CC BY
54
W4MM
1 и информационные
технологии
Медицинские информационные системы
Г.Д. КОПАНИЦА,
к.т.н., ассистент кафедры оптимизации систем управления Института кибернетики, Национального Исследовательского Томского Политехнического Университета, г. Томск, Россия, georgy.kopanitsa@gmail.com Ж.Ю. ЦВЕТКОВА,
магистрант кафедры оптимизации систем управления Института кибернетики, Национального Исследовательского Томского Политехнического Университета, г. Томск, Россия, tsvetkova.janna@gmail.com
реализация интеллектуальной информационной системы для управления сетью лечебных учреждений
УДК 61:658.011.56
Копаница Г.Д., Цветкова Ж.Ю. Реализация интеллектуальной информационной системы для управления сетью лечебных учреждений (Национальный Исследовательский Томский Политехнический Университет, г. Томск, Россия)
Аннотация. В данной статье приведена реализация интеллектуальной информационной системы центра управления здравоохранением. Сформированы схема системы и реляционная модель обработки данных: проведены первичный анализ информационных потребностей пользователей и формирование исходных сущностей. Разработан коммуникационный модуль, который позволяет осуществлять импорт данных из МИС. Разработанные модели, алгоритмы и технологии созданной системы применены для организации обработки данных в МЛМПУ «Больница № 2», г. Томск.
Ключевые слова: анализ данных; архетипы; управление здравоохранением; ISO 13606.
UDC 61:658.011.56
Kopanix G, Tsvetkova Zh. Building up an intellectual informational system in for managing hospital network
(National Polytechnic University, Tomsk, Russia)
Abstract. The paper presents the implementation of intellectual information system for a healthcare management center. The schema and relational data management model were developed. Preliminary analysis of informational requirements was performed. The module that communicates (imports/exports) from/to medical information systems. The developed models, algorithms and technologies were implemented and tested in the Clinic № 2 in Tomsk. Keywords: data analysis; archetypes; healthcare management; ISO 13606.
Введение
□ дним из важных факторов, влияющих на уровень жизни в стране, является качество предоставления медицинских услуг, которое существенно зависит от эффективности управления здравоохранением [1, 2].
Информатизация учреждений здравоохранения позволит сделать их более ориентированными на потребителя: пациента, получающего медицинские услуги, и органы власти, являющиеся заказчиком услуг. Реализация медицинских информационных систем (МИС)
© Г.Д. Копаница, Ж.Ю. Цветкова, 2013 г.
22
Медицинские информационные системы
www.idmz.ru
гот з, №г
■■■■
рчва
позволит как автоматизировать бизнес-процессы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ), так и решать задачи централизованного управления учреждениями здравоохранения в масштабах региона России [3-8].
Особенностью российской системы здравоохранения является строгая иерархия организационной структуры, в рамках которой можно четко выделить центры управления различных уровней — муниципальный, региональный и национальный, в которых происходит концентрация отчетных данных и выработка управленческих решений. Разрабатываемые МИС должны учитывать особенности организации здравоохранения в регионе и выполнять не только функции автоматизации бизнес-процессов ЛПУ, но и являться поставщиком специфических медицинских данных для региональных центров управления [9-10].
В настоящее время функции информационных систем в региональных центрах управления здравоохранением ограничиваются сбором и накоплением статистических данных, что недостаточно эффективно для принятия эффективных управленческих решений.
Для обеспечения эффективности управления необходима организация центров принятия управленческих решений, средствами которых можно на автоматической или автоматизированной основе осуществлять планирование, оперативное управление и мониторинг работы отрасли здравоохранения. В настоящей статье рассматриваются методы организации единого информационного пространства в области здравоохранения. Приводятся результаты разработки и внедрения системы сбора и анализа медицинских данных.
Методы
Предметная область представляет собой совокупность учреждений здравоохранения различного профиля, врачей обшей практики, частнопрактикующих врачей и региональный центр управления здравоохранением. При этом у участников системы имеются различ-
ные потребности в данных. Так, если для врачей или медицинских учреждений необходимы данные о состоянии здоровья пациента для обеспечения непрерывного квалифицированного лечения, то у статистического управления и ситуационного центра отсутствует потребность в персональных данных каждого пациента, вместо них для принятия решений необходимы актуальные деперсонифицированные данные, отражающие реально сложившуюся ситуацию. Таким образом, поставщиками данных в системе являются учреждения здравоохранения различного профиля, врачи обшей практики и частнопрактикующие врачи. Получателем данных будет являться центр управления здравоохранением. Поставщики данных работают с различными автоматизированными системами, следовательно, необходимо обеспечить нормализацию данных. При этом следует учитывать сохранение их семантического значения.
