автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Разработка моделей принятия решений для программного обеспечения медицинских информационных систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ

ЗИБОРОВ Максим Валерьевич

РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Специальности: 05.13.17 Теоретические основы

ФЕДЕРАЦИИ

образования

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

информатики

05.13.18 Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог - 2006

Работа выполнена на кафедре систем автоматического управления в Таганрогском государственном радиотехническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Финаев Валерий Иванович

Официальные оппоненты'.

доктор технических наук, профессор Золотовский Виктор Евдокимович

доктор технических наук, профессор Ромм Яков Евсеевич

Ведущая организация: Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса (г. Шахты)

Защита состоится «28» сентября 2006 г. в 1420 часов на заседании диссертационного совета Д212.259.02 при Таганрогском государственном радиотехническом университете по адресу: 347928, Ростовская область, г.Таганрог, пер. Некрасовский, 44, ГСП-17А, (аудитория Д-406)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таганрогского государственного радиотехнического университета.

,■ I

Ученый секретарь диссертационного доктор техническ

Автореферат

Л.КБабенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В современных условиях оказание услуг пациентам медицинских учреждений осуществляется при непрерывном развитии информационных технологий, оснащении медицинских учреждений новыми приборами и устройствами. Развитие медицинской техники и технологий обслуживания пациентов находит свое отражение во всех сферах деятельности медицинских учреждений в виде создания и внедрения специализированных медицинских программ, проектов комплексной автоматизации медицинских учреждений, внедрения телемедицинских технологий .. ..

.Интенсификация работы медицинского персонала, внедрение современных медицинских технических устройств приводит к увеличению объема информации, который должен обрабатывать медицинский работник. Это свидетельствует в пользу необходимости применения специальных программных систем для решения самых4 разных задач в медицинских учреждениях, начиная от простых хозяйственных задач и кончая сложными задачами принятия решений, связанных с управлением медицинским учреждением или идентификацей состояния пациентов.

Так как в настоящее время Россия переживает сложный период, качество жизни среднего гражданина России ниже, чем в странах, которые принято называть развитыми, то существует Необходимость эффективного развития ряда первоочередных областей производства и обслуживания, к одной из которых принадлежат медицинские учреждения.

Необходима разработка средств выражения медицинской информации и средств для ее обработки и передачи, отвечающих международным стандартам. Данная задача относится к классу сложных и трудноформализуемых задач, решение которых связано с применением как формальных, так и эвристических подходов к разработке моделей, адекватно описывающих процессы сбора, обработки, хранения и передачи информации, а также проектированием специальных программных систем для всесторонней информатизации деятельности медицинских учреждений.

Диссертация посвящена разработке моделей принятия решений, предназначенных для задач проектирования медицинских информационных систем в условиях неполной априорной информации, что подтверждает актуальность исследований диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является разработка методов системного анализа, моделей принятия решений и специальных программных систем для медицинских учреждений в условиях частичной неопределенности, при нечетком задании параметров объектов.

Основные задачи исследования.

- разработка концепции моделирования медицинского учреждения и принципов построения информационной модели;

- разработка метода формирования и анализа структур целей;

- разработка метода построения информационной модели;

- формализация процесса группового принятия решений и разработка модели группового принятия решений;

- разработка моделей принятия решений с применением методов искусственного интеллекта;

- разработка информационных структур и инструментальных. средств обеспечения медицинского учреждения;

- разработка алгоритмов функционирования информационных структур медицинских учреждений;

- разработка баз знаний и баз данных модулей принятия решений;

- разработка модулей принятия решений и модулей идентификации граничных состояний.

Основные научные результаты, которые выносятся на защиту:

- разработан метод структурирования, отличающийся декомпозицией глобальной цели до уровня задач, решаемых подразделениями учреждения, что предусматривает возможность выбора варианта структуры и методов его оценки, разработкой информационной модели, отличающийся систематизацией результатов опроса экспертов и алгоритмизацией информационных потоков и обработки информации и наиболее подходящей для соответствующего периода развития медицинского учреждения;

- разработана теоретико-множественная модель принятия решений, отличающаяся применением концепций сложных систем в медицинской практике, формализацией параметров модели принятия решений в виде нечетких интервалов и лингвистических переменных, получением решения, как из группового процесса принятия решения, так и в виде логического вывода при применении методов искусственного интеллекта;

- сформирован метод разработки информационного обеспечения медицинских учреждений, отличающийся тем, что на основе метода структурирования цели определяются этапы разработки информационного обеспечения, совокупность инструментальных средств информационных структур, а также выполняется разработка алгоритмов функционирования информационных структур медицинских учреждений.

Практическая ценность состоит в применении полученных результатов для создания специальных программных систем для медицинских учреждений, а также моделей принятия решений для применения новых информационных технологий в медицинской практике.

Методы проведения исследования. В диссертационной работе использованы принципы разработки специальных программных систем, теория построения нечетких ситуационных моделей, методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, методы функционального анализа, теория нечетких множеств и теория нечеткой логики, а также методы проектирования информационно-управляющих систем.

Достоверность получаемых в диссертации результатов подтверждается логическими выводами, программными приложениями.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований внедрены в ФГУ санаторий «Красные камни», ЛПУ г. Таганрога МУЗ «Детская городская больница», в госбюджетной НИР 12108 «Разработка методов моделирования и проектирования программно-аппаратных средств распределенных информационно-управляющих систем», в учебном процессе на кафедре систем автоматического управления Таганрогского государственного радиотехнического университета.

Апробация результатов работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на всероссийской научной конференции с международным участием «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения». (Таганрог, 2003), XVI Всероссийской НТК студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании", (Рязань, 2003), международной научной конференции «Системный подход в науке о природе, человеке и технике» (Таганрог, 2003), всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XI Туполевские чтения», (Казань 2003 г.), международной научной конференции «Анализ и синтез как методы научного познания». (Таганрог, 2004), международной научной конференции «Информационный подход в естественных, гуманитарных и технических науках». (Таганрог, 2004), П Всероссийской шучной конференции молодых ученых,-аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление». (Таганрог, 2004), международной научно-технической конференции ■ «Интеллектуальные САПР». (Таганрог, 2004), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении». (Таганрог, 2005), Ы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ (Таганрог, 2005), XVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Биомедсистемы - 2005» (Рязань 2005), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и г: информационные технологии в науке, инженерии и управлении». (Таганрог,-2005), международной научной конференции «Цифровые методы и технологии» (Таганрог, 2005), 10-й Международной НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»

Публикация. По теме диссертации. опубликована монография в соавторстве, три статьи, тринадцать тезисов докладов на научных' конференциях разного уровня.

Структура и объем работы. Диссертация содержит 177 страниц машинописного текста, включая введение, четыре раздела, заключение, приложение содержит 29 страниц, список источников из 105 наименований, 93 рисунка, 14 таблиц.

краткое содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цель, научная новизна, практическая ценность работы, основные положения, выносимые на защиту, достоверность и обоснованность научных положений диссертации, апробация работы.

В первом разделе разработан метод формализации информационных параметров медицинского учреждения. Все медицинские учреждения классифицированы по типу медицинского учреждения и по принципам работы. Выделены основные задачи медицинских учреждений различного типа.

-Анализ широко известных определений системы, особенностей организации и принципов функционирования медицинских учреждений позволил формально определить медицинское учреждение в виде набора:

в=<А, <2а, к, <2и, в, г, си, ДТ, N. Ьм>. (1)

где: А={аь а2)..., а„} - множество элементов; (2д={ч(а1), я(а2),..., ч(ап)} -множество свойств элементов, Я={гь г2,..., гт} - множество функциональных и информационных связей' между элементами; <2н={ч(г1), я(г2),..., Ч(гт)} — множество свойств связей элементов; в={в1,в2,...,в„} — вектор конструктивных параметров медицинского учреждения; Ъ — цель, направленная на достижение экстремальных значений критериев эффективности функционирования; и —условия целеобразования; АТ —интервал времени, в течение которого будет существовать медицинское учреждение; К —лица или совокупность лиц, принимающих решения, Ьм — язык общения наблюдателей.

