Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 9
ГЛАВА 1. ПЕСПЕКТИВНЫЕ И ПРОБЛЕМНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В УПРАВЛЕНИИ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ МЕДИЦИНСКИХ УЧРЕЖДЕНИЙ 21
1.1. Информатизация здравоохранения, как технология реформы в отрасли. Проблемы и перспективы 21
1.1.1. Основные этапы и направления реформы здравоохранения 22
1.2. Обзор медицинских информационных систем (МИС) 43
1.2.1. Системы управления (региональный, территориальный, локальный уровни). Создание региональных и отраслевых медицинских баз данных и Регистров. Информационные технологии для медицинской статистики. Медицинские географические информационно аналитические системы 50
1.2.2. Использование интеллектуальных технологий 57
1.2.2.1. Интеллектуальные экспертные и диагностические системы
1.2.2.2. Системы поддержки принятия решений 64
1.3. Описание различных систем и методов математического моделирования, возможных для применения в данной предметной области .74
1.3.1. Методология функционального моделирования IDEF 78
1.3.2.Среды имитационного и математического моделирования 81
1.3.3. Нейронные сети 89
1.3.4. Нечеткая логика 94
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ АНАЛИЗА, МАТЕРИАЛОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И МЕТОДОВ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 98
2.1. Описание методологии анализа и методов математического моделирования 98
2.1.1. Основные элементы и понятия функционального моделирования IDEF0 -101
2.2. Материалы и методы исследования ЖКБ 107
2.2.1. Методы статистической обработки 113
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ СТАЦИОНАРНОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ПОМОЩЬЮ 116
3.1. Описание методологии формирования критериев интегральной оценки хирургической деятельности (на примере анализа хирургической деятельности лечебных учреждений Пермской области) 115
3.2. Показатели и оценка качества оказания экстренной медицинской помощи на госпитальном этапе 130
3.3. Анализ госпитального этапа - медицинских технологий в хирургическом стационаре 140
3.3.1. Медико-социальная характеристика пациентов, наиболее часто встречающиеся виды патологии и анализ оперативных вмешательств и их осложнений (на примере областной клинической больницы г.Перми) 140
3.3.2. Анализ внутрибольничных этапов технологии оказания стационарной хирургической помощи 145
3.3.2.1. Этап интраоперационного периода 145
ГЛАВА 4. ОПЫТ ФОРМАЛИЗАЦИИ ОПИСАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОКОВ В ХИРУРГИЧЕСКОМ СТАЦИОНАРЕ 158
4.1. Постановка задачи формализации 159
4.2. Построение концептуальной модели технологических потоков ведения пациента 1
4.2.1. Описание документооборота, сопровождающего ведение пациента и согласование полученного описания с построенной концептуальной моделью 165
4.2.2. Описание модели причинно-следственных связей между входными и выходными данными
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ В КЛИНИКЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ ЖЕЛТУХ НА
ЭТАПЕ ОКАЗАНИЯ СТАЦИОНАРНОЙ ХИРУРГИЧЕСКОЙ ПОМОЩИ 203
5.1. Выделение значимых и второстепенных управляющих факторов, данных, принимаемых за константы и параметры модели, которые необходимо оценить 203
5.2. Описание концептуальной модели уровней А, В, С, D 215
5.2.1. Описание модели на уровне В, диагностика онкологической и неонкологической этиологии желтухи 220
5.3.Оценка гемодинамики печени методом реогепатографии при моделировании дифдиагностики желтухи (уровни С и D) 233
5.3.1. Статистическое оценивание импедансометрической основы метода, разработка шкалы референтных интервалов 233
5.3.2. Описание модели на уровне С, диагностика паренхиматозной и подпеченочной желтух 243
5.3.3. Описание уровня D: разделение на группы БНО - без нарушения оттока желчи, ГБЕ -с гипербилирубинэмией и НО - нарушения оттока желчи 257
5.3.3.1. Анализ трех подгрупп НО 260
5.3.3.2. Анализ и описание групп: БНО - без нарушения отто ка желчи и ГБЕ -с гипербилирубинэмией 265
5.3.3.3 Анализ модели разделения НО 274
ГЛАВА 6. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ДИФДИАГНОСТИКИ ЖЕЛТУХ 281
6.1. Описание клинических случаев в процессе применения полученной модели на практике 281
6.2. Описание программы «DIAGNOSTIC» 297 Стр.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 307
ВЫВОДЫ 325
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 326
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 329
ПРИЛОЖЕНИЯ 370
Введение к работе
В связи с процессом активного реформирования отечественного здравоохранения в последние годы активизировались научные разработки, направленные на информационное обеспечение практически всех сторон медицинской деятельности: мониторинга и сохранения здоровья населения, управления лечебными учреждениями, в том числе касающиеся организации сбора информации для социальных, правовых и экономических составляющих этого процесса.
