автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Региональная информационная система мониторинга показателей индивидуального и общественного здоровья школьников

На правах рукописи

ЛЯДОВ Максим Алексеевич

РЕГИОНАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИНДИВИДУАЛЬНОГО И ОБЩЕСТВЕННОГО ЗДОРОВЬЯ ШКОЛЬНИКОВ

Специальности:

05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации

(информационные технологии) 05.11.17 — Приборы, системы и изделия медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г О НОЯ 2014

005555425 Тамбов 2014

005555425

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ») на кафедре «Биомедицинская техника».

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Фролов Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессор

Истомина Татьяна Викторовна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», зав. кафедрой «Информационные технологии и менеджмент в медицинских и биотехнических системах»

Кутузов Денис Валерьевич,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», доцент кафедры управления качеством

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 25 декабря 2014 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.07 при ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «ТГТУ». Автореферат диссертации размещен на официальных сайтах ФГБОУ ВПО «ТГТУ» http://www.tstu.ru и ВАК Минобрнауки РФ http://www.vak.ed.gov.ru.

Автореферат разослан ноября 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ь Егоров Сергей Яковлевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности. Здоровье детей — это важнейший вопрос будущего нации, одним из способов оценки которого является проведение массового мониторинга состояния здоровья. Мониторинг состояния здоровья может проводиться относительно различных функциональных систем организма и факторов, воздействующих на эти системы. Одной из групп таких факторов, по которым следует проводить мониторинг, являются алиментарные факторы (от лат. alimentum - пища), поскольку повышенные физические и умственные нагрузки во время обучения школьников приводят к увеличению потребления пищевых веществ из-за большого расхода энергии. Совершенствование питания в образовательных учреждениях в настоящее время реализуется экспериментальными проектами Министерства образования и науки России. Чтобы произвести оценку эффективности этих проектов, во многих регионах проводится мониторинг состояния здоровья учащихся, который включает в себя также оценку заболеваемости, связанной с алиментарными факторами.

Вопросами проведения мониторинга здоровья населения, в том числе мониторинга здоровья детей, его методической организацией и технической реализацией занимались российские и зарубежные ученые: Б. А. Кобринский, И. М. Воронцов, В. В. Шаповалов, Ю. М. Шерстюк, В. Р. Кучма, JI. М. Сухарева, И. К. Рапопорт, О. В. Родионов, Е. Н. Коровин, Bärbel-Maria Kurth, Agbessi Amouzou и др.

К настоящему моменту разработано множество информационных систем мониторинга (ИСМ) здоровья детей, различающихся по форме проводимого мониторинга, нозологическим группам и возрастным интервалам. Анализ изученных систем показывает, что большинство из систем мониторинга здоровья детей, производящих интегральную оценку состояния здоровья, предназначены для автоматизации деятельности специалистов лечебно-профилактических учреждений. Подобные системы, как правило, не используются для проведения массового обследования в школьных учреждениях. В то же время зарубежные системы мониторинга здоровья детей в большинстве случаев предназначены для получения обобщенной статистики, позволяющей судить о состоянии развития общества, имея социальную направленность, а не медицинскую.

Таким образом, актуальной задачей является создание на основе методов системного анализа региональной ИСМ здоровья школьников, которая объединит организационную и методическую составляющие, программные и аппаратные средства для сбора, обработки и хранения информации о показателях как индивидуального, так и общественного здоровья детей на уровне образовательного учреждения, муниципальном и региональном уровнях.

Диссертационное исследование проводилось в соответствии с планами работ по государственным контрактам и договорам на выполнение НИР и индивидуальным грантам: стипендия Президента Российской Федерации молодым ученым и аспирантам, осуществляющим перспективные научные исследования по приоритетным направлениям модернизации российской экономики, проект СП-2327.2012.5 «Разработка распределенной системы сбора и экспертной обработки данных состояния здоровья детей Российской Федерации на основе объектно-ориентированной модели оценки здоровья и аппарата реляционной алгебры»; договор № 101207410051-НИ от 07.12.2010 «Исследование и разработка оптимальной архитектуры региональной информационной системы мониторинга здо-

ровья школьников»; государственный контракт № 60к от 26.07.2011 «Разработка информационно-аналитической системы мониторинга здоровья школьников и заболеваемости, связанной с алиментарными факторами»; договор № 57д от 20.09.2011 на внедрение научно-технической продукции; государственный контракт № 0164200003011003783-1 от 19.12.2011 «Исследование и оптимизация организационного и технического взаимодействия в информационной системе мониторинга здоровья школьников»; программа «У.М.Н.И.К.» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, государственные контракты 9830р/16765, 11708р/17199 «Разработка информационно-аналитической системы оценки коллективного здоровья детей».

Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности сбора и обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья в процессе проведения регионального мониторинга состояния здоровья обучающихся, воспитанников и заболеваемости, связанной с алиментарными факторами.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— провести анализ существующих методов оценки показателей индивидуального и общественного здоровья с целью выявления наиболее эффективных методик для применения в системе мониторинга;

— провести анализ существующих систем мониторинга здоровья детей с целью разработки оптимальной архитектуры региональной системы мониторинга здоровья школьников;

— разработать архитектуру ИСМ здоровья школьников, обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации о здоровье школьников на уровне образовательного учреждения, муниципальном и региональном уровнях для принятия своевременных управленческих решений;

— разработать программно-аппаратный комплекс для рабочего места медицинского работника образовательного учреждения;

— разработать на основе реляционной алгебры метод обработки информации о показателях здоровья школьников по выбранным методикам с использованием современных центильных возрастно-половых нормативов;

— разработать алгоритм обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья школьников на уровне образовательного учреждения;

— разработать информационную модель, обеспечивающую группировку контингента школьников и данных проведенных осмотров и заболеваемости по различным возрастно-половым и административно-территориальным критериям на уровне региона;

— разработать на основе даталогического проектирования физическую схему базы данных ИСМ здоровья школьников, обеспечивающую хранение и обработку данных на уровне региона;

— разработать на основе проведенных исследований программное обеспечение для ввода, автоматической обработки, хранения и передачи информации на всех уровнях региональной ИСМ здоровья школьников;

— с использованием разработанной ИСМ здоровья школьников провести статистический анализ показателей здоровья школьников Тамбовского региона с учетом различных возрастно-половых и административно-территориальных кри-

териев, в том числе участия образовательных учреждений в проекте по рационализации школьного питания.

Объект 11 предмет исследования. Объектом исследования является процесс проведения регионального мониторинга здоровья школьников. Предметом исследования являются сбор и обработка информации о показателях индивидуального и общественного здоровья школьников на уровне образовательного учреждения, муниципальном и региональном уровнях.

Научная новизна:

- на основе методов системного анализа разработана архитектура региональной ИСМ здоровья школьников, отличающаяся использованием единого информационного пространства на уровне региона и принципов асинхронной репликации данных, что позволяет проводить систематический сбор и обработку информации о состоянии здоровья школьников и оценку влияния алиментарных факторов на здоровье учащихся;

- разработан метод обработки информации о показателях здоровья школьников, отличающийся применением аппарата реляционной алгебры при формировании расчетных функций, что позволяет использовать для оценки показателей здоровья современные центильные возрастно-половые нормативы и перевести основную вычислительную часть на реляционную систему управления базами данных (СУБД);

- разработан алгоритм обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья школьников, отличающийся использованием процентильного способа оценки показателей здоровья, протокольной организацией проведения осмотров и детализированным учетом острой и общей заболеваемости учеников, что позволяет автоматизировать процесс оценки индивидуального и общественного здоровья на уровне образовательного учреждения;

- разработан программно-аппаратный комплекс для рабочего места медицинского работника образовательного учреждения, отличающийся автоматизированной оценкой показателей физического развития, артериального давления, физической подготовленности, острой и хронической заболеваемости учащихся по современным медицинским методикам, что позволяет сократить время проведения массовых обследований детей;

- разработана система мониторинга здоровья, включающая техническое, методическое и программное обеспечение, для оценки влияния возрастно-половых, административно-территориальных и алиментарных факторов на здоровье учащихся образовательных учреждений, отличающаяся определением контингента детей, подверженных острым и хроническим заболеваниям, нестабильной динамике показателей физического развития, артериального давления и физической подготовленности на уровне образовательного учреждения, муниципальном и региональном уровнях, что обеспечивает своевременную поддержку принятия решений по формированию лечебно-профилактических и оздоровительных мероприятий для выделенного контингента учащихся.

Теоретическая значимость заключается в разработке методов и алгоритмов обработки информации о показателях здоровья школьников, что позволяет провести оценку и сопоставление показателей индивидуального и общественного здоровья школьников с учетом группировки данных по различным возрастно-половым и административно-территориальным факторам на всех уровнях ИСМ.

Практическая значимость состоит в том, что разработанная региональная ИСМ здоровья школьников позволяет сократить время проведения медицинских осмотров в школе на 70%, включающих в себя оценку показателей физического развития, артериального давления, физической подготовленности, заболеваемости за счет применения новых методов и алгоритмов обработки информации о показателях здоровья и формирования необходимой отчетности. Это обеспечивает высвобождение 15% рабочего времени школьной медицинской сестры, что приблизительно составляет 40 рабочих дней на полную ставку в год. На уровне органов здравоохранения и образования ИСМ здоровья школьников гарантирует полную оценку показателей общественного здоровья школьников в разрезе различных возрастно-половых и административно-территориальных факторов за счет автоматизированного сбора, хранения и обработки информации, что обеспечивает принятие оперативных управленческих решений по формированию плана лечебно-профилактических мероприятий, учебной нагрузки и рациону школьного питания. Результаты работы внедрены в 104 школах, 29 лечебно-профилактических учреждениях и ТОГБУ «Центр материально-технического обеспечения деятельности учреждений здравоохранения», что подтверждается актом о внедрении результатов диссертационного исследования, представленным Управлением здравоохранения Тамбовской области.

Методология и методы исследования. Для решения сформулированных задач в работе использовались методы системного анализа, объектно-ориентированной декомпозиции, реляционной алгебры, математической логики, алгоритмов и даталогического проектирования.