Вектор конструктивных параметров медицинского учреждения В={В1,В2,...,ВП}, где B¡ - 1-й элемент учреждения, описываемый также вектором в; = {ь'пь'х,...!)^}. Измеримое состояние ¡-го элемента медицинского

учреждения определяет компонент Ц вектора В|.

Представления о цели и формулировки цели зависят от задач управления объектами медицинского учреждения, а по мере решения задач цель может быть изменена. Формулировки цели зависят от внешних по отношению к системе и внутренних факторов. Известны различные методы системного анализа, определяющие порядок, методы формирования и оценки приоритетов элементов структур целей. Однако каждый из методов имеет свои недостатки, включая ориентацию на описание статического состояния медицинского учреждения. В методах нет средств, которые помогали бы выявить новые объекты, новые функции, такие, как технологии лечения пациентов,~ обслуживания пациентов, нововведения в управленческой деятельности.

Предлагается метод формирования и анализа структур целей и функций, который включает методы структуризации, методы оценки структур и предусматривает возможность выбора первоначального варианта структуры и методов его оценки, наиболее подходящих для соответствующего периода

развития медицинского учреждения. Структура целей и функций формируется в виде модели, заданной графом (рис. 1)

Множество подцелей

Множество критериев

К={к|,к2,...,кЯ1}

Нечеткое соответствие Р

Множество задач

.....Ц

Соответствие О

I I ■■ I■ ■ -I I t I !

Структура сложной системы. Административная структура медицинского учреждения

2Е

Параметры сложной системы в виде вектора конструктивных параметров медицинского учреждения В={Ь1,Ь2>..чЬ»} Основные фонды, капитал, кадровый состав, требуемые для выполнения функции. Параметры внешней среды

Рис. 1

Исходными данными для решения , задачи структуризации целей являются: глобальная цель Ъ медицинского учреждения; множество критериев К={к1,к2)...,кт}, определяющих эффективность функционирования медицинского учреждения; множество элементов и подсистем медицинского учреждения 8={51,52,...,5к}; множество решаемых задач Р={П,Г2,...,ГГ}; множество В={<11,£12,...,е1ь} врачебных и организационно-деловых процессов.

Данные для решения задачи структуризации целей могут уточняться в процессе решения задачи.

Концептуальную модель "медицинского учреждения определим как упрощенное отображение существенных сторон реального учреждения, выраженное в некоторой формальной форме и позволяющее описать правило (оператор) преобразования входных X параметров в выходные У:

¥=\У<г,Х), (2)

где \У — правило преобразования (оператор), который представляет собой совокупность математических, логических операций или теоретико-множественных представлений, позволяющих установить соответствие между входными параметрами, состояниями и выходными параметрами.

Входные параметры медицинского учреждения — это совокупность правовых установок V, управляющих решений вышестоящих органов и, параметров поступающих пациентов РР, собственных возмущений и оценок Б реакций социальных слоев на деятельность медицинского учреждения. Таким образом, множество X определим, как Х=УхихРРх\Ух5.

Выходные параметры медицинского учреждения — это критерии эффективности функционирования К, параметров пациентов Р\У, которые закончили активное наблюдение в данном медицинском учреждении, принимаемые решения И, связанные с управлением деятельностью учреждения и принимаемые решения ЯР, связанные с ходом диагностики и лечения пациентов. Множество выходных параметров определится У=КхР\Ух1Ъ<КР.

Задание теоретически множественной модели осуществлено в виде функций переходов и функции выходов. Между элементами множества У,- элементами множеств X и Ъ можно установить соответствие (функция выхода), которое в общем случае следует рассматривать как нечеткое соответствие

я =<{(УхихРРх\Ух8)х(г1хггх...хг„)}, (КхРУУхЯхКР), 5 >, (3)

где в - нечеткий график нечеткого соответствия <} .

Между элементами множества Ъ,- элементами множеств X и Ъ существует соответствие (функция переходов), которое в общем случае также следует рассматривать как нечеткое соответствие

ф=<{(УхихРРх\Ух8)х(г1х22х...х2п)},(г,хг2х..<хг11), !?>, (4)

где Б' - нечеткий график нечеткого соответствия ф .

Рассмотрены принципы построения информационной модели, задачи управления медицинским учреждением, структурный анализ медицинского учреждения. Предложен метод разработки информационной модели, отличающийся систематизацией результатов опроса экспертов и алгоритмизацией информационных потоков и обработки информации.

Во втором разделе разработана теоретико-множественная модель принятия решений, которая может быть применена для определения состояния пациента и выбора для него терапевтического курса.

Особый интерес при построении модели принятия решений имеет обобщение решений множества экспертов - групповое решение. Под групповым принятием решений в медицинской практике будем понимать выработку согласованного группового решения о порядке предпочтительности объектов выбора, составляющих предметную область медицинской практики, на основе индивидуальных мнений членов группы (врачей-экспертов).

Проблема группового принятия решений в медицинской практике сводится к агрегированию индивидуальных предпочтений f|,f2,..MfI) п -числа врачей-экспертов в единое (групповое) предпочтение f.

При описании модели принятия решения относительно состояния пациента с учетом группового выбора использовано понятие квазисерии и отношения неразличимости.

Пусть А - множество терапевтических курсов, f(a) - оценка терапевтического курса, который можно назначить пациенту при определенной нозологии. С функцией f связано отношение Pf, состоящее из всех пар (а,Ь), для которых курс а лучше курса Ь:

(a,b)ePf4-»f(a)>f(b). __(5)

Рассмотрим отношение неразличимости If =Pf uPf"' . Так как

(a,b)elf<->f(a)=f(b), (б)

то отсюда следует транзитивность отношения If:

[(a,b)elf и(Ь,с)е1г] ->(a,c)elf. (7)

Отношение If рефлексивно ((a,a)elf) и симметрично ((a,b)elf—>(b,a)elf).

В реальной жизни используются отношения предпочтения и неразличимости по нескольким показателям. Пусть заболевание пациента ае А характеризуется п показателями fI(a),...,f„(a). Будем считать, что

aRb^(f1(a),...,fn(a))>(f1(b),...,fn(b))^fi(a)>fi(b) (i=l,...,n)

Обозначим через R1 линейный квазипорядок, порождаемый показателем f¡: (a,b)eRW¡(a)>f¡(b). Тогда

R=RInR2n...nR". (8)

Если состоянию пациента соответствуют отношения Rk (keK) на множестве клинических проявлений А, то эти отношения не обязательно будут бинарными. Например, при измерении предпочтения R может состоять из тех и только тех упорядоченных четверок (a,b,c,d), для которых а более предпочтительно по сравнению с Ь, чем с по сравнению с d. В этом случае

RcAxAxAxA=A4.

Во врачебной практике могут быть применены разные модели нечеткого логического вывода: модель классификации, модель вычисления степени истинности нечетких правил вывода, ситуационная модель принятия решений.

Известен подход к разработке моделей принятия решений, в- которых принимается решение на основе анализа реальных нечетких ситуаций и сопоставления их с эталонными нечеткими ситуациями. Данные нечеткие ситуации определяют эксперты и им сопоставляют решения.

Применительно к врачебной практике задача сводится к сопоставлению реального состояния пациента с эталонными состояниями и определению наиболее близкого эталонного состояния. Согласно этой нечеткой эталонной ситуацией принимается решение, например, постановка диагноза заболевания или выбор назначений. Суть работы модели отображена на рис. 2

ь2 ьга

Эталонные ситуации определены множеством в* = {§,",§¡,...,8^},

множество решений состоит из элементов Ь1,Ь2,...,Ьт. Нечеткая ситуация 8 это нечеткое множество второго уровня, которое применимо для описания состояния пациента: § = {< (а,)/а; >},а, е А, где а,, (1 = МО, ¡-я

лингвистическая переменная, характеризующая ¡-ю компоненту нечеткого состояния §. Состояние пациента характеризуется некоторой реальной нечеткой ситуацией Б,. Врачами-специалистами для принятия решений

задаются эталонные нечеткие ситуации в*. Для определения близости реальных и нечетких эталонных ситуаций необходимо применять операции из нечеткой логики.