Результаты
В результате анализа информационных потребностей пользователей и модели бизнес-процесса, а также на основе общего описания предметной области были выделены следующие сущности: ЛПУ, врачи, койки, медикаменты, посещения врача, приказы, отчетные документы. Далее для этих сущностей были определены атрибуты. Кроме того, были выявлены дополнительные сущности и проведена нормализация отношений по трем нормальным формам [11]. В результате связывания сущностей и нормализации отношений была определена следующая схема (реляционная модель обработки данных) для исследуемой системы в методологии IDEF 1.Х., рис. 1.
Разрабатываемая система нуждается в большом количестве данных, поставляемых от внешних источников, поэтому немаловажную роль играет проектирование эффективного взаимодействия системы с внешними поставщиками данных.
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 23 ■
W4MM
1 и информационные
технологии
Медицинские информационные системы
Рис. 1. Фрагмент схемы исследуемой системы
Взаимодействие с внешними поставщиками данных
Система сбора и анализа данных должна обеспечивать эффективный и безопасный обмен данных в региональной сети здравоохранения между поставщиками услуг и аналитическим центром. В связи с изменяющимися потребностями в различных данных необходимо предусмотреть возможность легкого и быстрого изменения поставщиков данных регионального центра управления. Дуальный подход, а именно разграничение физической и клинической модели данных, представленный в стандарте ISO 13606, позволит изменять
архетипы-поставщики данных без изменения физической модели их хранения. Для разработки логической модели предметной области была использована методология представления медицинских знаний в виде архетипов, изложенная в международном стандарте ISO 13606. В настоящее время разработаны медицинские информационные системы, которые способны обрабатывать архетипы, реализованные при помощи ADL, и строить интерфейс пользователя для ввода данных [12-13].
В качестве инструмента моделирования был разработан редактор архетипов. Основными функциями данного инструмента являют-
■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Медицинские информационные системы
www.idmz.ru
рчва
гот з, №г
Рис. 2. Форма определения интервала и возможных значений показателя
ся разработка модели ситуации, описание атрибутов и установление нормальных показателей для атрибутов (рис. 2). Применение для сбора данных единой концепции ситуации, соответствующей международному стандарту ISO 13606, позволяет осуществлять сбор данных для анализа текущей ситуации таким образом, что не потребуется дополнительных преобразований данных в региональном центре для их дальнейшей обработки.
Графический редактор позволяет быстро реализовать архетипы в графической среде разработки и сгенерировать код на языке ADL (Archetype definition language — язык описания архетипов). На рис. 3 представлено изображение архетипа анамнеза жизни в древовидном представлении.
Проектирование и реализация системы
На рис. 4 показана функциональная структура системы.
Далее было спроектировано взаимодействие модулей системы (рис. 5).
Для хранения данных были спроектированы XML-схема и утилита, работающая на сто-
4 i Мтфр-l
4 I" PllHHUTIIMiy
* a. Mir*
l e, BTycjtTbJ E, [Ы> У ufKU* j e, rjf-ЙчРЛГ* jtHTUTWp
;■ ilufhu etguhuliM
* M Мш* dA*
4 £, Hub
4 t| hhuxy ef Bun
h ЕвЫч4.с1п«4цГПкЬПртЬ1гп|
‘ b hw* frl Hrt in ВЦШЧ
tt ‘VKXMbDfs
4 ъ......г*.....
It Cumt prubiuiH/diigraHS ; tj Mdd* ЙСпСН «Hi *Пр(МЬ
It Mflw pwrirw ip (*4-Pffl
К ^ T rcftmcnl ксиятнМига
: 1j rturrnrmjln Ailij
4 ft MdkdwdviimKj
Ь kUdMM
4 f| taiflhiflfty
. ft |n»w(
Рис. 3. Графическое представление архетипа
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 25 ■
РЧН
Медицинские информационные системы
1 и информационные
технологии
Система сбора и анализа статистики
Рис. 4. Функциональная структура системы
БД
ЛПУ 1
БД
ЛПУ 2
БД
ЛПУ 3
роне сервера для обеспечения совместимости данных различного формата. На стороне ЛПУ предусмотрены web-сервисы — поставщики данных.