Положения, выносимые на защиту:

- архитектура региональной ИСМ здоровья школьников, использующая единое информационное пространство на уровне региона и принципы асинхронной репликации данных;

- метод обработки информации о показателях здоровья школьников, в котором при формировании расчетных функций применяется аппарат реляционной алгебры;

- алгоритм обработки информации о показателях здоровья школьников, в котором используются процентильный способ оценки показателей здоровья, протокольная организация проведения осмотров и детализированный учет острой и общей заболеваемости учеников;

- программно-аппаратный комплекс для рабочего места медицинского работника образовательного учреждения;

- система мониторинга здоровья, включающая техническое, методическое и программное обеспечение, для оценки влияния возрастно-половых, административно-территориальных и алиментарных факторов на здоровье учащихся образовательных учреждений.

Степень достоверности исследования. Результаты, полученные в диссертационной работе, подтверждаются обоснованным и корректным применением разработанных методов и алгоритмов обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья школьников в процессе регионального мониторинга состояния здоровья обучающихся, воспитанников и заболеваемости, связанной с алиментарными факторами, в образовательных учреждениях Тамбовской области, что подтверждается актом о внедрении результатов диссертационного исследования, представленным Управлением здравоохранения Тамбовской области, свидетельствами о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Апробация результатов. Основные положения диссертации и отдельные ее результаты обсуждались и получили положительные отзывы на: Международной студенческой школе-семинаре «Новые информационные технологии» (Судак, 2012); Международном молодежном конкурсе «Студент и научно-технический прогресс» (Таганрог, 2012); Всероссийской молодежной конференции «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2012» (Саратов, 2012); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы компьютерных наук (СПКН-2013)» (Пенза, 2013); XXVI Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы (БИОМЕДСИ-СТЕМЫ-2013)» (Рязань, 2013); XV Международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века (С&Т-2014)» (Воронеж, 2014); XXVII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-27)» (Тамбов, 2014).

Публикации. Материалы, отражающие основные результаты работы, представлены в 18 публикациях (в том числе в 9 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы, приложений; изложена на 184 страницах текста, содержит 35 рисунков и 17 таблиц. Список литературы включает 130 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования, кратко описано содержание глав, приведены основные положения, выносимые на защиту, раскрыты научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования.

В первой главе «Анализ существующих методов оценки и систем мониторинга показателей здоровья детей» проведен анализ методов оценки физического развития детей, артериального давления (АД), физической подготовленности, показателей заболеваемости. Определено, что наиболее предпочтителен про-центильный способ интерпретации результатов антропометрии и АД, поскольку возрастные нормативы в популяции меняются с течением времени. Отмечено, что при массовой оценке физической подготовленности школьников также наиболее целесообразно использовать процентильную шкалу.

Проведен анализ современных отечественных и зарубежных информационных систем мониторинга (ИСМ) здоровья детей, который показал, что большинство из отечественных ИСМ здоровья детей ориентированы на автоматизацию деятельности в системе здравоохранения, а именно в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ), и не предназначены для использования в системе образования для большого количества детей.

На основании проведенного в главе анализа сформулирована цель исследования, состоящая в повышении эффективности сбора и обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья в процессе регионального мониторинга состояния здоровья обучающихся, в том числе разработке оптимальной архитектуры ИСМ здоровья школьников, обеспечивающей единое информационное пространство на уровне региона, разработке методов и алгоритмов сбора и обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья школьников.

Во второй главе «Архитектура региональной информационной системы мониторинга здоровья школьников» на основе методов системного анализа разработана информационная модель, определяющая структуру ИСМ, организаций-участников и их функций в ИСМ здоровья школьников.

По уровню сбора, обработки и передачи данных, а также принятия управленческих решений, информационное пространство ИСМ здоровья школьников делится на уровень образовательного учреждения, муниципальный и региональный уровни (рис. 1).

Первичным звеном в ИСМ является муниципальное образовательное учреждение (МОУ), в котором проводятся осмотры школьников. На персональном компьютере (ПК) школьной медицинской сестры установлена реляционная СУБД и программное обеспечение — подсистема «Школа», обеспечивающая ввод,

обработку и хранение данных по каждому ученику. Данные антропометрии поступают с комплекса медицинского диагностического (КМД) «Здоровый ребенок» производства ОАО «Тулиновский приборостроительный завод «ТВЕС», который подключается к ПК через порт USB.

В конце каждого полугодия школьная медсестра производит выгрузку данных из подсистемы «Школа» на FLASH-память и передает ее в ЛПУ, за которым закреплено данное МОУ. Выгрузка данных представляет собой архивированный набор XML-файлов, которые являются проекцией отношений БД. В ЛПУ при помощи подсистемы «ЛПУ» данные из каждого прикрепленного МОУ подгружаются в БД. Формируется необходимая отчетность и проводится анализ показателей здоровья школьников прикрепленного округа для принятия совместно с муниципальным отделом образования соответствующих управленческих решений на муниципальном уровне. Следующим шагом является передача выгрузки данных из БД ЛПУ в региональный центр обработки данных (ЦОД) через защищенный VPN-канал.