Методом экспертного опроса определяется количество нечетких эталонных ситуаций в,*,в,,...,. Для каждой нечеткой ситуации экспертами задаются значения степеней принадлежности нечетких множеств (оц), определенных

для соответствующих лингвистических переменных.

В результате проведенных экспертных опросов получим: п - число лингвистических переменных, характеризующих состояние организма; множество лингвистических переменных; заданные нечеткие множества; заданные нечеткие множества второго уровня (множество нечетких эталонных ситуаций) 8" ={§; ={< ц^а^/а, >}}, 1 = М, к = М*.

Может быть, что рассматриваемая реальная нечеткая ситуация Б нечетко неравна ни одной из эталонных нечетких ситуаций Б,*. В этом случае применяется Понятие нечеткой общности ситуаций.

Нечеткое соответствие на элементах множества Б* нечетких эталонных ситуаций и элементах множества Н принятия решений задается в виде тройки множеств Г = (в", Н, Р), в которой Р нечеткое множество в в'хН.

Таким образом, врачами-экспертами определены эталонные ситуации, соответствующие нормальному состоянию пациентов, состояниям при функциональных расстройствах организма, которым сопоставляются в виде нечеткого соответствия принимаемые решения. Преимущество модели состоит в том, что нет необходимости в задании правил выбора решений, что упрощает процедуру наладки модуля принятия решений. Возможны варианты упрощения данной модели, связанные, например, с заданием четкого соответствия между элементами множества эталонных ситуаций и элементами множества принимаемых решений.

В третьем разделе разработан метод информационного обеспечения медицинских учреждений.

Структура информационного обеспечения медицинских учреждений представляет собой комплекс аппаратюг-программных средств, реализующих мультикомпонентную информационную среду, обеспечивающую управление процессами объекта в режиме реального времени при транзакционной обработке данных. При решении задач построения информационных систем применяют нескольких методов, среди которых можно выделить метод «снизу-вверх», метод «сверху-вниз», методы, основанные на принципах «дуализма» и многокомпонентности.

Решение задачи проектирования информационно-управляющей системы предусматривает создание многокомпонентной системы с распределенной базой данных. Этапы проектирования информационной системы регламентированы ГОСТ 34.601-90.

Анализ информационных систем различного назначения показал, что в зависимости от степени использования стандартных понятий, методов и средств существует пять поколений информационных систем управления.

Развитие методов создания информационных систем позволяет осуществить автоматизацию процесса проектирования информационно-управляющей системы медицинского учреждения, поэтому на первом этапе необходимо выполнить анализ средств автоматизации проектирования с целью выбора наиболее подходящих для конкретного проекта.

Особенности информационно-управляющих систем медицинских учреждений формируют требования к методам проектирования и программным инструментальным средствам, а именно:

- прежде, чем создавать информационную систему, необходимо формализовать бизнес-логику медицинского учреждения, а проектирование разбить на этапы анализа, проектирования (определить модули и архитектуру системы), непосредственного кодирования, тестирования и сопровождения;

- определить средства координации и управления коллективом разработчиков;

- необходимо предусмотреть возможность перехода на новые технологии работы, т.к. цикл создания информационной системы сопоставим со временем ее эксплуатации;

- необходимо, чтобы инструментальные средства были достаточно гибкими к изменяющимся требованиям, т.к. может оказаться, что в процессе создания информационной системы изменились внешние условия.

При разработке информационно-управляющих систем медицинских учреждений важно время реализации проекта. Способствующим решением является автоматическая генерация кода приложения (клиентской части) CASE-средствами на основе модели предметной области. Код генерируется на основе модели IDEF1X, то есть на основе реляционной модели данных, которая непосредственно не содержит информацию о бизнес-процессах. Однако генерированный код не может полностью обеспечить функциональность приложения со сложной бизнес-логикой. Существует альтернативная технология кодогенерации, которая лишена этого недостатка - объектно-ориентированное проектирование, реализованное в Rational Rose (Rational Software). Rational Rose - позволяющее строить объектные модели в различных нотациях (ОМТ, UML) и генерировать на основе полученной модели приложения на языках программирования С++, Visual Basic, Power Builder, Java, Ada, Smalltalk и др. Поскольку генерация кода реализована на основе знаний предметной области, а не на основе реляционной структуры данных, полученный код более полно отражает бизнес-логику. Rational Rose поддерживает не только прямую генерацию кода, но и обратное проектирование, то есть создание объектной модели по исходному коду приложения.

Сформулированы следующие требования к информационно-управляющей системе медицинского учреждения: требования к архитектуре, требования к интерфейсу, требования к настраиваемое™, требования к проектированию, требования к СУБД и программному обеспечению.

При разработке модели оценки качества информационно-управляющей • системы вначале следует определить те критерии из вышеперечисленных, оптимизация которых входит в задачу оптимального управления работой учреждения и информационно-управляющей системы. К данным критериям могут быть добавлены показатели, по которым медицинское учреждение отчитывается перед вышестоящими организациями. На примере работы санатория «Красные камни» выбраны следующие:

- кадры санатория;

- повышение квалификации;

- коечный фонд;

- критерии лечебно-диагностической работы;

- пбказатели работы отделения ЛФК;

- частота применения естественных и преформированных лечебных факторов;

- показатели работы стоматологического кабинета;

- показатели работы палаты интенсивной терапии;

- частота вновь выявленных заболеваний.

Для решения задачи структурного оптимального синтеза выбран интегральный критерий. Все способы задания интегрального критерия можно свести к обобщенному виду интегрального критерия:

г !Ь|Г', (9)

Р.

где Г| — критерий; Р0 - эталонное значение эффективности; Ь; - экспертная оценка важности критерия

Формализацию интегрального критерия всегда можно рассматривать, как задание многомерной линейной модели наблюдений

1<|<к |<|<]<к 1<|<)«]<к

где р=(рь Рг,.-> Рп)Т - р-мерный вектор неизвестных параметров (линейных эффектов); {^(х,^,...^)} - известные функции; Ру, - эффекты взаимодействия второго порядка; - эффекты взаимодействия третьего порядка и т.д.

Функцию интегральной оценки эффективности функционирования медицинского _ учреждения определим без учета эффектов взаимодействия, исходя из вида линейной модели наблюдений в следующем виде:

0-2>А+ ¿ь,М+ 1:ьикг1гл+».+ь11„М»Л- (11)

Множество критериев Р^Гь^,...,^} определим, как вектор выходных параметров медицинского учреждения. Для оценки эффективности функционирования медицинского учреждения достаточно ограничиться заданием интегрального критерия вида:

О^Л+ЬА+.-.+ьл. (12)

Каждый из критериев £ представляет собой некоторую математическую модель, описывающую ¡-ой выходной параметр медицинского учреждения. Среди критериев могут быть критерии, имеющие измерение в физических единицах, а также качественные критерии, имеющие вербальное определение.

Модель принятия решений относительно состояния пациента состоит из двух блоков: блок ввода эталонных ситуаций и формирования решений для этих ситуаций и блок непосредственного принятия решений относительно состояния пациента, как показано на рис. 3.

Блок ввода эталонных ситуаций и принятия решений необходим врачам-экспертам для введения эталонных ситуаций и решений для каждой из них. Учитывается, что каждый эксперт видит свое решение для ситуации и задача алгоритма блока — формирование некоего симбиоза решений врачей-экспертов.

Рис. 3

Алгоритм работы блока принятия решений о состоянии пациента и формирования назначений предусматривает опрос пациента с применением формализованных анкет, учитывает объективные данные пациента (температура, давление, результаты лабораторных исследований и т.д.) и выбирает наиболее подходящую ситуацию из списка эталонных ситуаций и соответственно решение к ней. Обратной связью является информация о динамике состояния пациентов для модификации решений эталонных ситуаций.

