автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Программные средства автоматизации обработки информации в системе документооборота на базе распределённой архитектуры с применением smart-технологий

На правах рукописи

ШКУРКО МИХАИЛ ИГОРЕВИЧ

003449939

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМЕ ДОКУМЕНТООБОРОТА НА БАЗЕ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ АРХИТЕКТУРЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ вМАКТ-ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность - 05 13 17 Теоретические основы информатики

' АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 О".Т 21:09

Москва-2008

003449939

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» на кафедре «Биотехническая кибернетика»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Ковшов Евгений Евгеньевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук,

доктор философских наук, профессор

Глазунов Виктор Аркадьевич

кандидат технических наук, доцент Никишечкин Анатолий Петрович

Ведущая организация

Институт конструкторско-технологической информатики Российской Академии Наук

Защита состоится 6 ноября 2008 г в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212 147 03 при Московском государственном университете печати (127550 Москва, ул Прянишникова, 2 А)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета печати

Автореферат разослан «3» октября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212 147 03

.....

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. В XXI веке, по праву признанном информационным, наблюдается стремительное развитие технологий, связанных с повсеместным применением вычислительной техники Новые идеи, появляющиеся в большом количестве, часто требуют серьезных материальных вложений и способны развиваться только в хорошо финансируемых областях По достижении некоторой критической точки такие технологии стремительно дешевеют, становятся доступными и позволяют выходить на качественно новые витки развития в различных областях жизнедеятельности человека Со smart-технологиями сложилась именно такая ситуация

Под smart-технологиями в контексте диссертационной работы понимается комплекс программно-аппаратных средств, обеспечивающих хранение и обработку информации, а также идентификацию различных объектов

Сначала к ним относили только лишь технологии смарт-карт (smart-card), а затем - также радиочастотную идентификацию (RFID), USB-ключи, биометрию и штриховое кодирование

Так, появление смарт-карт в банковском секторе позволило создать универсальное платежное средство, а дальнейшее развитее технологии привело к появлению электронных билетов в транспортной системе и не только С помощью USB-ключа сегодня можно поставить цифровую подпись под электронным документом, а идентификация по отпечатку пальца, еще недавно использовавшаяся только для доступа к особо охраняемым объектам, сегодня доступна всем желающим в ноутбуке или, например, домашнем сейфе Технологии штрихового кодирования и радиочастотной идентификации вывели на принципиально новый уровень сферу торговли, примером чего является возможность создания и развития сетей гипермаркетов

Использование smart-технологий способствовало внесению существенных изменений в процессы обработки информации, что, в свою очередь, позволило осуществить переход на принципиально новый уровень

развития и повысить эффективность работы с данными Однако существует большое количество областей деятельности человека, где Бшай-технологии не используются совсем или их присутствие очень незначительное Так, применение втай-технологий в российском здравоохранении ограничено использованием ШВ-ключей для цифровой подписи документов, например, при сдаче отчетности в налоговую инспекцию и вышестоящим организациям На основе изложенного можно сделать вывод о том, что на сегодняшний день потенциал вшаЛ-технологий явно не исчерпан

Поскольку задача автоматизации и рационализации информационных процессов и потоков при лечении больных, как в условиях амбулатории, так и в условиях стационара является на сегодняшний день актуальной, в диссертационной работе в качестве проблемной области применения зтай-технологий выбрана медико-техническая система

Объект исследования. Объектом исследования диссертационной работы являются алгоритмы, методы и модели для эффективной работы со БшаЛ-технологиями в распределенной системе

Цель работы. Исследование процессов создания, накопления и обработки информации в системе документооборота на базе распределенной архитектуры с комплексным применением вшай-технологий

Методы исследований. При решении задач, поставленных в работе, были использованы основные положения системного анализа, алгебра логик, теория передачи информации, для разработки моделей и алгоритмов проектирования - теории баз данных, объектно-ориентированного моделирования и проектирования, а для программной реализации -структурного и объектно-ориентированного программирования

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях

1 Разработана распределенная архитектура программных средств автоматизации системы документооборота, обеспечивающая повышение надежности и согласованности обрабатываемых данных

2 Обоснован комплексный подход в использовании различных видов smart-технологий в прикладном программном обеспечении автоматизации документооборота в лечебном медицинском учреждении госпитального типа

3 Разработана модель доступа к конфиденциальным данным системы документооборота в сети Интернет на основе современных smart- и программных технологий

Практическая ценность работы заключается в повышении уровня структурированности и согласованности информации в распределенной системе за счет применения smart-технологий, а также аутентификации посредством информации, хранящейся в штриховом коде или смарт-карте

Реализация результатов работы. Методики, основанные на комплексном подходе при использовании различных видов smart-технологий в прикладном программном обеспечении, носящем распределенный характер, рекомендованы к применению в информационной системе городской клинической больницы (г Москва) Помимо этого, определена целесообразность использования разработанных методик при создании прикладного программного обеспечения на малом предприятии ООО «Компьютерные системы и технологии» (г Москва)

Упомянутые выше методики внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», используются при подготовке бакалавров по направлению 220200 «Автоматизация и управление» и магистрантов по магистерской программе 220200 68-20 «Человеко-машинные системы управления» Кроме того, материалы диссертационной работы использованы в качестве методологической основы при разработке курса лекций и практических занятий по дисциплинам «Информатика», «Программирование и основы алгоритмизации» и специальной дисциплине «Интеллектуальные системы обработки информации»

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на расширенных заседаниях кафедры «Биотехническая кибернетика» и научных семинарах в ГОУ ВПО