В ЦОД установлена единая БД, содержащая информацию о показателях здоровья школьников всего региона. При помощи подсистем «Администратор» и «Здравоохранение» производится формирование отчетности по показателям здоровья школьников региона с учетом различных возрастно-половых и административно-территориальных критериев. Информация из ЦОД поступает в региональные органы государственного управления, где проводится анализ данных и формирование управленческих решений по повышению уровня здоровья школьников региона.

В третьей главе «Методы и алгоритмы обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья школьников» предложен метод обработки информации о показателях здоровья школьников по различным возрастно-половым нормативам, в котором использованы центильные возрастно-половые нормативы, разработан алгоритм обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья школьников, разработана объектно-ориентированная модель для определения контингента учеников региона, позволяющая провести оценку показателей общественного здоровья учеников с учетом группировки данных по различным возрастно-половым и административно-территориальным факторам.

Для расчета показателей индивидуального и общественного здоровья используется аппарат реляционной алгебры, что позволяет перевести возрастно-половые нормативы в связанные отношения. Отношения, их атрибуты и домены, используемые при оценке показателей антропометрии, АД и физической подготовленности, представлены в табл. 1, 2.

Пользователь системы задает данные школьника: пол ребенка рР, возраст аР, рост 5р, вес н'р, систолическое АД (САД) Ьсддр, диастолическое АД (ДАД) ¿длдр; и размер используемой при измерении АД манжеты h.

Выходными данными системы, основанной на реляционной модели, являются код типа роста ребенка и его значение s3P, код типа веса ребенка и'ТР и его значение ii>3p, значение САД 6Садр с учетом поправки на размер манжеты h, коды вариантов САД и ДАД - ¿тсадр и Лгдлдр, код варианта АД ЛТАДР и его значение 6ВР. Выходные значения можно разделить на основные (аР, s3P, w3P, ¿САДР, ¿ВР), которые предоставляются пользователю, и вспомогательные (.s1P, wTP, ¿>тсадр> Ьтдадр' ^тадр Ъвр), которые используются системой при расчетах.

1. Атрибуты и домены при оценке показателей индивидуального здоровья

Атрибуты А Домены с1от(А)

р — код пола 1,2

рз — пол «Мужской», «Женский»

а - возраст 6,7,..., 17, 18

л'т — код роста 1, 2, 3, 4, 5

.Уз - тип роста «Низкий», «Ниже среднего», «Средний», «Выше среднего», «Высокий»

5 - рост Множество целых чисел

и'т — код веса 1,2,3

и>з — тип веса «Дефицит», «Норма», «Избыток»

м>н — нижняя граница веса Множество вещественных чисел

и'ц — верхняя граница веса Множество вещественных чисел

Ь-ув - код варианта АД 1, 2, 3, 4, 5

Ьв - вариант АД «Артериальная гипотензия», «Низкое нормальное АД», «Нормальное АД», «Высокое нормальное АД», «Артериальная гипертензия»

Ьц — процентиль АД 5, 10, 25, 50, 75, 90, 95

Н — тип манжеты «8 х 21», «10 х 24», «13 х 26»

с - поправка САД 0, 5, 10, 15

Ьт - код типа АД 1,2

63 — тип АД «САД», «ДАД»

Ь - значение процентиля АД Множество целых чисел

g-r — код теста 1, 2, 3, 4, 5

g■¡ — тест «Бег 30 м», «Бег 1000 м», «Подтягивания на перекладине», «Подъем туловища в сед за 30 сек», «Прыжок с места в длину»

у — число полных лет 6, 7, ... , 17, 18

т - число месяцев 0,6

go — оценка 1, 2, 3, 4, 5

— нижняя граница норматива Множество вещественных чисел

£в — верхняя граница норматива Множество вещественных чисел

2. Схемы отношений при оценке показателей индивидуального здоровья

Отношения I Схема ад

/пол - ПОЛ \р л]

/рост— варианты роста [Ут ]

/вес — варианты веса [щ ]

Лнтр ~ весоростовые нормы [р а ,?т л- и>и

/Вад - варианты АД \р~гв Ьв />п]

Продолжение табл. 2

Отношения I Схема ВД

/пса - поправки САД [а щ Н с

/тад-типы АД ьт ь2

/ад - нормы АД [р а Ьп ЬТ Ь]

/тфп — варианты тестов

/фп — нормы физической подготовленности [р Ят У т go gu £в]

Возрастно-половые нормативы, которые устанавливают в каждой возрас-тно-половой группе для конкретных вариантов длины тела подростков разных типов телосложения диапазон нормальных колебаний массы тела, представляются в виде отношения /антр, при этом совокупность атрибутов а, р, х является ключевой, позволяя однозначно определить для данных возраста, пола и роста конкретного ребенка тип его роста ,?т и границы нормального веса и'и и Н'п.

За диапазон нормы массы тела берутся значения элементов IVн и тсв, соответствующие минимальному показателю При росте ребенка, большем, чем максимальное значение 5, берутся значения элементов и'и и п'в, соответствующие этому максимальному показателю. Определение варианта роста ребенка производится по формуле (1). В реляционной алгебре существуют различные обозначения операций, поэтому далее по тексту будут использоваться следующие обозначения: 7Е — проекция, ст — выборка, [| — соединение.