В четвертом разделе в рамках разработки структурной модели и интеллектуальных модулей информационной системы' выполнена формализация вектора конструктивных параметров пациента. Компоненты вектора конструктивных параметров пациента, как описание состояния пациента могут быть формализованы в виде трех видов параметров: численные, множественные и вербальные, как показано на рис. 4.

Рис. 4

При разработке баз знаний и баз данных модулей принятия решений была рассмотрена структура модулей принятия решений, методы организации знаний

в рабочей памяти, методы организации знаний в базе данных. Основными результатами явились разработка структуры базы знаний и структуры физических таблиц, составляющих базу знаний.

При описании подхода к разработке модулей принятия решений рассмотрен пример задания вектора входных параметров, состоящего из четырех элементов - физическая активность, индекс массы тела, количество выкуриваемых сигарет и возраст рассматриваемого пациента и одним выходным параметром -степенью риска заболевания болезнями сердечно-сосудистой системы.

При проектировании модуля идентификации граничных состояний определено понятие граничного состояния пациента, поставлена задача проектирования данного модуля. Осуществлено содержательное описание модели модуля и обозначен общий алгоритм его работы. Также в разделе представлены экранные формы разработанного программного продукта.

Заключение содержит выводы о работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В диссертационной работе осуществлено развитие методов применения моделей искусственного интеллекта, группового принятия решений и метода проектирования информационной системы для врачебной деятельности.

В ходе проведенных исследований получены следующие основные научные теоретически и практически значимые результаты:

1. Метод структурирования целей,, позволяющий выбирать варианты структуры информационной системы, методы оценки, метод разработки информационной, модели, отличающийся систематизацией результатов опроса экспертов и алгоритмизацией информационных потоков и обработки информации и наиболее подходящий для соответствующего периода развития медицинского учреждения;

2. Теоретико-множественная модель принятия решений, отличающаяся применением концепций сложных систем в медицинской практике, формализацией параметров модели принятия решений в виде нечетких интервалов и лингвистических переменных, получением решения, как из группового процесса принятия решения, так и в виде логического вывода при применении методов искусственного интеллекта;

3. Метод разработки информационного обеспечения медицинских учреждений, отличающийся тем, что на основе метода структурирования цели определяются этапы разработки информационного обеспечения, совокупность инструментальных средств информационных структур, а также выполняется разработка алгоритмов функционирования информационных структур медицинских учреждений.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ

1 Макаров С.С., Жидкова Т.З., Косенко Е.Ю., М.В.Зиборов, Финаев В.И. Моделирование и информационное обеспечение медицинских учреждений. — М.: МГУП, 2005. — 210 с.

2. Макаров С.С., Финаев В.И., Зиборов М.В. Задачи проектирования медицинской информационной системы//Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Интеллектуальные САПР». Материалы Международной НТК «Интеллектуальные САПР». - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. № 3 (38). - 308 с.

3. Зиборов М.В., Макаров С.С. Анализ оценок моделей группового принятия решений в медицинской практике//Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Интеллектуальные САПР». - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. № 1, (347). - 234 с.

4. Финаев В.И., Макаров С.С., Зиборов М.В., Жидкова Т.З. Обработка информации в информационных системах санаторно-курортных учреждений//Известия ТРТУ. Тематический выпуск: Материалы Всероссийской НТК с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении»,- Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. № 1 (45).- 207 с.

5. Финаев В.И., Зиборов М.В., Макаров С.С. Проектирование телемедицинских систем//Материалы всероссийской научной конференции с международным участием «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения». — Таганрог: ТРТУ, 2003

6. Зиборов М.В., Финаев В.И. Информационно-управляющие системы в медицинских учреждениях// Материалы Всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XI Туполевские чтения», Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. 8-10 октября 2003 г.

7. Зиборов М.В., Макаров С.С., Финаев В.И. Информационно-управляющая система санатория «Красные камни»//Сборник тезисов докладов XVI Всероссийской НТК студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании", Рязань, РГГА, 2003.

8. Зиборов М.В., Жидкова Т.З., Макаров С.С. Системная диагностика и выбор метода лечения//Материалы международной научной конференции «Системный подход в науке о природе, человеке и технике» - часть 2 —' Таганрог: ТРТУ, 2003

9. Макаров С.С., Финаев В.И., Зиборов М.В. Аналитические аспекты проектирования информационной системы для санатория//Материалы международной научной конференции «Анализ и синтез как методы научного познания». Часть 2. - Таганрог: ТРТУ, 2004.

10. Зиборов М.В., Макаров С.С. Информационный анализ пациента в лечебной практике//Материалы международной научной конференции «Информационный подход в естественных, гуманитарных и технических науках». 4.2 - Таганрог, ТРТУ, 2004

П.Зиборов М.В. Модель принятия решений относительно состояния пациента в медицинской практике//Магершлы II Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Инфсрмационные.техшлогии, системный атлш и управление». - Таганрог, ТРТУ, 2004.

12. Косенко Е.Ю., Зиборов М.В., Финаев В.И. Оптимизация распределенных информационно-управляющих систем//Материалы 10-й Международной НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Тез. докл. в 3-х т. - М.: Издательство МЭИ, 2004, Т.1.

13. Финаев В.И., Зиборов М.В., Макаров С.С. Информационные сети лечебных учреждений, автоматизированные рабочие места врача и регистратора//Материалы XVII Всероссийской НТК студентов, молодых ученых и специалистов «Биомедсистемы - 2004» - Рязань.

14. Зиборов М.В., Макаров С.С. Требования к распределенной информационной системе учреждений санаторно-курортного назначения//Материалы XVIII Всероссийской НТК студентов, молодых ученых и специалистов «Биомедсистемы - 2005» - Рязань.

15. Зиборов М.В., Финаев В.И., Макаров С.С. Организационная структура информационной медицинской системы//Материалы международной научной конференции «Цифровые методы и технологии» - часть 2 - Таганрог: ТРТУ, 2005.

16. Зиборов М.В. Структуризация цели проектирования информационной системы для санаторно-курортных учреждений//Известия ТРТУ. Тематический выпуск: Материалы Всероссийской НТК с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении». - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. № 1 (45). - 207 с.

17. Зиборов М.В., Макаров С.С. Теоретико-множественные модели принятия решений в медицинской практике//Известия ТРТУ. Специальный выпуск. Материалы Ы НТК профессорско-преподавательского "состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. № 9 (53) - 332 с.

Лично автором в работах [1, 3, 8, 11, 17] были предложены модели принятия решений относительно состояния пациента и выбора стратегии лечения при определенной нозологии, в работах [6,7] описаны общие концепции медицинских информационных систем, в работах [2, 5, 9, 12, 14] обозначены основные задачи проектирования медицинских информационных систем, в работах [4, 10] предложен подход к информационному описанию основных объектов и к методам обработки информации, в работе [13] предложена структура АРМ врача и регистратора, в работе [15] предложена организационная структура информационной системы, в работе [16] предложен метод структуризации цели проектирования информационной системы.

Соискатель

М.В.Зиборов

Типография Таганрогского государственного радиотехнического университета, заказ № , тираж 100 экз. 2006 г.

Тип.ТРТУ Заказ №-?£5тир./<?&>кз.

1. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ФОРМАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

МЕДИЦИНСКОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

1.1. Системность и закономерности медицинских учреждений

1.2. Задачи целеобразования

1.3. Задача разработки моделей объектов

1.4. Информационная модель

1.5. Метод разработки информационной модели

1.6. Выводы

2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИКО-МНОЖЕСТВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

2.1. Формализация параметров модели принятия решений

2.2. Описание процесса группового принятия решений

2.3. Виды оценок

2.4. Квазисерии в теоретико-множественной модели группового принятия решений

2.5. Отношения неразличимости в модели группового принятия решений

2.6. Кардинальные предпочтения в модели группового принятия решений

2.7. Модели принятия решений с применением методов искусственного интеллекта

2.8. Выводы

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКИХ УЧРЕЖДЕНИЙ 97 3.1. Этапы разработки информационного обеспечения медицинских учреждений

3.2. Выбор инструментальных средств информационных структур обеспечения медицинских учреждений

3.3. Разработка требований к информационно-управляющей системе

3.4. Разработка метода оценки качества информационной системы

3.5 Разработка алгоритмов функционирования информационных структур медицинских учреждений

3.6 Выводы

4. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ

ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

4.1. Формализация вектора конструктивных параметров пациента

4.2. Базы знаний и базы данных модулей принятия решений

4.3. Разработка модулей принятия решений

4.4. Модули идентификации граничных состояний

4.5. Выводы

В современных условиях оказание услуг пациентам медицинских учреждений осуществляется при непрерывном развитии информационных технологий, оснащением медицинских учреждений новыми приборами и устройствами, интерфейс которых позволяет объединять эти системы с ЭВМ в одно целое. Развитие медицинской техники и технологий обслуживания пациентов должно находить свое отражение во всех сферах деятельности медицинских учреждений в виде создания и внедрения специализированных медицинских программ, проектов комплексной автоматизации медицинских учреждений, внедрением телемедицинских технологий [104].

Интенсификация работы медицинского персонала, внедрение современных медицинских технических устройств приводит к увеличению объема информации, который должен обрабатывать медицинский работник. Это свидетельствует в пользу необходимости применения специальных программных систем для решения самых разных задач в медицинских учреждениях, начиная от простых хозяйственных задач и кончая сложными задачами принятия решений, связанными с управлением медицинским учреждением или идентификации состояния пациентов.

При разработке информационно-управляющих систем медицинских учреждений появляются задачи оптимального проектирования, эффективной разработки унифицированного программного продукта, разработки моделей и методов программных средств обработки данных и знаний. Разработка новых подходов к структуризации и обработке информации направлена в конечном итоге на обеспечение высокого уровня медицинских услуг, оказываемых пациентам медицинских учреждений.

Актуальность направленности диссертации обосновывается также тем, что в настоящее время Россия переживает сложный период, качество жизни среднего гражданина России ниже, чем в странах, которые принято называть развитыми. Существует необходимость эффективного развития ряда первоочередных областей производства и обслуживания, к одной из которых принадлежат медицинские учреждения.

Необходима, с целью повышения скорости и качества оказания медицинских услуг, разработка средств выражения медицинской информации и средства для ее обработки и передачи, отвечающих международным стандартам. Данная задача относится к классу сложных и трудноформализуемых задач, решение которых связано с применением как формальных, так и эвристических подходов к разработке моделей, адекватно описывающих процессы медицинской деятельности, процессы сбора, обработки, хранения и передачи информации, а также проектированием специальных программных систем для всесторонней информатизации деятельности медицинских учреждений.

Известны работы [1-11], в которых осуществлена формализация медицинской информации, методов диагностирования состояний пациентов, способов проектирования информационно-управляющих систем для медицинских учреждений.

На сегодняшний день Ассоциацией развития медицинских информационных технологий зарегистрировано 347-ми фирм-разработчиков и 826-ти разработках в области медицинских информационных технологий [12]. Решаются задачи создания медицинского информационного пространства среди медицинских структур, объединенных по каким либо признакам или административно, например создания информационного пространства между несколькими поликлиниками, стационарами и санаториями, подотчетными одному крупному промышленному предприятию или административному региону.

Задача информатизации в медицинских учреждениях успешно решена на уровне финансового управления, бухгалтерского учета, имеются системы для составления отчетов медицинской статистики. Однако в настоящее время отсутствует интегрированная информационно-управляющая система, на основе интегрированной базы данных могла решать задачу полной автоматизации деятельности медицинских учреждений с предоставлением возможности интеграции в сети России и в международные вычислительные сети.

Для разработки специальных программных систем, проектирования информационно-управляющих систем медицинского назначения применяются методы системного анализа, эффективные для решения задач управления в самых различных областях, включая исследование и моделирование функционирования медицинских учреждений. Исследование функционирования медицинских учреждений в рамках диссертационной работы осуществляется на основе методологии системного анализа [10, 11, 13 -19], который объединяет формальные и эвристические подходы, и имеет в своем арсенале много математических методов.

Применительно к задачам информатизации медицинских учреждений очевидна необходимость развития методов системного анализа в направлении разработки новых методов моделирования процессов функционирования медицинских учреждений, разработки методов принятия решений в задачах медицинского персонала. Особенностью данных задач являются трудности формализации параметров пациентов, априорная неопределенность при принятии решений, что требует применения методов искусственного интеллекта для решения поставленных задач.

В практике медицинской деятельности формализация параметров задач не всегда может быть четко определенной и «измеримой» в физических единицах. Параметры могут быть определены в виде совокупности качественных показателей, формализация которых возможна только методами теории нечетких множеств, с применением знаний экспертов. Задачи принятия решений также решаются, как задачи ситуационного управления с применением методов нечеткой логики, теории искусственного интеллекта [11].

Значительный вклад в развитие теории искусственного интеллекта внесли такие известные ученые, как Заде JI.A,, Дюбуа Д, Ягер Р.Р, Аверкин А.Н., Батыршин И.З, Берштейн Л.С., Борисов H.A., Мелихов А.Н., Сугено М., Тарасов Б.Н, Тэрано Т., Ульянов C.B. и многие другие.

Анализ имеющегося теоретического и практического материала в области разработки моделей принятия решений и методов проектирования программного обеспечения медицинских информационных систем, анализ возможностей методов системного анализа, ситуационных систем позволил выявить аспекты теоретических изысканий для задач формализации информационных процессов в медицинских учреждениях, формализации врачебной деятельности и построения специальных программных систем для информационного обеспечения работы медицинских учреждений.

Диссертация посвящена разработке методов системного анализа, моделей принятия решений, направленных на разработку специальных программных систем, предназначенных для задач проектирования медицинских информационных систем в условиях неполной априорной информации. Это определяет и подтверждает актуальность исследований диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является разработка методов системного анализа, моделей принятия решений и специальных программных систем для медицинских учреждений в условиях частичной неопределенности, при нечетком задании параметров объектов.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

-разработка концепции моделирования медицинского учреждения, и принципов построения информационной модели;

- разработка метода формирования и анализа структур целей;

- разработка метода построения информационной модели;

- формализация процесса группового принятия решений и разработка модели группового принятия решений;

- разработка моделей принятия решений с применением методов искусственного интеллекта;

-разработка информационных структур и инструментальных средств обеспечения медицинского учреждения

- разработка алгоритмов функционирования информационных структур медицинских учреждений;

- разработка баз знаний и баз данных модулей принятия решений;

-разработка модулей принятия решений и модулей идентификации граничных состояний.

Объектами исследования являются информационные процессы медицинских учреждений, в частности, учреждений санаторно-курортного назначения, процессы управления учреждениями и процессы врачебной деятельности.

Математическими методами исследования являются принципы разработки специальных программных систем, теория построения нечетких ситуационных моделей, методы системного анализа, теории вероятностей и математической статистики, методы функционального анализа, теория нечетких множеств и теория нечеткой логики, а также методы проектирования информационно-управляющих систем.

Методологическую основу работы составляет концепция системности, суть которой - представление и исследование объектов медицинских учреждений, а также информационных процессов в системном аспекте. Объекты рассматриваются одновременно, как одно целое (система) и функционирующие, как самостоятельные объекты, но в тесном информационном взаимодействии друг с другом и внешней средой. В экспериментальных исследованиях применялось моделирование на ЭВМ.

Поставленная цель диссертационной работы и сформулированные в соответствии с целью задачи позволили получить новые научные результаты в области разработки-специальных программных систем для медицинских учреждений, а также моделей принятия решений в условиях частичной неопределенности.