МГТУ «СТАНКИН», а также - международных и всероссийских научно-технических конференциях I международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, Курский государственный технический университет, 2003 г), Международном форуме информатизации - 2003 -международная конференция «Информационные средства и технологии» (Москва, МЭИ, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2003 г ), Российском научном форуме «МедКомТех-2004 (Москва, Центр Международной торговли, 2004 г ), VIII научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН» (Москва, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2005 г), VIII Международной конференции «Производство Технология Экология ПРОТЭК'05» (Москва, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2005 г), 3-м международном форуме MedSoñ-2007 -конференция «Медицинские информационные технологии (Москва, Центральный Дом Предпринимателя, 2007 г )

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, включая тезисы докладов международных конференций, одна публикация в журнале «Информационные технологии», входящем в Перечень ВАК РФ

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка используемой литературы из 78-ми наименований и 4-х приложений, изложена на 158 страницах машинописного текста, включая 60 рисунков и 10 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи работы, определена практическая значимость, приведены сведения об апробации и внедрении работы

В первой главе диссертации дается обзор и проводится анализ современного состояния smart-технологий Рассмотрены основные виды smart-технологий - штриховое кодирование, смарт-карты, USB-ключи, биометрические технологии, радиочастотная идентификация - области их

применения, основные преимущества и недостатки

Технология штрихового кодирования позволяет производить автоматизированный сбор и передачу на электронные вычислительные машины (ЭВМ) данных, закодированных в изображении штрихового кода Штриховые коды могут быть одномерными, которые используются, например, в торговле для идентификации товаров, или двумерными, которые позволяют сохранять большее количество информации (более 2 килобайт) Существуют контролируемые коды, в которые заложена избыточная информация, обеспечивающая обнаружение ошибки считывания В диссертационной работе подробно рассматриваются виды одномерных и двумерных штриховых кодов, получивших, на сегодняшний день, наибольшее распространение, их математический аппарат и алгоритмические модели

Смарт-карты - это пластиковые карты, способные хранить и самостоятельно обрабатывать информацию По внутреннему устройству и выполняемым функциям различают карты памяти, применяемые для хранения информации о пользователе, его правах доступа и ключах шифрования, карты счетчики, основу кристалла которых составляет управляемый счетчик, и карты с процессором, являющиеся, по сути, компьютером в миниатюре

Кристалл смарт-карты в базовой конфигурации состоит из центрального процессора (CPU), однократно программируемой памяти (ROM), оперативной памяти (RAM), энергонезависимой электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM), интерфейса ввода/вывода информации (I/O) (Рис 1)

Рис 1 Элементы компьютерной системы смарт-карты Микропроцессор обеспечивает управление всеми элементами периферии,

выполняет вычислительные операции и криптографические преобразования

На рис 2 представлены наиболее распространенные сферы применения смарт-карт

Рис 2 Сферы применения смарт-карт

В отличие от большинства компьютерных приложений, программы смарт-карты изначально предполагают, что контекст, в котором они находятся, не заслуживает доверия Перед выполнением каких-либо действий со смарт-картой, т е проведения транзакции, необходимо удостовериться, что доступ к карте пытаются получить объекты, имеющие на это право Такая процедура называется аутентификацией, и в ней принимают участие три объекта владелец карты, смарт-карта, система ПК

Кроме аутентификации смарт-карта способна реализовывать другие механизмы безопасности, среди которых симметричное и асимметричное шифрование, хэш-функции, цифровая подпись, списки контроля доступа и др

Биометрические технологии позволяют идентифицировать человека по уникальным, присущим только ему биологическим признакам Среди статических методов биометрии выделяют идентификацию по отпечаткам пальцев, глазам, лицу, ладони Динамические методы включают в себя идентификацию по голосу, почерку, клавиатурному почерку На сегодняшний день биометрические системы контроля доступа, с одной стороны, являются самыми надежными, с другой стороны особенность этих технологий заключается в том, что, если биометрические данные будут скомпрометированы, придется, как минимум, производить существенную модернизацию всей системы, ведь глаз или палец не получится сменить, как

пароль или смарт-карту

Радиочастотная идентификация (RFID - Radio-Frequency-IDentification) позволяет получать информацию о предмете без прямого контакта на расстоянии от нескольких миллиметров до нескольких метров Суть технологии заключается в том, что антенна излучает электромагнитные волны, активизирующие RFID-метку и позволяющие производить запись и считывание данных с этой метки По принципу работы радио метки сходны с бесконтактными смарт-картами памяти Различают системы высокочастотные, промежуточной частоты и низкочастотные От частоты зависит радиус действия системы Данные в метке могут обеспечить идентификацию объекта на производстве, товаров в магазине, на складе и при перевозке, месторасположение и идентификацию подвижных средств, идентификацию животных, людей, имущества, документов и др

USB-ключи выполняются в виде брелока и напрямую подключаются к порту USB, не требуя для своей работы каких-либо дополнительных устройств В этом их основное отличие от смарт-карт, которым необходимо устройство считывания В остальном эти устройства очень схожи, современные USB-ключи чаще всего выполняются на базе микросхем смарт-карт

Таким образом, проведенный анализ показал, что smart-технологии обладают существенным потенциалом, который на сегодняшний день в полной мере не используется

Исходя из этого, целью диссертационной работы является исследование процессов создания, накопления и обработки информации в распределенной системе с комплексным применением smart-технологий

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих научных задач

1 Анализ существующих smart-технологий и определение наиболее эффективных из них для применения в системе документооборота на базе распределенной архитектуры

2 Разработку комплексного подхода в использовании различных видов smart-

технологий в программных средствах автоматизации системы документооборота, носящем распределенный характер

3 Разработку методики и программных средств для хранения персональных данных системы документооборота в двумерном штриховом коде

4 Разработку модели доступа к конфиденциальным данным системы документооборота в сети Интернет на основе современных smart- и программных технологий

