Введение к работе
Актуальность проблемы.
В ряде работ Узденникова А.Н., Парновского Б.Л., Мошковой Л.В., Проко-пишинаВ.И., Шашковой Г.В., Мартыненко В.Ф., и других ведущих специалистов по организации информационной деятельности в стране в области лекарственных средств, были определены основные подходы к построению информационной службы страны, сформулированы цели и виды деятельности её подразделений, разработан и внедрен ряд автоматизированных комплексов обработки фармацевтической информации. Дальнейшее совершенствование научно-информационной работы в области лекарствоведения направлено на создание и поддержание проблемно-ориентированных баз данных для обеспечения рационального использования лекарственных средств.
Однако все ранее проведенные исследования в области научной фармацевтической информации не позволили решить одной из центральных проблем информационного обеспечения процессов, связанных с лекарственным лечением больных - оперативного, доступного и высококвалифицированного консультирования по вопросам комбинированного применения лекарственных средств. Основным средством информации в этой проблемной области медицины остаются на сегодняшний день многочисленные статьи, руководства и монографии.
Этот вывод был подтвержден в результате проведенного нами анкетирования врачей всех клиник ММА им.И.М.Сеченова, с целью изучения их информационных потребностей. 82% респондентов высказались за необходимость первоочередного решения проблем автоматизированной обработки фармакотерапевти-ческой информации о комбинированном применении лекарственных федств с обязательным объяснением результатов (эффектов и механизмов) взаимодействия препаратов при их совместном назначении,
В связи с этим мы поставили перед собой проблему создания экспертной системы, обеспечивающей специалистов медицинской и фармацевтической служб информацией о результатах взаимодействия лекарственных средств с использованием персональной вычислительной техники и новых информационных технологий обработки фармакотерапевтической информации.
Экспертные системы - это новое направление использования вычислительных систем для задач в мало формализуемых областях знаний, решение которых точными математическими методами либо невозможно, либо требует слишком больших трудозатрат. Основной задачей таких систем является концентрация зна-
ний определенной проблемной области и использование этих знаний при консультировании системой врачей и провизоров.
Использование методологии экспертных систем при автоматизации обработки информации о взаимодействии лекарств и её практическое использование в деятельности медицинских учреждений обеспечит улучшение качества индивидуальной медицинской помощи за счет повышения качества принимаемых фармакоте-рапевтических решений.
Для фармацевтической науки и практики является актуальной проблемой разработка теоретических основ построения и методических принципов использования отсутствующего в настоящее время инструмента экспертной системы в конкретной проблемной области медицинских знаний: "взаимодействие лекарств" для решения широкого спектра научно-практических задач информационного обеспечения процессов выбора индивидуальной рациональной комбинированной фармакотерапии.
Актуальность создания экспертной системы по взаимодействию лекарственных средств диктуется: во-первых, ее ориентацией на решение широкого круга задач в малоформализованной области знаний, то есть на приложение, которое до недавнего времени считалось мало доступным для алгоритмического решения. Во-вторых, она предназначена для работы специалистов (провизоров, врачей, научных сотрудников), не имеющих специальных навыков программирования, что дает возможность резко расширить сферу использования персональной вычислительной техники. В-третьих, она предназначена для решения практических задач, имеющих недостаточность и неопределенность исходной информации и при этом позволяет получать результаты сравнимые, а иногда и превосходящие те, которые может получить традиционными способами специалист-эксперт.
Актуальность работы определяется возможностью последующего многоаспектного и целенаправленного использования знаний, накопленных в специально структурированном формате на машинных носителях, в выделенной предметной области, для получения оптимального интеллектуального совета или решения относительно конкретно поставленной ситуационной задачи. Цели и задачи исследования.
Целью настоящего исследования является разработка теоретических основ построения и методических принципов использования экспертной системы по предметной области знаний "взаимодействие лекарственных средств" на основе создания проблемноориентированной базы знаний, обеспечивающей многофакторную
обработку научной фармакотерапевтической информации о лекарственных средствах. Для достижения указанной цели были определены следующие задачи:
изучить современные методологические подходы к созданию и использованию проблемноориентированных экспертных систем в стране и за рубежом,
разработать теоретические и методические основы обработки фармакотерапевтической информации о лекарственных средствах на основе концептуальной модели экспертной системы по предметной области знаний "взаимодействие лекарственных средств",
- провести анализ и выбор программно-технологических средств для опти
мального решения комплекса взаимосвязанных задач разработки экспертной
системы по взаимодействию лекарственных средств и ее последующего промыш
ленного использования,
- обосновать и разработать структуру базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств",
отработать алгоритмы обработки фармакотерапевтической информации и прикладное программное обеспечение экспертной системы,
провести изучение особенностей работы действующего прототипа экспертной системы и разработать методические рекомендации по ее практическому использованию в учреждениях здравоохранения,
- разработать методы оценки эффективности функционирования экспертной
системы и результативности ее практического использования,
- определить перспективы дальнейшего развития и практического использования экспертной системы "Взаимодействие лекарств". Методологическая основа, объекты и методы исследования. Методология исследования основана на методах диалектического материализма и искусственного интеллекта. В процессе исследования изучены традиционные методы представления знаний в заданной тематической области, технология накопления, хранения, поиска и объяснения найденных данных с использованием правил вывода. Проанализированы работы в области фармацевтической информации по созданию инструментальных средств, близких по своим технологическим характеристикам к экспертным системам. Проведен системный анализ отечественных и зарубежных источников информации о взаимодействии лекарственных средств. Проведен сравнительный анализ и описание программных средств для создания экспертных систем.