Новыми научными результатами диссертационной работы, выносимыми на защиту, являются:

- метод структурирования, отличающийся декомпозицией глобальной цели до уровня задач, решаемых подразделениями учреждения, что предусматривает возможность выбора варианта структуры и методов его оценки, разработкой информационной модели, отличающийся систематизацией результатов опроса экспертов и алгоритмизацией информационных потоков и обработки информации и наиболее подходящей для соответствующего периода развития медицинского учреждения;

-теоретико-множественная модель принятия решений, отличающаяся применением концепций сложных систем в медицинской практике, формализацией параметров модели принятия решений в виде нечетких интервалов и лингвистических переменных, получением решения, как из группового процесса принятия решения, так в виде логического вывода при применении методов искусственного интеллекта;

- метод разработки информационного обеспечения медицинских учреждений, отличающийся тем, что на основе метод структурирования цели определяется этапы разработки информационного обеспечения, совокупность инструментальных средств информационных структур, а также выполняется разработка алгоритмов функционирования информационных структур медицинских учреждений.

Практическая ценность результатов исследований состоит в применении полученных результатов для создания специальных программных систем для медицинских учреждений, а также моделей принятия решений для применения новых информационных технологий в медицинской практике.

Диссертационная работа состоит из четырех разделов, заключения и приложений.

В первом разделе диссертации разработан системный подход к исследованию медицинского учреждения, отличающийся системным определением учреждения, структурированием цели на основе системных методов, формального задания моделей в виде функций переходов и функций выходов.

Рассмотрена классификация медицинских учреждений, закономерности медицинских учреждений. Предложен обобщенный метод формирования и анализа структур целей и функций, отличающийся декомпозицией глобальной цели до уровня задач, решаемых подразделениями учреждения, что предусматривает возможность выбора варианта структуры и методов его оценки, наиболее подходящей для соответствующего периода развития медицинского учреждения. Введено понятие вектора конструктивных параметров медицинского учреждения.

Рассмотрены принципы построения информационной модели, задачи управления медицинским учреждением, структурный анализ медицинского учреждения. Разработан метод разработки информационной модели, отличающийся систематизацией результатов опроса экспертов и алгоритмизацией информационных потоков и обработки информации.

Во втором разделе диссертации предложена теоретико-множественная модель принятия решений, отличающаяся применением концепций сложных систем в медицинской практике, формализацией параметров модели принятия решений в виде нечетких интервалов и лингвистических переменных, получением решения, как из группового процесса принятия решения, так в виде логического вывода при применении методов искусственного интеллекта.

Модель представлена в виде системы, взаимодействующей с внешней средой, определено задание параметров модели с применением возможности использования нечетких интервалов, лингвистических и нечетких переменных.

Формализован процесс группового принятия решений, рассмотрены различные виды оценок, которые могут быть использованы в процессе группового принятия решений, формализовано применение квазисерий в теоретико-множественной модели группового принятия решений в медицинской практике. Описаны основные методы экспертного оценивания, которые предлагается использовать в процессе группового принятия решений в медицинской практике: непосредственная оценка в выбранной бальной шкале, вероятностное оценивание по фон Нейману-Моргенштерну, способ упорядочения разностей и способ упорядочения сумм. Рассмотрены модели принятия решений с применением методов искусственного интеллекта: модель классификации, модель вычисления степени истинности нечетких правил вывода и ситуационная модель принятия решений.

В третьем разделе диссертации предложен метод разработки информационных структур обеспечения медицинских учреждений. Согласно требованиям системного подхода разработаны этапы информационного обеспечения медицинских учреждений. Разработаны требования к информационно-управляющей системе - архитектуре, процессу проектирования, интерфейсу, критерии выбора системы управления базами данных, соответствующие и направленные на решение задачи проектирования информационно-управляющей многокомпонентной системы с распределенной базой данных. Определены качественные критерии информационных структур для оценки качества информационной системы, предложен интегральный критерий качества информационно-управляющей системы на примере процесса проектирования медицинской информационной системы в санатории «Красные камни». Разработаны алгоритмы функционирования информационных структур медицинских учреждений и работы с пациентом.

В четвертом разделе диссертации предложена формализация вектора конструктивных параметров пациента, который по содержанию разделен на актуальную и архивную информацию о пациенте. Актуальная информация декомпозирована на паспортную, статистическую, страховую и медицинскую информацию, архивная информация на историю болезни, медицинскую карту амбулаторного больного, санаторно-курортную карту и прочие медицинские записи.

Разработана структура модулей принятия решений, определены методы организации знаний в рабочей памяти, разработаны структуры базы знаний и структуры физических таблиц, составляющих базу знаний. Рассмотрен пример с заданием вектора конструктивных параметров и продемонстрирован инструментарий ввода экспертной составляющей модуля принятия решений относительно состояния пациента - формы ввода лингвистических переменных, которые составляют вектор входных и выходных параметров и таблица правил.

Разработан модуль идентификации граничных состояний, выполнено его содержательное описание модели модуля и определен алгоритм работы.

Заключение содержит выводы о работе.

В приложениях приведены формы и описание разработанного программного приложения АРМа врача и формализованный по органам и системам опросник для регистрации жалоб пациента, анамнеза жизни, анамнеза заболевания и проведения клинического осмотра.

Результаты работы внедрены:

- в ФГУ санаторий «Красные камни»;

- ЛПУ г. Таганрога МУЗ «Детская городская больница»

-в госбюджетной НИР 12108 «Разработка методов моделирования и проектирования программно-аппаратных средств распределенных информационно-управляющих систем»;

- в учебном процессе на кафедре систем автоматического управления Таганрогского государственного радиотехнического университета.

Основные результаты докладывались и обсуждались на всероссийской научной конференции с международным участием «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения». (Таганрог, 2003), XVI Всероссийской НТК студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании", (Рязань, 2003), международной научной конференции «Системный подход в науке о природе, человеке и технике» (Таганрог, 2003), всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XI Туполевские чтения», (Казань 2003 г.), международной научной конференции «Анализ и синтез как методы научного познания». (Таганрог,

2004), международной научной конференции «Информационный подход в естественных, гуманитарных и технических науках». (Таганрог, 2004), II Всероссийской научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Информационные технологии, системный анализ и управление». (Таганрог, 2004), международной научно-технической конференции «Интеллектуальные САПР». (Таганрог, 2004), всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении». (Таганрог, 2005), Ы научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТРТУ (Таганрог, 2005), XVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Биомедсистемы - 2005» (Рязань 2005), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении». (Таганрог,

2005), международной научной конференции «Цифровые методы и технологии» (Таганрог, 2005), 10-й Международной НТК студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика»,

По теме диссертации опубликованы: монография в соавторстве, три статьи и тринадцать тезисов докладов на научных конференциях разного уровня.

Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично.

Диссертация содержит 177 страниц машинописного текста, включая введение, четыре раздела, заключение, приложение на 29 страницах, список литературы из 105 наименований на 10 страницах, 14 таблиц, 93 рисунка.

Результаты работы внедрены при выполнении в Таганрогском государственном радиотехническом университете НИР «Разработка и исследование методов аналитического синтеза интеллектуальных систем принятия решений и многокритериального управления в условиях неопределенности на основе современных информационных технологий», «Разработка методов моделирования и проектирования программно-аппаратных средств распределенных информационно-управляющих систем», в ФГУ санаторий «Красные камни», а также в учебном процессе на кафедре систем автоматического управления Таганрогского государственного радиотехнического университета.

АКТ

Разработка моделей принятия решений и методов проектирования программного обеспечения медицинских информационных систем» на соискание ученой степени кандидата технических наук Зиборова Максима Валерьевича

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс при постановке курсов «Моделирование систем», «Автоматизированные информационно-управляющие системы».

Разработанные методические материалы применяются при постановке лабораторных работ, при курсовом и дипломном проектировании.

Зав.зав.кафедрой САУ по научной работе, д.т.н., профессор

С.Г.Крутчинский

АКТ о внедрении результатов диссертации «Разработка моделей принятия решений и методов проектирования программного обеспечения медицинских информационных систем» на соискание ученой степени кандидата технических наук Зиборова Максима Валерьевича

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Зиборова М.В. внедрены при выполнении хоздоговорной НИР «Разработка методов моделирования и проектирования программно-аппаратных средств распределенных информационно-управляющих систем», шифр 12108, выполняемой Таганрогским радиотехническим университетом.