5 Определение архитектуры программных средств для автоматизации системы документооборота, обеспечивающей повышение согласованности обрабатываемых данных, на основе применения smart-технологий, в том числе - двумерного штрихового кодирования

6 Разработку прототипа автоматизированной корпоративной информационной системы документооборота с комплексным применением smart-технологий

Во второй главе, согласно цели диссертационной работы, анализируется структура лечебно-профилактического учреждения (ЛПУ), рассматривается возможность одновременного использования различных видов smart-технологий в процессах обработки информации, предлагается распределенная архитектура smart-ЛПУ госпитального типа (Рис 3)

В работе отмечается тот факт, что информационное пространство ЛПУ практически невозможно объединить в рамках единой информационной системы Это связано, во-первых, с тем, что часть подразделений ЛПУ может находиться вне корпоративной вычислительной сети, во-вторых, с собственным программным обеспечением медицинского оборудования, которое не всегда удается полноценно интегрировать в корпоративную информационную систему и систему документооборота на базе распределенной архитектуры Чаще всего проблема решается многократным повторным вводом данных о пациенте врачами, что, сказывается на согласованности и точности информации в базах данных ЛПУ В результате диссертационного исследования сформирована распределенная архитектура smart-ЛПУ госпитального типа с распределенной

Маркировка поиск и идентификация медикаментов

Рис 3 Распределенная архитектура smart-ЛПУ госпитального типа

моделью обработки информации и документооборота

Технология штрихового кодирования позволяет решить эту проблему При поступлении в ЛПУ нового пациента печатается его история болезни, на лицевой стороне которой размещается изображение штрихового кода Такой код будет однозначно идентифицировать данного пациента, что упростит работу медперсонала и послужит местом хранения данных при передаче между удаленными подразделениями В работе обосновывается выбор алгоритма штрихового кодирования РОР-417, подробно рассматривается его структура, предлагается способ хранения данных о пациенте в этом штриховом коде

Смарт-карты и иБВ-ключи, применяются для контроля доступа в отделения и подразделения, к ИС ЛПУ, для хранения персональных сведений пациентов и врачей Пациентам, посещающим ЛПУ периодически, например, с хроническими заболеваниями, может выдаваться карта диспансерного наблюдения, в которую могут быть занесены сведения о состоянии больного, проведенных исследованиях или процедурах, о ходе болезни Карта сотрудника может являться пропуском на рабочее место и использоваться в системе учета рабочего времени Еще одно применение карты сотрудника в ЛПУ — цифровая подпись

В работе рассмотрена возможность и предложены модель и методика применения смарт-карт для безопасного доступа пациентов к персональным медицинским данным в сети Интернет, что изображено на рис 4

Интернет-сервер ЛПУ Компьютер пациента

Рис 4 Модель доступа к персональным медицинским данным в сети Интернет

Биометрические технологии в ЛПУ могут применяться, когда идентификация владельца карты посредством ввода РШ-кода не обеспечивает достаточного уровня безопасности. Примером такой ситуации может служить подпись главным врачом важных приказов или документов для вышестоящих организаций. Наиболее целесообразно для этого применять идентификацию по отпечатку пальца.

Технологию радиочастотной идентификации можно использовать для контроля въезда автомобильного транспорта на территорию ЛПУ. Также технологию радиочастотной идентификации можно применять на материальных складах или в аптеке для идентификации товаров или фармацевтических препаратов. Существует опыт применения технологии радиочастотной идентификации для контроля качества фармацевтических препаратов.

В третьей главе рассматривается архитектура и моделирование распределенной информационной системы.

Для определения целесообразности применения этай-технологий в ЛПУ производится оценка медицинской информационной системы в условиях риска на основе функции полезности. На основании данных о больных, поступивших в терапевтические отделения рассматриваемого ЛПУ госпитального типа за 2007 год, строится распределение количества поступивших больных в день в течение года (Рис. 5).

60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

2

20 40 60

Количество пациентов

— При ручном вводе

— При вводе с использованием этаг^технологий

Рис. 5. Распределение количества Рис. 6. Временные затраты при

поступивших больных в течение года внесении сведений о пациентах

Хронометраж работы медрегистратора позволяет определить время, необходимое как для ручного внесения данных об одном пациенте, так и для внесения данных при помощи этаЛ-технологий (Табл 1,Рис 6)

Таблица 1

Временные затраты при внесении сведений о пациентах

Среднее Время на одного Время на всех Процент от общего Экономия

кол-во пациента, мин пациентов за день, времени времени

пациен- мин

тов в Ручной Smart- Ручной Smart- Ручной Smart-

день ввод устройства ввод устройства ввод устройства

5,56 5 0,25 27,80 1,39 7,13% 0,36% 6,77%

14,25 5 0,25 71,27 3,56 18,28% 0,91% 17,36%

24,17 5 0,25 120,87 6,04 30,99% 1,55% 29,44%

33,14 5 0,25 165,71 8,29 42,49% 2,12% 40,37%

41,80 5 0,25 209,00 10,45 53,59% 2,68% 50,91%

Сама полезность определяется как экономия времени, что позволяет получить заданную таблично функцию полезности (Табл 2)

Таблица 2.

Данные для оценки целесообразности применения smart-технологий

а, Пк Р(пк/а,) F(nk) К(а,)

Использование 5,56 0,36 0,07 0,17

smart- 14,25 0,40 0,17

технологий 24,17 0,17 0,29

33,14 0,05 0,40

41,80 0,02 0,51

Здесь а, - исследуемый вариант построения ИС, nk - один из множества исходов, р(Пк/а,) - вероятность появления исхода nk, F(nk) - функция полезности

Рассчитаем эффективность ИС с применением smart-технологий в соответствии с формулой (1)

K(a)=Ma[F(y)], (1)

К(а1)=0,36*0,07+0,4*0,17+0,17*0,29+0,05*0,40+0,02*0,51=0,17

Исходя из построенной модели и проведенного расчета, следует, что эффективность функционирования ИС при использовании 5таг1-технологий увеличится в среднем на 17% по сравнению с ручным вводом.