Основным объектом исследования являлась содержательная информация о взаимодействии лекарственных средств, концентрирующаяся в традиционных источниках икформациии в автоматизированных информационно-справочных системах.
К объекту исследования относились содержательная фармакотерапевтическая информация о 1500 основных лекарственных средствах, разрешенных к применению в стране, и их групповая классификация, послужившие основой для формирования базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств".
Объектом исследования являлась впервые разработанная база знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств", динамически развивающаяся и включавшая в себя, на конец 1995 г., 28844 правила первого уровня, 2975 правил второго уровня, 4843 правила третьего уровня, 677 правил четвертого уровня и 5 правил пятого уровня.
При проведении исследования использованы методы системного и структурно-логического анализа, аналитико-синтетической обработки источников информации, экспертных оценок, приобретения знаний и базовых понятий, имитационного и экспериментального моделирования, алгоритмического и логического программирования. Научная новизна.
Впервые теоретически обоснованы и методически разработаны принципы построения экспертной системы по предметной области знаний "взаимодействие лекарственных средств" с учетом отечественных особенностей информационного обеспечения в области научной фармацевтической информации.
Предложен метод представления правил вывода и хранения продукций в форматах реляционной базы. На этой основе обеспечена возможность включения экспертной системы "Взаимодействие лекарств" в качестве инструментального модуля в создаваемые и действующие информационные системы, разработанные ранее в стране на базе IBM совместимых персональных компьютеров.
Впервые разработаны методы, алгоритмы и оригинальное программное обеспечение, поддерживающее функционирование экспертной системы в части: поиска содержательной информации о результатах взаимодействия заданной комбинации препаратов с учетом условий их комбинирования; реализации объяснительных алгоритмов и процедур вывода изменяющихся эффектов действия взаимодействующих препаратов; формирования и модификации базы
знаний о взаимодействии лекарственных средств, с использованием инструмента самоанализа системой содержательной полноты базы знаний.
Впервые разработан и предложен метод двойной независимой экспертной оценки результатов взаимодействия лекарственных средств, основанный на одновременном представлении информации о результатах взаимодействия, полученной одновременно двумя независимыми друг от друга способами и относительно конкретного состояния больного.
Сформулированы методические подходы к конструированию обучающих комплексов на базе экспертных систем и проведено моделирование экспериментального обучающего комплекса "Взаимодействие лекарств".
Разработаны алгоритмы и универсальное программное обеспечения автономного комплекса "Библиография", включенного в качестве модуля в действующую экспертную системы "Взаимодействие лекарств".
Разработаны подходы к оценке уровня содержательной полноты базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств" и методический подход к оценке экономической эффективности при промышленном внедрении экспертной системы.