Для реализации описанной выше концепции была разработана информационная система, работающая по технологии ADO.NET. Система состоит из двух основных модулей и обслуживающих подсистем. Основные модули представлены серверным приложением, обеспечивающим хранение, передачу и совместимость данных и web-сервисов, функционирующих в рамках медицинских информационных систем ЛПУ (рис. 6). Web-
Рис. 5. Схема взаимодействия модулей системы
сервисы позволяют производить их удаленное перепрограммирование и настройку для соответствия текущим потребностям ситуационного центра и структуре базы данных медицинской информационной системы ЛПУ. Серверное приложение предоставляет пользователю следующие функции:
1. Настройка подключения к web-сервисам ЛПУ.
2. Интерфейс для внесения изменений в алгоритм и источники данных для сбора отчетных показателей.
3. Настройка периодичности сбора для различных показателей и различных групп ЛПУ.
■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Медицинские информационные системы
www.idmz.ru
гот з, №г
■■■■
рчва
Рис. 6. Схема передачи данных между центром управления и ЛПУ
Для пользователя данные доступны как в табличном, так и в графическом представлении.
Данная система позволяет значительно сократить время получения информации органами управления здравоохранением. Реинжиниринг процесса и внедрение информационной системы позволили сократить число передач данных с трех до одного (рис. 6), а время передачи данных — с суток до нескольких минут.
Внедрение системы
Система была опробирована в Городской больнице № 2 города Томска. Данное ЛПУ состоит из сети территориально распределенных по городу Томску филиалов, что позволило протестировать систему обмена данных, систему поддержки принятия решений. Данная система позволяла главному врачу больницы принимать решения, находясь в одном из филиалов ЛПУ.
Основные направления внедрения системы:
1. Были разработаны регламент обмена данными между филиалами поликлиники и рабочее место главного врача, которое играло роль центра управления филиалами.
2. Разработан набор данных для обмена между ситуационным центром и лечебными учреждениями. Набор данных сформирован в
виде множества архетипов, моделирование которых проводилось в ранее разработанном редакторе.
3. Разработаны и установлены на серверах пользователей веб-сервисы для нормализации и экспорта данных для их последующей обработки.
4. Сформулированы правила модального логического вывода в системе.
Система была настроена на прогнозирование показателей эффективности деятельности данного лечебного учреждения. Учтены как показатели эффективности хозяйственной деятельности ЛПУ, так и показатели качества медицинской помощи. Были проанализированы показатели для оценки эффективности деятельности органов исполнительной власти субъектов. Основными прогнозными показателями являются следующие [14]:
1. Уровень госпитализации в государственные (муниципальные) учреждения здравоохранения (случаев на 100 человек населения).
2. Средняя продолжительность пребывания пациента на койке в государственных (муниципальных) учреждениях здравоохранения (дней).
3. Среднегодовая занятость койки в государственных (муниципальных) учреждениях здравоохранения (дней).
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 27 ■
W4MM
1 и информационные
технологии
Медицинские информационные системы
Рис. 7. Визуализация количественных показателей деятельности ЛПУ от времени
4. Стоимость 1 койко-дня в государственных (муниципальных) учреждениях здравоохранения
5. Стоимость единицы объема оказанной медицинской помощи (фактическое значение) (рублей):
a) амбулаторная медицинская помощь;
b) стационарная медицинская помощь;
c) дневные стационары всех типов;
d) скорая медицинская помощь.
Для оценки эффективности разработанной и внедренной системы был проведен эксперимент по измерению скорости обработки данных системой. В качестве экспериментальных
данных были взяты данные электронных медицинских карт пациентов и данные о хозяйственной деятельности ЛПУ. Аппаратная платформа не подвергалась каким-либо изменениям по ходу эксперимента. Результаты измерения были импортированы в среду Novospark Visualizer для визуального анализа. На основе этих данных была построена трехмерная поверхность, оси которой соответствуют порядковым номерам показателей, показателю и времени этого показателя (рис. 7).
Анализ данных показал, что большинство показателей находятся на очень высоком
- ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ ■
Медицинские информационные системы
www.idmz.ru
гол 3, №2
■■■■
*чшш
<=*=*=> После внедрения системы
■■■■ Предварительная обработка данных
■ * До внедрения системы
-----Экспоненциальная
(до внедрения системы)
-----Полиномиальная
(после внедрения системы)
-----Линейная (предварительная
обработка данных)
Рис. 8. Сравнение скорости обработки данных до и после внедрения системы
уровне в начале года, что объясняется сезонной пассивностью граждан при обращении за медицинской помощью и большим количеством выходных дней в январе. Всплески показателей к концу года, характерные для показателей хозяйственной деятельности ЛПУ, можно отнести к неравномерному распределению бюджетного финансирования.
Измерение трудоемкости обработки данных показало, что при использовании алгоритма упорядочивания трудоемкость стремится к линейной (рис. 8). Для определения достоверности результатов был рассчитан коэффициент достоверности, равный 0.96.