Данное обстоятельство достаточно ярко и однозначно иллюстрирует преимущество выбора альтернативы ИС со эшаЛ-технологиями по сравнению с традиционной ИС, в которой применение вышеуказанных технологий не предусмотрено функционалом прикладного программного обеспечения.

Далее, в диссертационной работе рассматривается архитектура прототипа ИС ЛПУ, применяются методы объектно-ориентированного проектирования, строятся необходимые иМЬ-диаграммы, ЕЯ-диаграммы логической модели базы данных (БД), фрагмент которой представлен на Рис. 7 в виде БД подсистемы приемного отделения.

Идентификатор типа д окумента

История болезни

Идентификатор истории болезни

Идентификатор пациента (FK) номер

дополнительный номер

Идентификатор документа серия номер

I Идентификатор типа документа (РК) кем выдан дата вьдачи

Идентификатор человека (РК)

Персональные данные

Идентификатор персональных данных

отчество дата рождения

пол

Идентификатор человека (FK)

Канал поступления

Идентификатор диагноза —

Идентификатор пациента

дата поступления дата выписки

Идентификатор канала (РК) ЛПУ поступления диагтноз

Идентификатор диагноза поступления (РК) Идентификатор отделения (РК)

Идентификатор человека

Идентификатор пациента (FK)

место работы

телефон

Идентификатор адреса

страна город

дополнительно Идентификатор человека (FK)

Страховая компания

Идентификатор страховой компании

code

страховая компания

Идентификатор отделения

Тип страхового полиса

Идентификатор типа страхового полиса тип страхового полиса

Идентификатор страхового полиса

серия номер

Идентификатор человека (РК) Идентификатор страховой компании (РК) Идентификатор типа страхового полиса (РК)

Рис. 7, Логическая модель БД подсистемы приемного отделения

В четвертой главе рассматриваются вопросы практической реализации прототипа автоматизированной корпоративной информационной системы документооборота ЛПУ с комплексным применением smart-технологий. В работе в качестве среды разработки обосновывается выбор Microsoft Visual Studio .NET (рис.8), а в качестве языка программирования - С#. Приводится

оценка экономической эффективности практического комплексного применения зшаП-технологий в системе документооборота на базе распределенной архитектуры для ЛПУ госпитального типа.

с#

ADO.NET

SQL Server 2005

БД

Crystal Reports for .NET

.NET

Отчет

Рис.8. Применение .NET при разработке системы документооборота

Платформа .NET представляет собой действительно комплексный набор решений для разработки приложений. Создание форм приложения и написание кода производится при помощи одного из языков программирования семейства Visual Studio .NET (например, С#). Для доступа к данным используется полностью интегрированная в среду Visual Studio технология ADO.NET, набор классов которой реализован с помощью С#. В качестве СУБД применяется SQL Server 2005, версия которого входит в стандартный комплект поставки Visual Studio .NET 2005. Бизнес-логика для этой СУБД реализуется посредством С# (большинство других СУБД используют для этих целей Transact SQL, что сопряжено с определенными сложностями при разработке). В качестве системы генерации отчетов применяется версия Crystal Reports, специально разработанная для платформы .NET. Кроме того, среда Visual Studio содержит решения, обеспечивающие высокоэффективную разработку приложений для КПК или мобильных телефонов, что весьма важно для развития информационной системы ЛПУ, включающей smart-технологии.

Для реализации доступа к БД в работе применяется ADO.NET, набор классов которой является промежуточным слоем - провайдером данных для

приложения Visual Studio.NET.

Рис.9 отражает результаты работы одной из подсистем, реализованной в среде Microsoft Visual Studio .NET с применением smart-технологии -двумерного штрихового кодирования.

ir

а & '

Министерство здравоохранения РФ Городская клиническая больница №

МЕДИЦИНСКАЯ КАРТА № 974/2 СТАЦИОНАРНОГО БОЛЬНОГО

24 05.2008 22:53

Код формы по ОКУД-Код учреждения по ОКУД:

Медицинская документация

Дата и время поступления

Дата и время выписки: ______

Отделение 1 кардиология_

Переведен в отделение_____

Проведено койко-дней _

Виды транспортировки на каталке, на кресле, может идти (подчеркнуть)'

Группа крови _Резус-принадлежность

Побочное действие лекарств (непереносимость): _

1 Фамилия, имя, отчество Анатольевна_

2 Пол' Женский

3 Возраст 02.02 Страх полис: 7 7 ОС

Томпа»

Zoom Factor: Page Width

Рис.9. Фрагмент сформированной медицинской карты пациента ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основании проведенных в работе исследований получены следующие результаты:

1. Решена актуальная задача, заключающаяся в исследовании процессов создания, накопления и автоматизации обработки информации в системе документооборота на базе распределенной архитектуры с применением Бтай-технологий для их дальнейшего внедрения в различные сферы деятельности человека.