Кр^зр} = л5ттАр(/рост ||тах[л,Даа=арЛр=ррЛ1<5р(/антр ||/рост))]). (1)

Определение варианта массы тела ребенка осуществляется в соответствии с атрибутами и'н и п>н, при этом следует провести выборку необходимого диапазона в соответствии с ростом ребенка:

Определение варианта веса осуществляется в соответствии с полученным диапазоном [те,; и'2] (здесь и далее в работе условию «если» соответствует символ <=):

{™тр,и>зр} =

я„.т>и.3(сг„,т=1(/вес)) <= щ<щ;

л„.г,и.3(сги,т=2(/всс)) <= Ирб^,;^]; (3)

^„^(ст^зСГвес))

И'р > М'н

Исходными данными при проведении измерения АД у детей является возраст ребенка а?, пол ребенка рР, величина САД 6Слдр и величина ДАД Ьдадр- При оценке АД возникает задача определения величины поправки на САД ребенка 6Садр при его возрасте 6 < аР < 11 и использовании манжеты для взрослых (13x26 см). Новое значение 6Садр определяется в соответствии с поправкой:

, _ , ¿слдр + лнт=и.тр 11слл)) <= е [б; п]л А ="13х 26";

садр_ьсадр <= ар >11А/г^"13х26". ^

Для оценки АД используют процентильное распределение показателей САД и ДАД детей в популяции с учетом возраста и пола. Перед оценкой типа АД ребенка ¿тадр вычисляются типы САД и ДАД ребенка:

^ТСАДР = таХ[Л*тв (Ст0=17рлр=ррл6т=1лг.<4сддр (^АД II ^ВАД ))]; (5)

6ТДАДР = maX[7tATD (СТо=арЛ/>=ррл6т=2л6<4дАдр (^АД II 7ВАД ))]• (6)

После определения вариантов САД и ДАД ребенка находят конечный вариант АД, исходя из того, какой тип САД и ДАД выше:

к и 171бт.АвГ''т=*тсАдр(/ВАд)) <= ¿тсадр - 6ТДАДР 5

I ТАДР' BP J— I _ ( (г <h

^ ¿Г'^в V ^Т^тдлдр V ВАД// <= ТСАДР ТДАДР *

Исходными данными при оценке физической подготовленности, которые задает пользователь системы, являются данные школьника: пол ребенка рР, возраст аР, время бега 30 м g-E30, время бега 1000 м £бюоо, количество подтягиваний на перекладине gna:u , количество подъема туловища в сед gnpccc, прыжок с места в длину йпрыж..

В основу оценки физической подготовленности учащихся положена 5-уров-невая система оценок. Возраст ребенка при оценке физической подготовленности определяется иначе, чем при медицинских осмотрах, поскольку величина возрастного интервала в оценочных таблицах составляет не год, а полгода. Входные значения показателей физической подготовленности школьника преобразуются в массив по следующему правилу:

•§Р1=&Б30> S?2 =&Б1000! g>3 = йпода > &Р4 = £пресс > .§Р5=&прыж- (8)

Следующим шагом является вычисление массива оценок результатов goii для массива входных показателей gFi (/ = 1,5):

goPi = тах[яго p=Pi,Ay=ye^m=m^gT=iAgH<gPi (Лш ))] • (9)

Средний балл оценки физической подготовленности ребенка определяется как среднее арифметическое оценок всех тестов ребенка, округленное до ближайшего целого:

Ы

Zsop,

-+0,5

Яорс

(Ю)

Расчет показателей заболеваемости проводит медицинский работник школы. Для этого он ведет соответствующий журнал регистрации всех пропусков занятий детьми по болезни. Отношения, их атрибуты и домены, используемые при оценке показателей заболеваемости школьников, представлены в табл. 3, 4.

Показатели заболеваемости определяются в соответствии с выбранным учебным классом ив:

1) количество случаев заболеваний в течение учебного года

•*пзк1 = сошй [лу (стп=„в (/уч |/за6 ))]; (11)

3. Атрибуты и домены при оценке показателей заболеваемости

Атрибуты А Домены с!от(А)

к — код ученика Множество целых чисел

¿фио _ ФИО ученика Строка

кдр — дата рождения Дата

п — код класса Множество целых чисел

V — код заболевания МКБ-10 Множество целых чисел

Ушифр _ шифр заболевания МКБ-10 Строка

Уназв - название заболевания МКБ-10 Строка

¿/з — количество пропущенных дней Множество целых чисел

*ктпз — к°д типа показателя заболеваемости 1,2, 3, 4,5

*тпз— ™п показателя заболеваемости «Количество случаев заболеваний», «Количество пропущенных дней», «Средняя продолжительность одного случая», «Количество часто болеющих», «Индекс здоровья»

-^нспз — нижняя граница диапазона среднего показателя Множество вещественных чисел

*вспз ~~ верхняя граница диапазона среднего показателя Множество вещественных чисел

*ктспз _ код типа среднего показателя заболеваемости 1,2,3

-хктст ~~ Тип среднего показателя заболеваемости «Ниже среднего», «Средний», «Выше среднего»