Появились работы по применению методов математического моделирования как в диагностике различных заболеваний и синдромов (В.О.Щепин, А.В.Серолапкин (1993); Ю.В.Солодянников (1994); Е.А.Наумова (1996); В.А.Бояджян (1997); П.С.Ветшев, Л.Ю.Емалетдинова, В.А.Мусийченко, Л.Г.Стронгин, В.Г.Цымбал (1999); А.А.Колесников, Р.В.Насыров с соавт. (2000); Ю.Е.Михайлов, Т.П.Сабгайда, О.Н.Чопоров, J.J.Swain (2001)), так и технологий управления в медицинских учреждениях А.А.Клементьев (1985); О.Я.Кравец (1995); Л.М.Манукян с соавт.(1997); А.В.Емельянов, Т.П.Баснак, В.К.Гасников, В.А.Гройсман, (2000); А.В.Бреусов (2002).
Общие (стратегические) и частные (тактические) вопросы управления медицинским учреждением являются предметом исследования В.И.Староду-бовас соавт. (1995,1996,1999,2000,2003), С.Д.Волкова (1997); Ф.Н.Кадырова (1997); В.О.Щепина (1997) и ряда других ученых [13, 25, 30, 48, 50, 54, 65, 93, 119, 125, 146, 220, 282]. При этом особое внимание они уделяют процессам управления в условиях децентрализованных медицинских служб с акцентом на территориальный уровень и процесс медицинского страхования.
Научные работы А.И.Макарова (1995), В.О.Щепина (1993, 1997), М.М.Эльянова с соавт. (2000,2004), В.И.Стародубова с соавт. (1997, 2000, 2004) и многих других подтверждают актуальность комплексного решения медицинских, экономических, юридических, организационных и информационных проблем в здравоохранении. Разработано значительное количество автоматизированных систем управления, автоматизированных рабочих мест (АРМ). Все это косвенно свидетельствует о том, что практическое здравоохранение испытывает потребность в переходе от эмпирического и описательного этапа к практической формализации и прогнозированию процессов сохранения и поддержания здоровья (общества, индивидуума, и т.д.), а также к созданию единой логически совершенной системы управления общественным здравоохранением.
Следует подчеркнуть, что лишь немногие исследователи и научные коллективы ставят перед собой задачи методологического осознания и разработки концептуального подхода к вопросам построения автоматизированных систем для лечебно-профилактических учреждений (М.П.Астафьева и соавт; А.В.Бреусов; В.Г.Кудрина и соавт.; Я.И.Гулиев, С.И.Комаров; О.Е.Зе-кий; В.В.Киликовский, Е.А.Тишук; М.М.Эльянов; Стародубов В.И. и соавт.).
Достижения в этой области знания на стыке практической медицины, организации здравоохранения и информационных технологий представляют несомненный интерес для анализа, поскольку существующая ситуация с разработкой и использованием компьютерных технологий в медицине далека до совершенства. Этим и определяется несомненная актуальность работ в этом направлении.