2. Всесторонне проанализированы существующие БтаЛ-технологии,

определены наиболее эффективные из них для применения в системе документооборота на базе распределенной архитектуры, в частности, - ЛПУ госпитального типа

3 Как результат исследования процессов создания, накопления и обработки информации в распределенной системе разработан комплексный подход в применении различных видов smart-технологий в средствах автоматизации системы документооборота, носящем распределенный характер

4 С целью реализации smart-технологии разработана методика и программные средства хранения информации в двумерном штриховом коде для обеспечения накопления и обработки персональных данных в автоматизированной корпоративной информационной системе

5 Разработана модель доступа к конфиденциальной информации в сети Интернет на основе современных smart- и программных технологий, что обеспечило безопасную работу с персональными данными в рамках системы документооборота на базе распределенной архитектуры

6 Определена архитектура программных средств для автоматизации системы документооборота, обеспечивающая повышение согласованности обрабатываемых данных, на основе применения smart-технологий, в том числе - двумерного штрихового кодирования

7 Получены практические результаты, иллюстрирующие актуальность и ценность исследований, в виде набора моделей и алгоритмов, направленных на повышение эффективности обработки информации с комплексным применением smart-технологий в системе документооборота на базе распределенной архитектуры для ЛПУ госпитального типа

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК

1 Ковшов Е Е, Шкурко М И Автоматизация процессов обработки

информации в лечебном учреждении на основе применения smart-

технологий // Информационные технологии, №9, 2007 Теоретический и прикладной научно-технический журнал / под ред И П Норенкова -Издательство «Новые технологии», 2007 - С 73-78

Другие публикации

2 Стамировски Е Т, Шкурко M И, Ковшов Е Е Повышение эффективности доступа к распределенным базам данных // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации Материалы I международной научно-технической конференции/Курск гос техн ун-т Курск, 2003 - С 52-55

3 Стамировски Е Т, Шемелин В К , Ковшов Е Е , Шкурко M И , Семенов И В Управление доступом к гетерогенным информационным ресурсам // Доклады международной конференции «Информационные средства и технологии» 14-16 октября 2003 г Международный форум информатизации - 2003 , в З-ч т т ТЗ -М Янус-К, 2003 - С 206-207

4 Ковшов Е Е , Фролов А В , Шкурко M И Вопросы систематизации и анализа структур данных для прогнозирования параметров биометрических систем // Успехи теоретической и клинической медицины Материалы научных исследований Российской медицинской академии последипломного образования - M РМАПО, 2003 - Вып 5 -С 91-92

5 Ковшов Е Е , Фролов А В , Корсунский С Б , Шкурко M И К вопросу интеграции автоматизированных рабочих мест врачей отделения функциональной диагностики // Материалы Российского научного форума «МедКомТех-2004» - M, 2004 - С 57-58

6 Шкурко M И Применение новых программных технологий для построения медицинских информационных систем // VIII-я научная конференция МГТУ «СТАНКИН» и учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН» Программа Сборник докладов / Под ред О А Казакова - M «ЯНУС-К» ИЦ ГОУ МГТУ «СТАНКИН», 2005 - С 152-153

7 Шкурко М И, Савельева Е В Применение технологии штрихового кодирования в компьютерных медицинских системах // УШ-я научная конференция МГТУ «СТАНКИН» и учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» - ИММ РАН» Программа Сборник докладов / Под ред О А Казакова - М «ЯНУС-К» ИЦ ГОУ МГТУ «СТАНКИН», 2005 - С 138-140

8 Шкурко М И Подход к повышению надежности прикладного программного обеспечения для трудно формализуемых сфер деятельности человека со слабо структурированной информационной поддержкой // Производство Технология Экология Сборник научных трудов №8 в 3 тт Том 2 Труды международной конференции «ПРОТЭК'05», 14-16 сентября 2005 г, г Москва/ Под ред член-корр РАН ЮМ Соломенцева и проф ЛЭ Шварцбурга - М «Янус-К», 2005 -С 450-452

9 Ковшов Е Е, Фролов А В , Шкурко М И Формирование структур данных для прогнозирования параметров биомедицинских систем // Актуальные вопросы клинической медицины Сборник статей в 2 тт / под ред проф Л А Алексанян, проф В А Матафонова - М Издательская Группа «ГЭОТАР-Медиа», 2005 - т 1 - С 281-284

10 Ковшов ЕЕ, Фролов АВ, Савельева ЕВ, Шкурко МИ Применение технологии штрихового кодирования при автоматизации деятельности лечебно-профилактических учреждений // Актуальные вопросы клинической медицины Сборник статей в 2 тт/ под ред проф Л А Алексанян, проф В А Матафонова - М Издательская Группа «ГЭОТАР-Медиа», 2005 -т 1 - С 284-287

11 Ковшов Е Е, Шкурко М И Автоматизация процессов обработки информации в лечебном учреждении на основе применения Бшаг!-технологий // 3-й международный форум Мес18ой-2007 Выставка и конференция «Медицинские информационные технологии» 4-6 апреля 2007 г Москва, Центральный Дом Предпринимателя - Б м - С 47^8

Подписано к печати 02 10 2008 г Формат 60x90 1/16 Объем 1,25 п л Тираж 100 экз Заказ №1593

Издательство «Станкин»

101472, Москва, Вадковский пер, 3А

Список сокращений.

Введение.

ГЛАВА 1. Обзор smart-технологий.

1.1. Виды smart-технологий.

1.2. Штриховое кодирование.

1.2.1. Некоторые сведения о графических шрифтах.

1.2.2. Основные термины штрихового кодирования.

1.2.3. Виды штриховых кодов.

1.3. Смарт-карты.

1.3.1. Обзор смарт-карт.

1.3.2. История развития смарт-карт.

1.3.3. Области применения смарт-карт.

1.3.4. Классификация смарт-карт.

1.3.5. Обеспечение работы с данными смарт-карт.

1.4. Биометрия.

1.5. Радиочастотная идентификация.

1.6. USB-ключи.

ГЛАВА 2. Smart-ЛПУ.

2.1. Штриховое кодирование.

2.1.1. Применение в обеспечении лечебного процесса.

2.1.2. Выбор оптимального вида штрихового кода.

2.1.3. Структура и модель формирования штрихового кода PDF

2.1.4. Определение способа хранения медицинских сведений в двумерном штриховом коде.

2.2. Применение смарт-карт в обеспечении лечебного процесса.