4. Схемы отношении при оценке показателей заболеваемости

Отношения / Схема Я(Г)

/уч — ученики к ¿ФИО ¿др

/МКБ- МКБ-10 V V j. V шифр назв J

/за6 - заболевания [к v d3]

Лпз — тип показателя заболеваемости [хктпз хтпз ]

1ст — средние показатели заболеваемости [■*ктпз хиггп -*нспз ]

/тспз — значения средних показателей ^ктспз ^ТСПЗ]

2) количество дней заболеваний в течение учебного года

*ШК2 = SUm I* J (С«=«в (7уч Ц'заб ))]:

3) средняя продолжительность одного случая (в днях)

хл

-+0,5

. ХПЗК1

(12)

(13)

4) количество детей, часто болеющих (4 раза и более раз в течение учебного года):

*ПЗК4 = count [л i к- Яп л count (jr.. I/. u l^M'J; (14)

5) количество детей, не болевших ни разу в течение учебного года («индекс здоровья»):

*ПЗК5 =соип4к(ая=«влсоип1(яу(а1.1(А,))>=о(/уч|/заб))]- (I5)

Поскольку средние показатели заболеваемости в отношении /ст представлены в расчете на 100 человек, то возникает необходимость перерасчета множества показателей Хтю:

~ --- (16)

соит[лДс„=„в (7^))]

Код типа среднего показателя заболеваемости в соответствии с границами диапазона средних показателей заболеваемости *Нспз и *вст определяется:

1 <= *гпю < л*пст (^Тип.,(/Спз)); 2пзк/ = 1 ^ <= Хтю с- Кипп К[ал=Д/ст)}, л,вап (оХ1а|з=,(/а13))]; (17)

3 <= ^ПЗК/ > лд:пста 1ад:Тст=, ([С\П ))■

Показатель принимает значения {1, 2, 3}, что соответствует {«Ниже среднего», «Средний», «Выше среднего»}.

Разработан алгоритм обработки информации о показателях индивидуального и общественного здоровья учеников при проведении медицинских осмотров, осмотров физической подготовленности и учете заболеваемости в МОУ. Для медицинского осмотра и осмотра физической подготовленности формируются соответствующие протоколы, в которых отображаются список выбранного класса, результаты осмотра, рассчитываемые для каждого ученика по формулам (1) — (10), и статистическая оценка по всему классу. При учете заболеваемости для каждого ученика заносятся данные о его хронических заболеваниях и пропусках занятий по болезни. В конце учебного года системой производится расчет показателей заболеваемости класса по формулам (11) - (17).

Для расчета показателей общественного здоровья на уровне образовательного учреждения, муниципальном и региональном уровнях построена диаграмма классов группировки контингента школьников. При формировании отчетности по показателям здоровья школьников настраивается соответствующий фильтр, в котором определяются комбинация элементов фильтрации и порядок сортировки выводимых данных. Для каждой комбинации, определенной фильтром, рассчитываются количество учеников, имеющих соответствующее значение показателя здоровья, и процент от общего количества обследованных детей.

В четвертой главе «Практическая реализация региональной информационной системы мониторинга показателей индивидуального II общественного здоровья школьников» рассматривается физическая схема базы данных и программное обеспечение, разработанные на основе архитектуры, методов и алгоритмов, описанных во второй и третьей главах. Представлены результаты вне-12

дрения ИСМ и комплексная оценка показателей здоровья школьников Тамбовского региона.

Разработанная физическая модель БД ИСМ (СУБД MySQL 5) содержит 60 таблиц и обеспечивает хранение данных об индивидуальном и общественном здоровья школьников всего региона. Программное обеспечение, которое обеспечивает реализацию построенных моделей, разработано с использованием системы Embarcadero RAD Studio ХЕЗ.

ИСМ здоровья школьников состоит из трех подсистем: «Школа», «Администратор» и «Здравоохранение». Подсистема «Школа» обеспечивает работу школьной медсестры в МОУ: управление реестром школьников, занесение данных по медицинским осмотрам, группам здоровья, физкультурным группам, осмотрам физической подготовленности и данных учета острой и общей заболеваемости. Данные антропометрии и АД поступают с аппаратной части комплекса ЬСМД «Здоровый ребенок».

Подсистема «Администратор» решает задачу обеспечения информационной совместимости данных, которыми обмениваются отдельные компоненты информационной системы между собой, а также со смежными системами в процессе функционирования. В число функций подсистемы включены функции ведения справочников БД, задание данных авторизации для пользователей системы, а также уровень привилегий для доступа к данным.

Подсистема «Здравоохранение» обеспечивает просмотр данных состояния здоровья детей по ЛПУ и всему региону. Для обработки информации о показателях общественного здоровья школьников пользователь настраивает блок административно-территориальных и возрастно-половых фильтров и определяет временной диапазон, относительно которого необходимо получить статистические данные. Таким образом, региональная ИСМ реализует OLAP-технологию трехмерной обработки информации о показателях общественного здоровья школьников.