Начальник отдела тематического планирования, прогнозирования и экономического обеспечения НИОКР

Гузик С.И.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Увеличение объема информации, который должен обрабатывать медицинский работник ставит задачи применения специальных программных систем для решения самых разных задач в медицинских учреждениях. Особую важность имеют задачи, связанные с управлением медицинскими учреждениями, обслуживанием пациентов.

Разработка информационно-управляющей системы медицинских учреждений связана с решением задач моделирования, оптимального проектирования, разработки методов обработки данных и знаний. Задачи относятся к классу трудноформализуемых задач, решение которых связано с применением моделей, адекватно описывающих процессы медицинской деятельности, процессы сбора, обработки, хранения и передачи информации, а также проектированием специальных программных систем.

Так как параметры задач не всегда может быть четко определены в физических единицах, то формализация возможна методами теории нечетких множеств, с применением знаний экспертов. Задачи принятия решений решаются, как задачи ситуационного управления с применением методов нечеткой логики, теории искусственного интеллекта.

Тема диссертации актуальна, так как посвящена разработке методов системного анализа, моделей принятия решений и специальных программных систем для медицинских учреждений в условиях частичной неопределенности, при нечетком задании параметров объектов.

В диссертационной работе решена поставленная научная задача: разработаны модели принятия решений и методы проектирования программного обеспечения медицинских информационных систем. Проведенный в работе анализ существующих медицинских информационных систем выявил ряд недостатков, основными среди которых являются отсутствие интеллектуальной составляющей, вследствие чего эти системы не могут в полной мере оказать информационную поддержку сотрудникам медицинского учреждения, а также жесткая привязка к типу учреждения, что не позволяет адаптировать систему к другим медицинским учреждениям. На основании различных требований, предъявляемых к информационным системам и к информационным потокам медицинских учреждений, построена модель информационной системы медицинского учреждения. Предлагаемые модели отличаются от существующих отсутствием привязки к типу медицинского учреждения, специальности врача, который проводит прием пациента и наличием интеллектуальной составляющей в модулях оценки состояния пациента.

В работе выполнена сравнительная оценка схожих по функциям медицинских информационных систем с разработанной системой и построена модель оценки качества медицинской информационной системы. Полученные оценки были подтверждены результатами тестирования программных модулей информационной системы, разработанной на базе созданных моделей с использованием разработанного подхода, что позволяет сделать вывод о возможности практической реализации предложенной модели в российских медицинских учреждениях.

Получены новые научные результаты:

-метод структурирования, отличающийся декомпозицией глобальной цели до уровня задач, решаемых подразделениями учреждения, что предусматривает возможность выбора варианта структуры и методов его оценки, разработкой информационной модели, отличающийся систематизацией результатов опроса экспертов и алгоритмизацией информационных потоков и обработки информации и наиболее подходящей для соответствующего периода развития медицинского учреждения;

-теоретико-множественная модель принятия решений, отличающаяся применением концепций сложных систем в медицинской практике, формализацией параметров модели принятия решений в виде нечетких интервалов и лингвистических переменных, получением решения, как из группового процесса принятия решения, так в виде логического вывода при применении методов искусственного интеллекта;

- метод разработки информационного обеспечения медицинских учреждений, отличающийся тем, что на основе метод структурирования цели определяется этапы разработки информационного обеспечения, совокупность инструментальных средств информационных структур, а также выполняется разработка алгоритмов функционирования информационных структур медицинских учреждений.

Для получения новых научных результатов в диссертационной работе решены следующие задачи:

-разработана концепция моделирования медицинского учреждения, и принципов построения информационной модели;

- разработан метод формирования и анализа структур целей;

- разработан метод построения информационной модели;

- выполнена формализация процесса группового принятия решений и разработка модели группового принятия решений;

- разработаны модели принятия решений с применением методов искусственного интеллекта;

-разработана информационная структура и выбраны инструментальные средства обеспечения медицинского учреждения

-разработаны алгоритмы функционирования информационных структур медицинских учреждений;

- разработаны базы знаний и базы данных модулей принятия решений;

- разработаны модули принятия решений и модули идентификации граничных состояний.

1. Ветитнев A.M. Маркетинг санаторно-курортных услуг. М.: Медицина, 2001.-224 с.

2. Гельман В.Я. Компьютерный анализ медицинских данных. СПб.: СПбМАТО, 1998.-57 с.

3. Информатика и системы управления в здравоохранении/Под ред. Хай Г.А. СПб.: СПбМАТО, 1998. - 130 с.

4. Гасников В.К. Основы научного управления и информатизации в здравоохранении. Ижевск: «Вектор», 1977 - Й69 с.

5. Щепин O.A., Стародубов В.И., Линденбратен А.Л., Галанова Г.И. Методологические основы и механизмы обеспечения качества медицинской помощи. -М.: Медицина, 2002. 176 с.

6. Голухов Г.Н., Мешков H.A., Шиленко Ю.В. Медико-производственный комплекс: современное состояние и перспективы развития/Под ред. В.К. Леонтьева и В.З. Кучеренко. М.'Алтус, 1998. - 470 с.

7. Рогозов Ю.И., Курбатов В.А., Соловьев А.Б. Комплексная система автоматизации деятельности санаториев. Журнал «Здравоохрание», №7. Москва, Изд-во Министерства здравоохранения, 2001. С. 173-177.

8. Рогозов Ю.И., Шаповалов В.Г. К вопросу об автоматизированном рабочем месте. Журнал «Новые информационные технологии в здравоохранении», №4. г. Казань, 2001.

9. Макаров С.С., Финаев В.И. Системные методы в задачах санаторно-курортных учреждений. Таганрог: ТРТУ, 2003. - 149 с.

10. Макаров С.С., Жидкова Т.З., Косенко Е.Ю., М.В.Зиборов, Финаев В.И. Моделирование и информационное обеспечение медицинских учреждений. М.: МГУП, 2005. - 210 с.

11. Михаил Эльянов Медицинские информационные технологии. Каталог. Выпуск 5.

12. Квейд Э. Анализ сложных систем. М.: Сов. радио, 1969. - 520 с.

13. Янг С. Системное управление организацией. М.: Сов. радио, 1972. -455 с.

14. Боулдинг К. Общая теория систем скелет науки//Исследования по общей теории систем. - М.: Прогресс, 1969. - С. 106-124.

15. Перегудов Ф.И., Тарасенко В.П. Введение в системный анализ. -М.: Высш. шк., 1989.-367 с.

16. П.Волков В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. Спб.: Издательство СПБГТУ, 1997. -510 с.

17. Месарович М., ТакахараИ. Общая теория систем: математические основы. М.: Мир, 1978. - 311 с.

18. УемовА.И. Системный подход и общая теория систем. М.: Мысль, 1978.-204 с.

19. Приказ Министерства здравоохранения России №395от 3 ноября 1999 г.

20. Садовский В.Н. Основания общей теории систем: Логико-методологический анализ. М.: Наука, 1974. - 279 с.

21. Теория систем и методы системного анализа в управлении и связи / В.Н. Волкова, В.А. Воронков, А.А.Денисов и др. М.: Радио и связь, 1983. -248 с.

22. Макаров С.С., Финаев В.И., Зиборов М.В. Аналитические аспекты проектирования информационной системы для санатория//Материалымеждународной научной конференции с «Анализ и синтез как методы научного познания». Часть 2. Таганрог: ТРТУ, 2004.

23. Свидерский В.М. Диалектика и логика научного познания. Элементы и структура как категория диалектики М.: Наука, 1966.- 320 с.

24. Исследования по общей теории систем: Сб. переводов/Под ред. В.Н. Садовского и Э.Г. Юдина. М.: Прогресс, 1969. - 520 с.

25. Берталанфи JI. фон. История и статус общей теории систем// Системные исследования: Ежегодник, 1972. М.: Наука, 1973. - С. 20-37.