2.2.1. Существующие медицинские приложения смарт-карт.

2.2.2. Предлагаемый подход в применении смарт-карт.

2.3. Биометрические технологии.

2.4. Технология радиочастотной идентификации.

ГЛАВА 3. Архитектура и моделирование.

3.1. Оценка медицинской ИС на основе функции полезности.

3.2. Постановка задачи разработки прототипа ИС.

3.3. UML-диаграммы прототипа информационной системы.

3.4. Последовательность действий при извлечении данных со смарт-карты

3.5. Структура базы данных.

ГЛАВА 4. Практическая реализация.

4.1. Особенности реализации прототипа информационной системы в среде разработки Visual Studio .NET 2005.

4.2. Реализация разработанных методик в виде прикладного программного обеспечения.

4.3. Оценка экономической эффективности практического применения smart-технологий в ЛПУ.

Актуальность работы. В XXI веке, по праву признанном информационным, наблюдается стремительное развитие технологий, связанных с повсеместным применением вычислительной техники. Новые идеи, появляющиеся в большом количестве, часто требуют серьезных материальных вложений и способны развиваться только в хорошо финансируемых областях. По достижении некоторой критической точки такие технологии стремительно дешевеют, становятся доступными и позволяют выходить на качественно новые витки развития в различных областях жизнедеятельности человека. Со smart-технологиями сложилась именно такая ситуация.

Под smart-технологиями в контексте диссертационной работы понимается комплекс программно-аппаратных средств, обеспечивающих хранение и обработку информации, а также идентификацию различных объектов.

Сначала к ним относили только лишь технологии смарт-карт (smart-card), а затем - также радиочастотную идентификацию (RFID), USB-ключи, биометрию и штриховое кодирование.

Так, появление смарт-карт в банковском секторе позволило создать универсальное платежное средство, а дальнейшее развитее технологии привело к появлению электронных билетов в транспортной системе и не только. С помощью USB-ключа сегодня можно поставить цифровую подпись под электронным документом, а идентификация по отпечатку пальца, еще недавно использовавшаяся только для доступа к особо охраняемым объектам, сегодня доступна всем желающим в ноутбуке или, например, домашнем сейфе. Технологии штрихового кодирования и радиочастотной идентификации вывели на принципиально новый уровень сферу торговли, примером чего является возможность создания и развития сетей гипермаркетов.

Использование smart-технологий способствовало внесению существенных изменений в процессы обработки информации, что, в свою очередь, позволило осуществить переход на принципиально новый уровень развития и повысить эффективность работы с данными. Однако существует большое количество областей деятельности человека, где smart-технологии не используются совсем или их присутствие очень незначительное. Так, применение smart-технологий в российском здравоохранении ограничено использованием USB-ключей для цифровой подписи документов, например, при сдаче отчетности в налоговую инспекцию и вышестоящим организациям. На основе изложенного молено сделать вывод о том, что на сегодняшний день потенциал smart-технологий явно не исчерпан.

Поскольку задача автоматизации и рационализации информационных процессов и потоков при лечении больных, как в условиях амбулатории, так и в условиях стационара является на сегодняшний день актуальной, в диссертационной работе в качестве проблемной области применения smart-технологий выбрана медико-техническая система.

Объект исследования. Объектом исследования диссертационной работы являются алгоритмы, методы и модели для эффективной работы со smart-технологиями в распределенной системе.

Цель работы. Исследование процессов создания, накопления и обработки информации в распределенной системе с комплексным применением smart-технологий.

Методы исследований. При решении задач, поставленных в работе, были использованы основные положения системного анализа, алгебра логик, теория передачи информации; для разработки моделей и алгоритмов проектирования — теории баз данных, объектно-ориентированного моделирования и проектирования, а для программной реализации - структурного и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:

1. Разработана распределенная архитектура программных средств автоматизации системы документооборота, обеспечивающая повышение надёжности и согласованности обрабатываемых данных.

2. Обоснован комплексный подход в использовании различных видов smart-технологий в прикладном программном обеспечении автоматизации документооборота в лечебном медицинском учреждении госпитального типа.

3. Разработана модель доступа к конфиденциальным данным системы документооборота в сети Интернет на основе современных smart- и программных технологий.

Практическая ценность работы заключается в повышении уровня структурированности и согласованности информации в распределенной системе за счет применения smart-технологий, а также аутентификации посредством информации, хранящейся в штриховом коде или смарт-карте.

Реализация результатов работы. Методики, основанные на комплексном подходе при использовании различных видов smart-технологий в прикладном программном обеспечении, носящем распределенный характер, рекомендованы к применению в информационной системе городской клинической больницы (г. Москва).

Кроме того, определена целесообразность использования разработанных методик при создании прикладного программного обеспечения на малом предприятии ООО «Компьютерные системы и технологии» (г. Москва).

Упомянутые выше методики внедрены в учебный процесс ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», используются при подготовке бакалавров по направлению 220200 «Автоматизация и управление» и магистрантов по магистерской программе 220200.68-20 «Человеко-машинные системы управления».

Кроме того, материалы диссертационной работы использованы в качестве методологической основы при разработке курса лекций и практических занятий по дисциплинам «Информатика», «Программирование и основы алгоритмизации» и специальной дисциплине «Интеллектуальные системы обработки информации».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы неоднократно докладывались и обсуждались на расширенных заседаниях кафедры «Биотехническая кибернетика» и научных семинарах в ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», а также - международных и всероссийских научно-технических конференциях: I международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, Курский государственный технический университет, 2003 г.), Международном форуме информатизации - 2003 -международная конференция «Информационные средства и технологии» (Москва, МЭИ, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2003 г.), Российском научном форуме «МедКомТех-2004 (Москва, Центр Международной торговли, 2004 г.), VIII научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН» (Москва, ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2005 г.), VIII Международной конференции «Производство. Технология. Экология. ПРОТЭК'05» (Москва, ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2005 г.), 3-м международном форуме MedSoft-2007 -конференция «Медицинские информационные технологии (Москва, Центральный Дом Предпринимателя, 2007 г.)

