: Питер, 2002. - 496 с.

67. The ESRI Guide to GIS Analysis Volume l : Geographic Patterns and Relationships. California: Environmental System Research Institute, Inc, 1999. - 190 P

68. Arc View GIS The Geographic Information System for Everyone. California: Environmental System Research Institute, Inc, 1996. - 350 p.

69. McCoy J., Johnston K. Using ArcGIS Spatial Analyst. -California: Environmental System Research Institute, Inc, 2001. — 232 p.

70. Dubois, Didier. Fuzzy sets and systems: Theory and applications. — New York: Academic press, 1980. 393 c.

71. Batyrshin I., Fatkullina R. Context-dependent fuzzy scales and context-free rules for dependent variables \\ IFSA'95. Proceedings of the Sixth International Fuzzy Systems Association World Congress, Sao Paulo, Brasil, 1995, v.l P. 89-91.

72. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕН1. БД База данных1. БЗ База знаний

73. ГИС Геоинформационная система

74. ЕСВС Единой системы ведения справочников

75. ИПС Информационно-поисковая система

76. КМИАЦ Краевой информационно-аналитический центр

77. МКБ Международная классификация болезней1. МУ Медицинская услуга

78. ОМС Обязательное медицинское страхование

79. СУБД Система управления базами данных

80. ТАО Таймырский автономный округ1. ТК Технологическая карта

81. ТКМУ Информационная система «Технологические карты медицинских услуг»

82. ЗАО Эвенкийский автономный округ1. ЭС Экспертная система

83. Рис. П.1.1. Графическая интерпретация операции jllf •

84. Рис. П. 1.2. Графическая интерпретация операции max(0,//f- + цс -1)

85. Рис. П. 1.3. Графическая интерпретация нечеткого отношения Rs

86. Рис. П. 1.4. Графическая интерпретация нечеткого отношения R,sg

87. Рис. П.1.5. Графическая интерпретация нечеткого отношения R

88. Рис. П. 1.6. Графическая интерпретация нечеткого отношения Rss