Несмотря на достаточно долгий период развития процесса информатизации здравоохранения, анализ научной литературы показывает, что в области изучения вопросов формализации (как учреждений, так и процессов, описывающих здоровье человека в целом или его функциональных систем) еще много нерешенных задач. Их наличие объясняется тем, что во многих случаях отсутствует как необходимый теоретический аппарат, так и соответствующая данной предметной области формализация технологических циклов и процессов. Это и позволяет сделать вывод об актуальности тематики диссертации. Актуальность темы и направления исследований
Применение информационных технологий в клинической практике является эффективным инструментом для перевода на качественно новый уровень процесса сбора, анализа и использования медицинской информации. В нашей стране и за рубежом накоплен достаточно большой опыт успешной реализации компьютерных технологий для сбора и анализа информации о больных. Существующий рынок медицинских информационных систем активно развивается по нескольким направлениям: клинические управляющие и диагностические системы [24, 25, 36, 98, 146, 206, 210, 212, 214, 256, 266, 270, 283, 305, 321, 337, 397], информационные системы, инженерное обеспечение, телекоммуникации [23, 50, 60, 61, 101, 116, 182, 184, 369].
Основные задачи, которые могут быть решены на локальном уровне -это диагностика и прогнозирование динамики развития заболевания, выбор оптимального плана лечения, управление процессом лечения.
Таким образом, актуальность проблемы определяется потребностью в разработке подходов к исследованию медицинских систем различного уровня с целью оптимизации их функционирования.
Однако ни системы взаимодействия структурных подразделений, ни медицинские технологии не были до настоящего времени в достаточной степени полно структурированы, стандартизированы и описаны на языке простейших функциональных и производственных отношений, то есть на языке общей теории моделирования.
Основной проблемой становится поиск направлений и средств разработки эффективных моделей управления.
Огромное практическое значение в этой связи приобретают начавшиеся процессы стандартизации медицинской помощи. Необходимость стандартизации медицинских технологий отражена в ряде нормативных документов, в частности, в приказе МЗ РФ от 19.01.1998 №12/2 "Об организации работ по стандартизации здравоохранения", где информационной поддержке отводится значительная роль.
Вместе с тем высокая стоимость и сложность испытания новых медицинских и компьютерных технологий в здравоохранении выдвигают на передний план методы математического моделирования, которые позволяют оценить последствия принятия управленческих решений и возможные результаты изменения технологий. С использованием аппарата математического моделирования появляется возможность ускорить этот процесс, сократить временные и материальные затраты. В конечном счёте, появляется возможность сформировать аппарат принятия решений, оперативности внедрения которого способствует соответствующее программное обеспечение. Работы в этом направлении являются весьма актуальными.
Исходя из вышесказанного, по плану проведения научно-исследовательских работ при администрации Пермской области силами Пермской государственной медицинской академии и Пермского классического университета за период 1995-2004гг. было выполнено междисциплинарное целевое исследование на тему: «Оптимизация использования ресурсов в лечебно-диагностических учреждениях здравоохранения области за счет более рационального использования средств, используемых для организации лечебного, учебного и научно-исследовательского процесса».
По результатам этих работ при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пермская государственная медицинская академия (ГОУ ВПО ПГМА) приказом №1150 от 25.12.2000 г. была создана «Лаборатория научной организации и управления хирургической клиникой», где научным консультантом по вопросам внедрения информационных технологий был назначен автор диссертации. Все эти моменты подчеркивают несомненную актуальность данного исследования. Цель исследования:
Целью диссертации является развитие методов принятия решений на основе интеграции экспертных знаний и математического моделирования в недостаточно формализованных областях медицины различного уровня и разработка соответствующего проблемно-ориентированного программного обеспечения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ особенностей функционирования медицинских информационных систем различного уровня, оценить эффективность применения методов системного анализа и моделирования для оценки функционирования этих систем.