В настоящее время в БД ЦОД Тамбовской области содержится информация об индивидуальном здоровье более 90 тысяч школьников всего региона. Проведенный при помощи разработанной ИСМ здоровья школьников мониторинг показал, что участие МОУ в проекте по модернизации школьного питания дает положительные результаты, прежде всего, влияет на динамику массы тела учеников, стабильность показателей длины тела и уменьшение количества заболеваний, связанных с алиментарными факторами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в диссертации, позволяют сформулировать следующие выводы.

1. Проведен анализ существующих методов оценки показателей индивидуального и общественного здоровья детей, который показал, что наиболее предпочтителен процентильный способ при оценке многих показателей здоровья, в том числе данных антропометрии, АД и физической подготовленности учащихся.

2. Проведен анализ мировых и отечественных ИСМ мониторинга здоровья, в котором показано, что для полноценного мониторинга здоровья школьников необходимо использование современных методов и алгоритмов обработки информации, которые позволят провести автоматизированный учет показателей как индивидуального здоровья на уровне МОУ, так и общественного здоровья на муниципальном и региональном уровнях.

3. Разработана архитектура региональной ИСМ здоровья школьников, использующая единое информационное пространство на уровне региона и принципы асинхронной репликации данных, что позволяет существенно снизить стоимость ИСМ, не ограничивая ее функциональность.

4. Разработан метод обработки информации о показателях здоровья школьников, в которой при формировании расчетных функций применяется аппарат реляционной алгебры, что позволяет использовать для оценки показателей здоровья современные центильные возрастно-половые нормативы и перевести основную вычислительную часть на реляционную СУБД.

5. Разработан алгоритм обработки информации о показателях здоровья школьников, в котором используются процентильный способ оценки показателей здоровья, протокольная организация проведения осмотров и детализированный учет острой и общей заболеваемости учеников, что позволяет автоматизировать процесс оценки индивидуального и общественного здоровья на уровне образовательного учреждения.

6. Разработан программно-аппаратный комплекс для рабочего места медицинского работника образовательного учреждения, обеспечивающий проведение автоматизированной оценки показателей физического развития, артериального давления, физической подготовленности, острой и хронической заболеваемости учащихся по современным медицинским методикам.

7. Разработана система мониторинга здоровья, включающая техническое, методическое и программное обеспечение, для оценки влияния возрастно-половых, административно-территориальных и алиментарных факторов на здоровье учащихся образовательных учреждений.

8. С использованием разработанной ИСМ здоровья школьников проведен статистический анализ данных показателей здоровья школьников Тамбовского региона, который показал, что участие МОУ в проекте по модернизации школьного питания дает положительные результаты, прежде всего, влияет на динамику массы тела учеников, стабильность показателей длины тела и уменьшение количества заболеваний, связанных с алиментарными факторами.

9. Использование разработанной ИСМ здоровья школьников позволило сократить время проведения медицинских осмотров в школе на 70%, включающих в себя оценку показателей физического развития, артериального давления, физической подготовленности, заболеваемости за счет применения новых методов и алгоритмов обработки информации о показателях здоровья и формирования необходимой отчетности. Это обеспечивает высвобождение 15% рабочего времени школьной медицинской сестры и составляет 40 рабочих дней на полную ставку в год, что подтверждается актом о внедрении от Управления здравоохранения Тамбовской области.

10. Использование ИСМ здоровья школьников на уровне органов здравоохранения показало высокую степень автоматизации процесса сбора, хранения и обработки данных, поступающих с нижних звеньев ИСМ, что обеспечивает принятие оперативных управленческих решений по формированию плана лечебно-профилактических мероприятий, учебной нагрузки и рациону школьного питания, что подтверждается актом о внедрении от Управления здравоохранения Тамбовской области.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах из перечня ВАК:

1. Фролов, С. В. Региональная информационная система мониторинга здоровья школьников / С. В. Фролов, М. А. Лядов, И. А. Комарова // Врач и информационные технологии. — 2011. -№ 6. - С. 24 -33.

2. Фролов, С. В. Анализ развития программно-аппаратных средств для оценки состояния здоровья детей на примере комплекса «Здоровый ребёнок» / С. В. Фролов,

B. В. Дубровин, М. А. Лядов, А. Ю. Потлов, М. С. Фролова, А. А. Голофеев // Врач и информационные технологии. - 2012. - № 3. - С. 37 - 47.

3. Лядов, М. А. Система обработки данных медицинских осмотров и физической подготовленности школьников на основе реляционной модели / М. А. Лядов,

C. В, Фролов // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2012. -№ 7. - С. 55 - 62.

4. Лядов, М. А. Система обработки данных заболеваемости школьников на основе реляционной модели / М. А. Лядов, С. В. Фролов // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Медицинские информационные системы». - Таганрог : Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. -№ 8 (134). - С. 169 - 174.

5. Фролов, С. В. Опыт внедрения региональной информационной системы мониторинга здоровья школьников / С. В. Фролов, М. А. Лядов, А. Ю. Потлов // Здоровье населения и среда обитания. Информационный бюллетень. - 2012. - № 6(231). — С. 14-16.

6. Фролов, С. В. Результаты регионального мониторинга состояния здоровья школьников / С. В. Фролов, М. А. Лядов, А. Ю. Козлова // Российский вестник пери-натологии и педиатрии. — 2013. - Т. 58, № 2. - С. 80 - 84.