Основные результаты внедрения системы в муниципальном лечебно-профилактическом медицинском учреждении (МЛПМУ) «Больница № 2»:
1. Появилась возможность обмена данными между филиалами ЛПУ.
2. Уменьшение стоимости и времени обмена данными.
3. Использование интеллектуальной обработки данных и организации автоматизированной поддержки принятия решений позволило более точно прогнозировать работу ЛПУ.
В целом, благодаря высокой скорости обработки данных и наличию интеллектуального анализа данных, работа сотрудников ЛПУ, связанная с обработкой информации, стала более эффективной.
Таким образом, на данных без предварительной обработки была получена полиноминальная трудоемкость обработки данных, что значительно меньше экспоненциальной трудоемкости обработки данных до внедрения системы. При предварительной обработке и упорядочивании данных в частных случаях можно было добиться практической линейной трудоемкости.
Выводы
В данной статье была продемонстрирована возможность организации передачи и анализа медицинских данных в рамках региональной системы здравоохранения на основе стандарта ISO 13606.
Сформированы схема и реляционная модель обработки данных. Проведены первичный анализ информационных потребностей пользователей и формирование исходных сущностей, уточнение исходных сущно-
■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■■■ ■ ■ ■ ■ 29 ■
W4MM
1 и информационные
технологии
Медицинские информационные системы
стеи, связывание сущностей в отношения, нормализация отношении, построена реляционная модель обработки данных.
Проведена визуализация данных на основе программного пакета Novospark Vizualizer, позволяющая представить данные в наглядной форме, а также обнаружить скрытые закономерности в наборах данных.
На основе архетипного подхода разработан коммуникационный модуль, который позволяет осуществлять импорт данных из МИС, система хранения данных которых не соответствует стандарту ISO 13606, что позволяет использовать сбор данных из различных ЛПУ с разнородными системами хранения данных.
ЛИТЕРАТУРА
1. Манерова O. A. , Межевов К.В. Эффективность управления в современных условиях развития здравоохранения: самооценка руководителей и их резерв//Эконо-мика здравоохранения. — 2006. — № 11 (109). — С. 5-10.
2. Информационные технологии в системе управления здравоохранением РоссиИ-скоИ Федерации/Под ред. А.И. Вялкова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. — 128 с.
3. Репина Г.Д., Топоровская Е.Л., Капитоненко Н.А. Организационные подходы к формированию информационной системы отрасли здравоохранения//Информа-ционные системы в здравоохранении. — 2010. — № 1. — С. 67-72.
4. Гусев А.В. Обзор рынка комплексных медицинских информационных систем//Врач и информационные технологии. — 2009. — №6. — С. 4-17.
5. Kommeri J., Ы'ттак1 M, Muller H. Safe storage and multi-modal search for medical images//Stud Health Technol Inform. — 2011. — № 169. — P. 450-454.
6. Kuzmak P.M, Dayhoff R.E, GavrilovS. [etc] Streamlining Importationof Outside Prior DICOM Studiesintoan Imaging System//J Digit Imaging. — 2011. — P.45-51.
7. Gans D, Kralewski J, Hammons T. [etc] Medical groups' adoption of electronic health records and information systems//Health affairs (Project Hope). — 2006. — №24(5). — Р. 1323-1333.
8. Smith D., Newell L.M. A Physician's Perspective: Deploying the EMR//Journal of Healthcare Information Management. — 2002. — № 16(2). — Р. 71-79.
9. Soriano E., Plazzotta F., Campos F. Integration of healthcare information: from enterprise PACS to patient centered multimedia health record//Stud Health Technol Inform. — 2010. — 160 (Pt 1). — Р. 126-130.
10. Айвазян С.А. Россия в межстрановом анализе синтетических категории качества жизни населения//Мир России. — 2005.
11. ГраберМ. Справочное руководство по SQL. — М.: Лори, 1997. — 291 с.
12. Giuse DA, Kuhn K.A. Health information systems challenges: the Heidelberg conference and the future//International Journal of Medical Informatics. — 2003. — Vol. 69 (3). — Р. 105-114.
13. Kuhn K.A., Giuse D.A. From hospital information systems to health information systems, problems, challenges perspectives//Methods of Information in Medicine. — 2001. — Vol. 40 (4). — Р. 275-287.
14. Постановление Правительства РФ «О мерах по реализации Указа Президента РоссиИскоИ Федерации от 28 июня 2007 г. № 825 «Об оценке эффективности деятельности органов исполнительной власти субъектов РоссиИскоИ Федерации» от 01.04.2010 № 212».
30