2. Сформировать математические модели и процедуры принятия решений по управлению медицинскими системами различного уровня.
3. Провести оценивание параметров моделей с учетом свойств множеств данных в некоторых областях клинической медицины.
4. Предложить методику формирования информационной базы для моделирования желчнокаменной болезни (ЖКБ), структуризации информации и ее предварительной обработки.
5. Разработать классификационно-диагностические модели для прогнозирования состояния и выбора оптимальной тактики лечения больных с различной патологией гепатобилиарной системы, провести их клиническую оценку.
6. Разработать соответствующее информационное и алгоритмическое обоснование для проблемно-ориентированного программного обеспечения.
Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной: 1. Создана комплексная имитационная модель функционирования учреждения здравоохранения стационарного типа с учётом взаимодействия основных технологических процессов на основе технологии IDEF0 (методология функционального моделирования (IDEF=ICAM DEFinition), ICAM= Integrated Computer Aided Manufacturing).
2. Построены интегральные оценки эффективности функционирования медицинских систем, отличающиеся возможностью оценивания по нескольким показателям достаточности и обеспеченности анализируемого вида помощи.
3. Создана методика формирования информационной базы для моделирования заболеваний гепатобилиарного тракта, позволяющая выбрать оптимальное количество значимых признаков, характеризующихся минимальным количеством при достаточной информативности.
4. Разработан алгоритм построения формализованной модели заболевания желчнокаменной болезни, позволяющий выделить однородные группы больных, характеризующиеся различными эталонами параметров, обеспечивающими идентификацию состояния вновь поступивших объектов.
5. Предложена методика выбора рациональной тактики лечения заболеваний, основанная на многоэтапном анализе значимости данных лабо-раторно-диагностических и аппаратных методов исследования, использовании классификационно-диагностических моделей.
6. Формализована технология построения решающих правил для задач классификации и диагностики синдромов отдельных заболеваний гепатобилиарного тракта на основании сопоставления результатов морфологического, морфометрического исследования печени и изучения печеночного кровотока с различными формами желтухи, холедохоли-тиаза и стеноза. 7. В процессе анализа данных получены новые, имеющие научную и практическую важность результаты в ряде медицинских областей: математические модели диагностики желтухи онкогенной и механической, желтухи паренхиматозной и подпеченочной, группы стеноза и холедохолитиаза.
8. Разработаны принципы построения и функционирования диагностического алгоритма желтухи и их программная реализация.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Модель функционирования учреждения здравоохранения стационарного типа с учётом взаимодействия основных технологических процессов, основанная на методологии выявления и представления знаний в виде пороговой сети.
2. Модели, алгоритмы и прогностические индексы для учета влияния широкого спектра клинических характеристик и данных лабораторных и диагностических исследований на прогноз и тактику ведения пациента с механической желтухой.
3. Метод построения системы интерпретируемых решающих правил для задач классификации в целях дифференцированной диагностики у пациента с механической желтухой, основанный на результатах численного моделирования.
4. Диалоговые алгоритмы принятия решений при заболеваниях гепатоби-лиарного тракта, реализованные в виде программного продукта.
Достоверность результатов и практическая значимость исследования
Достоверность результатов диссертации обеспечивается и подтверждается: 1. Корректным использованием методов математического моделирования, основных положений математической статистики, кластерного анализа, методов оптимизации, аппарата многомерного шкалирования и нечеткой логики, теории управления биологическими и медицинскими системами. 2. Использованием существующих в здравоохранении нормативов, стандартов последовательности и продолжительности этапов хирургического лечения при болезнях, требующих хирургического вмешательства.
3. Практикой использования разработанных методов и моделей в области прогноза развития заболевания и принятия тактики ведения пациентов с вышеперечисленными нозологическими формами желтухи; широкой апробацией методов расчета, программного обеспечения в ряде медицинских учреждений хирургического профиля.