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, включая тезисы докладов международных конференций; одна публикация в журнале «Информационные технологии», входящем в Перечень ВАК РФ.

Структура и объем. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка используемой литературы из 78-ми наименований и 4-х приложений, изложена на 158 страницах машинописного текста, включая 60 рисунков и 10 таблиц.

Основные выводы по диссертационной работе

По результатам проделанной работы можно сделать следующие выводы:

1. Решена актуальная задача, заключающаяся в исследовании процессов создания, накопления и автоматизации обработки информации в системе документооборота на базе распределенной архитектуры с применением smart-технологий для их дальнейшего внедрения в различные сферы деятельности человека.

2. Всесторонне проанализированы существующие smart-технологии, определены наиболее эффективные из них для применения в системе документооборота на базе распределенной архитектуры, в частности, - ЛПУ госпитального типа.

3. Как результат исследования процессов создания, накопления и обработки информации в распределенной системе разработан комплексный подход в применении различных видов smart-технологий в средствах автоматизации системы документооборота, носящем распределенный характер.

4. С целью реализации smart-технологии разработана методика и программные средства хранения информации в двумерном штриховом коде для обеспечения накопления и обработки персональных данных в автоматизированной корпоративной информационной системе.

5. Разработана модель доступа к конфиденциальной информации в сети Интернет на основе современных smart- и программных технологий, что обеспечило безопасную работу с персональными данными в рамках системы документооборота на базе распределенной архитектуры.

6. Определена архитектура программных средств для автоматизации системы документооборота, обеспечивающая повышение согласованности обрабатываемых данных, на основе применения smart-технологий, в том числе - двумерного штрихового кодирования.

7. Получены практические результаты, иллюстрирующие актуальность и ценность исследований в виде набора моделей и алгоритмов, направленных на повышение эффективности обработки информации с комплексным применением smart-технологий в системе документооборота на базе распределенной архитектуры для ЛПУ госпитального типа.

1. Choose a bar code system. (HTML version)

2. Сафаров T.A. Технология штрихового кодирования. Уфа: Башкортостан, 2000

3. Арманд В.А., Железнов В.В. "Штриховые коды в системах обработки информации". М.: Радио и связь, 1989. - 92 с.

4. Белов Г.В. Штриховое кодирование: технологии XXI века.- М.: Металлургия, 1998.-112 с.:ил.

5. Patient Safety Requires Bar Coding Technology (HTML version) (http://www.infologixsys.eom/products/Healthcare/Products/Barcode/default.a sp)

6. Positive Patient Identification In Healthcare Barcoded Wristbands (HTML version) http://www.stromasoft.com

7. Тимоти М.Юргенсен, Скотт Б.Гатери. Смарт-карты: настольная книга разработчика/ Пер. с англ. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003. - 416 с.

8. Blood Transfusion Verification and Specimen Tracking Going. Beyond Medication Safety in Search of Optimal Clinical Outcomes using Barcode-enabled Point of Care Technology (HTML version)

9. Аренская Н.П., Рывкина T.B., Грин Г.В. Проблемы применения штриховых кодов и обеспечение надежности информации при заготовке крови и производстве компонентов. ГМПО «САНГВИС»; г.Екатеринбург (HTML version)

10. UK Blood Transfusion & Tissue Transplantation Guidelines. Blood Group Labels (HTML version)

11. Uniform labelling of blood (HTML version)

12. Uettwiller-Geiger, D. ■ Clinical Chemistry Department (HTML version)

13. Берновский Ю.Н., Сергиевский P.А. "Классификация и кодирование промышленной и сельскохозяйственной продукции".-М,1989.- 184с.

14. Технологии автоматической идентификации. (HTML version) www.ean.ru

15. Перлин Ю.В., Товб Ю.С. Карты в здравоохранении. // «Пластиковые карты», 5-ое издание.- Москва, Издательская группа «БДЦ-пресс», 2005г.-624 с.

16. Компьютер и смарт-карты (HTML версия) http://www.kv.by/index2001300502.htm

17. О. Андронова Обзор существующих технологий смарт-карт (HTML версия) http://www.ci.ru/inform0504/p082.htm

18. Mifare Standard Card 1С MF 1С S50 Functional Specification

19. Н.Смарт. Криптография.-Москва:Техносфера, 2006.-528с.

20. Биометрические технологии (HTML версия) http://www.r-control.ru/articles/8/

21. Технологии (HTML версия) http://www.biometrics.ru/

22. Технология RFID (HTML версия) http://www.mksystem.ru/production/rfid/aplink.shtml

23. Гасников В.К. О методологических проблемах развития информатизации управления в здравоохранении. Врач и информационные технологии №1— М. ООО Издательский дом "Менеджер здравоохранения", 2004. 82 с.

24. Donna Barron. Managed Care. May 1997 (HTML version)

25. John T. Mather Memorial Hospital ■ Port Jefferson

26. Ковшов Е.Е., Фролов А.В., Корсунский С.Б., Шкурко М.И. К вопросу интеграции автоматизированных рабочих мест врачей отделения функциональной диагностики // Материалы Российского научного форума «МедКомТех-2004» .-М., 2004.- С.57-58.

27. Barcodes In Hospitals (HTML version) http://www.barcoding.com/healthcare/hospitals.shtml

28. Nancy L. Darr and Karen Longe. Fast Track to UPN. Here how to reach the finish line. Materials Management In Health Care, February 1999 (HTML version)

29. The PDF417 code (HTML version) http://grandzebu.net/

30. Элиот Расти Гарольд и У.Скотт Миис. XML. Справочник. Санкт-Петербург: Издательство Символ-Плюс, 2002.- 574 с.