7. Фролов, С. В. Современные тенденции развития медицинских информационных систем мониторинга / С. В. Фролов, М. А. Лядов, И. А. Комарова, О. А. Остапенко // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В. И. Вернадского. -2013. -№2(46). -С. 66-75.

8. Фролов, С. В. Автоматизированная информационная система мониторинга здоровья школьников: разработка, опыт внедрения, результаты / С. В. Фролов, М. А. Лядов, О. А. Остапенко, А. Ю. Потлов, И. А. Комарова // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2013. - Т. 19, № 1. - С. 61 —72.

9. Фролов, С. В. Экспертная система оценки физического развития ребенка на основе аппарата реляционной алгебры / С. В. Фролов, М. А. Лядов, О. А. Остапенко // Биотехносфера. - 2013. - № 6 (30). - С. 28 - 39.

Материалы научных конференций:

10. Лядов, М. А. Автоматизация мониторинга здоровья школьников региона с использованием распределенной информационной системы и объектно-ориентированной модели здоровья / М. А. Лядов // Новые информационные технологии : тез. докл. XX Междунар. студенческой конференции-школы-семинара. - М. : МИЭМ, 2012.-С. 295-296.

11. Лядов, М. А. Разработка объектно-ориентированной модели здоровья ребенка и ее реализация в виде автоматизированной информационной системы мониторинга / М. А. Лядов // Студент и научно-технический прогресс : сб. научных работ финалистов междунар. молодежного конкурса. — Ростов н/Д : Изд-во ЮФУ, 2012. — С. 89-93.

12. Копылов, А. А. Система распределенной обработки данных состояния здоровья детей / А. А. Копылов, М. А. Лядов, С. В. Фролов // Методы компьютерной

диагностики в биологии и медицине - 2012 : материалы Всерос. молодеж. конф. / под ред. проф. Д. А. Усанова. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2012. - С. 84 - 86.

13. Лядов, М. А. Оценка состояния здоровья школьников на основе объектно-ориентированной модели / М. А. Лядов, С. В. Фролов // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2012 : материалы Всерос. молодеж. конф. / под ред. проф. Д. А. Усанова. - Саратов : Изд-во Сарат. ун-та, 2012. - С. 208-209.

14. Лядов, М. А. Технология проведения автоматизированного мониторинга здоровья школьников / М. А. Лядов, С. В. Фролов // Современные проблемы компьютерных наук (СПКН-2013) : сб. материалов I Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию образования Пензенского государственного университета (г. Пенза, 2930 октября 2013 г.) / под ред. Л. Р. Фионовой. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - С. 184 - 186.

15. Остапенко, О. А. Разработка программного обеспечения для оценки физического развития ребенка с использованием аппарата реляционной алгебры / О. А. Остапенко, М. А. Лядов // Современные проблемы компьютерных наук (СПКН-2013) : сб. материалов I Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию образования Пензенского государственного университета (г. Пенза, 29-30 октября 2013 г.) / под ред. Л. Р. Фионовой. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2013. - С. 188 - 190.

16. Лядов, М. А. Экспертная обработка данных мониторинга здоровья школьников на основе реляционной модели / М. А. Лядов // Биотехнические медицинские и экологические системы и комплексы : материалы конференции. — Рязань : РГРТУ, 2013.-С. 190- 193.

17. Остапенко, О. А. Разработка и реализация реляционной модели оценки показателей физического развития ребенка / О. А. Остапенко, М. А. Лядов // Биотехнические медицинские и экологические системы и комплексы : материалы конференции. -Рязань : РГРТУ, 2013. - С. 126 - 129.

18. Лядов, М. А. Хранение, обработка и передача данных в информационной системе мониторинга индивидуального и коллективного здоровья школьников региона / М. А. Лядов, С. В. Фролов // Кибернетика и высокие технологии XXI века : сб. докл. XV Междунар. науч.-техн. конф. «С&Т-2014». - Воронеж : Изд-во НПФ «САК-ВОЕЕ» ООО, 2014. - С. 123 - 134.

Авторские свидетельства Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам'.

19. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011610318. Программно-аппаратный комплекс «Здоровый ребенок» / С. В. Фролов, М. С. Фролова, В. В. Дубровин, А. Ю. Потлов, О. О. Голубятников, М. А. Лядов. — 11 января 2011 г.

20. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012613913. Конвертор баз данных для АИС «Здоровье детей» / С. В. Фролов, А. Ю. Потлов, М. А. Лядов. - 26 марта 2012 г.

21. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615498. АИС «Здоровье детей» подсистема «Школа» / М. А. Лядов, С. В. Фролов. - 19 июня 2012 г.

22. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615494. АИС «Здоровье детей» подсистема «Администратор» / М. А. Лядов, С. В. Фролов. - 19 июня 2012 г.

23. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012615497. АИС «Здоровье детей» подсистема «Здравоохранение» / М. А. Лядов, С. В. Фролов. - 19 июня 2012 г.

Подписано в печать 23.10.2014. Формат 60 х 84 /16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ №486

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14 Тел. 8(4752) 63-81-08. E-mail: izdatelstvo@admm.tstu.ru