Практическая значимость
Разработаны математические модели для ряда заболеваний гепато-билиарной системы, на основе которых осуществляется выбор эффективной схемы лечения.
Разработанная концептуальная математическая модель механической желтухи позволила выявить характер и степень влияния широкого спектра параметров на своевременность, точность диагностики, дифференцировать ее различные клинические формы. Кроме того, помимо клинических и лабораторных характеристик, появилась возможность учитывать и организационные особенности технологии оказания хирургической помощи на госпитальном этапе.
В результате проведённого исследования предложена методология анализа и оптимизации функционирования медицинских систем на основе технологии IDEF0, применимой для учреждений различного уровня.
Осуществлена разработка принципов оценивания обеспеченности и достаточности функционирования служб для региональных систем здравоохранения, что позволило разработать методику оценивания ресурсного обеспечения и определить приоритетные направления их развития.
Результаты проведенных исследований апробированы и внедрены в деятельность управления здравоохранения Пермской области, МУЗ Пермской Городской Станции «Скорой медицинской помощи», МУ МСЧ N2 г. Перми, городской клинической больницы N4 г.Перми, в практику хирургических отделений районной городской больницы гг.Соликамска, Березников, Добрянки, используются в учебном процессе кафедрами общей хирургии и хирургических болезней и основ сестринского дела Пермской государственной медицинской академии, общих и специальных курсах механико-математического факультета Пермского государственного университета.
На основе материалов диссертации разработан интеллектуальный продукт № 72200000017 «Метод оценки качества виниров по дифференцированным клиническим характеристикам», зарегистрирован ВНТИЦ 19 мая 2000 г. (Соавторы Леонова Л.Е., Железницких М.В.) Также имеется рацпредложение №2107 от 5 апреля 2000г. «Оценочная система качества виниров по клиническим критериям». Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611595 «Программа диагностики заболеваний печени «DIAGNOSTIC» (Соавторы Шляхов Г.Г., Попов А.В.).
Личный вклад автора заключается в формулировании проблемы, проблемных задач, разработке теоретических основ и методов исследований, в оптимизированной форме использование созданного теоретического аппарата.
Автору принадлежат: комплексная имитационная и математическая модель функционирования учреждения здравоохранения стационарного типа; технология построения решающих правил для задач классификации и диагностики различных форм желтухи, холедохолитиаза и стеноза; методика формирования информационной базы для моделирования этих синдромо-комплексов; алгоритм построения формализованной модели заболевания, позволяющий выделить однородные группы больных, характеризующиеся различными эталонами параметров; новые математические модели диагностики желтухи онкогеннои и механической, желтухи паренхиматозной и подпеченочной, группы стеноза и холедохолитиаза; идеология программного обеспечения дифференциальной диагностики желтух.
Апробация работы и структура диссертации
Результаты работы отражены в 45 печатных работах, среди которых 2 монографии, 1 рацпредложение, 1 интеллектуальный продукт и 1 программный продукт.