26. Абрамова Т.Н. Целостность и управление. М.: Наука, 1974. - 248 с.

27. Лоскутов А.Ю., Михайлов A.C. Введение в синергетику. М.: Наука, 1990. - 272 с.

28. Форрестер Дж. Мировая динамика. М.: Наука, 1978. - 167 с.

29. Форрестер Дж. Основы кобернетики предприятия. М.: Прогресс, 1971.-340 с.

30. Волкова В.Н., Темников Ф.Е. Методы формализованного представления (отображения) систем: Текст лекций. М.: ИПКИР, 1974. -114 с.

31. Канторович Л.В. Экономический расчет наилучшего использования ресурсов. М.: Изд-во АНСССР, 1960. - 347 с.

32. Лопухин М.М. ПАТТЕРН метод планирования и прогнозирования научных работ. - М.: Сов радио, 1971. - 160 с.

33. Черняк Ю.И. Информация и управление. М.: Наука, 1974. - 184 с.

34. Системный анализ в экономике и организации производства: Учебник для студентов вузов/Под ред. С.А.Валуева, В.Н. Волковой. JL: Политехника, 1991. - 398 с.

35. Голубков Е.П. Использование системного анализа в принятии плановых решений. М.: Экономика, 1982. - 160 с.

36. Бусленко Н.П. Моделирование систем. М.: Наука, 1978.

37. Советов Б.Я. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 1985.

38. Финаев В.И. Моделирование при проектировании информационно-управляющих систем. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002.

39. Бурбаки Н. Теория множеств. -М.: Мир, 1965.-455 с.

40. Финаев В.И. Введение в теорию множеств. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 38 с.

41. Зиборов М.В., Макаров С.С. Информационный анализ пациента в лечебной практике//Материалы международной научной конференции «Информационный подход в естественных, гуманитарных и технических науках». 4.2 Таганрог, ТРТУ, 2004

42. Калянов Г.Н. CASE технологии консалтинг в автоматизации бизнес процессов. 3-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002. - 320 с.

43. Аверкин А.Н. и др. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта./Под редакцией Поспелова Д.А. М.: Наука, 1986.-312 с.

44. КофманА. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982.-432 с.

45. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения/Под ред. Р. Ягера. М.: Радио и связь, 1986. - 391 с.

46. Дюбуа Д., Прад. А. Теория возможностей: Пер. с французского В.Б.Тарасова /Под редакцией С.А.Орловского М.: Радио и Связь, 1990. -288 с.

47. Калмыков С.А., Шокин Ю.И., Юлдашев З.Х. Методы интервального анализа. Новосибирск, Издательство «Наука», сибирское отделение, 1986.

48. Борисов А.Н., Алексеев A.B., Меркурьева Г.В., Слядзь H.H., Глушков В.И. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. М.: Радио и связь, 1989.

49. Заде J1. Понятие лингвистических переменных и его применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. - 165 с.

50. Zadeh L.A. Fuzzy logic and approximate reasoning // Synthese, 1975. -V. 80. P.407 428.

51. Борисов A.H., Алексеев A.B., Крумберг O.A. и др. Модели принятия решений на основе лингвистической переменной. Рига, Зинатне, 1982. - 256 с.

52. Мелихов А.Н., Берштейн J1.C., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. М.: Наука, 1990. - 272 с.

53. Saaty T.L. Measuring the fuzziness of sets // Journal of Cybernetics. -1974.-V. 4/-P. 53-61.

54. Браверманн Э.М., Методы экстремальной группировки параметров и задача выделения существенных факторов//Автоматика и телемеханика, 1970, №1

55. Харман Г. Современный факторный анализ. М.: «Статистика»,1972.

56. ЯнчЭ. Прогнозирование научно-технического прогресса. М.: «Прогресс», 1970.

57. Зиборов М.В., Макаров С.С. Анализ оценок моделей группового принятия решений в медицинской практике//Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Интеллектуальные САПР». Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005. № 1, (347). - 234 с.

58. Миркин Б.Г. Проблема группового выбора. М.: «Наука», 1974 г.

59. Фон Нейман Дж., Моргенштерн О. Теория игр и экономическое поведение. М.: «Наука», 1970.

60. Суппес П., Зинес Р., Основы теории измерений. В сб. «Психологические измерения». -М.: «Мир», 1967.

61. Shepard R.N., Metrical structures in ordinal data. J. Mathem. Psych., 3, №2, 1966, 287-315.

62. Клещев A.C. Представление знаний. Методология, формализм, организация вычислений и программная поддержкаШрикл. информатика. -1983. Вып. 1 - с. 49-93.

63. Берштейн JI.C., Карелин В.П., Целых А.Н. Модели и методы принятия решений в интегрированных интеллектуальных системах. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1999. - 278 с.

64. Экспертные системы: принципы работы и примеры/Под ред. Р. Форсайта. М.: Радио и связь, 1987. - 233 с.

65. Берштейн JI.C., Финаев В.И. Адаптивное управление с нечеткими стратегиями. Ростов на-Дону: Изд-во Рост, ун-та, 1993. - 134 с.

66. Мелихов А.Н., БаронецВ.Д. Проектирование микропроцессорных устройств обработки нечеткой информации. Ростов-на-Дону.: Изд-во Ростовского университета, 1990. - 128 с.

67. Берштейн JI.C., Боженюк A.B. Нечеткие модели принятия решений: дедукция, индукция, аналогия. Монография. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2001. -110с.

68. Малышев Н.Г., Берштейн JI.C., Боженюк A.B. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 136 с.

69. Берштейн JI.C., Боженюк A.B. Нечеткий логический вывод на основе определения истинности нечеткого правила modus ропепз//Методы и системы принятия решений. Системы, основанные на знаниях. Рига: РПИ, 1989. С. 74-80.

70. Turksen I. Interval valued fuzzy sets based on normal forms // Fussy Sets a Systems/ 1986. Vol. 20, № 3. P. 191-210.

71. Власов А.И. Лыткин С.Л. Яковлев В.Л. Краткое практическое руководство разработчика информационных систем на базе СУБД Oracle: Библиотечка журнала "Информационные технологии" М.: изд-во Машиностроение, 2000. - 120 с.

72. Черняк Ю.И. Системный анализ в управлении экономикой. -М.: Экономика, 1975.-191 с.

73. Оптнер С. Системный анализ для решения деловых и промышленных проблем. М.: Сов. радио, 1969. - 216 с.

74. Нейбург, Эрик Дж., Максимчук, Роберт, А. Проектирование баз данных с помощью UML. -М.: Издательский дом «Вильяме», 2002.89. www.sql.ru

75. Наталия Елманова «СУБД ведущих производителей» КомпьютерПресс Ю'200291. http://www.olap.ru92. http://www.oracle.com

76. Oracle 8i. Подготовка администраторов баз данных" Джейсон С. Каучмэн и Ульрике Швинн. Издательство "Лори". 2002г.

77. Susan Dray. О важности эргономики. © Interaction, January 1995.

78. Виктор Андреев. О чем надо помнить при разработке пользовательского интерфейса (Памятка по эргономике для разработчика) Usability в России, 2002.

79. Чумаков Н.П., Серебрянный Е.И. Оценка эффективности сложных технических устройств. М.: Сов. Радио, 1980. - 192 с.

80. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1983. - 248 с.

81. Зиборов М.В., Жидкова Т.З., Макаров С.С. Системная диагностика и выбор метода лечения//Материалы международной научной конференции «Системный подход в науке о природе, человеке и технике» часть 2 -Таганрог: ТРТУ, 2003

82. Зиборов М.В., Финаев В.И., Макаров С.С. Организационная структура информационной медицинской системы//Материалы международной научной конференции «Цифровые методы и технологии» -часть 2 Таганрог: ТРТУ, 2005.

83. Финаев В.И., Зиборов М.В., Макаров С.С. Проектирование телемедицинских систем//Материалы всероссийской научной конференции с международным участием «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения». Таганрог: ТРТУ, 2003