Предложены структура и методические основы построения модульного автоматизированного комплекса (МАК) "Фармакотерапия", с включением в него на модульном принципе экспертной системы "Взаимодействие лекарств". Практическая значимость и внедрение результатов исследования:
Разработаны учебные пособия по вопросам создания системы информационного поиска результатов взаимодействия лекарственных средств и предупреждения отпуска несовместимых лекарственных средств для практических занятий студентов на 5 курсе (цикл специализация) и внедрены в работу кафедры фармакологии фармацевтического факультета (Акт внедрения, декабрь 1977 г.). Разработана и внедрена в практику работы отделов и кабинетов фармацевтической информации "Методика составления и использования информационно-поисковой системы по фармакотерапии на перфокартах с краевой перфорацией, с включением в нее алгоритма, позволяющего решать вопросы индивидуального, эффективного и безопасного применения лекарственных средств" (Справка о внедрении N138-4 от 16 мая 1980 г.). Разработаны в внедрены в практическую деятельность учреждений медицинской и фармацевтической службы страны таблицы по взаимодействию лекарственных средств таблицы N1 и N2 (Акт внедрения N138-104 от 20 марта 1981 г.), а также таблица N3 (1985 г.). Разработан и внед-
рен в работу отдела автоматизации лечебного процесса клиник ММА им. И.М. Сеченова автоматизированный комплекс обработки библиографической информации "Библиография", модульно подключаемый к экспертной системе "Взаимодействие лекарств" (Акт внедрения N 17/Н-5-74 от 23 ноября 1990 г.). Разработанные две версии системе: автоматизированный комплекс задач "Взаимодействие лекарственных средств" (с элементами экспертной системы) версия 1.0 и экспертная система "Взаимодействие лекарственных средств" версия 2.0 внедрены в клиниках ММА им. И.М. Сеченова (Акт внедрения N 30 от 9 июня 1992 г.). Разработаны программы по обучению специалистов фармацевтической службы навыкам практической работы на персональных компьютерах с изучением основ практического использования автоматизированных рабочих мест специалистов фармацевтического профиля и экспертной системы "Взаимодействие лекарств" (Одобрены учебно-методическим Советом ФУП ММА им. И.М.Сеченова и утверждены 3 декабря 1990 г.). Разработано техническое задание на создание компьютерной обучающей программы "Взаимодействие лекарств" (Техническое задание утверждено 1.04.92 г. РОСНИИ ИС). Разработанные "Методические рекомендации по практическому использованию экспертной системы "Взаимодействие лекарств" версия 3.0", рекомендованы Российским объединением "Фармимэкс" к использованию и внедрению в деятельность службы фармацевтической информации России и стран СНГ на базе республиканских, областных, краевых, городских центров фармацевтической информации, КФИ и лечебно-профилактических учреждений (Акт внедрения N 35 от 29 сентября 1992 г.).
Положения, выдвигаемые на защиту. На защиту выносятся:
- теоретическое и методическое обоснование концепции построения экспертной системы "Взаимодействие лекарств" и структура базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств"; организационные подходы к технологии формирования и модульный принцип поддержания работоспособности экспертной системы; методы контроля качества работы специалистов-экспертов и оценки содержательного уровня базы знаний экспертной системы "Взаимодействие лекарств"; метод двойной независимой экспертной оценки содержания результатов взаимодействия лекарственных средств; проект структуры и методические основы функционирования автоматизированного рабочего места "Фармакотерапия".
Апробация работы.
Основные результаты исследования доложены и обсуждены на: 4-ом Всероссийском съезде фармацевтов (Воронеж, 1981), 5-ом Всероссийском съезде фармацевтов (Ярославль, 1987), Всесоюзной научной конференции "Информатика в здравоохранении" (М., 1990), Всесоюзной научной конференции "Актуальные проблемы лекарственной токсикологии" (М., 1990), Всесоюзной научно-методической конференции "Современные проблемы подготовки медицинских кадров" (М., 1990), Всесоюзном семинаре "Разработка автоматизированных систем обработки информации в аптечкой службе с использованием персональных компьютеров" (М.,1990), на заседании Московского общества испытателей природы - семинар "Биофизика и фармация" (М., 1990); автоматизированный комплекс задач "Взаимодействие лекарственных средств" с элементами экспертной системы версия 1.0 демонстрировался на международной выставке "Здравоохранение-90" в павильоне 4 выставочного комплекса "Сокольники" (М., 1990), втором Всесоюзном симпозиуме с международным участием "Медицинские микрокомпьютерные системы" (Ростов-на-Дону, 1991), научно-практической конференции ВНОФ "Резервы совершенствования лекарственного обеспечения населения РСФСР" (Владимир, 1991), семинаре отдела Конструирования и маркетинга новых лекарственных средств ВНЦ по безопасности биологически активных соединений (Купавна, 1992), на Российских национальных конгрессах "Человек и лекарство" (М., 1992,1995,1996), Российской научной конференции "Создание лекарственных средств" (М., 1992), итоговой научно-методической конференции ММА им. И.М.Сеченова "Реформы в здравоохранении и задачи медицинского образования" (М., 1992), выставке-семинаре "Электронный учебник" (Путино, 1992-93), Международных выставках "Аптека-94" и "Аптека-95" (М,, 1994,1995).
Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук.
Диссертационная работа выполнена в рамках основного направления исследований кафедры организации и экономики фармации факультета усовершенствования провизоров ММА им. И.М.Сеченова "Комплексная разработка путей совершенствования деятельности отдельных структурных подразделений аптечной системы" (номер госрегистрации 01860048866) и соответствует тематике научных исследований по проблеме "Фармация" - 10.06.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы.
Объем и структура диссертации.