Основные положения диссертации доложены на научных конференциях, съездах, симпозиумах, в частности:
На международных конференциях: Проблемы здоровья семьи-2000: Материалы Всероссийской науч. конф. с международным участием/ Пермь-Греция, 1998; III международной конференции по математическму моделированию (Херсон). Математическое моделирование в образовании, науке и промышленности: -2000; XI International Conferens on Electrical Bio-Impedance, 2001: June 17-21, Oslo, Norway. -2001; Conference on Mathematics And Engineering Techniques in Medicine and Biological Sciences METMBS Las Vegas, USA, 2001,2002; Ha 7-й Международной конференции «Теоретические и клинические аспекты применения биорезонансной и мультирезонанс-ной терапии», «ИМЕДИС», -Москва, 2002; On 6 th Congress of the European Federation of Neurological Societies, -Vienna, Austria. October 26-29, 2002;
На всероссийских конференциях; Современная семья: социальные, правовые, медицинские, психолого-педагогические аспекты проблем: совместного российско-американского науч.-практ. семинара. -Пермь, 1994; Состояние здоровья населения и факторы риска:Сб.науч.трудов -Пермь, 1995; Современные методы совершенствования учебного процесса в ВУЗе: Материалы межрегиональной научно-методической конференции. -Ижевск, 1995; Актуальные проблемыслужбы "Скорой помощи" в малых городах России: Тез. докл. региональной науч.-практ. конференции, посвященной 50-летию службы "скорой помощи" в г.Соликамске. -Соликамск, 1995; Преподавание в медицинском ВУЗе вопросов профилактики здоровья и его реабилитации : Сб.науч.трудов.-Пермь, 1996; Итоговая научная сессия ПГМА 1996 г.: Сб. науч. трудов. -Пермь, 1996; Тез. докл. итоговой учебно-методическ. конференции ПГМА "Новые технологии в учебном процессе" -Пермь, 1996; "Новые технологии в учебном процессе" С.-Петербург, 1997; Международной конференции «Актуальные вопросы Современной Медицины» Бишкек , 23-25 апреля 1997; «Современные аспекты организации экстренной медицинской помощи» - Екатеринбург, 1998; Научной сессии Пермской гос-медакадемии — Пермь, 1999 ; «Медицина в условиях дефицита ресурсов» — Саратов, 1999; «Формирование профессионального клинического мышления у студентов медицинского ВУЗа. -Пермь, 1999; Проблемы стандартизации в здравоохранении, -Москва, 1999, 2002; Сборник материалов III медицинского конгресса «Труды молодых ученых России»; Ижевск 2000; Материалы 5-й научно-практической конференции НИИ социальной гигиены, экономики и управления здравоохранением им. Семашко. -Москва, 2000; Актуальные вопросы современной медицинской науки и здравоохранения. -Екатеринбург, 2000, Материалы Пироговской межвузовской научной конференции 2000 года. -Москва, №2(12), 2000; Стоматология XXI века: Новейшие технологии и материалы: Сб. науч. трудов III Всероссийского симпозиума. - Пермь: 2000; Учебно-методическая конференция — Пермь: Перм.гос.мед.академия, 2000, 2001, 2002, 2003; 1-го Всероссийского конгресса стоматологов «Стоматология XXI века: Вопросы профилактики», Пермь, 2001; III, IV Всероссийский научный форум «Скорая помощь», -Москва 2002, 2003; Научно-практической конференции «Сестринское дело: состояние, проблемы, перспективы», -Пермь, 2001; VII Международная конференция «Теоретические и клинические аспекты применения биорезонансной и мультирезонансной терапии» -Москва, 2002; Здоровье и образование. Медико-социальные и экономические проблемы: Материалы международной науч.-практич.конф. -Пермь-Париж, 2004., Юбилейная научно-практическая конф. «Новые технологии в службе СМП» -Челябинск, 2004; . Ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Пермской Государственной медицинской академии и Пермского Государственного университета.
Объем и структура диссертации. Диссертация представлена рукописью на русском языке, изложенной на 375 машинописных страницах, включает 52 таблиц и 55 рисунков, библиографию из 402 литературных источников, в том числе 343 отечественных и 59 зарубежных автора. Состоит из списка обозначений и сокращений, введения, 6 глав с выводами и заключениями, содержит 4 приложения.
Похожие диссертации на Теоретическое обоснование и методологические аспекты принятия решений в здравоохранении на основе методов математического моделирования
![Анализ, моделирование и алгоритмизация процесса диагностики вертебрально-базилярной недостаточности на основе инструментальных методов исследования [Электронный ресурс]](/i/i/4465/168237.png "Анализ, моделирование и алгоритмизация процесса диагностики вертебрально-базилярной недостаточности на основе инструментальных методов исследования [Электронный ресурс] Кривцова Людмила Ивановна")