31. Под ред. Шортлифс Е.Х. и Перролт JI.E. Стандарт "Уровень 7". (HL7) Версия 2.2 от 1 декабря 1994 г. Окончательный стандарт. (HTML version)

32. Емелин И.В., Макурин С.В., Перлин Ю.В., Давиденко А.В. Пластиковые карты в здравоохранении. Создание открытой системы медицинских карточек пациентов // ПЛАС, 2002, №3

33. Емелин И.В., Макурин С.В., Перлин Ю.В., Давиденко А.В. Пластиковые карты в здравоохранении. Часть II анализ программного обеспечения. ПЛАС, 2002, №4

34. Make it official. Inventory system captured it all. Materials Management In Health Care, January 2001 (HTML version)

35. Анфилатов B.C. и др. Системный анализ в управлении: Учеб.пособие / В.С.Анфилатов, А.А.Емельянов, А.А.Кукушкин; Под ред. А.А.Емельянова. — М.:Финансы и статистика, 2002.-386с.:ил.

36. Волков Дмитрий, Дубова Наталья. На страже здоровья контингента. Открытые системы, #11/2001 06.12.2001 (HTML version)

37. Рузайкин Г.И. Медицинские информационные системы, или МИС Мир ПК, #03/2001 18.03.2001 (HTML version)

38. Speeding Accurate Diagnosis by Improving Laboratory Turnaround Time And Result Quality. New York. (HTML version)

39. Джеймс Рамбо, Айвар Якобсон, Греэди Буч UML: специальный справочник. — СПб.: Питер, 2002. — 656с.

40. Терри Кватрани Визуальное моделирование с помощью Rational Rose 2002 и UML.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 192 с.

41. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. М.:Финансы и статистика, 1983.-317 с.

42. Бойко В.В., Савинков В.М. Проектирование баз данных информационных систем. М.: Финансы и статистика, 1989. - 351 с.

43. Дейт К. Введение в системы баз данных / Пер. с англ. Киев: «ДИАЛЕКТИКА», 1998.- 784с., ил.

44. Зильбершатца А., Стоунбрейкера М., Ульмана Д. Базы данных: достижения и перспективы на пороге 21-го столетия. СУБД, 1996, № 3, с.103-117.

45. Каюров Ю.А. Проектирование баз данных // Учебное пособие: Ижевск: Изд-во «ИСТУ». 1994. 218 с.:ил.

46. Кириллов В.В. Основы проектирования реляционных баз данных. Copyright CIT. (HTML версия).

47. Кузнецов С.Д. Основы современных баз данных. Copyright CIT. (HTML версия).

48. Кузнецов С.Д. Введение в СУБД // СУБД, 1996, № 5-6.- с. 136-153.

49. Марка Д., Макгоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. Пер. с англ. М.:1993.- 240 е.- ISBN5-7395-0007-9.

50. Марков Б. Проектирование систем регистрации и анализа данных // Корпоративный менеджмент. 2002, № 5.- с.25-35.

51. Мейер Д. Теория реляционных баз данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1987608 с.

52. Кириллов В.В. Структуризованный язык запросов (SQL). СПб.: ИТМО, 1994.-80 с.

53. Грофф Дж.Р., Вайнберг П.Н. SQL. Полное руководство.- Киев: BHV. 1998.- 606 е.: ил.

54. Кузнецов С.Д. Стандарты языка реляционных баз данных SQL: краткий обзор //СУБД. 1996. №2.- с. 12-34.

55. Сергей Кузнецов. Объектно-ориентированные базы данных основные концепции, организация и управление: краткий обзор (HTML version) www.citforum.ru

56. Сиха Багуи. Объектно-ориентированные базы данных: достижения и проблемы (HTML version) www.osp.ru

57. Михаэл Стоунбрейкер. Объектно-реляционные системы баз данных // Открытые Системы # 4/94.- С.43-49.- Montage Software, Inc.

58. Date C.J. 1987. What is distributed database? InfoDB. (HTML version).68. .Net Framework: библиотека классов. Темплман Дж., Виттер Д. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003.-416 с.

59. С# для профессионалов, Т.1. Симон Робинсон, Олли Корнес, Джей Глин, Бартон Харвей, Крейг Макквин, Джерод Моемека, Кристиан Нагель, Морган Скиннер, Карли Ватсон.- Издательство "Лори", 2003.-478С.

60. Архангельский А .Я. Программирование С++ Builder 5. М.: Издательство БИНОМ, 2001. - 1152 с.

61. Визуальное проектирование приложений С#. Фролов А.В., Фролов Г.В. — М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2003. 512 с.

62. Нейгел Кристиан, Ивьен Билл, Глинн Джей, и др. С# 2005 для профессионалов. : Пер.с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2007. — 1376 с.:ил. - Парал.тит.англ.

63. Мак-Амис, Дэвид. Профессиональная работа с Crystal Reports для Visual Studio.NET. : Пер. с англ. М. : Издательский дом «Вильяме», 2003. - 352 с.

64. Багиев Г.Л., Тарасевич В.М., Анн X. Маркетинг.Учебник для ВУЗов.- М., 2006.-736с.

65. Вольдер Б.С. Планирование на предприятии. Учебное пособие.- М.: МГТУ "Станкин", 1999.- 172с.

66. Котлер Ф. Основы маркетинга. Краткий курс. -М.:Вильямс,2007.-656с.

67. Горфинкель В.Я., Купряков Е.М. Экономика предприятия. Учебник для ВУЗов.- М.: "Банки и биржи", ЮНИТИ, 1996.-367с.